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SAN SALVADOR, EL SALVADOR, C.A. ABRIL DE 2009.

Cesar A. Toro, BS.CE & TSA

CLN Coordinador Áreas Técnicas

REPÚBLICA DE EL SALVADOR MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS, TRANSPORTE, VIVIENDA Y DESARROLLO URBANO

VICEMINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS UNIDAD DE PLANIFICACIÓN VIAL

GERENCIA DE ESTUDIOS Y DISEÑOS VIALES

UNIDAD DE

PLANIFICACION VIAL

“MEJORAMIENTO DE LA RED VIAL DE LA ZONA

NORTE DE EL SALVADOR”

QUE INCLUYE ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL,

FACTIBILIDAD TECNICA Y DISEÑO FINAL

INFORME DE DISEÑO FINAL

FINANCIAMIENTO:

FOSEP - BID

ANEXO No. 5

ESTUDIO DE REVESTIMIENTO DE LA VÍA

Sector B

VP7: NUEVO TRAZADO SAM21 KM. 8.2 – KM.

24.2 (TAHUILAPA – MATAZANO), tramo B.

MEJORAMIENTO DE LA RED VIAL DE LA ZONA NORTE DE EL SALVADOR

ANEXO N°5: ESTUDIO DE REVESTIMIENTO DE LA VIA i

SECTOR B VP7B

INDICE DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN. .................................................................................................................................................. 1

2. VARIABLES DE DISEÑO. ..................................................................................................................................... 3

2.1. El Período de diseño. .................................................................................................................................... 3 2.2. Tráfico. .......................................................................................................................................................... 3

2.2.1. Factor de distribución por dirección. .................................................................................................... 4 2.2.2. Factor de distribución por carril. ........................................................................................................... 4 2.2.3. Tasa de crecimiento. ............................................................................................................................ 4 2.2.4. Clasificación y características de flota vehicular. ................................................................................. 5 2.2.5. Tráfico Promedio Diario Anual, TPDA. ................................................................................................. 5

2.3. Confiabilidad. ................................................................................................................................................ 6 2.4. Desviación estándar, So. .............................................................................................................................. 7 2.5. Efectos ambientales. ..................................................................................................................................... 7

3. CRITERIOS DE COMPORTAMIENTO. ................................................................................................................. 7

3.1. Serviciabilidad. .............................................................................................................................................. 7 4. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL. .................................................... 9

4.1. Módulo resiliente efectivo de la subrasante. ................................................................................................. 9 4.2. Caracterización de los materiales de las capas en pavimento. .................................................................... 9

4.2.1. Coeficiente de capa en pavimentos asfálticos. .................................................................................... 9 4.2.2. Módulo de elasticidad de materiales de base y subbase. .................................................................. 11 4.2.3. Módulo efectivo de reacción de la subrasante (k). ............................................................................. 11 4.2.4. Módulo de ruptura. ............................................................................................................................. 11

5. CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES DEL PAVIMENTO. ............................................................................ 12

5.1. Coeficiente de drenaje. ............................................................................................................................... 12 5.1.1 Determinación del tiempo de drenaje. ................................................................................................... 12 5.1.2 Determinación del nivel de saturación. .................................................................................................. 16

5.2. Coeficiente de transferencia de carga (J). .................................................................................................. 17 5.3. Pérdida de soporte. ..................................................................................................................................... 18 5.4. Módulo de elasticidad, Es. .......................................................................................................................... 19

6. DISEÑO ALTERNATIVAS CON PAVIMENTO FLEXIBLE. ................................................................................. 20

6.1. Cálculo de Ejes Equivalentes de Diseño (ESAL). ....................................................................................... 20 6.2. CBR de diseño. ........................................................................................................................................... 20

6.3. Determinación de estructura de pavimento. Alternativa 1. .............................................................................. 22

6.3.1 Estructura de pavimento en hombros. .................................................................................................... 23 6.4. Determinación de estructura de pavimento. Alternativa 2. .............................................................................. 24

6.4.1 Estructura de pavimento en hombros. .................................................................................................... 24 7. DISEÑO CON PAVIMENTO HIDRAULICO (Alternativa 3). ................................................................................. 25

7.1. Cálculo de Ejes Equivalentes de Diseño (ESAL). ....................................................................................... 25 7.2. Cálculo de CBR de diseño. ......................................................................................................................... 26 7.3. Determinación del espesor de la estructura de pavimento. ........................................................................ 26

7.3.1. Estructura de pavimento en hombros. ............................................................................................... 27 7.4. Aspectos complementarios al diseño. ......................................................................................................... 27

7.4.1. Transferencia de carga en juntas longitudinales y barras de amarre. ................................................ 27 7.4.2. Transferencia de carga en juntas transversales, pasajuntas. ............................................................ 27 7.4.3. Modulación de losas. .......................................................................................................................... 28


ANEXO N°5: ESTUDIO DE REVESTIMIENTO DE LA VIA ii

SECTOR B VP7B

8. ANÁLISIS ECONÓMICO COMPARATIVO. ......................................................................................................... 29

8.1. Período de análisis. .................................................................................................................................... 29 8.2. Tasa de descuento. .................................................................................................................................... 29 8.3. Costo inicial de construcción....................................................................................................................... 29 8.4. Actividades y costos de mantenimiento. ..................................................................................................... 29 8.5. Valor de rescate. ......................................................................................................................................... 31 8.6 Factor de recuperación de capital. .............................................................................................................. 31 8.7 Determinación del Costo Anual Uniforme Equivalente (EUAC). ................................................................. 32 8.8 Determinación del Costo Presente Total (TPWC)....................................................................................... 32 8.9 Conclusión de análisis económico comparativo. ........................................................................................ 32

9. SELECCIÓN DE ALTERNATIVA. ........................................................................................................................ 33

10. RESUMEN METODOLOGICO. ....................................................................................................................... 35

11. CONCLUSIONES. ........................................................................................................................................... 35

12. RECOMENDACIONES. .................................................................................................................................. 36

13. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. ............................................................................................................... 37

APENDICES:

Apéndice A-5-VP07B. Análisis económico comparativo

Apéndice B-5-VP07B. Factores de camión por tipo de vehículo

Apéndice C-5-VP07B. Costos unitarios


ANEXO N°5: ESTUDIO DE REVESTIMIENTO DE LA VIA iii

SECTOR B VP7B

INDICE DE TABLAS

Tabla 2.1. Valores de períodos de diseño recomendados en Guía AASHTO 93. .......................................................... 3

Tabla 2.2. Factores de distribución por carril según Guía AASHTO 93. ........................................................................ 4

Tabla 2.3. Tasas de crecimiento vehicular utilizadas en cálculo de ESAL. .................................................................... 4

Tabla 2.4 Límites de pesos en toneladas / kips de ejes por tipo de vehículos. .............................................................. 5

Tabla 2.5. Demanda vehicular en TPDA del proyecto. ................................................................................................... 6

Tabla 2.6 Valores recomendados de confiabilidad. ........................................................................................................ 6

Tabla 3.1 Valores de IRI establecidos en El Salvador. ................................................................................................... 8

Tabla 3.2 Índice de Serviciabilidad Inicial ....................................................................................................................... 8

Tabla 4.1. Valores típicos de módulos de elasticidad de varios tipos de materiales. ................................................... 11

Tabla 5.1 Niveles de drenaje de estructuras de pavimento. ......................................................................................... 16

Tabla 5.2 Coeficientes de drenaje, Cd, recomendados para pavimentos asfálticos. ................................................... 17

Tabla 5.3 Coeficientes de drenaje, Cd, recomendados para pavimentos hidráulicos. ................................................. 17

Tabla 5.4 Valores de coeficiente de transferencia de carga, J. .................................................................................... 18

Tabla 5.5 Modulo de elasticidad del concreto en función del módulo de ruptura. ........................................................ 19

Tabla 6.1 ESAL de diseño del proyecto, pavimento flexible. ........................................................................................ 20

Tabla 6.2 Resultados de CBR del proyecto. ................................................................................................................. 21

Tabla 6.3 Nivel existente y proyectado, sitios con ensayos de CBR. ........................................................................... 22

Tabla 6.4 Definición de mezclas densas de granulometría gruesa y fina..................................................................... 23

Tabla 6.5 Estructura de pavimento. Alternativa 1. ........................................................................................................ 24


Tabla 7.1 ESAL de diseño del proyecto. Pavimento rígido .......................................................................................... 25


Tabla 8.1 Costos unitarios. Actividades de mantenimiento, pavimento asfáltico. ....................................................... 30

Tabla 8.2 Costos unitarios. Actividades de mantenimiento, pavimento hidráulico. ...................................................... 30

Tabla 8.3 Costos de mantenimiento rutinario. .............................................................................................................. 31

Tabla 8.4 Costo Anual Uniforme Equivalente (EUAC) ................................................................................................. 32

Tabla 8.5 Costo Presente Total (TPWC) ...................................................................................................................... 32

Tabla 9.1 Comparación cuantitativa-cualitativa de alternativas analizadas .................................................................. 33

Tabla 9.2 Estructura de pavimento seleccionada: Alternativa 1. .................................................................................. 34

Tabla 10.1 Estructura de pavimento recomendada en vías de acceso. ....................................................................... 36


ANEXO N°5: ESTUDIO DE REVESTIMIENTO DE LA VIA iv

SECTOR B VP7B

INDICE DE FIGURAS

Figura 5.1: Nomograma para el cálculo de porosidad efectiva (Nc). ........................................................................... 14

Figura 5.2: Nomograma para el cálculo de t/m. ........................................................................................................... 15

Figura 6.1. Cálculo de espesores. Alternativa 1. .......................................................................................................... 22

Figura 6.2. Calculo de espesores. Alternativa 2. .......................................................................................................... 24

Figura 7.1. Cálculo de espesores. Alternativa 3. .......................................................................................................... 26


ANEXO N°5: ESTUDIO DE REVESTIMIENTO DE LA VIA 1

SECTOR B VP7B

Sector B VP 7 NUEVO TRAZADO SAM21 KM 8.2 – KM. 24.2 (TAHUILAPA –

MATAZANO, Tramo B).

1. INTRODUCCIÓN.

Los pavimentos de concreto asfáltico como de concreto hidráulico, han recorrido un largo camino de evolución y progreso a medida el tiempo ha transcurrido y los ingenieros han avanzado en el entendimiento sobre el comportamiento de los materiales, la ingeniería mecánica y en las teorías de la mecánica de suelos, posibilitando la construcción de carreteras de mejor calidad con niveles de desempeño cada vez más satisfactorios. No obstante el diseño de estructuras de pavimentos ha evolucionado gradualmente, los mecanismos empíricos aún en estos días juegan un papel importante. Previo a la década de 1902, los espesores de las estructuras de pavimentos eran diseñados basados meramente en la experiencia, utilizándose los mismos espesores para tramos de carreteras sin importar que existieran diferencias significativas en las propiedades de los suelos de subrasante. Con la experiencia adquirida a través de los años y una mayor comprensión de los factores que intervienen en el comportamiento de un pavimento, han sido desarrollados diferentes métodos por distintas organizaciones para determinar de forma más precisa la estructura de pavimento que mejor se comporte ante una demanda de tráfico y condiciones de sitio existentes. En este informe se presenta el Diseño Final de Pavimento de la Vialidad Principal VP 07 (Nuevo Trazado SAM21 km 8.2 - Km. 24.2 (Tahuilapa – Matazano)), tramo B, comprendido entre las estaciones 13+700 (Fin de VP07A) y 19+760, que forma parte del Estudio de Diseño Final para el Mejoramiento de la Red Vial de la Zona Norte de El Salvador. El diseño ha sido desarrollado atendiendo las condiciones técnicas del proyecto bajo la metodología AASHTO 93 establecidas en la GUIA PARA EL DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO, 1993, a partir de los resultados del Estudio de Tráfico del Proyecto, Estudio Geotécnico y Estudios de Bancos de Préstamos. Siguiendo los lineamientos establecidos en la Guía AASHTO 93, han sido considerados los parámetros de diseño siguientes:

Variables de diseño: o Período de diseño o Tráfico o Confiabilidad o Desviación estándar o Efectos ambientales

Criterios de comportamiento o Serviciabilidad

Propiedades de los materiales para el diseño estructural o Modulo efectivo de la subrasante o Caracterización de los materiales de capas en pavimento

Características estructurales del pavimento o Coeficiente de drenaje o Coeficiente de transferencia de carga o Pérdida de soporte



SECTOR B VP7B

o Modulo de elasticidad

Serán analizadas tres alternativas de estructura de pavimento, las cuales serán evaluadas técnica y económicamente, y en función de los resultados se recomendará la alternativa más conveniente para el proyecto. El análisis económico será realizado considerando únicamente los costos concernientes a los paquetes estructurales de las diferentes alternativas estudiadas, siendo éstas:

Alternativa 1: Concreto asfáltico sobre base y subbase granular.

Alternativa 2: Concreto asfáltico sobre base tratada con emulsión asfáltica + cemento.

Alternativa 3: Concreto hidráulico sobre subbase de suelo cemento.

Considerando los parámetros de diseño anteriormente citados, el diseño de la estructura de pavimento tiene como objetivos básicos los siguientes:

Proveer una estructura de pavimento que satisfaga los criterios de diseño, cumpliendo con los estándares de calidad que garanticen una serviciabilidad satisfactoria durante su vida de servicio, con mínimo mantenimiento

Permitir la utilización al máximo de los suelos existentes a lo largo de la traza proyectada

Procesos de ejecución de la obra en campo que estén acorde a las prácticas constructivas del país

Impactar lo menos posible el medio ambiente



SECTOR B VP7B

2. VARIABLES DE DISEÑO.

En la presente sección se presentan las variables requeridas para el diseño de pavimentos según la metodología de la Guía AASHTO 93 para el Diseño de Estructuras de Pavimentos.

Las variables que se tienen que considerar en este método, son las siguientes:

2.1. El Período de diseño.

En el procedimiento de diseño presentado en la Guía AASHTO 93, el período de diseño equivalente al tiempo transcurrido, durante el cual una estructura nueva, reconstruida o rehabilitada se deteriora desde su serviciabilidad inicial hasta su serviciabilidad final.

En la sección 2.1.1., pág. II-7 de la Guía AASHTO 93, se recomiendan los valores presentados en la tabla siguiente:

Tabla 2.1. Valores de períodos de diseño recomendados en Guía AASHTO 93.

Condición de carretera Período de análisis (años)

Vías urbanas de alto tráfico. 30-50

Carreteras rurales de alto tráfico. 20-50

Carreteras pavimentadas de bajo tráfico. 15-25

Carreteras con revestimiento de grava de

bajo tráfico.

10-20

Fuente: Guía para Diseño de Estructuras de Pavimento, AASHTO, 1993

Para este proyecto se ha considerado un período de diseño de 20 años, según lo establecido en los TDR del proyecto, considerando como año de puesta en servicio de la estructura de pavimento diseñada, el año 2011.

2.2. Tráfico.

El procedimiento de diseño para carreteras con volúmenes de trafico tanto altos como bajos está basado en los ESALS acumulados esperados durante el período de diseño, donde el ESAL (Equivalent Simple Axial Load) es la conversión de las cargas, a un número de repeticiones de cargas equivalente de un eje simple de ruedas duales de carga estándar de 18,000 lb. Para la determinación de los factores de camión utilizados en el cálculo de los Esal de diseño, fueron utilizadas las ecuaciones derivadas de la información recopilada en el AASHTO Road Test, que sirvieron de insumo para la generación de las tablas D-1 a D-18 de la AASHTO GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENT STRUCTURES, 1993, donde se indican los diferentes LEFs para distintos tipos de cargas por eje, para distintos tipos de pavimentos y distintos índices de serviciabilidad. Se consideró para el cálculo, de acuerdo al tipo de vía, un SN de 4.0 para pavimentos asfálticos y un espesor de losa (D) de 9 pulgadas para pavimentos rígidos, y un índice de serviciabilidad final de 2.0 para pavimentos asfálticos y de 2.15 para pavimentos de concreto hidráulico. En el Apéndice B-5-VP07B, se presenta los factores de camión por tipo de vehículo resultantes para cada tipo de pavimento.



SECTOR B VP7B

En las secciones 6 y 7, se presenta los ESAL de diseño resultantes para cada tipo de pavimento, a partir de los parámetros definidos a continuación.

2.2.1. Factor de distribución por dirección.

Para efectos de diseño, el tráfico que se debe considerar es el que utiliza el carril de diseño, por lo que generalmente se admite que en cada dirección circula el 50% del tránsito total (del que viaja en ambas direcciones) y que dependiendo del lugar puede variar entre el 30% y 70%. En el presente análisis se utilizará una distribución direccional del 50%.

2.2.2. Factor de distribución por carril.

El factor de distribución por carril, es otro de los parámetros importantes a considerar al realizar las proyecciones de carga, y se define como aquel que recibe el mayor numero de ESALS. Para un camino de dos carriles, cualquiera de los dos puede ser el carril de diseño, ya que forzosamente se canaliza por ese carril. Para carreteras de dos o más carriles por sentido, la Guía AASHTO 93, recomienda los siguientes valores:

Tabla 2.2. Factores de distribución por carril según Guía AASHTO 93.

Número de carriles en una sola dirección.

Porcentaje de ESAL en carril de diseño.

1 100

2 80-100

3 60-80

4 50-75

Fuente: Guía para Diseño de Estructuras de Pavimento, AASHTO, 1993, Pág. II-9.

Por tratarse de una carretera de un carril por sentido, y en función de la tabla anterior se establece para el cálculo de los ESALS de diseño del presente proyecto, un factor de distribución por carril de 100.

2.2.3. Tasa de crecimiento.

A partir del Estudio de Trafico del Proyecto se obtuvieron los factores de proyección para obtener el modelo de asignación de tráfico para el período de diseño. Las tasas de crecimiento por tipo de vehículo en los 20 años de análisis, obtenidas del informe de tráfico a ser utilizadas para el cálculo respectivo del ESAL de diseño, son los presentados en la Tabla 2.3.

Tabla 2.3. Tasas de crecimiento vehicular utilizadas en cálculo de ESAL. Tipo de vehículos/ Periodo 1-5 Años 5-10 Años 10-15 Años 15-20 Años

Pesados 5,1% 4,5% 4,0% 3,1%

Livianos 5,9% 5,2% 4,7% 3,6%

Fuente: Estudio de Tráfico del Proyecto.



SECTOR B VP7B

2.2.4. Clasificación y características de flota vehicular.

Para la determinación y cálculo de los ejes equivalentes se requiere el uso de factores de camión para cada clase particular de vehículo, principalmente para camiones pesados. Esto debe hacerse usando los pesos límites de cada vehículo conforme lo establecido en la tabla 2.4.

Tabla 2.4 Límites de pesos en toneladas / kips de ejes por tipo de vehículos.

Tipo de

Vehículo

Tipo de eje del tractor Tipo de eje del semiremolque

Total toneladas Eje simple

direccional

Eje de tracción Eje de arrastre

Eje simple

Doble rueda

Triple rueda

Eje Simple

Doble rueda

Triple rueda

Autos (*) 1.0 /2.2 1.0 /2.2 2.0 / 4.4

Pickups (*) 1.0 / 2.2 2.5 / 5.5

Microbus (*) 2.5 / 5.5 5.0 / 11.0

Autobus (*) 5.0 / 11.0 9.0 / 19.8

C2 5.0 / 11.0 10.0 / 22.0 15.0 / 33.0

C3 5.0 / 11.0 16.5 / 36.3 21.6 / 47.3

C4 5.0 / 11.0 20.0 / 44.0 25.0 / 55.0

T2-S1 5.0 / 11.0 9.0 / 19.8 9.0 /

19.8

23.0 / 50.6

T2-S2 5.0 / 11.0 9.0 / 19.8 16.0 / 35.2 30.0 / 66.0

T2-S3 5.0 / 11.0 9.0 / 19.8 20.0 / 44.0 34.0 / 74.8

T3-S1 5.0 / 11.0 16.0 / 35.2 9.0 /

19.8

30.0 / 66.0

T3-S2 5.0 / 11.0 16.0 / 35.2 16.0 / 35.2 37.0 / 81.4

T3-S3 5.0 / 11.0 16.0 / 35.2 20.0 / 44.0 41.0 / 90.2

Otros ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- Variable

Fuente: Acuerdo Centroamericano sobre Circulación por Carreteras, SIECA, 2000.

Resolución 02-01 COMITRAN XXIII.

(*) Pesos obtenidos del Estudio de Factibilidad Técnica – Económica y Diseño Geométrico Final del Anillo Periférico del Área Metropolitana de

San Salvador (AMSS). (DELCAN)

2.2.5. Tráfico Promedio Diario Anual, TPDA.

El Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) y distribución vehicular, a ser utilizados en el cálculo de los ESAL’s de diseño de este tramo de carretera, son los resultantes del Estudio de Tráfico del Proyecto, presentados en la tabla 2.5, a continuación:



SECTOR B VP7B

Tabla 2.5. Demanda vehicular en TPDA del proyecto.

AÑO TPDA

Tasa

Livianos

Tasa

Pesados Auto Pickup Microbus Bus C2 C3 C4 T2 - S1 T2 - S2 T2 - S3 T3 - S1 T3 - S2 T3 - S3

2007 9 1 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2008 29 1 9 2 1 11 1 0 0 0 0 0 3 1

2009 30 1 10 2 1 11 1 0 0 0 0 0 3 1

2010 32 1 10 2 1 12 1 0 0 0 0 0 3 1

2011 1219 325 350 33 40 203 20 0 0 8 0 0 187 55

2012 1287 0.059 0.051 344 370 35 43 213 21 0 0 9 0 0 196 57

2013 1350 0.052 0.045 362 389 36 44 222 21 0 0 9 0 0 205 60

2014 1416 0.052 0.045 381 410 38 46 233 22 0 0 9 0 0 214 63

2015 1485 0.052 0.045 401 431 39 49 243 23 0 0 10 0 0 224 66

2016 1558 0.052 0.045 422 453 41 51 254 24 0 0 10 0 0 234 68

2017 1634 0.052 0.045 444 477 43 53 265 26 0 0 11 0 0 244 72

2018 1706 0.047 0.04 464 499 45 55 276 27 0 0 11 0 0 254 74

2019 1781 0.047 0.04 486 523 47 57 287 28 0 0 11 0 0 264 77

2020 1859 0.047 0.04 509 548 48 60 298 29 0 0 12 0 0 275 80

2021 1941 0.047 0.04 533 573 50 62 310 30 0 0 12 0 0 286 84

2022 2026 0.047 0.04 558 600 52 64 323 31 0 0 13 0 0 297 87

2023 2095 0.036 0.031 578 622 54 66 333 32 0 0 13 0 0 307 90

2024 2166 0.036 0.031 599 644 56 69 343 33 0 0 14 0 0 316 93

2025 2239 0.036 0.031 621 667 57 71 354 34 0 0 14 0 0 326 95

2026 2315 0.036 0.031 643 691 59 73 365 35 0 0 15 0 0 336 98

2027 2393 0.036 0.031 666 716 61 75 376 36 0 0 15 0 0 346 101

2028 2475 0.036 0.031 690 742 63 77 388 37 0 0 15 0 0 357 105

2029 2558 0.036 0.031 715 769 65 80 400 39 0 0 16 0 0 368 108

2030 2645 0.036 0.031 741 796 67 82 412 40 0 0 16 0 0 380 111 Fuente: Estudio de Tráfico del Proyecto.

2.3. Confiabilidad.

Esta variable se refiere a la incorporación de un grado de certeza al proceso de diseño para asegurar que las diferentes alternativas durarán el período de análisis para el cual son diseñadas. El factor de confiabilidad de diseño toma en cuenta las posibles variaciones del trafico y del desempeño esperado, consecuentemente provee un nivel predeterminado de aseguramiento que la serviciabilidad será mantenida a niveles adecuados para los usuarios, a lo largo del periodo de diseño. En la tabla 2.6 se presentan valores recomendados de confiabilidad para diferentes tipos de vías.

Tabla 2.6 Valores recomendados de confiabilidad.

Clasificación funcional Confiabilidad (%) - Rtotal

Urbano Rural

Interestatal y autopistas 85 - 99.9 80 – 99.9

Arterias principales 80 – 99 75 – 95

Colectoras 80 – 95 75 – 95

Locales 50 – 80 50 - 80

Fuente: Guía para Diseño de Estructuras de Pavimento, AASHTO, 1993

Considerando la vialidad diseñada de acuerdo a la tabla 2.6 como una arteria principal de carácter rural, se establece para el presente diseño una confiabilidad de 80%.



SECTOR B VP7B

2.4. Desviación estándar, So.

Este valor representa la desviación estándar conjunta, e incluye la desviación estándar de la ley de predicción del tránsito en el período de diseño con la desviación estándar de la ley de predicción del comportamiento del pavimento, es decir, el numero de ejes que puede soportar un pavimento hasta que su índice de serviciabilidad descienda por debajo de un determinado Pt (Índice de Serviciabilidad Final).

Los valores de So, recomendados en la guía AASHTO 93 son los siguientes:

Para pavimentos flexibles 0.45 – 0.49

En construcción nueva 0.45

En sobrecapa 0.49

Para pavimentos rígidos 0.35 – 0.39

En construcción nueva 0.35

En sobrecapa 0.39

Considerando las recomendaciones anteriores, se establece un valor de 0.45 para la alternativa de pavimento asfáltico y de 0.35 para la de concreto hidráulico.

2.5. Efectos ambientales.

Los factores ambientales pueden afectar el comportamiento de la estructura de pavimento en diferentes formas. Los cambios de temperatura y humedad afectan la resistencia, durabilidad y la capacidad de carga del pavimento y de la subrasante; por otra parte el envejecimiento, sequedad y el deterioro de los materiales debido al intemperismo son considerados en la Guía AASHTO 93 en función de su influencia inherente en los modelos de predicción y comportamiento adoptados.

En el presente diseño, se considerara la utilización de materiales apropiados y condiciones de drenaje superficial y subterráneo propicias que minimicen la posibilidad de los efectos ambientales en la estructura diseñada.

3. CRITERIOS DE COMPORTAMIENTO.

3.1. Serviciabilidad.

La serviciabilidad de un pavimento es definida como su habilidad para servir al tráfico que usará la carretera. La medida principal de la serviciabilidad es el Índice de Serviciabilidad Presente, que varía entre 0 (pavimentos en muy mal estado) y 5 (pavimentos en perfecto estado). La filosofía básica de diseño de la guía AASHTO es el concepto de Serviciabilidad – Comportamiento, que provee los mecanismos para diseñar un pavimento para un volumen total de tráfico específico y un mínimo nivel de serviciabilidad deseado al final del periodo de diseño. La selección del menor Índice de Serviciabilidad Presente (PSI) permisible o Índice de Serviciabilidad Final (Pt) estará basado en el menor valor permitido antes que una rehabilitación, recarpeteo o reconstrucción sea necesaria.



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Los índices inicial y final deberán estar acordes con la función de la estructura de pavimento diseñada y la calidad de construcción. Los índices de serviciabilidad final recomendados son con frecuencia del orden de 2.5 o más para vías de gran importancia y de 2 a 2.5 para las menos importantes. El índice de serviciabilidad inicial, Pi, es el indicador al momento de puesta en servicio de la carretera. Siendo la rugosidad una de las variables más importantes para determinar la serviciabilidad, se han realizado estimaciones para determinar su relación con la serviciabilidad de la vía. Según D. Dujisin y A. Arroyo (1995) determinaron las siguientes correlaciones entre el IRI y el PSI. Pavimentos de concreto asfáltico:

p = 5.85-1.68x (IRI) ^0.5 (Ecuación 3.1),

Pavimentos de concreto hidráulico:

p = 7.10-2.19x (IRI) ^0.5 (Ecuación 3.2)

Donde: p: Índice de Serviciabilidad IRI: Índice de Regularidad Internacional (m/km)

Los valores de IRI inicial establecidos por el Ministerio de Obras Publicas en El Salvador, son los presentados en la tabla 3.1.

Tabla 3.1 Valores de IRI establecidos en El Salvador.

INSTITUCION

PÚBLICA

REQUERIMIENTOS DE IRI SEGÚN TIPO DE CARRETERA O SUPERFICIE

Procedimiento General Asfáltico Hidráulico Tratamientos Superficiales

Ministerio de

Obras Públicas de

El Salvador

Caminos Rurales

IRI obtenido en tramos de 100 m

IRI no mayor que 3.0 m/km

------ ------

Vías Interurbanas

IRI obtenido en tramos de 100 m



------

Fuente: DETERMINACION DE REGULARIDAD INTERNACIONAL (IRI), Unidad de Investigación y Desarrollo Vial (UIDV),

Ministerio de Obras Públicas de El Salvador (MOP).

Retomando los valores de la tabla 3.1, el índice de serviciabilidad inicial, será calculado conforme a las ecuaciones 3.1 y 3.2, según se presenta en la siguiente tabla.

Tabla 3.2 Índice de Serviciabilidad Inicial

Tipo de pavimento IRI inicial (mt/km) Serviciabilidad inicial, Pi

Pavimento flexible 2.0 3.47

Pavimento rígido 2.5 3.64

El índice de serviciabilidad final será de 2.0 para pavimento asfáltico y de 2.15 para pavimentos hidráulicos,

considerando el mismo DPSI para ambos tipos de pavimentos.



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4. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PARA EL DISEÑO

ESTRUCTURAL.

4.1. Módulo resiliente efectivo de la subrasante.

Actualmente los métodos utilizados más comúnmente para el diseño de pavimentos, como el método AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) consideran que la propiedad fundamental para caracterizar los materiales que constituyen la sección de un pavimento de una carretera es el parámetro denominado módulo de resiliencia.

Cuando los materiales que conforman la sección estructural de un pavimento se ven sometidos a un gran número de aplicaciones de carga, es decir son afectados por esfuerzos de fatiga, debido a repetidas solicitaciones, estos materiales empiezan a fracturarse o bien a acumular deformaciones dependiendo de su rigidez inicial, y esta es la principal causa del deterioro observado en la superficie de los pavimentos. De hecho, podemos mencionar que dichos agrietamientos y deformaciones aparecen para esfuerzos muy por debajo de los que se supone debería resistir el material por sí mismo. Debido al paso de los vehículos por la superficie de rodamiento de un pavimento, ésta empieza a distribuir los

esfuerzos hacia las capas inferiores, las cuales, por esta razón se ven sujetas a esfuerzos cíclicos de compresión c

y luego de tensión t los cuales van provocando deformaciones en toda la estructura del pavimento.

El modulo resiliente es determinado a partir del Método de Ensayo AASHTO TP 46-94, sin embargo la AASHTO, en su Guía de Diseño de 1993, reconociendo que muchas agencias no cuentan con el equipo para realizar este ensayo, recomienda la siguiente correlación para estimar el modulo de resiliencia en función del CBR, Mr (psi) = 1.500 * (CBR), la cual es considerada razonable únicamente para suelos de grano fino con un CBR menor de 10%. En el presente diseño para calcular el módulo resiliente de la subrasante a partir del CBR de diseño considerado, se utilizará la correlación siguiente: Mr = 1941.488 *(CBR)0.6444709, desarrollada por la American Concrete Pavement Association para el Pavement Anaysis Software, a partir del NCHRP Projet 128 “ Evaluation of the AASHO Interim Guide for Design of Pavement Estructuras.

4.2. Caracterización de los materiales de las capas en pavimento.

4.2.1. Coeficiente de capa en pavimentos asfálticos.

La Guía AASHTO, se apoya en la determinación de las propiedades de los materiales para la estimación de los valores apropiados del coeficiente de capa. El coeficiente de capa del pavimento flexible de AASHTO (ai) es una medida de la habilidad relativa de una unidad de espesor de un material dado para funcionar como componente estructural del pavimento, se expresa en 1/unidad de longitud.

La determinación de los coeficiente de capa apropiados puede lograrse derivándolos de ensayos de carretera (como fue hecho en el ensayo de carretera AASHTO) o mediante el uso de relaciones predeterminadas basadas en las propiedades de los materiales.



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Carpeta asfáltica.

Se propone para el presente diseño la utilización de una carpeta asfáltica que presente las características siguientes:

Coeficiente estructural, a1 0.43 promedio Estabilidad Marshall

Capa de rodadura: 9000 N (2000lb)

Capa intermedia: 8100 N (1800lb)

Módulo resiliente: 3102.64 MPa (450,000psi)

Base tratada con emulsión asfáltica + cemento.

Se propone la utilización de material pétreo que cumpla con las especificaciones de una base granular, mezclado con un 3% de emulsión asfáltica y un 1% de cemento. La Guía A AASHTO recomienda valores de coeficiente estructural para bases bituminosas desde 0.10, para mezclas con estabilidades Marshall inferiores a 200 libras o módulo de elasticidad menor a 100,00 psi, hasta 0.30 para mezclas con estabilidad Marshall en el orden de 1600 lb o módulo elástico de 350,000 psi. En el presente diseño, para este tipo de base se propone un coeficiente estructural de 0.22, equivalente a un valor de estabilidad Marshall de 1,000 lb.

Base granular.

Para la base granular a ser utilizada en la estructura de pavimento se propone un CBR mínimo de 80% para una densidad mínima del 95% con relación a la máxima obtenida en el ensayo Proctor Modificado. Utilizando la carta proporcionada por la Guía de Diseño AASHTO en la figura 2.6, para la obtención del coeficiente de capa a partir del CBR, tenemos:

Coeficiente estructural, a2 0.13

Base / subbase de suelo cemento.

Considerando una resistencia a la compresión simple a los 7 días de 400 PSI (28 KG/CM2), se obtiene a partir de la figura 2.8 de la GUIA AASHTO:

Coeficiente estructural, a2 0.15 Módulo de elasticidad, E = 600,000 PSI

Subbase granular

Hugh A. Wallace y J. Rogers Martin en su libro Asphalt Pavement Engineer, recomiendan un CBR mínimo de 20% para las capas de subbase, sin embargo, experiencias en nuestro país han demostrado que una subbase granular con materiales apropiados y construida de manera adecuada dan como resultado valores de CBR superiores a 30%. Por lo anterior, se propone un CBR mínimo de 30% para la capa de subbase, con lo cual se obtiene:

Coeficiente estructural, a3 0.11



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4.2.2. Módulo de elasticidad de materiales de base y subbase.

En la página II-27, de la Guía AASHTO 93, se presentan rangos de valores de módulo de resiliencia para diferentes tipos de materiales usualmente empleados como bases y subbases en estructuras de pavimentos, en la tabla siguiente se muestran estos valores:

Tabla 4.1. Valores típicos de módulos de elasticidad de varios tipos de materiales.

Tipo de subbase o base Modulo de resiliencia (psi)

Subbases granulares tratadas con cemento 1,000,000 – 2,000,000

Subbases tratadas con cemento 500,000 - 1,000,000

Bases asfálticas 350,000 - 1,000,000

Subbases estabilizadas con asfalto 40,000 - 300,000

Estabilización con cal 20,000 – 70,000

Materiales granulares sin tratar 15,000 - 45,000

Suelos finos y subrasantes naturales 3,000 – 40,000

Fuente: Guía para Diseño de Estructuras de Pavimento, AASHTO, 1993.

4.2.3. Módulo efectivo de reacción de la subrasante (k).

Como en el diseño de pavimentos flexibles se considera que la propiedad fundamental para caracterizar los materiales que constituyen la subrasante de un pavimento de una carretera es el parámetro denominado Módulo de Resiliencia, el modulo efectivo de reacción de la subrasante (valor k) ha sido desarrollado para el diseño de pavimentos rígidos. El valor de k está directamente relacionado al Modulo de Resiliencia de la subrasante (Mr), sin embargo, este depende además de los factores siguientes:

Espesor y características del tipo de sub base a ser utilizada

Pérdida de soporte del material de subrasante

Profundidad de estrato rocoso, si ésta es menor a 3.0 metros.

4.2.4. Módulo de ruptura.

Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión, el diseño considera la resistencia del concreto trabajando a flexión, que se le conoce como resistencia a la flexión por tensión (S'c) o módulo de ruptura (MR) normalmente especificada a los 28 días.

El módulo de ruptura se mide mediante ensayos de vigas de concreto aplicándoles cargas en los tercios de su claro de apoyo. Esta prueba está normalizada por las normas AASHTO T 97 / ASTM C 78.

En el presente diseño se utilizará un módulo de ruptura igual a 42 kg/cm2 (600 psi).



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5. CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES DEL PAVIMENTO.

5.1. Coeficiente de drenaje.

En cualquier tipo de pavimento, el drenaje, es un factor determinante en el comportamiento de la estructura del pavimento a lo largo de su vida útil, y por lo tanto lo es también en el diseño del mismo. Es muy importante evitar que exista presencia de agua en la estructura de soporte, dado que en caso de presentarse esta situación afectará en gran medida la respuesta estructural del pavimento.

Para evitar que el agua penetre en la estructura de soporte deben considerarse los siguientes aspectos:

Mantener perfectamente selladas las juntas del pavimento.

Sellar las juntas entre pavimento y acotamiento o cuneta.

Utilizar cunetas, bordillos, lavaderos, contracunetas, subdrenajes, etc.

Tener agua atrapada en la estructura del Pavimento produce efectos nocivos en el mismo, como pueden ser:

Reducción de la resistencia de materiales granulares no ligados

Reducción de la resistencia de la subrasante

Expulsión de finos

Levantamientos diferenciales de suelos expansivos

El valor del coeficiente de drenaje utilizado en el diseño de pavimento está dado por variables que son:

a) La calidad del drenaje, que viene determinado por el tiempo que tarda el agua infiltrada en ser evacuada de la estructura del pavimento y

b) Exposición a la saturación, que es el porcentaje de tiempo durante el año en que un pavimento está expuesto a niveles de humedad que se aproximan a la saturación. Este porcentaje depende de la precipitación media anual y de las condiciones de drenaje. A continuación se presentan las definiciones generales correspondientes a diferentes niveles de drenaje para las estructuras de pavimento:

A continuación se presentan los cálculos de tiempo de drenaje y nivel de saturación, a considerar para establecer los coeficientes de drenaje a utilizar en el presente diseño.

5.1.1 Determinación del tiempo de drenaje.

Para la determinación del tiempo de drenaje se utilizará el método de tiempo para drenar, como se presenta:

Pendiente longitudinal (S) = 6.93 %

Pendiente transversal (Sx) = 2.5 %

Espesor de capa a drenar, h, en pies:

Considerando una capa granular de 40 cm, tenemos h = 1.31 pies

Ancho de capa a drenar, b, en pies:

Se considera el ancho de la calzada incluyendo hombros, teniendo b = 9.5 m = 31.16 pies.

Longitud resultante de la base, Lr:

Lr = b * ((S/Sx)2+1)

0.5 = 31.16 * (( 6.93 / 2.5 )^2 + 1)^0.5 = 91.82

Pendiente transversal resultante de la base, Sr:

Sr = (S2 + Sx

2)0.5

= ( 6.93 ^2 + 2.5 ^2)^0.5 = 7.37

Factor de Pendiente Longitudinal, S:

S = (Lr * Sr)/b = ( 91.82 * 7.37 ) / 31.16 = 21.71

Peso volumétrico húmedo = Wt = 2200 Kg/m3 = 2.2 Ton/m3 = 137.41

gd = Wt / (1+w) = 2200 / (1.20) = 1833 Kg/mt3 = 114.3 lb/pie3)

Gravedad Específica, Gs = 2.65, Ref: Mecánica de Suelos, Peter L. Berry - David Reid

D10 = 0.9 mm.

Pasante en malla N° 200, P200 = 5 %

Cálculo de porosidad:

n = (Vv / Vm).

Para el conjunto de material de base y subbase a utilizar, para el presente análisis se hacen las siguientes

consideraciones:

Considerando que el agua llena completamente los vacíos del material, adoptaremos un porcentaje de humedad (w)

de un 20% para esta condición, w = 20%, el peso volumétrico seco del material estará dado por:

La porosidad de un suelo está dada por la relación entre su volumen de vacíos y el volumen total de la muestra:



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Longitud resultante de la base, Lr:

Lr = b * ((S/Sx)2+1)

0.5 = 31.16 * (( 6.93 / 2.5 )^2 + 1)^0.5 = 91.82

Pendiente transversal resultante de la base, Sr:

Sr = (S2 + Sx

2)0.5

= ( 6.93 ^2 + 2.5 ^2)^0.5 = 7.37

Factor de Pendiente Longitudinal, S:

S = (Lr * Sr)/b = ( 91.82 * 7.37 ) / 31.16 = 21.71

Peso volumétrico húmedo = Wt = 2200 Kg/m3 = 2.2 Ton/m3 = 137.41

gd = Wt / (1+w) = 2200 / (1.20) = 1833 Kg/mt3 = 114.3 lb/pie3)

Gravedad Específica, Gs = 2.65, Ref: Mecánica de Suelos, Peter L. Berry - David Reid

D10 = 0.9 mm.

Pasante en malla N° 200, P200 = 5 %

Cálculo de porosidad:

n = (Vv / Vm).

Asumiento Vm = 1, tenemos que Vv = 1 - Vs, y como Vs = gd / (Gs*go), obtenemos:

n = (1 - Vs / Vm) = (1 - gd / (Gs*go)) / 1 = 1 - gd / (Gs * go)

n= 1 - ( 114.3 / ( 2.65 * 62.45) = 0.31

Cálculo de Coeficiente de Permeabilidad:

k = 6.214*105(D10)

1.478*n

6.654/(P200)

0.597 = 6.214*10^5( 0.9 )^1.478*( 0.31 )^6.654 / ( 5 )^0.597 = 82.76 pies/día.

Siendo k = 82.76 pies / día, se obtuvo en la figura antes mencionada un valor de porosidad efectiva, Nc = 0.076

Para el conjunto de material de base y subbase a utilizar, para el presente análisis se hacen las siguientes

consideraciones:

Considerando que el agua llena completamente los vacíos del material, adoptaremos un porcentaje de humedad (w)

de un 20% para esta condición, w = 20%, el peso volumétrico seco del material estará dado por:

La porosidad de un suelo está dada por la relación entre su volumen de vacíos y el volumen total de la muestra:

A partir del nomograma de la figura 30 del Highway Subdrainage Design se determina el valor de la porosidad efectiva.



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Cálculo de T50

S1 = (b * Sx) / h = ( 31.16 * ( 2.5 / 100)) / 1.31 = 0.59375

El valor de m, está dado por:

m = Nc * Lr2 / (k * h) = ( 0.076 * 91.82 ^2) / ( 82.76 * 1.31 ) = 5.9

De forma que, t = 0.32 * m = 0.32 * 5.9 = 1.888 días = 45.32 horas.

Considerando el valor anterior de S1 y un grado de drenaje, U = 0.5 , del nomograma de la figura 47 del Highway

Subrdrainage Design se obtiene un valor de t / m = 0.32

Este tiempo corresponde a una calidad de drenaje entre buena y regular según la tabla 5.1

Figura 5.1: Nomograma para el cálculo de porosidad efectiva (Nc).



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Figura 5.2: Nomograma para el cálculo de t/m.



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Para el caso de las bases tratadas (base tratada con cemento y base tratada con emulsión asfáltica), consideradas en el presente análisis, por tratarse de bases no erosionables, son muy efectivas en minimizar problemas de bombeo ya que reducen la infiltración de agua en la subrasante. Estos materiales, por su condición impermeable, favorecen la evacuación del agua de la estructura de pavimento, de forma que el tiempo de drenaje será menor que el calculado para las bases granulares. Considerando lo anterior, para el análisis del coeficiente de drenaje, para este tipo de bases, se adoptará la misma condición de drenaje (buena a regular) que la calculada para las bases granulares.

5.1.2 Determinación del nivel de saturación.

La época lluviosa en El Salvador se caracteriza por una fuerte actividad convectiva – lluvias intensas y de corta duración, sin embargo, también se da la ocurrencia de condiciones permanentes de lluvia durante un periodo determinado (temporales), que pueden hacer llegar la estructura de pavimento a valores próximos o alcanzar la saturación. Considerando la ocurrencia de 14 días de lluvia ininterrumpida en al año, lo cual es un valor conservador, si tomamos como referencia los fenómenos meteorológicos ocurridos en los últimos años en El Salvador, de los cuales podemos citar:

Año 1998: Huracán Mitch (23 al 27 de Octubre), 5 días de lluvia

Año 2005: Huracán Adrián (18 al 20 de Mayo), 2 días de lluvia; Huracán Stan (1 al 6 de Octubre), 6 días de lluvia; para un total de 9 días de lluvia.

Año 2007: Depresión Tropical (07 al 14 de Octubre), 8 días de lluvia Calcularemos el porcentaje de tiempo en que la estructura de pavimento puede alcanzar valores próximos o alcanzar la saturación según la siguiente fórmula: Tsaturación = No de días de lluvia ininterrumpida / 365, teniendo: Tsaturación = 14 /365 = 3.83 %. La guía AASHTO 93 relaciona el tiempo en que tarda el agua en ser evacuada con la calidad del drenaje de acuerdo a la siguiente tabla:

Tabla 5.1 Niveles de drenaje de estructuras de pavimento.

Calidad del drenaje Tiempo en que tarda el agua en ser evacuada

Excelente 2 horas

Bueno 1 día

Mediano 1 semana

Malo 1 mes

Muy malo El agua no evacua

Fuente: Guía para Diseño de Estructuras de Pavimento, AASHTO, 1993.

En la tabla 5.2 y 5.3 se presentan los valores de coeficientes de drenaje, Cd, en función de la calidad del drenaje y el porcentaje de tiempo durante el año que la estructura de pavimento podría estar expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación.



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Tabla 5.2 Coeficientes de drenaje, Cd, recomendados para pavimentos asfálticos.

Calidad del drenaje

Porcentaje de tiempo en que la estructura de pavimento está expuesta a niveles de humedad acercándose a la saturación

Menos del 1% 1-5% 5-25% Mayor a 25%

Excelente 1.40 – 1.35 1.35 – 1.30 1.30 – 1.20 1.20

Bueno 1.35 – 1.25 1.25 – 1.15 1.15 – 1.00 1.00

Mediano 1.25 – 1.15 1.15 – 1.05 1.00 – 0.80 0.80

Malo 1.15 – 1.05 1.05 – 0.80 0.80 – 0.60 0.60

Muy malo 1.05 – 0.95 0.95 – 0.75 0.75 – 0.40 0.40


Tabla 5.3 Coeficientes de drenaje, Cd, recomendados para pavimentos hidráulicos.

Calidad del drenaje

Porcentaje de tiempo en que la estructura de pavimento está expuesta a niveles de humedad acercándose a la saturación

Menos del 1% 1-5% 5-25% Mayor a 25%

Excelente 1.25 – 1.20 1.20 – 1.15 1.15 – 1.10 1.10

Bueno 1.20 – 1.15 1.15 – 1.10 1.10 – 1.00 1.00

Mediano 1.15 – 1.10 1.10 – 1.00 1.00 – 0.90 0.90

Malo 1.10 – 1.00 1.00 – 0.90 0.90 – 0.80 0.80

Muy malo 1.00 – 0.90 0.90 – 0.80 0.80 – 0.70 0.70


Considerando:

Calidad de drenaje (de buena a regular), sin embargo se considerará para el cálculo de Cd, una condición de drenaje regular.

Porcentaje de tiempo en que la estructura estará sujeta a niveles de humedad próximos a la saturación (3.83%)

Capacidad de soporte de subrasante en condiciones de saturación, CBR = 15% A partir de las tablas 5.2 y 5.3., se establece un coeficiente de drenaje, Cd, para el presente diseño de 1.05 para pavimentos de concreto hidráulico, y de 1.10 para pavimentos de concreto asfáltico, valores conservadores para las condiciones antes mencionadas.

5.2. Coeficiente de transferencia de carga (J).

La transferencia de carga es la habilidad de las losas de transferir parte de las cargas a las losas adyacentes. En términos generales, los pavimentos con buena transferencia de carga, presentan menos escalonamientos, menos quiebra en los bordes y un mejor desempeño. En el procedimiento de diseño de AASHTO, la transferencia de la carga es afectada por el tipo de pavimento, la presencia de barras pasa juntas, y la existencia de soporte lateral. La incorporación de barras pasa juntas y hombros



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mejoran el desempeño del pavimento minimizando las deflexiones y esfuerzos que se desarrollan en el borde exterior del pavimento. Esto reduce el potencial de grietas transversales, bombeo y escalonamiento. Los valores de J, recomendados por AASHTO, han sido modificados y actualizados por la Asociación del Cemento Pórtland, PCA, con el objeto de proveer una guía más específica para la selección del coeficiente de transferencia de carga. Los valores recomendados son presentados en la tabla 5.4.

Tabla 5.4 Valores de coeficiente de transferencia de carga, J.

E 18’s (millions)

Doweled & Mesh Reinforced

Agregate Interlock

Continuously Reinforced

Pavement Class Edge Support Edge Support Edge Support

No Yes No Yes No Yes

Up to 0.30 3.2 2.7 3.2 2.8

Local Streets & Roads

0.30 to 1 3.2 2.7 3.4 3.0

1 to 3 3.2 2.7 3.6 3.1

3 to 10 3.2 2.7 3.8 3.2 2.9 2.5

Arterials and Highways

10 to 30 3.2 2.7 4.1 3.4 3.0 2.6

Over 30 3.2 2.7 4.3 3.6 3.1 2.6

Fuente: Portland Cement Association, PCA.

En función del tipo pavimento, las condiciones de soporte lateral, el tráfico de diseño esperado, y la clasificación de la carretera, se considera un valor de 2.7.

5.3. Pérdida de soporte.

Este factor, es el valor que se le da a la perdida de soporte que pueden llegar a tener las losas de un pavimento de concreto, por efecto de la erosión en la sub base por corrientes de agua o por los asentamientos diferenciales de la subrasante.

Este factor no aparece en forma directa en la formula de diseño para obtener el espesor de un pavimento de concreto; pero si está en forma indirecta a través de la reducción del Modulo de Reacción efectivo de la superficie (subrasante) en que se apoyan las losas.

La perdida de soporte fue el principal modo de falla en los pavimentos rígidos, en la prueba AASHO. El bombeo de finos de la subrasante precedió todos los tipos de grietas. Por consiguiente, los efectos de pérdida de soporte son inherentes en la ecuación de diseño AASHTO que predice el desempeño de los pavimentos rígidos o la perdida de serviciabilidad.

La ACPA recomienda utilizar una pérdida de soporte igual a cero para cualquier diseño de pavimento rígido. Las mejoras necesarias en las condiciones de soporte de la sub base o subrasante pueden lograrse mejorando los materiales de sub base o un drenaje adecuado.



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En el presente diseño se está considerando una subbase de suelo cemento para la alternativa de pavimento hidráulico, un CBR mínimo de la subrasante de 15%, y un sistema de drenaje adecuado; por consiguiente, se ha considerado un valor de pérdida de soporte igual a cero.

5.4. Módulo de elasticidad, Es.

El Instituto Americano del Concreto, ACI, recomienda el cálculo del modulo de elasticidad de concreto de cemento Pórtland de peso normal, utilizando la siguiente correlación: Es= 57,000 (f’c)0.5, donde Es = Modulo de elasticidad del concreto (en psi) y f’c = Resistencia a la compresión, como se determina en AASHTO T22, T 140 o ASTM C 39. No obstante, para el presente diseño se utilizará la correlación recomendada por la American Concrete Pavement Association, que estima Es en función del módulo de ruptura, de acuerdo a lo siguiente: Es = 6,750 * Sc’, donde Es = Módulo de elasticidad del concreto (en psi) y Sc’ = Módulo de ruptura del concreto

En la tabla 5.5 se muestran valores de modulo de elasticidad del concreto para diferentes módulos de ruptura empleando la correlación anterior.

Tabla 5.5 Modulo de elasticidad del concreto en función del módulo de ruptura.

Modulo de elasticidad (PSI) Modulo de ruptura,

(PSI)

3,400,000 500

3,700,000 550

4,100,000 600

4,400,000 650

4,700,000 700

5,100,000 750

5,400.000 800

Fuente: American Concrete Pavement Association.

El valor del módulo de ruptura considerado en el diseño es de 42 kg/cm2 (600 psi), y considerando las recomendaciones anteriores, se obtiene un valor de Es = 4, 050,000 psi.



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6. DISEÑO ALTERNATIVAS CON PAVIMENTO FLEXIBLE.

6.1. Cálculo de Ejes Equivalentes de Diseño (ESAL).

A partir del TPDA, distribución vehicular, tasa de crecimiento, factor direccional, factor de carril, y factores de daño por tipo de vehículo, se procedió a calcular los ESAL de Diseño del Proyecto, presentados en la tabla a continuación.

Tabla 6.1 ESAL de diseño del proyecto, pavimento flexible.

AÑO TPDA

Tasa

Livianos

Tasa

Pesados Auto Pickup Microbus Bus C2 C3 C4 T2 - S1 T2 - S2 T2 - S3 T3 - S1 T3 - S2 T3 - S3 EEQ. / AÑO

EEQ.

Acumulados

EEQ.

Carril de

Diseño

2007 9 1 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2008 29 1 9 2 1 11 1 0 0 0 0 0 3 1

2009 30 1 10 2 1 11 1 0 0 0 0 0 3 1

2010 32 1 10 2 1 12 1 0 0 0 0 0 3 1

2011 1219 325 350 33 40 203 20 0 0 8 0 0 187 55 446,910 446,910 223,455

2012 1287 0.059 0.051 344 370 35 43 213 21 0 0 9 0 0 196 57 469,710 916,620 458,310

2013 1350 0.052 0.045 362 389 36 44 222 21 0 0 9 0 0 205 60 490,854 1,407,474 703,737

2014 1416 0.052 0.045 381 410 38 46 233 22 0 0 9 0 0 214 63 512,950 1,920,424 960,212

2015 1485 0.052 0.045 401 431 39 49 243 23 0 0 10 0 0 224 66 536,041 2,456,466 1,228,233

2016 1558 0.052 0.045 422 453 41 51 254 24 0 0 10 0 0 234 68 560,172 3,016,638 1,508,319

2017 1634 0.052 0.045 444 477 43 53 265 26 0 0 11 0 0 244 72 585,389 3,602,026 1,801,013

2018 1706 0.047 0.04 464 499 45 55 276 27 0 0 11 0 0 254 74 608,814 4,210,840 2,105,420

2019 1781 0.047 0.04 486 523 47 57 287 28 0 0 11 0 0 264 77 633,176 4,844,016 2,422,008

2020 1859 0.047 0.04 509 548 48 60 298 29 0 0 12 0 0 275 80 658,514 5,502,530 2,751,265

2021 1941 0.047 0.04 533 573 50 62 310 30 0 0 12 0 0 286 84 684,865 6,187,395 3,093,697

2022 2026 0.047 0.04 558 600 52 64 323 31 0 0 13 0 0 297 87 712,271 6,899,666 3,449,833

2023 2095 0.036 0.031 578 622 54 66 333 32 0 0 13 0 0 307 90 734,360 7,634,026 3,817,013

2024 2166 0.036 0.031 599 644 56 69 343 33 0 0 14 0 0 316 93 757,134 8,391,160 4,195,580

2025 2239 0.036 0.031 621 667 57 71 354 34 0 0 14 0 0 326 95 780,614 9,171,774 4,585,887

2026 2315 0.036 0.031 643 691 59 73 365 35 0 0 15 0 0 336 98 804,823 9,976,597 4,988,298

2027 2393 0.036 0.031 666 716 61 75 376 36 0 0 15 0 0 346 101 829,782 10,806,379 5,403,190

2028 2475 0.036 0.031 690 742 63 77 388 37 0 0 15 0 0 357 105 855,516 11,661,895 5,830,947

2029 2558 0.036 0.031 715 769 65 80 400 39 0 0 16 0 0 368 108 882,047 12,543,942 6,271,971

2030 2645 0.036 0.031 741 796 67 82 412 40 0 0 16 0 0 380 111 909,402 13,453,343 6,726,672

10481 11272 990 1218 6097 588 0 0 244 0 0 5615 1644 Factor Dir. Factor Carril

0.0005 0.0073 0.134 1.614 2.436 1.551 0.832 3.101 2.867 2.319 2.867 2.632 2.084 0.50 1.00

ACUMULADO

FACTOR DE CAMION

Fuente: Elaboración CONSULTA/PB 2008.

6.2. CBR de diseño.

En la tabla 6.2 se presentan los CBR obtenidos en el presente tramo, para mayor detalle en la sección de anexos del Informe Geotécnico de esta vialidad, se presenta el resumen de los materiales encontrados en los pozos a cielo abierto, PCA, realizados.



SECTOR B VP7B

Tabla 6.2 Resultados de CBR del proyecto.

2" 1½ " 1" ¾ " 1/2" ⅜ " 4 10 40 200 LL Ip AASHTO SUCS W opt PVS (kg/m³)

PCA-B-VP-07-49 14+738 0.30-2.00 100.00 83.00 74.60 68.60 67.50 53.70 42.20 28.70 21.00 42.00 8.00 A-2-5(0) GM 14 1820 11Grava limosa con arena; color café claro, 46% de grava

amaño máximo 3", 33%arena y finos de media plasticidad.

PCA-B-VP-07-50 15+208 0.20 -2.0 100.00 98.60 85.30 67.50 53.00 36 13 A-6-(5) CL 20 1587 24Arcilla con arena; color café claro, 48% arena, 1% grava

tamaño máximo ⅜" y finos de media plasticidad.

PCA-B-VP-07-57 17+507 0.20-2.00 98.90 98.90 97.90 96.70 95.20 95.20 78.40 61.00 54.80 46.20 55.00 23.00 A-7-5(7) SM 18 1588 2Arena limosa con grava; color café, 21.6% de grava, 32.2%

arena y finos de alta plasticidad.

PCA-B-VP-07-59 17+984 0.00-2.00 97.1 87.7 80.6 79.4 77.2 76.4 72.3 70.2 66.5 59.4 63.0 33.0 A-7-5(18) CH 19 1526 2Arcilla gravosa; color café, 12.9% arena, 27.7 % de grava y

finos de alta plasticidad.

PCA-B-VP-07-61 18+468 0.00-2.50 87.3 83.0 80.0 78.3 75.9 75.9 72.0 69.9 65.5 58.2 59.0 25.0 A-7-5(12) MH 24 1506 3Limo gravoso; color café, 58% finos de alta compresibilidad,

28% grava tamaño máximo 3" y 14% arena

PCA-B-VP-07-63 19+671 0.25-2.00 100.00 97.10 88.40 48.90 39.00 12.00 A-6(3) SM 37 1258 1Arena limosa; color café claro, 51% arena y 49% finos de

media plasticidad.

12Arena limosa; color café claro gris, 70% arena, 7% grava

tamaño máximo ⅜" y finos de baja plasticidad.1871 7269.6 36.2 22.7 33 8 A-2-4(0) SM100 92.8

Limo arenoso con grava; color café, 57% finos de alta

compresibilidad, 24% arena y 19% grava tamaño máximo 3"

0.00 -2.00

MH 24 1504 157.3 67 24 A-7-5(13)84.8 81 73.6 66

7 Limo gravoso; color café, 51% finos de alta plasticidad.

97.7 91 88.3 86.9 84.8

A-7-5(9) MH 26 148157 50.6 60 2164.5 64.5 62.1 60.486.2 80.1 68.4 67.2

% PASANTE LA MALLA Limites de Consistencia

VIALIDAD PRINCIPAL VP7B: NUEVO TRAZADO SAM 21 KM. 8.2 - KM. 24.2 (TAHUILAPA - MATAZANO)

CODIGO SONDEO

Profundida

d (m)

0.00-2.00

CBR

(95%) DESCRIPCION

ProctorClasificación

EST.

PCA-B-VP-07-48 14+240

PCA-B-VP-07-62 18+889

PCA-B-VP-07-60 18+250

0.0-2.00

La traza proyectada en esta vialidad, se desplaza realizando una serie de cortes y rellenos en los terrenos existentes, producto de la topografía misma del sector, terrenos con una configuración en lomerío y montañosa. Lo anterior propició que 8 de los 9 Pozos a Cielo Abierto, PCA, a los que se les realizó ensayos de CBR, quedasen a niveles respecto a la subrasante proyectada superiores a un metro con cuarenta centímetros (1.40 m) en corte. En cuanto a las zonas de corte, de acuerdo al informe geotécnico de esta vialidad, los terrenos a cortar son: Estratos de roca efusiva basáltica sana a muy meteorizada Estratos de rocas piroclastitas sana a muy meteorizada Capas de suelo residual producto de la meteorización y alteración de los estratos rocosos subyacentes

referidos. En las zonas de relleno por su parte, la capacidad portante de la capa de subrasante, a ser considerada en el diseño de pavimentos, debe ser el CBR del material de préstamo, que en el mayor de los casos, deberá aprovecharse el material proveniente de las zonas de corte. En la tabla 6.3, se muestra la diferencia en elevación entre la subrasante proyectada y la existente, para cada PCA que se le realizó ensayo de CBR.



SECTOR B VP7B

Tabla 6.3 Nivel existente y proyectado, sitios con ensayos de CBR.

EstaciónCota Sub

RasanteCota Rasante

Cota

Terreno

Sub

Rasante -

Tereno

Corte / Relleno

en EjePCA CBR

14+240.000 496.531 497.031 504.037 -7.506 Corte PCA-B-VP-07-48 72

14+740.000 513.072 513.572 521.937 -8.865 Corte PCA-B-VP-07-49 11

15+210.000 544.169 544.669 553.106 -8.936 Corte PCA-B-VP-07-50 24

17+510.000 671.610 672.110 678.191 -6.581 Corte PCA-B-VP-07-57 2

17+980.000 698.998 699.498 700.447 -1.449 Corte PCA-B-VP-07-59 2

18+250.000 707.308 707.808 715.217 -7.909 Corte PCA-B-VP-07-60 1

18+470.000 716.782 717.282 720.819 -4.036 Corte PCA-B-VP-07-61 3

18+890.000 750.376 750.876 756.824 -6.448 Corte PCA-B-VP-07-62 7

19+670.000 789.790 790.290 790.291 -0.500 Corte PCA-B-VP-07-63 1

Considerando el nivel de subrasante proyectado, desplazándose únicamente un 4% a niveles próximos al de terreno existente, y de acuerdo a las recomendaciones hechas en el Informe Geotécnico de esta vialidad, se establece para fines del presente diseño estructural, un CBC de Diseño de 15%.

6.3. Determinación de estructura de pavimento. Alternativa 1.

El cálculo de espesores de la estructura de pavimento se realizó utilizando el Pavement Analysis Software (PAS) de la American Concrete Pavement Association (ACPA), versión 1.04, presentándose a continuación los resultados obtenidos.

En la figura 6.1 se presenta el cálculo de espesores para la alternativa 1:

Figura 6.1. Cálculo de espesores. Alternativa 1. La carpeta de concreto asfáltico deberá ser conformada en dos capas, la superficial o de rodadura constituida por una mezcla asfáltica densa en caliente, de granulometría gruesa, de 1.57 plg. (40.0 mm) de espesor, con tamaño



SECTOR B VP7B

nominal máximo de ½“ (12.7 mm); y una capa inferior de mezcla asfáltica densa en caliente, de granulometría gruesa, de tamaño máximo nominal ¾” (19.05 mm), el espesor de esta capa será igual a la resta del espesor total de carpeta asfáltica resultante del cálculo estructural menos la capa de rodadura considerada.

En la tabla 6.4 se presentan las definiciones a ser consideradas para mezclas asfálticas densas en caliente de granulometría gruesa y fina.

Tabla 6.4 Definición de mezclas densas de granulometría gruesa y fina.

Mixture NMS Coarse-Graded Fine-Graded

37.5 mm (1 ½”) <35% Passing 4.75 Sieve >35% Passing 4.75 Sieve

25.0 mm (1”) <40% Passing 4.75 Sieve >40% Passing 4.75 Sieve

19.0 mm (3/4”) <35% Passing 2.36 Sieve >35% Passing 2.36 Sieve



4.75 (No 4 Sieve) N/A (No standard Superpave gradation)

Fuente: HMA Pavement Mix Type Selection Guide, U.S Department of Transportation, FHWA, NATIONAL ASPHALT PAVEMENT ASSOCIATION (NAPA).

6.3.1 Estructura de pavimento en hombros.

Existe una variedad de prácticas relacionadas con el diseño de hombros; pero no existe una guía que unifique criterios en este tema. El diseño estructural de hombros ha sido desarrollado mayormente basado en la experiencia más que en métodos racionales. Sin embargo, con el incremento de vehículos como de velocidades de operación en las vías, la necesidad de hombros adecuados ha incrementado considerablemente.

La Guía AASHTO 93 de Diseño de Estructuras de Pavimentos, en el apéndice E POSITION PAPER ON SHOULDER DESIGN, menciona que en los Estados Unidos, el Estado de California ha desarrollado un procedimiento formal para el diseño de hombros, 14 otros estados tienen pólizas documentadas, 28 no tienen ningún tipo de póliza, y 5 estados pavimentan los hombros de forma integral con los carriles principales de circulación.

El Departamento de Transporte de California (Caltran), en su Manual de Diseño de Autopistas (HIGHWAY DESIGN MANUAL), recomienda que los hombros sean construidos con la misma estructura de pavimento que los carriles principales cuando aplique cualquiera de las condiciones siguientes:

El ancho de hombro es 5 ft (1.52 mt ) o menos

Cuando exista pendientes (en una longitud mayor de 1 milla (1.609 km)) mayores al 4%, sin un carril de ascenso para camiones de carga

Los hombros son adyacentes a carriles exclusivos para camiones de carga, carriles sólo para buses, o rampas de estaciones de pesaje.

Considerando los criterios de diseño anteriores, el tipo de vía que se está diseñando, práctica constructiva, y facilitar las actividades de mantenimiento, se establece que la estructura de pavimento en los hombros sea la misma que la estructura de los carriles principales de circulación. En la tabla 6.5, se presenta la estructura de pavimento resultante:



SECTOR B VP7B

Tabla 6.5 Estructura de pavimento. Alternativa 1.

Descripción

Estructura de Pavimento en Carriles Principales

Estructura de Pavimento en Hombros

Milímetros Milímetros

Carpeta asfáltica 100 100

Base granular 200 200

Subbase granular 200 200

Subrasante, CBR = 15%.

6.4. Determinación de estructura de pavimento. Alternativa 2.

En la figura 6.2 se presenta el cálculo de espesores para la alternativa 2:

Figura 6.2. Calculo de espesores. Alternativa 2.

6.4.1 Estructura de pavimento en hombros.

La estructura de pavimento en los hombros será la misma a la estructura de los carriles principales de circulación (Ver Sección 6.3.1)

En la tabla 6.6, se presenta la estructura de pavimento resultante:



SECTOR B VP7B


Descripción

Estructura de pavimento en carriles principales

Estructura de pavimento en hombros


Carpeta asfáltica 110 110

Base tratada con emulsión asfáltica + cemento

200 200


7. DISEÑO CON PAVIMENTO HIDRAULICO (Alternativa 3).

7.1. Cálculo de Ejes Equivalentes de Diseño (ESAL).

Los ESAL de diseño para este tipo de estructura son presentados en la tabla 7.1.

Tabla 7.1 ESAL de diseño del proyecto. Pavimento rígido

AÑO TPDA

Tasa

Livianos

Tasa

Pesados Auto Pickup Microbus Bus C2 C3 C4 T2 - S1 T2 - S2 T2 - S3 T3 - S1 T3 - S2 T3 - S3 EEQ. / AÑO

EEQ.

Acumulados

EEQ.

Carril de Diseño

2007 9 1 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2008 29 1 9 2 1 11 1 0 0 0 0 0 3 1

2009 30 1 10 2 1 11 1 0 0 0 0 0 3 1

2010 32 1 10 2 1 12 1 0 0 0 0 0 3 1

2011 1219 325 350 33 40 203 20 0 0 8 0 0 187 55 638,085 638,085 319,042

2012 1287 0.059 0.051 344 370 35 43 213 21 0 0 9 0 0 196 57 670,635 1,308,720 654,360

2013 1350 0.052 0.045 362 389 36 44 222 21 0 0 9 0 0 205 60 700,821 2,009,541 1,004,771

2014 1416 0.052 0.045 381 410 38 46 233 22 0 0 9 0 0 214 63 732,366 2,741,907 1,370,954

2015 1485 0.052 0.045 401 431 39 49 243 23 0 0 10 0 0 224 66 765,331 3,507,238 1,753,619

2016 1558 0.052 0.045 422 453 41 51 254 24 0 0 10 0 0 234 68 799,779 4,307,017 2,153,509

2017 1634 0.052 0.045 444 477 43 53 265 26 0 0 11 0 0 244 72 835,779 5,142,796 2,571,398

2018 1706 0.047 0.04 464 499 45 55 276 27 0 0 11 0 0 254 74 869,219 6,012,015 3,006,008

2019 1781 0.047 0.04 486 523 47 57 287 28 0 0 11 0 0 264 77 903,998 6,916,014 3,458,007

2020 1859 0.047 0.04 509 548 48 60 298 29 0 0 12 0 0 275 80 940,169 7,856,182 3,928,091

2021 1941 0.047 0.04 533 573 50 62 310 30 0 0 12 0 0 286 84 977,787 8,833,969 4,416,984

2022 2026 0.047 0.04 558 600 52 64 323 31 0 0 13 0 0 297 87 1,016,910 9,850,878 4,925,439

2023 2095 0.036 0.031 578 622 54 66 333 32 0 0 13 0 0 307 90 1,048,442 10,899,321 5,449,660

2024 2166 0.036 0.031 599 644 56 69 343 33 0 0 14 0 0 316 93 1,080,953 11,980,274 5,990,137

2025 2239 0.036 0.031 621 667 57 71 354 34 0 0 14 0 0 326 95 1,114,472 13,094,746 6,547,373

2026 2315 0.036 0.031 643 691 59 73 365 35 0 0 15 0 0 336 98 1,149,030 14,243,776 7,121,888

2027 2393 0.036 0.031 666 716 61 75 376 36 0 0 15 0 0 346 101 1,184,660 15,428,437 7,714,218

2028 2475 0.036 0.031 690 742 63 77 388 37 0 0 15 0 0 357 105 1,221,395 16,649,832 8,324,916

2029 2558 0.036 0.031 715 769 65 80 400 39 0 0 16 0 0 368 108 1,259,269 17,909,100 8,954,550

2030 2645 0.036 0.031 741 796 67 82 412 40 0 0 16 0 0 380 111 1,298,317 19,207,418 9,603,709

10481 11272 990 1218 6097 588 0 0 244 0 0 5615 1644 Factor Dir. Factor Carril

0.00054 0.00741 0.128 1.629 2.493 2.680 1.882 3.138 3.876 3.390 3.876 4.615 4.129 0.50 1.00

ACUMULADO

FACTOR DE CAMION

Fuente: Elaboración CONSULTA/PB 2008.



SECTOR B VP7B

7.2. Cálculo de CBR de diseño.

Se adopta el mismo CBR de diseño considerado para la alternativa de pavimento asfáltico, CBR = 15%.

7.3. Determinación del espesor de la estructura de pavimento.

En la figura 7.1 se presenta el cálculo de espesores para la alternativa 3, en esta vialidad:

Figura 7.1. Cálculo de espesores. Alternativa 3.



SECTOR B VP7B

7.3.1. Estructura de pavimento en hombros.

Para el presente proyecto se recomienda hombros de igual espesor que los carriles principales para permitir que las barras de amarre puedan ser colocadas al centro de las losas y garantizar un buen comportamiento de la estructura de pavimento. El módulo de ruptura del concreto hidráulico a colocar en los hombros será de 28 kg/cm2. Deberán utilizarse barras de amarre entre el carril de circulación y el hombro, no se colocarán barras pasajuntas en los hombros.

No obstante, las solicitaciones de tráfico están demandando un espesor de concreto hidráulico de 18 cm, se propone incrementar este espesor a 20 cm, con el propósito de mejorar la serviciabilidad de este tipo de estructura, manteniendo constante el espesor de subbase y CBR de la subrasante. Con base en lo anterior, la estructura propuesta para esta alternativa es la presentada en la tabla 7.2.


Descripción

Estructura de pavimento en carriles principales

Estructura de pavimento en hombros


Carpeta Concreto Hidráulico: MR = 42 kg/cm2 en carriles principales. MR = 28 kg/cm2 en hombros.

200 200

Subbase de suelocemento: 200 200


7.4. Aspectos complementarios al diseño.

7.4.1. Transferencia de carga en juntas longitudinales y barras de amarre.

La transferencia de carga a través de las juntas longitudinales entre los carriles de circulación y entre hombros de concreto hidráulico ligados a los carriles principales, afecta los esfuerzos de tensión y las deflexiones de la losas de concreto. En consecuencia, una eficiente transferencia de carga a través de las juntas longitudinales minimiza la formación de grietas transversales y el escalonamiento en las juntas. Además de optimizar la eficiencia de transferencia de carga en las juntas longitudinales, el sistema de barras de amarre también previene la separación entre carriles. La separación entre carriles puede llevar a una mayor infiltración de agua al pavimento, aparte de convertirse en un problema de seguridad vial. Un adecuado sistema de barras de amarre es crítico para asegurar la efectividad de la construcción de las juntas longitudinales. Las barras de amarre a utilizar serán de acero No 5 corrugado, grado 40, de 30 plg. (75 cm.) de longitud y una separación de 35.43 plg. (90 cm). Estas barras no se deben insertar a menos de 40 cm. de las juntas transversales para evitar que interfieran con el movimientos de las losas.

7.4.2. Transferencia de carga en juntas transversales, pasajuntas. La transferencia de carga a través de las juntas transversales es el factor más crítico para controlar el escalonamientos en los pavimentos de concreto hidráulico y por consecuencia la rugosidad. Una eficiente transferencia de carga a través de las juntas transversales también minimiza la formación de grietas en el espesor de



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la losa de concreto. La utilización de dispositivos de transferencia de carga (pasajuntas) reduce significativamente el potencial de escalonamiento en las juntas, donde el diámetro de la dovela es un factor importante. Las bases estabilizadas también contribuyen a incrementar la transferencia de carga. Atendiendo las recomendaciones de la Portland Cement Association, PCA, y de otras fuentes consultadas, para el diseño de pasajuntas, se proponen como dispositivos de transferencia de carga, barras de acero No 8 liso, grado 60, de 15.75 in. (40 cm.) de longitud, y una separación de 12 pulg. (30cm.). Las barras pasajuntas no deben insertarse a menos de 16 cm. del borde de las losas.

7.4.3. Modulación de losas.

El espaciamiento entre juntas de contracción en pavimentos de concreto hidráulico simple afecta la formación de grietas transversales y los costos de construcción. En menor grado, tiene incidencia en el escalonamiento de las losas. A mayor separación entre juntas, se incrementa el potencial de formación de grietas transversales. La separación entre juntas debe seleccionarse dentro del contexto de los criterios de diseño considerados como espesor y dimensiones de losas, propiedades de los materiales de la mezcla de concreto, y tipo de base. El objetivo es poder seleccionar el máximo espaciamiento entre juntas que provee un nivel aceptable de grietas transversales y confort a los usuarios en el período de diseño de la carretera a un nivel deseado de fiabilidad. La Guía de Diseño AASHTO 93 recomienda como regla general que el espaciamiento entre juntas en pies no supere dos veces el espesor de la losa en pulgadas. La forma ideal de un tablero de losa es la cuadrada, sin embargo no siempre es posible y conveniente tener losas perfectamente cuadradas, por lo que en el mayor de los casos se considera un cierto grado de rectangularidad.

En el presente diseño se considerarán losas de 3.25 metros de ancho por 3.5 metros de largo. En la sección del hombro, las losas tendrán 1.50 metro de ancho por 1.75 metros de longitud, no se colocarán barras pasa juntas en esta sección del hombro.



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8. ANÁLISIS ECONÓMICO COMPARATIVO.

Con base en el estudio hasta aquí desarrollado, se presentan a continuación las tres alternativas finalmente valoradas para el análisis económico comparativo del proyecto, según se detalla en este punto, a saber:

Alternativa 1: Concreto asfáltico sobre base y subbase granular

Alternativa 2: Concreto asfáltico sobre base tratada con emulsión asfáltica + cemento

Alternativa 3: Concreto hidráulico sobre subbase de suelo cemento

Se comparan los costos de cada alternativa siguiendo las directivas incorporadas en la “AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 93” en su Part I, Chapter 3; por los métodos de Costo Anual Uniforme Equivalente y Valor Neto Presente.

8.1. Período de análisis.

Para la comparación económica, se adopta un período de análisis igual al período de diseño de las tres alternativas consideradas, es decir de 20 años,

8.2. Tasa de descuento.

Se aplicará una tasa de descuento del 8.8% anual, para el análisis económico comparativo.

8.3. Costo inicial de construcción.

La inversión inicial para la construcción del tramo, se considera será realizada en una sola etapa, con un desembolso del 100% en el primer año de construcción. En la sección de APENDICES, Apéndice A-5-VP07B ANÁLISIS ECONÓMICO COMPARATIVO, se incluye las tablas Ap-A-5-VP07B-1, y Ap-A-5-VP07B-2, donde se presentan el desglose y resumen del costo Inicial de construcción, con la estimación del valor presente, efectuada según las consideraciones hechas.

8.4. Actividades y costos de mantenimiento.

Durante el período de análisis, fueron contempladas tareas de mantenimiento tanto para la alternativa con pavimento flexible como para la alternativa con pavimento rígido. Las intervenciones de mejora y conservación en cada alternativa, consideradas con el objetivo de mantener en lo posible las condiciones iniciales de tipo estructural y funcional especificadas en el tramo, y no sobrepasar las condiciones límite de deterioro al final del periodo de diseño, son las siguientes:

Alternativas de pavimento flexible

Sello de fisuras (porcentaje de grietas (≥ 3 mm), mayor de 4 %)

Bacheo (huecos ≥ 1 No / km)

Recapeo 50 mm de concreto asfáltico (cuando IRI > = 3.5 m / km)



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Pavimento de concreto hidráulico

Resellado de juntas (100 % de juntas transversales cada 5 años)

Cepillado de superficie (cuando escalonamiento > = 2 mm) Los costos de mantenimiento empleados en el presente análisis económico para las diferentes actividades se presentan en las tablas siguientes:

Tabla 8.1 Costos unitarios. Actividades de mantenimiento, pavimento asfáltico.

Actividad Unidad Costo total ( $)

Sello de grietas y fisuras ml 5.93

Bacheo superficial mt2 24.50

Recapeo (50 mm) mt2 13.38

Tabla 8.2 Costos unitarios. Actividades de mantenimiento, pavimento hidráulico.

Actividad Unidad Costo total ( $)

Resellado de juntas ml 3.22

Cepillado mt2 5.65

Del total de tareas de mantenimiento posibles, se consideraron sólo los ítems diferentes para el mantenimiento entre ambas alternativas. En este sentido, tareas como: señalización horizontal y vertical, reparación y limpieza de cunetas y tuberías, chapeo y limpieza de derecho de vía, reposición de barandas, limpieza de señales, etc., participan con igual incidencia en las tres alternativas y, por este motivo, fueron desestimadas para el análisis comparativo. La tabla Ap-A-5-VP07B-3. Mantenimiento Anual, que se incluye en la sección de APENDICES, Apéndice A-5-VP07B ANÁLISIS ECONÓMICO COMPARATIVO; muestra para el caso de pavimento flexible y pavimento rígido, las tareas relevantes consideradas, su cuantificación anual, costo y valor presente determinado. Las actividades de mantenimiento asignadas por condición de respuesta tales como sello de grietas, recapeo, y cepillado en concreto hidráulico, fueron obtenidas modelando las estructuras de pavimento analizadas en el Programa de Evaluación de Alternativas de Inversión en Carreteras, HDM4.

Con el objeto de reflejar en el costo total de mantenimiento, el desempeño real mostrado por las carreteras de la Red Vial de El Salvador, en que los deterioros son en cierto grado mayor, o aparecen de forma más temprana, a los obtenidos de un modelo como HDM4, lo cual obedece a que en la región no se cuenta con factores de calibración locales para esta herramienta, que permitan realizar ajustes, acorde a nuestra propia realidad de prácticas constructivas y de aseguramiento de calidad en los procesos; y por otra parte, las carreteras se ven expuestas a cargas por eje de vehículos superiores a las máximas permitidas, consideradas en el diseño de las estructuras. Adicionalmente a las actividades de mantenimiento resultantes del modelo HDM4, se asignará en el presente análisis, un costo de mantenimiento rutinario anual de superficie de rodadura, a lo largo del periodo de diseño, donde se considera necesario el empleo de este recurso para una satisfactoria serviciabilidad de la carretera, siendo este según se desglosa a continuación.



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Superficie asfáltica:

Bacheo superficial en 1% de área ................................. 67.5 mt2 x $24.50/mt2 ...................... $1,653.75 +

Sello o inyección en superficie de rodadura .................. 227.02 ml x $5.93/ml ......................... $1,346.25 = TOTAL ($/km, calzada de dos carriles) ..................... .......................................................... $3,000.00

Superficie hidráulica:

Sello de fisuras .................................................................. 130 ml x $3.98/ml ......................... $ 517.40 +

Reparación a espesor parcial por juntas despostilladas (0.66% de long. de juntas x km), considerando reparar un ancho de 1 mt., por cada ml de junta despostillada: .... 23.693 mt2 de área x $28.81/mt2 .. $ 682.60 = TOTAL ($/km, calzada de dos carriles) ............................ .......................................................... $ 1,200.00

Tabla 8.3 Costos de mantenimiento rutinario.

Tipo de superficie

Mantenimiento rutinario anual / km - calzada dos carriles

Costo ($)

Pavimento hidráulico 1,200.00

Pavimento asfáltico 3,000.00

8.5. Valor de rescate.

El valor de rescate representa el valor económico de una alternativa de inversión al final del periodo de análisis. Comprende dos componentes: el valor residual y vida de servicio remanente. El valor residual se refiere al valor neto de la estructura de pavimento por posible reciclado de los materiales al final del periodo de diseño, mientras que el valor de vida remanente representa el valor asociado con los años de vida que aún le restan al pavimento más allá del periodo de diseño para el cual fue diseñado. Las tres alternativas de diseño consideradas tienen el mismo período de análisis (20 años), sin embargo, al arribar al final de su período de análisis, se considera los pavimentos de concreto hidráulico tendrán un valor de rescate mayor que los pavimento asfálticos. Para la evaluación técnica-económica-financiera de alternativas del presente proyecto, ETAPA DE FACTIBILIDAD, en común acuerdo con la MCC, se estableció un valor de rescate del 20% de su costo de construcción inicial para las estructuras de pavimento asfáltico, y del 30% para pavimentos de concreto hidráulico. Se retomarán estos valores en el presente análisis.

8.6 Factor de recuperación de capital.

Según el punto 3.9 de la Guía AASHTO ’93, el factor de recuperación de capital (crf i , n), es:

crf i , n = i (1 + i)n / [(1 + i)n – 1]

con: i = 8.8% y n = 20 años; resulta:

crf i , n = 0.1080



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8.7 Determinación del Costo Anual Uniforme Equivalente (EUAC).

A partir del valor presente obtenido para cada uno de los términos de la ecuación (3.9.1) indicada en el apartado 3.9.1 de la Guía AASHTO ’93, se calcula el EUAC, según puede verse en la tabla Ap-A-5-VP07B-4. EUAC-Costo Anual Uniforme Equivalente; que se incluye en la sección de APENDICES, Apéndice A-5-VP07B, ANÁLISIS ECONÓMICO COMPARATIVO. Un resumen de los valores del Costo Anual Uniforme Equivalente (EUAC) obtenidos para cada una de las alternativas, se presenta a continuación en la TABLA 8.4.

Tabla 8.4 Costo Anual Uniforme Equivalente (EUAC)

ALTERNATIVA DE ANÁLISIS EUAC

1 Pavimento de concreto asfáltico sobre base y subbase granular $ 291,703

2 Pavimento de concreto asfáltico sobre base tratada con emulsión asfáltica + cemento

$ 351,150

3 Pavimento de concreto hidráulico sobre subbase de suelo cemento (Espesor de Losa = 20 cm)

$ 341,893

3.1 Pavimento de concreto hidráulico sobre subbase de suelo cemento (Espesor de Losa = 18 cm)

$ 319,268

8.8 Determinación del Costo Presente Total (TPWC).

De manera similar, determinado cada uno de los costos decisivos que intervienen y siguiendo los lineamientos de la ecuación (3.9.4) indicada en el apartado 3.9.2 de la Guía AASHTO ’93, se calcula el Costo Presente Total (TPWC), según puede verse en la Tabla Ap-A-5-VP07B-5 TPWC-Valor del Costo Presente Total; que se incluye en la sección de APENDICES, Apéndice A-5-VP07B ANÁLISIS ECONÓMICO COMPARATIVO. En la TABLA 8.5., se presentan los valores del Costo Presente Total (TPWC), calculados para cada una de las tres alternativas de análisis.

Tabla 8.5 Costo Presente Total (TPWC)

ALTERNATIVA DE ANÁLISIS Costo Presente Total

1 Pavimento de concreto asfáltico sobre base y subbase granular $ 2,701,217

2 Pavimento de concreto asfáltico sobre base tratada con emulsión asfáltica

$ 3,336,671

3 Pavimento de concreto hidráulico sobre subbase de suelo cemento (Espesor de Losa = 20 cm)

$ 3,165,978

3.1 Pavimento de concreto hidráulico sobre subbase de suelo cemento (Espesor de Losa = 18 cm)

$ 2,956,473

8.9 Conclusión de análisis económico comparativo.

El análisis efectuado destaca ventaja de la alternativa 1 respecto a las alternativas 2 y 3. A partir del Costo Presente Total (TPWC) (TABLA 8.5) se aprecia que esta diferencia se ubica en el 23.5% a favor de la alternativa 1 sobre la alternativa 2, y de 17.2% (e = 20 cm) de esta misma alternativa sobre la alternativa 3. Al considerar para la alternativa 3, un espesor de losa de concreto hidráulico de 18 cm, las diferencia a favor de la alternativa 1, es de 9.4%.



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En cuanto al Costo Anual Uniforme Equivalente (EUAC), que trata de tener en consideración las principales demandas derivadas del mantenimiento del corredor vial, la diferencia en favor de la alternativa 1 respecto a la alternativa 2 se reduce a un 20.4%, mientras que respecto a la alternativa 3, se mantiene similar diferencia a la obtenida en el Costo Presente Total (TPWC).

9. SELECCIÓN DE ALTERNATIVA.

La selección de una estructura de pavimento no es una ciencia exacta, sino más bien un procedimiento en el que el ingeniero diseñador y administradores de la red de carreteras, deben emitir un juicio considerando muchos factores como son: tráfico, tipos de suelos, clima, materiales, técnicas constructivas, mantenimiento, medio ambiente, desempeño estructural y funcional, análisis económico, etc. La selección del tipo de estructura de pavimento debe ser dictada por una consideración ventajosa de uno o varios de estos factores.

En el presente diseño, para la selección de la alternativa más factible técnica y económicamente, serán considerados los factores listados a continuación:

Análisis económico

Durabilidad

Nivel de comodidad a los usuarios

Aprovechamiento de materiales a lo largo de traza proyectada

Futuras posibilidades de reciclaje

Facilidades de mantenimiento con menor perdida de serviciabilidad a usuarios

Visibilidad en horas nocturnas por resalte de señalización y seguridad al frenado

En la tabla 9.1 se presenta la cuantificación de los beneficios respecto a los factores anteriormente listados, para las alternativas consideradas:

Tabla 9.1 Comparación cuantitativa-cualitativa de alternativas analizadas

Descripción Alternativa I Alternativa II Alternativa III

Condición técnica F F F

Análisis económico F A A

Durabilidad A A F

Nivel de comodidad a los usuarios

F F A

Aprovechamiento de materiales a lo largo de traza proyectada

F F F

Futuras posibilidades de reciclaje F F D

Facilidades de mantenimiento con menor perdida de serviciabilidad a usuarios

F F D

Visibilidad por resalte de señalización y seguridad al frenado

F F D



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Donde:

F: Favorable A: Aceptable D: Desfavorable

Se recomienda como la alternativa más conveniente para el proyecto, la alternativa 1 (pavimento de concreto asfáltico sobre base y subbase granular), considerando:

El menor costo inicial, aproximadamente un 30% (20 %, si espesor de losa = 18 cm) menor que la alternativa 3 y un 28% menor que la alternativa 2.

El menor costo resultante que proporciona el análisis económico para la alternativa 1 ante las otras dos alternativas.

La análoga aptitud que técnicamente tienen las tres alternativas analizadas como solución estructural para la calzada.

La capacidad de equipo instalada en el país, y la experiencia constructiva (cuando se compara contra la alternativa 2).

Tabla 9.2 Estructura de pavimento seleccionada: Alternativa 1.

Estructura en carriles de circulación Estructura de hombros

Carpeta asfáltica,

e = 100 mm.

Base granular,

e = 200 mm.

Subbase granular,

e = 200 mm.

Subrasante,

CBR = 15%.

Carpeta asfáltica,

e = 100 mm.

Base granular,

e = 200 mm.

Subbase granular,

e = 200 mm.

Subrasante,

CBR = 15%.

No obstante lo anterior, será la Entidad Oficial quien, en último término, decida por la solución final a aplicar, haciendo sopesar otras justificadas razones que considere oportuno y que puedan ser no contempladas por este análisis.



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10. RESUMEN METODOLOGICO.

El presente diseño de pavimento ha sido fundamentado en los siguientes aspectos:

Procedimiento de diseño establecido en la Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimento (AASHTO1993).

Investigación del suelo: campaña geotécnica del proyecto, 2007-2008

Estudio de Tráfico del Proyecto, 2007

Fueron consideradas para ser analizadas tres alternativas de estructura de pavimento, siendo éstas:

Alternativa 1: Concreto asfáltico sobre base y subbase granular

Alternativa 2: Concreto asfáltico sobre base tratada con emulsión asfáltica+cemento

Alternativa 3: Concreto hidráulico sobe subbase de suelo cemento.

11. CONCLUSIONES.

Para conformar la estructura de pavimento de la carretera, fue recomendada como más conveniente la alternativa 1 (tabla 9.2).

La carpeta de concreto asfáltico deberá ser conformada en dos capas, la superficial o de rodadura constituida por una mezcla asfáltica densa en caliente, de granulometría gruesa, de 1.57 plg. (40.0 mm) de espesor, con tamaño nominal máximo de ½“ (12.7 mm); y una capa inferior de mezcla asfáltica densa en caliente, de granulometría gruesa, de tamaño máximo nominal ¾” (19.05 mm), de 2.36 plg. (60 mm) de espesor. En la tabla 6.3 del presente informe se presenta las definiciones a ser consideradas para mezclas asfálticas densas en caliente de granulometría gruesa y fina.

La estructura de pavimento se extenderá hasta el borde externo de la vía y conformar los hombros, es decir, la estructura de pavimento en los hombros será la misma que en los carriles principales de circulación.

La estructura de pavimento seleccionada:

Satisface las necesidades de demanda vehicular para el periodo de diseño de 20 años, como lo establecen los términos de referencia del proyecto

Permite la utilización al máximo de los suelos existentes en la zona

Está acorde a las practicas constructivas del país



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La estructura de pavimento propuesta para los accesos proyectados en esta vialidad, es la siguiente:

Tabla 10.1 Estructura de pavimento recomendada en vías de acceso.

Carpeta asfáltica,

e = 50 mm.

Base granular,

e = 200 mm.

Subrasante

La condición de subrasante en estas vías de acceso, deberá ser la misma que para la vialidad principal.

12. RECOMENDACIONES.

La calidad de los materiales, procesos constructivos, y un eficiente control de calidad, inciden significativamente en la habilidad de una estructura de pavimento de poder tener un desempeño acorde a las expectativas de diseño. Un pavimento, aún esté diseñado con la más alta calidad, no tendrá un desempeño adecuado si no está construido correctamente, la calidad se incorpora al pavimento en la construcción. En función de lo anterior, debe asegurarse que las consideraciones y criterios técnicos adoptados en el presente diseño, sean cumplidos en el momento de ejecución de la obra en campo.



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13. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.

1. AASHTO Guide for Design of Pavement Structures, 1993. American Association of State Highway and Transportation Officials.

2. Guide for Mechanical-Empirical Design OF NEW AND REHABILITATED PAVEMENT STRUCTURES, National Cooperative Highway Research Program Transportation Research Board National Research Council, April 2001.

3. Manual Centroamericano para el Diseño de Pavimentos, de la Secretaría de Integración Económica

Centroamericana, SIECA, Noviembre 2002.

4. Asphalt Pavement Engineering, Hugh A. Wallace, J. Rogers Martin

5. HIGHWAY DESIGN MANUAL, California Department of Transportation, Caltrans, September 2006

6. COMPREHENSIVE PAVEMENT DESIGN MANUAL, Design Division and Technical Services Division, New York State Department of Transportation, July 2002.

7. HMA Pavement Mix Type Selection Guide, U.S Department of Transportation, FHWA, NATIONAL ASPHALT

PAVEMENT ASSOCIATION (NAPA).

8. Pavement Preventive Maintenance Guidelines, Foundation Pavement Preservation, March 2001

9. SELECTING A PREVENTIVE MAINTENANCE TREATMENT FOR FLEXIBLE PAVEMENTS, Foundation Pavement Preservation, June 2000

10. MIX DESIGN METHODS For Asphalt Concrete and Other Hot-Mix Types, Asphalt Institute, Manual Series No 2,

Sixth Editions.

11. A Basic Asphalt Emulsion Manual, Asphalt Institute, Manual Series No 19, Electronic Edition

12. Paved Shoulders, Federal Highway Administration, FHWA, Technical Advisory T 5049.29, February 2, 1990.

13. CONCRETE SHOULDER, Portland Cement Association, 1975.

14. Design and Construction of Joints for Concrete Streets, American Concrete Pavement Association, 1992.

15. Design and Construction of Joints for Concrete Highways, American Concrete Pavement Association.

16. Highway Subdrainage Design, Publication No FHWA A-TS-80-224, August 1980, (Reprinted July 1990)

17. Mecánica de Suelos, Peter L. Berry – David Reid, 1993.



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Apéndice A-5-VP07B

Análisis económico comparativo.



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TABLA Ap-A-5-VP07B-1

ICCD

Desglose Costo inicial de construcción

ALTERNATIVA I Ancho (mt) Espesor(mt) Long. (mt)

Unidad de

Medida Vol (mt3) Área (mt2) P.Unit Valor $ /Km Long Total (km) $ Total / Proyecto

Carpeta Asfáltica Calzada 6.5 0.10 1000 mt3 650 265.63 172,659.50

Carpeta Asfáltica Hombros 3.0 0.10 1000 mt3 300 265.63 79,689.00

Riego de Liga 9.5 1000 mt2 9500.00 0.73 6,935.00

Imprimación 9.5 1000 mt2 9500.00 0.86 8,170.00

Base Granular 9.5 0.20 1000 mt3 1900 28.87 54,853.00

Sub-Base Granular 9.5 0.20 1000 mt3 1900 27.78 52,782.00

Conformación de Subrasante 9.5 0.30 1000 mt3 2850 5.71 16,273.50

TOTAL 391,362.00 6.060 2,371,653.72

ALTERNATIVA II Ancho (mt) Espesor(mt) Long. (mt)

Unidad de


Carpeta Asfáltica Calzada 6.5 0.11 1000 mt3 715 265.63 189,925.45

Carpeta Asfáltica Hombros 3.0 0.11 1000 mt3 330 265.63 87,657.90

Riego de Liga 9.5 1000 mt2 9500.00 0.73 6,935.00

Base Tratada con Emulsion Asfaltica + Cemento 9.5 0.20 1000 mt3 1900 104.98 199,462.00


TOTAL 500,253.85 6.060 3,031,538.33

ALTERNATIVA III Ancho (mt) Espesor(mt) Long. (mt)

Unidad de


Carpeta PCC en calzada 6.5 0.20 1000 mt2 1300 234.51 304,863.00

Carpeta PCC en hombros 3.0 0.20 1000 mt2 600 207.45 124,470.00

Imprimación 9.5 1000 mt2 9500.00 0.86 8,170.00

Base SC con material de aporte 9.5 0.20 1000 mt3 1900 29.16 55,404.00


TOTAL 509,180.50 6.060 3,085,633.83


ICC Tasa de descuento: 8.80%

Costo inicial de construcción Período de análisis: 20 años

ALTERNATIVAS PRESUPUESTO DE LA OBRA DISTRIBUCION INVERSIÓN INCIAL VALOR PRESENTE

DE DISEÑO PARCIAL TOTAL AÑO % COSTO PARCIAL PARCIAL TOTAL

1 100.0 $ 2,371,654 $ 2,371,654

2 0.0 $ 0 $ 0

1 100.0 $ 3,031,538 $ 3,031,538

2 0.0 $ 0 $ 0

1 100.0 $ 3,085,634 $ 3,085,634

2 0.0 $ 0 $ 0

Siendo:

ASF S. BG: Alternativa con concreto asfáltico sobre base granular

ASF S. BTEA+C: Alternativa con concreto asfáltico sobre base tratada con emulsión alfaltica+cemento

PCC S. SBSC: Alternativa con concreto hidráulico sobre subbase de suelo cemento

3 $ 3,085,634 $ 3,085,634PCC S. SBSC $ 3,085,634

$ 3,031,538$ 3,031,5382 ASF S. BTEA+C $ 3,031,538

$ 2,371,654$ 2,371,6541 $ 2,371,654ASF S. BG



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AAMO Tasa de descuento: 8.80% Período de análisis: 20 años

Costos de mantenimiento (anuales) Lontitud de Proyecto (km): 6.060 Area de Rodaje: 46,177.20

Incluye: calzada, y hombros Ancho de Calzada (mt): 10.62 Ancho de Rodaje: 7.62

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

AÑO 1 AÑO 2 AÑO 3 AÑO 4 AÑO 5 AÑO 6 AÑO 7 AÑO 8 AÑO 9 AÑO 10

item mantenim. PAV. ASFÁLTICO U $/U cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $

Sobrecapa 50mm m2 13.28 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 46,177 613,302

m2 24.50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1,852 45,373 1,852 45,373 0 0

km 3,000.0 0 0 0 0 0 0 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 0 0 0 0 0 0

COSTO MANT. PAV. ASF. (VALOR NOMINAL) 0 0 0 18,180 18,180 18,180 18,180 45,373 45,373 613,302

COSTO MANT. PAV. ASF. (VALOR PRESENTE) 0 0 0 12,974 11,925 10,960 10,074 23,108 21,239 263,867



Sobrecapa 50mm m2 13.28 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

m2 24.50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

km 3,000.0 0 0 0 0 0 0 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180

COSTO MANT. PAV. ASF. (VALOR NOMINAL) 0 0 0 18,180 18,180 18,180 18,180 18,180 18,180 18,180

COSTO MANT. PAV. ASF. (VALOR PRESENTE) 0 0 0 12,974 11,925 10,960 10,074 9,259 8,510 7,822

255,500 0 0


item mantenim. PAV. HORMIGÓN U $/U cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $

ml 3.22 0 0 0 0 0 0 0 0 23,582 75,934 0 0 0 0 0 0 0 0 23,582 75,934

mt2 / mm 5.65 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

km 1,200.00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6.06 7,272 6.06 7,272 6.06 7,272 6.06 7,272 6.06 7,272

COSTO MANT. PAV. Hº (VALOR NOMINAL) 0 0 0 0 0 75,934 7,272 7,272 7,272 7,272 83,206

COSTO MANT. PAV. Hº (VALOR PRESENTE) 0 0 0 0 49,807 4,384 4,030 3,704 3,404 35,799

Nota importante: Se consideran sólo los ítem diferentes para el mantenimiento entre las alternativas pav. asfáltico y pav. de hormigón.

Señalización horizontal y vertical, limpieza y pintura de alcantarillas, chapeo y limpieza de derecho de vía, reposición de barandas,

limpieza de señales, etc., participan con igual incidencia en ambas alternativas y, por este motivo,

no se contemplan en el análisis comparativo.

Cepillado

Mantenimiento Rutinario

Sello de Fisuras / Bacheo superficial

Sello de juntas






SECTOR B VP7B


AAMO

Costos de mantenimiento (anuales)

Incluye: calzada, y hombros

2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030



Sobrecapa 50mm m2 13.28 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

m2 24.50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5,100 124,950

km 3,000.0 0.00 0 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 0 0

COSTO MANT. PAV. ASF. (VALOR NOMINAL) 0 18,180 18,180 18,180 18,180 18,180 18,180 18,180 18,180 124,950

COSTO MANT. PAV. ASF. (VALOR PRESENTE) 0 6,608 6,073 5,582 5,131 4,716 4,334 3,984 3,661 23,129

COSTO DIFERENCIAL MANTENIMIENTO PAVIMENTO ASFÁLTICO (TOTAL DURANTE 20 AÑOS) = $ 417,365



Sobrecapa 50mm m2 13.28 0 0 46,177 613,302 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

m2 24.50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

km 3,000.0 6.06 18,180 0 0 0 0 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180 6.06 18,180

COSTO MANT. PAV. ASF. (VALOR NOMINAL) 18,180 613,302 0 18,180 18,180 18,180 18,180 18,180 18,180 18,180

COSTO MANT. PAV. ASF. (VALOR PRESENTE) 7,189 222,909 0 5,582 5,131 4,716 4,334 3,984 3,661 3,365

COSTO DIFERENCIAL MANTENIMIENTO PAVIMENTO ASFÁLTICO (TOTAL DURANTE 20 AÑOS) = $ 332,394

5110 5110 0 0 300 660 300 660 550 1,210 550 1,210


item mantenim. PAV. HORMIGÓN U $/U cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $ cant. $

ml 3.22 0 0 0 0 0 0 0 0 23,582 75,934 0 0 0 0 0 0 0 0 23,582 75,934

mt2 / mm 5.65 0 0 46,177 260,901 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

km 1,200.00 6.06 7,272 6.06 7,272 6.06 7,272 6.06 7,272 6.06 7,272 6.06 7,272 6.06 7,272 6.06 7,272 6.06 7,272 6.06 7,272

COSTO MANT. PAV. Hº (VALOR NOMINAL) 7,272 268,173 7,272 7,272 83,206 7,272 7,272 7,272 7,272 83,206

COSTO MANT. PAV. Hº (VALOR PRESENTE) 2,876 97,469 2,429 2,233 23,481 1,886 1,734 1,593 1,465 15,402

COSTO DIFERENCIAL MANTENIMIENTO PAVIMENTO HORMIGÓN (TOTAL DURANTE 20 AÑOS) = $ 251,695

Cepillado



Sello de juntas






SECTOR B VP7B


EUAC Tasa de descuento: 8.80%

Costo anual uniforme equivalente Período de análisis: 20 años

VALORES PRESENTE DE CADA TAREA

POR CONSTRUCCIÓN POR MANTENIMIENTO EUAC

ICC AAMO crf i ; 20

1 ASF S. BG $ 2,371,654 $ 417,365 $ 87,802 0.1080 $ 291,703

2 ASF S. BTEA+C $ 3,031,538 $ 332,394 $ 112,232 0.1080 $ 351,150

3 PCC S. SBSC $ 3,085,634 $ 251,695 $ 171,351 0.1080 $ 341,893

Siendo:


ASF S. BTEA+C: Alternativa con concreto asfáltico sobre base tratada con emulsión alfaltica+cemento


ALTERNATIVAS

DE ANALISIS

FACTOR

RECUPERADO DEL

CAPITALVALOR RESIDUAL

(AC: 20% de Costo Inicial,

PCC: 30 % de Costo Inicial)


TPWC Tasa de descuento: 8.80%

Valor del costo presente total Período de análisis: 20 Años

(sin considerar el beneficio usuarios TPWB)

ALTERNATIVAS

POR CONSTRUCCIÓN POR MANTENIMIENTO TPWC

DE DISEÑO ICC AAMO

1 ASF S. BG$ 2,371,654 $ 417,365 $ 87,802 $ 2,701,217

2 ASF S. BTEA+C $ 3,031,538 $ 417,365 $ 112,232 $ 3,336,671

3 PCC S. SBSC$ 3,085,634 $ 251,695 $ 171,351 $ 3,165,978

Siendo:


ASF S. BTEA: Alternativa con concreto asfáltico sobre base tratada con emulsión alfaltica+cemento


VALORES PRESENTE DE CADA TAREA

VALOR RESIDUAL

(AC: 20% de Costo Inicial,

PCC: 30 % de Costo Inicial)



SECTOR B VP7B

Apéndice B-5-VP07B

Factores de camión por tipo de vehículo.



SECTOR B VP7B

CALCULO FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (Metodo AASHTO).

Caracteristicas de vehiculos (SIECA)

SN= 4.00 pt= 2.00

Gt= -0.0889 B18= 0.6578

1 No Ejes Bx LEF 2 No Ejes Bx LEF 3 No Ejes Bx LEF TOTAL (LEF)

Auto 2.20 1 0.40 0.0002 2.20 1 0.40 0.0002 0.00048

Pickup 2.20 1 0.40 0.0002 5.50 1 0.41 0.0071 0.0073

MicroBus 5.50 1 0.41 0.0071 11.00 1 0.46 0.1267 0.1338

Bus 11.00 1 0.46 0.1267 19.80 1 0.75 1.4873 1.6141

C2 11.00 1 0.46 0.1267 22.00 1 0.88 2.3097 2.4364

C3 11.00 1 0.46 0.1267 36.30 2 0.66 1.4239 1.5506

C4 11.00 1 0.46 0.1267 44.00 3 0.54 0.7050 0.8318

T2 - S1 11.00 1 0.46 0.1267 19.80 1 0.75 1.4873 19.80 1 0.75 1.4873 3.1014

T2 - S2 11.00 1 0.46 0.1267 19.80 1 0.75 1.4873 35.20 2 0.64 1.2526 2.8667

T2 - S3 11.00 1 0.46 0.1267 19.80 1 0.75 1.4873 44.00 3 0.54 0.7050 2.3191

T3 - S1 11.00 1 0.46 0.1267 35.20 2 0.64 1.2526 19.80 1 0.75 1.4873 2.8667

T3 - S2 11.00 1 0.46 0.1267 35.20 2 0.64 1.2526 35.20 2 0.64 1.2526 2.6320

T3 - S3 11.00 1 0.46 0.1267 35.20 2 0.64 1.2526 44.00 3 0.54 0.7050 2.0844

PAVIMENTO DE CONCRETO ASFÁLTICO.

Tipo de CamionPeso por Eje (Kips)



SECTOR B VP7B

CALCULO DE FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (Metodo AASHTO).

Caracteristicas de vehiculos (SIECA)

D(plg)= 9.0 pt= 2.15

Gt= -0.1061 B18= 1.056

1 No Ejes Bx LEF (1) 2 No Ejes Bx LEF (2) 3 No Ejes Bx LEF (3) TOTAL (LEF)

Auto 2.20 1 1.00 0.0003 2.20 1 1.00 0.0003 0.0005

Pickup 2.20 1 1.00 0.0003 5.50 1 1.00 0.0071 0.0074

Microbus 5.50 1 1.00 0.0071 11.00 1 1.01 0.1211 0.1282

Bus 11.00 1 1.01 0.1211 19.80 1 1.09 1.5083 1.6294

C2 11.00 1 1.01 0.1211 22.00 1 1.15 2.3714 2.4925

C3 11.00 1 1.01 0.1211 36.30 2 1.19 2.5589 2.6800

C4 11.00 1 1.01 0.1211 44.00 3 1.13 1.7607 1.8818

T2 - S1 11.00 1 1.01 0.1211 19.80 1 1.09 1.5083 19.80 1 1.09 1.5083 3.1378

T2 - S2 11.00 1 1.01 0.1211 19.80 1 1.09 1.5083 35.20 2 1.16 2.2470 3.8765

T2 - S3 11.00 1 1.01 0.1211 19.80 1 1.09 1.5083 44.00 3 1.13 1.7607 3.3902

T3 - S1 11.00 1 1.01 0.1211 35.20 2 1.16 2.2470 19.80 1 1.09 1.5083 3.8765

T3 - S2 11.00 1 1.01 0.1211 35.20 2 1.16 2.2470 35.20 2 1.16 2.2470 4.6152

T3 - S3 11.00 1 1.01 0.1211 35.20 2 1.16 2.2470 44.00 3 1.13 1.7607 4.1289

PAVIMENTO DE CONCRETO HIDRÁULICO.

Tipo de CamionPeso por Eje (Kips)



SECTOR B VP7B

Apéndice C-5-VP07B

Costos unitarios.



SECTOR B VP7B

PAVIMENTO DE CONCRETO ASFALTICO

1.01 1 Pavimento de concreto asfáltico en caliente M3 1.00 188.06 47.02 235.08 30.56 265.63

1.02 2 Base granular M3 1.00 20.44 5.11 25.55 3.32 28.87

1.03 3 Subbase granular M3 1.00 19.67 4.92 24.59 3.20 27.78

1.04 4 Base tratada con emulsion asfáltica + cemento M3 1.00 74.32 18.58 92.90 12.08 104.98

1.05 5 Riego de liga M2 1.00 0.52 0.13 0.65 0.08 0.73

1.06 6 Imprimación M2 1.00 0.61 0.15 0.76 0.10 0.86

1.07 7 Conformación de la subrasante M3 1.00 4.04 1.01 5.05 0.66 5.71

1.08 8 Sello o inyeccion de grietas en superficie asfaltica ML 1.00 4.20 1.05 5.25 0.68 5.93

1.09 9 Bacheo superficial M2 1.00 17.34 4.34 21.68 2.82 24.50

1.10 10 Bacheo profundo M2 1.00 33.90 8.48 42.38 5.51 47.89

1.11 11 Micro-surfacing Tipo III M2 1.00 - - - - -

1.12 12 Tratamiento asfáltico superficial doble M2 1.00 - - - - -

PAVIMENTO DE CONCRETO HIDRAULICO

1.13 13 Concreto hidráulico MR = 42 Kg/Cm2 M3 1.00 166.03 41.51 207.53 26.98 234.51

1.14 14 Concreto hidráulico MR = 28 Kg/Cm2 ML 1.00 146.87 36.72 183.58 23.87 207.45

1.15 15 Subbase de suelo cemento M3 1.00 20.64 5.16 25.80 3.35 29.16

1.16 16 Sello de grietas y fisuras ML 1.00 2.82 0.71 3.53 0.46 3.98

1.17 17 Sello de juntas ML 1.00 2.28 0.57 2.85 0.37 3.22

1.18 18 Reparación a espesor parcial M2 1.00 20.40 5.10 25.50 3.31 28.81

1.19 19 Cepillado (1 mm / mt2) mm/ mt2 1.00 4.00 1.00 5.00 0.65 5.65


RESUMEN DE COSTOS UNITARIOS.

COSTOS

INDIRECTOS,

CI=(25% s/ CD) $

IVA 13% $

COSTO

UNITARIO

TOTAL $

No. Código Descripción Unidad

COSTO

UNITARIO

DIRECTO (CD) $

Cantidad

COSTO

UNITARIO

TOTAL

(CD+CI) $

que incluye estudio de impacto ambiental, … report vp7b.pdf · tabla 6.1 esal de diseño del...

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