tes leon-el platanal

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA.

RECINTO UNIVERSITARIO PEDRO ARAUZ PALACIOS.

FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION.

INGENIERIA CIVIL.

TEMA:

DISEÑO DE PAVIMENTO DE ADOQUIN DEL TRAMO: LEON - ACCESO PLANTA TERMOELECTRICA (2.5 km)”.

TESINA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL

Elaborado por.

Br. Jerónimo Sánchez Mendoza.

Br.Yeris Chávez Mendoza.

Tutor.

Ing. Bernardo Calvo.

Mayo, 2011.

Managua, 04 de Mayo 2011.

Doctor ING. OSCAR ISAAC GUTIÉRREZ SOMARRIBA Decano Facultad de Tecnología de la Construcción – UNI Su Oficina. Estimado Ing. Gutiérrez: Por este medio tengo a bien informarle que la tesina que lleva por nombre: “DISEÑO DE PAVIMENTO DE ADOQUIN DEL TRAMO: LEON -ACCESO PLANTA TERMOELECTRICA (2.5 km)” está lista para entrar en el proceso de defensa, la

cual fue realizada por los Bachilleres: Jerónimo Sánchez y Yeris Chávez bajo mi tutoría.

Adjunto documento final de dicha tesina, para sus respectivas observaciones.

Sin más a que hacer referencia, le saludo.

Atentamente,

Ing. Bernardo Calvo.

Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León - Acceso Planta Termoeléctrica (2.5 km).

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION

COORDINACION DE NORMATIVAS DE CULMINACION DE

ESTUDIOS

HOJA DE CONCLUSIÓN DE TESINA

NOMBRE DE LOS SUSTENTANTES:

1) Jerónimo Sánchez M.

2) Yeris Chávez Mendoza

NOMBRE DEL CURSO: Obras Viales.

NOMBRE DE LA TESINA: Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León -Acceso Planta

Termoeléctrica (2.5 km).

ESPECIFIQUE LAS AREAS QUE ABORDARON EN LA TESINA:

1)Estudio de Suelos

2)Estudio de Tráfico

3)Diseño de Pavimento

FECHA DE DEFENSA:

VALORACIÓN DEL TUTOR SOBRE LA TESINA:

JURADO CALIFICADOR DE LA TESINA:

1)

2)

3)

FIRMA COORDINADOR:___________________________________________

FIRMA DEL TUTOR -----------------------------------------

Cc: Archivo


ÍNDICE DE CONTENIDO.

1. INTRODUCCION. ..................................................................................................................... 1

2. ANTECEDENTES. ................................................................................................................... 3

3. JUSTIFICACION. ..................................................................................................................... 4

4. OBJETIVOS. ............................................................................................................................. 5

4.1 Objetivo General. ................................................................................................................... 5

4.2 Objetivos Específicos. ........................................................................................................... 5

5. DEFINICIONES Y CONCEPTOS BÁSICOS. ........................................................................ 6

5.1. Introducción. ......................................................................................................................... 6

5.2. Definición de pavimento. ...................................................................................................... 6

5.3. Tipos de pavimento. ............................................................................................................. 6

5.3.1. Pavimento flexible. ......................................................................................................... 6

5.3.2. Pavimento rígido. ........................................................................................................... 6

5.3.3. Pavimento semiflexible. ................................................................................................. 6

5.4. Comparaciones entre pavimentos. ...................................................................................... 6

5.5. Pavimento Flexible. .............................................................................................................. 7

5.6. Carpeta de Adoquines. ......................................................................................................... 8

5.7. Estructura de Pavimento. ..................................................................................................... 8

5.8. Diseño de Pavimento. .......................................................................................................... 8

5.9. Concepto de adoquín. .......................................................................................................... 9

5.10. Uso del pavimento de adoquín en Centroamérica ........................................................ 10

6. ESTUDIO DE TRÁFICO. ....................................................................................................... 12

6.1. Introducción. ........................................................................................................................ 12

6.2. Metodología. ........................................................................................................................ 12


6.3. Volumen y Clasificación ..................................................................................................... 12

6.4. Hoja de Campo ................................................................................................................... 13

6.4.6. Tamaño de la Muestra. ............................................................................................... 13

6.4.7. Tráfico Promedio Diario. .............................................................................................. 13

6.4.8. Tráfico Promedio Semanal. ........................................................................................ 14

6.4.9. Tráfico Promedio Estacional. ...................................................................................... 14

6.4.10. Distribución Direccional del Tráfico. ......................................................................... 14

6.4.11. Proyección del Tráfico. .............................................................................................. 14

6.5. Resultados del Conteo Vehicular. ..................................................................................... 16

6.6. Proyecciones del Tráfico. ................................................................................................... 18

6.6.1. Proyección del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA). ........................................... 18

6.6.2. Proyección del Tráfico Normal.................................................................................... 22

7. ESTUDIO DE SUELOS. ........................................................................................................ 27

7.1. Introducción. ........................................................................................................................ 27

7.2. Trabajos de campo. ............................................................................................................ 27

7.3. Trabajos de laboratorio. ..................................................................................................... 28

7.4. Análisis de resultados......................................................................................................... 28

7.5 Consideraciones a ser Utilizadas para el Diseño. ............................................................ 29

7.5.1 Consideraciones para la Sub. Rasante ...................................................................... 29

7.5.2 Consideraciones para la sub-base .............................................................................. 30

7.5.3 Consideraciones para la Base ..................................................................................... 31

7.5.4. Consideraciones para la Superficie de Rodamiento................................................. 32

7.6. Ensayo de Valor Soporte California (CBR) ...................................................................... 32

7.6.1 Procedimiento para la determinación del CBR en el Laboratorio ............................. 32


7.7. Módulo Resiliente (MR) ...................................................................................................... 36

7.7.1. Procedimiento para la determinación del MR en laboratorio ................................... 36

7.8. Fuentes de materiales. ....................................................................................................... 39

7.9. Selección del CBR de Diseño. ........................................................................................... 39

7.9.1. Metodología para la selección del CBR a utilizar: .................................................... 39

9. DISEÑO DE PAVIMENTO DE ADOQUIN............................................................................ 41

9.1. Antecedentes históricos del pavimento de adoquín. ....................................................... 41

9.2. Métodos de diseño de pavimentos de adoquín. .............................................................. 44

9.2.1. Método de Murillo López de Souza: ........................................................................... 44

9.2.3. Método Argentino......................................................................................................... 45

9.2.3. Método de la AASHTO 93........................................................................................... 46

9.3. Evolución de la guía AASHTO........................................................................................... 47

9.4. Variables del método AASHTO. ........................................................................................ 48

9.4.1. Conceptos. .................................................................................................................... 48

9.5. Diseño Estructural del Pavimento Propuesto. .................................................................. 52

9.5.1. Criterios de Diseño. ..................................................................................................... 52

9.5.2. Propiedades de los Materiales. ................................................................................. 53

9.5.3. Resumen Datos de Diseño. ........................................................................................ 54

9.5.4. Cálculo Manual de los Espesores del Pavimento. .................................................... 55

9. CONCLUSIONES. ..................................................................................................................... 60

10. BIBLIOGRAFIA. .................................................................................................................. 61

11. ANEXOS.............................................................................................................................. 62


DEDICATORIAS.

A NUESTROS PADRES. Por su eterno apoyo y su gran ejemplo como seres

humanos en el transcurso de nuestras vidas. A MÍ UNIVERSIDAD UNI; NUESTRA ALMA MATER. El más excelso agradecimiento, a la cual debemos nuestra formación académica y como persona, cuyos conocimientos obtenidos, seguiremos aportando al servicio de la sociedad. A NUESTROS MAESTROS. Admiración y gratitud, por ser tutores en el sendero de la preparación y superación de personas, como de sus servidores. Damos gracias a DIOS, a nuestros padres y a nuestra Universidad, por darnos la

oportunidad de terminar los estudios de la Carrera de Ingeniería. A TODAS AQUELLAS PERSONAS, que de alguna manera u otra nos ayudaron. Gracias por su eterno apoyo, comprensión, paciencia y empuje para seguir desarrollándome como persona. “Este es un logro más de los cuales vamos a compartir juntos, que dios los mantenga conmigo y me permita caminar a su lado por siempre”.


AGRADECIMIENTOS.

ESPECIALMENTE A NUESTRO TUTOR DE TESINA, MSC. ING. BERNARDO CALVO. Por creer en sus tutoriados, al brindarnos su orientación, su tiempo,

dedicación, apoyo, confianza y sus consejos para esta encomienda. Y asimismo agradecemos al MSC. ING. DOUGLAS MENDEZ por su apoyo.

A TODAS ESAS PERSONAS QUE FAVORECEN ESTA ESTANCIA Y RESULTADO…….. “GRACIAS “.


1

1. INTRODUCCION.

El tramo en estudio está localizado en el departamento de León, y se denomina

León (Acceso Planta Termoeléctrica) – Poblado El Platanal, el cual inicia en la salida

de la Ciudad de León (km 104 en dirección a Chinandega NIC-12A) y finaliza en el

poblado El Platanal dentro del municipio de Quezalguaque.

León (Acceso Planta Termoeléctrica) – Poblado El Platanal, es parte del tramo León

– Río Quezalguaque, el cual posee una longitud aproximada de 12 km de los cuales

únicamente se está considerando una sección de 2.5 km para el diseño de

pavimento del tramo en estudio y según la clasificación funcional de la Red Vial

Básica registrada en el M.T.I. se considera como Camino Vecinal. Dicho tramo es

parte del único camino que comunica los municipios de León y Quezalguaque, así

como a las comarcas Los Remedios con El Platanal.

Una parte de la población que habita en este sector cuenta con energía eléctrica ya

que existe alumbrado público sobre la vía, el cual se refiere únicamente al 50% de la

comunidad El Platanal. Los pobladores de esta zona se dedican a la crianza de

ganado y siembra de sorgo. También existen negocios propios, los que consisten en

pequeñas ventas de abarrotes, leches y otros productos. También existe un aserrío a

500 mts de la entrada al tramo (carretera hacia Chinandega), el cual genera

aproximadamente 40 empleos directos.

El hecho de que se pavimente dicho tramo inducirá entre otras cosas, el transporte

de pasajeros ya que en la actualidad no existe, permitiendo la circulación de buses,

microbuses y hasta moto taxis, así también mayor afluencia vehicular, y facilitando al

transporte de carga su pleno desarrollo, mediante el hecho que los productores,

puedan sacar al mercado sus cosechas.

Estas nuevas dinámicas influyen en el desarrollo económico y calidad de vida de los

pobladores y por consiguiente aportando al desarrollo de la zona occidente del país,

ya que este hecho contribuye también al aumento de la producción y del consumo a

nivel nacional gracias a los sistemas de transporte, en general, y de las carreteras en

particular.

Los métodos existentes para la elaboración del diseño de estructuras de pavimentos

flexibles, han venido cambiando conforme pasan los años, ya sea por estudios

realizados, la misma tecnología que va avanzando y por otras razones, las cuales se

han tomado en cuenta con el fin de obtener un diseño óptimo y eficiente, y así tener

carreteras que tengan la suficiente resistencia para soportar las cargas a las que son

sometidas diariamente. Nos hemos propuesto la tarea de elaborar nuestra tesis

monográfica con el tema “Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León (Acceso


2

Planta Termoeléctrica)-El Platanal, realizando el diseño de pavimento por el Método

de la Guía AASHTO 93.

Una de las principales fuentes de información de la cual se ha procesado alguna de

las variables necesarias para el desarrollo del diseño de pavimento, según la metodología propuesta, ha sido obtenida a través de la Consultora EDICO.SA y por otro lado mediante consultas a la bibliografía relacionada y visitas al sitio.

En la figura Nº1 se presenta la delimitación geográfica del tramo en estudio.

Figura Nº1: Macro localización del tramo: León (Acceso Planta Termoeléctrica) – Poblado El Platanal.


3

2. ANTECEDENTES. De la Red Vial Nacional.

Las primeras décadas del siglo XX marcaron los inicios para el desarrollo de la Red Vial en nuestro país, lo que ha ocupado un lugar predominante y fundamental en el marco de la economía nacional. El crecimiento acelerado de la Red Vial tanto en el aspecto cuantitativo como de su superficie, el que se ha visto frenado por diversos factores después de 1980. Actualmente la Red Vial Nacional, está constituida1 por 21,975.374 Km de carretera de los cuales 474.862 Km (2.16%) es adoquinado; 2,070.110 Km (9.42%) asfaltos; 3,905.119 Km (17.77%) revestidos; 8,335.134 Km (37.93%) todo tiempo; 7,182.615 Km (32.68%) de estación seca y 7.534 Km (0.03 %) de concreto hidráulico. Tabla Nº1: Clasificación de la Red Vial Nacional por tipo superficie.

1 Revista Red Vial año 2009. MTI.


4

3. JUSTIFICACION.

Actualmente este tramo se clasifica por tipo de superficie como camino de todo tiempo por lo que es necesario realizar un diseño de pavimento con el fin de construir un adoquinado, el cual responda eficientemente a las cargas producidas por los vehículos que circulan en este lugar. Este adoquinado beneficiará directamente a los pobladores que viven en la comarca el Platanal y a los que habiten en las zonas adyacentes al tramo, de manera que se les brinde un sistema de transporte apropiado lo que facilitará una nueva ruta para el transporte de pasajeros y los canales de distribución comercial entre los municipios de León y Quezalguaque. Realizamos nuestra tesina por el Método de la Guía AASHTO 93 relacionada con el Diseño de Pavimento Flexible como una adaptación para el diseño de Pavimento de Adoquín, por ser el método más utilizado en nuestro país y cuya aplicación se ha utilizado en diversos proyectos tanto de rehabilitación como en construcción de pavimentos nuevos. También se debe a que en nuestro país se tiene mayor experiencia en la construcción de carretera de pavimento flexible que en pavimento rígido. Con este esfuerzo pretendemos obtener el Diseño de una Estructura de Pavimento de adoquín para una carretera que cumpla con las características y niveles de servicio necesarias para poder soportar las cargas a las que será sometida constantemente durante su periodo de diseño.


5

4. OBJETIVOS.

4.1 Objetivo General.

Diseñar un pavimento de adoquín del tramo: León (Acceso Planta Termoeléctrica) - El Platanal para una longitud aproximadamente 2.5 km a través del Método de Diseño de la Guía AASHTO 93.

4.2 Objetivos Específicos.

Estudiar y analizar las características de tráfico actual y tráfico atraído producto de las mejoras.

Considerar las propiedades físicas y mecánicas del suelo existente en el tramo, esenciales para el Diseño de la Estructura de Pavimento.

Diseñar los Espesores requeridos para la Estructura de Pavimento de adoquín.


6

5. DEFINICIONES Y CONCEPTOS BÁSICOS.

5.1. Introducción.

En vista de fortalecer los conocimientos adquiridos en las materias relacionadas con el diseño de pavimento tales como: Hidrotecnia, Explanaciones, Diseño Geométrico de viales, Estudio de Tránsito y Mecánica de Suelos; mediante un repaso de las definiciones y conceptos empleados en el ámbito de estas materias, presentamos a continuación una descripción de los elementos técnicos más comunes en el contexto del diseño de pavimento.

Primeramente comenzaremos con la definición y conceptos de los elementos del pavimento.

5.2. Definición de pavimento.

Pavimento es una estructura cuya función fundamental es distribuir suficientemente las cargas concentradas de las ruedas de los vehículos, de manera que el suelo subyacente pueda soportarlas sin falla o deformación excesiva. Además el pavimento debe ofrecer una superficie lisa, no resbaladiza, que resista la intemperie y finalmente debe proteger al suelo de la pérdida de sus propiedades, por efecto del sol, las lluvias y el frío.

5.3. Tipos de pavimento.

Tradicionalmente se han definido dos tipos de pavimento, atendiendo a la forma como distribuyen las cargas sobre el suelo subyacente o subrasante; 5.3.1. Pavimento flexible.

Es el construido de varias capas de suelo y una capa de rodadura asfáltica que transmite la carga recibida a través del espesor de las capas granulares (base y sub bases), dejando así que la subrasante absorba una pequeña carga de acuerdo a su capacidad soporte.

5.3.2. Pavimento rígido.

Es el construido de una o varias losas de concreto simple o reforzado, de cemento Portland; rígida y resistente. Absorbe la carga recibida la cual reparte en una gran área de la subrasante. En la actualidad se trata de implementar una nueva clasificación que sería: 5.3.3. Pavimento semiflexible.

Es el pavimento construido con bases y/o sub bases estabilizadas con cal ó cemento2.

5.4. Comparaciones entre pavimentos.

Los pavimentos de losas de concreto son pavimentos rígidos, mientras que los pavimentos de asfalto son pavimentos flexibles.

2 Revista de Ingeniería de Construcción, Nº4, Marzo 1988. Pontificia Universidad Católica de Chile.


7

El pavimento rígido, debido a su consistencia y alto módulo de elasticidad, utiliza la acción de viga para distribuir la carga en un área de suelo relativamente grande. En este tipo de pavimento la mayor parte de la capacidad estructural es proporcionada por la losa de concreto. En el pavimento flexible, la carpeta produce una mínima distribución de cargas, distribuyéndose éstas por el contacto de partícula a partícula en todo el espesor del pavimento.

5.5. Pavimento Flexible.

Es aquel cuya superficie de rodamiento está constituida por una mezcla asfáltica y cuyas características principales son:

Su capacidad estructural es proporcionada por las capacidades de aceptación y distribución de cargas de cada una de las capas que conforman la estructura.

Su capa de rodamiento es construida de mezcla asfáltica.

Las variaciones pequeñas en los suelos de fundación tienen gran incidencia en la capacidad estructural del pavimento.

Las propiedades de la mezcla, afectan, aún cuando en menor grado, la resistencia del conjunto estructural.

Los pavimentos de adoquín también llamados pavimentos articulados tienen un comportamiento similar a los pavimentos flexibles, en lo que se refiere a las propiedades de distribución de tensiones y desarrollo de deformaciones3.

Por ello, el modo de falla típica de estos pavimentos es la acumulación de deformaciones permanentes (ahuellamiento), provocadas por la repetición de cargas que sobrepasan la capacidad elástica de las capas estructurales del pavimento.

Transmisión de esfuerzos.

En el caso de los pavimentos de adoquines, la capacidad estructural de la superficie de rodado está dada fundamentalmente por la transmisión de esfuerzos entre elementos vecinos. La trabazón es el mecanismo que permite la transmisión de esfuerzos entre los adoquines y se le define como la capacidad de estos elementos para resistir un desplazamiento relativo con respecto a sus vecinos.

Una buena trabazón le confiere a los adoquines la capacidad de transmitir las cargas superficiales aplicadas en áreas pequeñas, ampliando esta transmisión a áreas más extensas de la capa de subbase, lo cual mantiene las presiones en la subrasante dentro de límites admisibles.

Es importante mencionar el hecho de que la propiedad de distribución de cargas va mejorando con el uso, produciéndose hermeticidad (estado de trabazón total), por lo cual la capa de rodado va adquiriendo mayor rigidez y los adoquines gracias a esto pasan de ser una capa de desgaste a una capa estructural.

3 Monografía: Estudio de Soluciones Pavimentación de Canchas de Adoquín. Pag. 23. Universidad del Bío Bío, Chile 2008


8

5.6. Carpeta de Adoquines.

Conjunto de elementos de concreto, prefabricado, cada uno con la forma de prisma recto, cuyas bases pueden ser polígonos, que permiten conformar superficies completas como componente de un pavimento articulado.

5.7. Estructura de Pavimento.

Es la estructura de una vía, construida sobre la sub – rasante, y compuesta normalmente por la sub – base, base y carpeta de rodamiento, cuya función principal es soportar las cargas rodantes y transmitir los esfuerzos al terreno, distribuyéndolos en tal forma que no se produzcan deformaciones perjudiciales, así como proveer una superficie lisa y resistente para los efectos del tránsito.

Otra definición de pavimento puede ser la parte superior de una carretera, pista de aterrizaje, o estacionamiento y cuyo objetivo es servir al tráfico de una manera segura, cómoda, eficiente, permanente y económica.

5.8. Diseño de Pavimento.

El diseño de pavimento se define como el proceso de determinación de una combinación de materiales, y espesores de capas construidas con tales materiales, que garanticen tanto el comportamiento estructural de su conjunto, cuando es sometido a los efectos impuestos por las variables actuantes sobre la estructura, como el cumplimiento de las funciones para las cuales ha sido diseñado.

Figura 2. Estructura del pavimento flexible

Figura 3. Estructura del pavimento rígido


9

Tomando en cuenta estas consideraciones, se puede decir que los pavimentos de adoquín son semiflexibles, ya que aunque cada adoquín es un bloque de concreto rígido, es a la vez una unidad independiente de los que los rodean.

Al recibir un adoquín una carga concentrada, ésta se distribuye en el espesor del bloque y es transmitida sobre el área de la base cubierta por él; ya en la capa de base la carga se distribuye por contacto de partícula a partícula como en un pavimento flexible.

Se pueden considerar los pavimentos de adoquín como pavimentos del tipo flexible, por la forma como trabajan las capas inferiores a la superficie de rodaduras (base, subbase y subrasante) o adoptar una nueva clasificación para el pavimento de adoquín llamándolo semiflexible.

Cualquiera de estos pavimentos consta básicamente de los siguientes elementos

a. Subrasante

b. Subbase

c. Base

d. Carpeta de rodadura

Siendo las últimas las que incrementan o reducen su espesor y el costo de acuerdo a:

Tipo de pavimento Cantidad y tipo de tráfico Tipo de suelo o subrasante Distancia a los bancos de material Necesidad de equipo o mano de obra especializada

En el desarrollo del presente trabajo únicamente se ilustrarán los elementos correspondientes a pavimentos con adoquín.

5.9. Concepto de adoquín.

Los adoquines se puede definir como bloques de concreto, cuya función esencial es

distribuir eficientemente las cargas concentradas de los ejes de los vehículos, hacia

las otras estructuras que lo soportan, de manera que éstas no presenten fallo o

deformación excesiva, así mismo constituyen la capa del pavimento que soportará

directamente el paso de los vehículos.

El adoquín no tiene forma definida esto dependerá de la estética que el ingeniero

diseñador le quiera dar a su proyecto, el espesor dependerá del tipo de tránsito que

se frecuente en esa área.

Se puede utilizar cualquier forma para fabricar los adoquines, aunque se recomienda

la de la grafica figura 4, por razones de facilidad de construcción, uniformidad de

diseño y porque se utiliza un solo tipo de molde.


10

Figura 4. Adoquín típico.

Su forma es tal que impide el deslizamiento entre un adoquín y otro; la sisa entre adoquines, que debe ser de 1 cm. de ancho, se llena de arena fina o arena y barro, para evitar filtraciones, y de esta forma se evita que se quiebren y desportillen entre ellos; Por consiguiente, no se necesitan mezclas ni ligantes entre adoquines. Figura 5. Sisa entre adoquines

La forma y dimensión de los adoquines a utilizar en este proyecto están indicadas en la figura 3 y las tolerancias en dimensión serán de 2 mm. Para los anchos y largos y de 3 mm. para el espesor.

Otras especificaciones para el adoquín son:

Color: concreto natural, sin aditivo colorante. Textura: fina, antideslizante. Resistencia al desgaste: el resultado de cualquier prueba mecanizada,

práctica y confiable no debe desgastar el adoquín más de 3 mm. Resistencia a la flexión: el valor del módulo de ruptura mínimo, determinado

en una probeta rectangular, cortada de un adoquín entero, es de 40 Kg/cm2. Resistencia a la compresión: la resistencia a la compresión debe ser de 210

Kg/cm2. Determinada en probetas cúbicas, con un espesor de 10 cm.

5.10. Uso del pavimento de adoquín en Centroamérica

También en el área centroamericana se ha empezado a difundir el uso del adoquín de concreto, sustituyendo al adoquín de piedra tan usual en nuestras ciudades coloniales.

En Managua, Nicaragua se encuentra la fábrica de adoquines Canal que empezó a operar en 1965 y que a la fecha ha producido varios millones de metros cuadrados de adoquín. La fábrica cuenta con una adoquinera móvil y tres estacionarias y tiene


11

una producción de alrededor de 3700 unidades por hora. En Costa Rica hay también una fábrica de adoquines de concreto en permanente producción.

En Guatemala existen actualmente dos firmas dedicadas a la fabricación de adoquines de concreto; son Cementos Novella S.A. y Prefabricados CIFA.

Además, se ha producido y colocado adoquín fundido a mano en muchas poblaciones del interior del país, con la asesoría del Instituto de Fomento Municipal (INFOM).

Sin embargo, en Guatemala aún se encuentra poco difundido el uso de adoquines de concreto y no se puede decir que haya una producción en gran escala ni que se cuente con la tecnificación suficiente.


12

6. ESTUDIO DE TRÁFICO.

6.1. Introducción.

El estudio de tráfico es fundamental para el diseño de un pavimento ya que sin él no se podría analizar las cargas que generan los vehículos al pasar por la carretera y como consecuencia no fuese posible la determinación de los espesores requeridos. Es por esta razón que decidimos abordar el estudio de tráfico para el desarrollo de nuestro trabajo.

6.2. Metodología.

Para cumplir con uno de los objetivos propuesto específicamente el relacionado con el tráfico; para tal efecto primeramente, se realizó un conteo de tráfico por un día con duración de 12 horas para obtener los Volúmenes actuales de Tráfico del tramo en estudio y utilizando los datos de la Revista de Conteo de Tráfico del año 2010 correspondientes a la estación de control 1219 (NN-242) y la estación permanente 2800(NIC-28), fue posible la determinación del tráfico promedio diario anual.

Y en segundo lugar se procedió a realizar las respectivas proyecciones del tránsito futuro para cada tipo de vehículo partiendo desde el año base 2013(inicio de operación de la vía) y definiendo un período de vida útil igual a 15 años, es decir terminando el horizonte del proyecto en el año 2027.

Las tasas de crecimiento de tráfico fueron estimadas a través de métodos estadísticos: Regresión Lineal, correlacionando las variables macroeconómicas con el registro histórico del TPDA. Como resultado de la correlación de estas variables se obtuvo la pendiente de la recta, la cual corresponde a la tasa de crecimiento para la proyección del tráfico futuro.

El estudio de tráfico nos facilitará los datos necesarios para el cálculo de los ejes equivalentes.

6.3. Volumen y Clasificación

Se denomina volumen de tráfico al número de vehículos que pasan por un punto

dado en un período específico de tiempo.

El volumen de tráfico se expresa generalmente en número de vehículos por una

unidad de tiempo que es generalmente el día ó la hora. En las determinaciones de

volúmenes pueden considerarse todos los vehículos que circulan en la vía, en un

sentido ó en ambos.

En general, los volúmenes de tráfico están compuestos por unidades heterogéneas y

esta tendencia se acentúa a medida que aumenta el número de vehículos por unidad

de longitud de vía. Por tanto, se hace necesario conocer también la composición de

estos volúmenes.

Los sustentantes realizaron un conteo de tráfico de 12 horas (entre 06:00 y 18:00) por un día en el tramo: León – Río Quezalguaque, el pasado viernes 11 de febrero


13

del presente año, con el objetivo de determinar el volumen real de tráfico que circula sobre la vía.

6.4. Hoja de Campo

La Hoja de campo utilizada está compuesta de una leyenda donde se anotan datos generales referentes al sito donde se realizó el conteo: Nombre de la Estación, Sentido, Fecha y Nombre del Aforador. Así mismo, la hoja contiene un cuadro conformado de columnas correspondientes a los tipos de vehículos de la Clasificación de Tránsito Nacional, siendo estos los siguientes: 6.4.1. Motos: vehículos automotores de dos ruedas.

6.4.2. Vehículos Livianos: vehículos automotores de cuatro ruedas que incluyen:

Automóviles, Camionetas (Pick-ups) y Jeeps.

6.4.3. Vehículos Pesados de Pasajeros: vehículos destinados al Transporte

Público de Pasajeros de cuatro, seis y más ruedas, que incluyen: Microbuses

Pequeños (hasta 15 Pasajeros), Microbuses Medianos (mayores de 15 pasajeros),

Buses grandes y Camiones utilizados para el transporte de pasajeros.

6.4.4. Vehículos Pesados de Carga: vehículos destinados al transporte pesado de

cargas mayores o iguales a tres toneladas y que tienen seis o más ruedas en dos,

tres, cuatro, cinco y más ejes, estos vehículos incluyen: camiones pequeños de dos

ejes (C2 Liviano), camiones de dos ejes mayores a cinco Toneladas (C2), camiones

de tres ejes (C3), camiones de cuatro ejes (C4), camiones combinados con remolque

del tipo (C2R2) y (C2R3) y los vehículos articulados de cinco y seis ejes de los tipos

(T3S2) y (T3S3).

6.4.5. Vehículos Pesados de Carga: vehículos pesados, tales como vehículos

agrícolas y de construcción.

6.4.6. Tamaño de la Muestra.

El conteo se efectuó durante un período de doce horas continuas entre las 06:00 y las 18:00 horas, del día viernes 11 de febrero del año en curso. Fue contado el cien por ciento de los vehículos que circulaban en ambas direcciones del tráfico sobre la carretera en estudio.

6.4.7. Tráfico Promedio Diario.

Una vez recolectada la información de campo durante el periodo de doce horas, se calculó el volumen de tráfico del tramo para las veinticuatro horas, clasificado por tipo de vehículo, utilizando los factores de expansión de doce a veinticuatro horas de la Revista de Conteo de Tráfico del año 2010.


14

6.4.8. Tráfico Promedio Semanal.

De la misma manera, se proyectó el volumen de tráfico promedio semanal del tramo, utilizando los factores de expansión de día a semana de la Revista de Conteo de Tráfico del año 2010.

6.4.9. Tráfico Promedio Estacional.

En el país no existen conteos mensuales en las estaciones permanentes del país, solamente conteos estacionales (tres veces en el año, durante siete días, por un periodo de veinticuatro horas). Por esta razón, debemos proyectar el volumen de tráfico del tramo, utilizando factores de expansión estacionales, los cuales fueron obtenidos de la Revista de Conteo de Tráfico del año 2010. Una vez aplicados los factores estacionales, se obtiene el Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA). Para el caso de estudio se utilizaron los factores estacionales de Verano correspondientes a la estación permanente 2800 (Los Brasiles – Nagarote), debido a que el tramo en estudio está asociado a esta.

6.4.10. Distribución Direccional del Tráfico.

Se determinó la distribución direccional del tráfico de la vía utilizando los datos del conteo de tráfico de doce horas realizado en el tramo: León – Río Quezalguaque resultando un 50% por sentido.

6.4.11. Proyección del Tráfico.

Los sustentantes utilizaron los criterios de crecimiento socioeconómico del país para elaborar proyecciones del volumen de tráfico, haciendo una correlación entre variables económicas y el crecimiento del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA). El crecimiento económico fue estimado a través de la tasa de crecimiento del Producto Interno Bruto (PIB) en los últimos 7 años, con la cual se realizó el análisis de regresión lineal, mostrando, matemáticamente, la mejor correlación con la tasa de crecimiento del TPDA. Así mismo, se utilizó la tasa de crecimiento de la población para relacionarla con el crecimiento del tráfico de vehículos de pasajeros. (Ver en anexo gráficos de correlación entre variables).

A partir del cálculo de la pendiente de la recta del modelo estadístico de regresión lineal se proyectan los volúmenes de tráfico siguientes:

6.4.11.1. Volumen de Tráfico Normal: comprende el flujo vehicular existente, el cual tiene un crecimiento independiente de si se mejora o no la vía.

6.4.11.2. Volumen de Tráfico Desarrollado: comprende el nuevo flujo que surja como resultado del desarrollo económico una vez que se rehabilite la vía. El tráfico desarrollado no será abordado en nuestra investigación ya que depende directamente de la producción: agrícola y pecuaria, situación que no es tan relevante en el tramo León – Quezalguaque, puesto que la minoría de la población se dedica a la comercialización del producto, más bien para consumo interno.


15

6.4.11.3. Volumen generado e inducido, que no existen actualmente y ambos se desarrollan producto de la influencia de la obra, junto con el desviado (o derivado) de otros itinerarios, debido a la mejora.

El tráfico generado resulta importante en aquellos caminos en los cuales la mejora posibilita el desarrollo de nuevas actividades, debido a la reducción en los costos de operación de los vehículos que tendrá lugar con la nueva obra. También el mejoramiento del camino podría inducir a los usuarios actuales a realizar una mayor cantidad de viajes. El tráfico desviado resulta importante cuando la obra en estudio, u otra que se construya en un período próximo, posibilite que determinados pares de origen y destino consigan ahorros de costos de operación y tiempo de viaje al emplear la nueva carretera, frente a los itinerarios utilizados actualmente.

6.4.11.4. Volumen de Tráfico Total: corresponde a la suma de los Volúmenes de Tráficos Normal, Desarrollado, Generado e inducido.


16

CONTEO DE TRÁFICO VEHICULAR

León - Pase Río Quezalguaque (El Polvón)

NN-242 León - Pase Río Quezalguaque (El Polvón)

VEHICULOS DE PASAJEROS VEHICULOS DE CARGA EQUIPO PESADO

Hora Subtotal Subtotal Subtotal Otros Total

Motos Autos Jeep Camionetas Liv. de C2. C-2 C-3 V.A V.C.

1 2 3 4 5 9 10 11 12 17 18 19 20 21 22

0-1 AM

1-2 AM

2-3 AM

3-4 AM

4-5 AM

5-6 AM

6-7 AM 12 13 2 15 4 1 5 48 80

7-8 AM 12 9 3 1 13 1 5 6 1 1 34 66

8-9 AM 8 10 2 12 2 1 3 34 57

9-10 AM 13 6 4 2 12 2 2 2 6 24 55

10-11 AM 9 6 6 3 2 5 8 28

11-12 AM 13 4 1 5 3 3 6 27

12-1 PM 5 6 2 8 2 2 4 6 23

1-2 PM 8 6 2 8 9 25

2-3 PM 12 6 6 2 2 1 1 6 27

3-4 PM 12 4 1 1 6 1 2 2 5 12 35

4-5 PM 16 8 1 1 10 2 2 16 44

5-6 PM 14 2 1 3 2 2 31 50

6-7 PM

7-8 PM

8-9 PM

9-10 PM

10-11 PM

11-12 PM

TOTAL 134 78 16 10 104 20 19 4 43 2 2 234 517

TRAMO

CARRETERA:

FECHA:

SENTIDO:

11/02/2011

Pase Río Quezalguaque - León

6.5. Resultados del Conteo Vehicular.

Cálculo del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA).

Los sustentantes elaboraron un resumen del conteo vehicular utilizando las hojas de campo que se llenaron durante el aforo realizado, para luego ingresar los datos en una hoja de cálculo de Microsoft Excel, detallando la composición del Tráfico de las 12 horas, a como se muestra a continuación:

Tabla Nº2: Informe Conteo de Tráfico.


17

Los volúmenes cuantificados en la tabla de resumen fueron afectados por tres factores de expansión, obtenidos de la Revista de Conteo de Tráfico del año 2010, de la estación permanente 2800 (Los Brasiles – Nagarote). Con los Volúmenes de Tráfico del tramo para 12 horas, se multiplicó por los factores de expansión a veinticuatro horas, semanal y estacional, obteniéndose el Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA). A continuación se presentan la información de la estación permanente 2800 (Los Brasiles – Nagarote), de donde se obtuvieron los factores de expansión utilizados, y los cálculos del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) del tramo en estudio:

Tabla Nº3: Informe de Conteo de Tráfico Est. 2800 año 2010.

Camino NIC-28 Estación 2800 Tipo P Tramo Los Brasiles - Nagarote. Km 20.500

Estación Verano Meses 6 Dias 183 Año 2009 Mes Marzo Período S Conteo 7 Horas 24

Dia de la semana Período Moto Carro Jeep Camioneta MicBus MinBus Bus C2L C2 C3 T-S<=4 T-S=>5 C-R=<4 C-R=>5 V.A V.C Otros

DIA 315 1,231 501 1,331 429 7 303 454 312 55 5 607 10 26

NOCHE 105 361 142 379 97 2 64 140 118 13 2 283 7

DIA 392 993 517 1,231 356 7 402 494 289 51 7 548 16 45

NOCHE 101 401 132 349 74 7 56 139 146 21 2 273 1 1

DIA 289 1,052 523 1,324 332 12 276 430 301 51 7 667 12 19

NOCHE 98 336 122 402 84 9 60 157 116 17 3 301 4

DIA 218 1,049 488 1,289 330 5 283 481 256 84 4 452 185 9 27

NOCHE 79 359 137 385 78 5 73 168 100 25 213 119 3

DIA 271 1,196 598 1,455 430 10 309 559 282 61 1 598 10 21

NOCHE 95 554 188 450 108 7 78 151 127 30 304 2 5

DIA 298 1,337 505 1,206 440 13 296 435 224 35 3 581 6 19

NOCHE 102 474 163 325 94 5 50 138 66 17 2 243 3

DIA 220 1,110 419 858 387 10 209 181 92 17 264 4 14

NOCHE 88 493 222 342 86 7 41 81 42 6 113 8

286 1,138 507 1,242 386 9 297 433 251 51 4 531 26 10 24

95 425 158 376 89 6 60 139 102 18 1 247 17 4

381 1,563 665 1,618 475 15 357 572 353 69 5 778 43 10 28

393 1,506 670 1,719 464 14 381 635 409 82 6 849 61 12 32

354 1,707 655 1,366 504 18 298 418 212 38 3 601 5 22

382 1,563 666 1,618 475 15 357 573 353 69 5 778 44 10 29

1.33 1.37 1.31 1.30 1.23 1.67 1.20 1.32 1.41 1.35 1.25 1.47 1.65 1.00 1.00 1.00 1.17

0.97 1.04 0.99 0.94 1.02 1.08 0.94 0.90 0.86 0.85 0.86 0.92 1.00 1.00 0.83 1.00 0.91

1.08 0.92 1.02 1.18 0.94 0.84 1.20 1.37 1.66 1.83 1.71 1.29 1.00 1.00 2.00 1.00 1.32

0.92 0.95 0.95 0.98 0.95 1.18 0.98 0.96 0.99 1.19 0.89 1.01 0.50 1.00 0.86 1.00 0.80

351 1,489 632 1,589 452 18 348 550 351 82 4 784 22 9 22

SABADO

LUNES

MARTES

MIERCOLES

JUEVES

VIERNES

DOMINGO

Prom. Lunes a Viernes

Prom.fin de semana

TPD Semanal = TPDVerano

Promedio diario

Fac.N (12h diurnas a 24h)

Fac.L (Laboral a Semana.)

Fac.F (Fin de S. a Semana)

Prom Diurno(12Hrs)

Prom.Noct.(12Hrs)

Fac.V (Verano a TPDA)

Promedio Diario Anual


18

Tabla Nº4: Cálculo del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA).

6.6. Proyecciones del Tráfico.

Una parte esencial del trabajo realizado por los Sustentantes es la determinación de los volúmenes de tráfico proyectados a partir del año base hasta el horizonte del proyecto.

6.6.1. Proyección del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA).

Para calcular las proyecciones de tráfico se analizaron diferentes variables relacionadas con el crecimiento económico del país, decidiendo a través de un análisis de regresión lineal, aquella variable que mostraba la mejor correlación con la tasa de crecimiento del TPDA. Con el valor de la tasa de crecimiento elegida se procedió a estimar las proyecciones del tráfico para el año base.

Se utilizó la tasa de crecimiento promedio del Producto Interno Bruto (PIB) en los años 1999 - 2009, realizando un análisis por medio del modelo de regresión lineal de la correlación con la tasa de crecimiento del TPDA.

Según los anuarios históricos del Banco Central de Nicaragua (BCN) desde el 1999 hasta 2009, el crecimiento promedio del PIB, fue en el orden de los 2.85%, según el comportamiento de los datos analizados. Los datos del producto interno bruto se presentan en la tabla siguiente:

Camino: NN-242 Estación: 1219 Tramo: León - Pase Río Quezalguaque (El Polvón)Período L Dias: Km: 104.400

Vehículos de Pasajeros Vehículos de Carga Otros

Grupos Motos Autos Jeep Cam. Liv. C2 C3 V.A. V.C. Total

2-5 t. 5+ t.

2 3 4 5 10 11 12 18 19 21

TP(D) 134 78 16 10 20 19 4 2 234 517

Factor Dia 1.33 1.37 1.31 1.30 1.32 1.41 1.35 1.00 1.00 1.17 -

Factor Semana 0.97 1.04 0.99 0.94 0.90 0.86 0.85 0.83 1.00 0.91 -

Fac. Temporada 1.08 0.92 1.02 1.18 1.37 1.66 1.83 2.00 1.00 1.32 -

TPDA 187 102 21 15 33 38 8 3 329 737

Equipo Pesado


19

Tabla Nº5: Crecimiento del PIB 1999 – 2009

Fuente: Boletín Estadístico del Banco Central de Nicaragua.

Para la variable del Tráfico Promedio Diario Anual se estudió el registro histórico de la estación de control No. 1219, la cual corresponde al tramo León – Río Quezalguaque, de la Carretera NN – 242; sin embargo se tuvo que analizar los registros de la estación permanente No. 2800 a la cual está asociada la estación No. 1219, ya que ésta no tiene una continuidad en sus registros del TPDA debido a la naturaleza de su función y a las políticas de inversión en infraestructura.

Tabla Nº6: Estación de Control 1219

AÑO TPDA (vpd)

2002 137

2005 280

2009 484

Fuente: Revista de Tráfico año 2009. MTI.

Teniendo esta limitante se procedió a realizar un análisis de regresión lineal mediante los registros de la estación permanente 2800, cuya tasa de crecimiento promedio según la revista de Tráfico 2009, publicada por el Sistema de Administración de Pavimento, del Ministerio de Transporte e Infraestructura (MTI), es del 4.53 % entre los años 2000 - 2009. El registro histórico del TPDA de la estación permanente no. 2800 se presenta en la tabla siguiente:

AÑO PIB(M-C$) PIB(TC) %

1999 26,009.00

2000 27,076.00 4.10%

2001 27,877.40 2.96%

2002 28,087.50 0.75%

2003 28,795.50 2.52%

2004 30,325.20 5.31%

2005 31,623.90 4.28%

2006 32,936.90 4.15%

2007 33,951.70 3.08%

2008 34,888.70 2.76%

2009 34,382.00 -1.45%

Promedio 2.85%

28087.54

28795.55 2.52

30325.22 5.31

31623.86 4.28

32858.19 3.90

34090.71 3.75

3.95Prom edio

2006

2007

PIB (TC)

%PIB (M - C$)Año

2002

2003

2004

2005


20

Tabla Nº7: Crecimiento del TPDA 2000 – 2009 Estación Permanente 2800

Fuente: Revista de Tráfico año 2009. MTI.

Otra variable que se utilizó fue la tasa de crecimiento de la población para relacionarla con el crecimiento del tráfico de vehículos de pasajeros. Se asumió una tasa de crecimiento del 1.67 %, obtenida por estimaciones del Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INEC). Los datos poblacionales del año 2002 – 2005 son los siguientes:

Tabla Nº8: Crecimiento de la Población 2002 – 2007

Para lograr ajustar los datos del Producto Interno Bruto (PIB) y Tráfico Promedio Diario Anual y lograr una correlación adecuada entre ambas variables, se calculó el logaritmo natural de los datos para utilizarse en el cálculo de la línea recta del modelo de regresión lineal, a como se muestra en la siguiente tabla:

AÑO Población

2002 4,892,684

2003 4,974,392

2004 5,057,464

2005 5,141,924

2006 5,227,794

2007 5,315,098

TAC 1.67%


21

Tabla Nº9: Aplicación de logaritmo natural a los datos PIB Y TPDA.

Utilizando el modelo de regresión lineal con los logaritmos naturales de los datos del PIB y TPDA del año 2000 – 2009, se obtiene una recta que describe una tendencia de crecimiento del tráfico relacionando las dos variables. El resultado de la aplicación de este modelo se representa en el siguiente gráfico:

Gráfico Nº1: Correlación entre TPDA Est. 2800 y PIB.

Fuente: elaboración propia.

Del gráfico se puede apreciar un alto nivel de correlación entre los datos, con un Coeficiente de Correlación (R2) de 0.88, generándose de la pendiente de la recta, un ajuste a la tasa de crecimiento del tráfico de 1.402 para el cálculo del año base. (Ver en anexos gráficos de correlación)

AÑO LN (PIB)LN (TPDA

2800)

2000 10.206 8.45

2001 10.236 8.47

2002 10.243 8.41

2003 10.268 8.51

2004 10.320 8.58

2005 10.362 8.63

2006 10.402 8.62

2007 10.433 8.67

2008 10.460 8.79

2009 10.445 8.84

10.24 8.41

10.27 8.51

10.32 8.58

10.36 8.63

10.40 8.62

10.44 8.67

2005

2006

2007


22

6.6.2. Proyección del Tráfico Normal.

La proyección del Tráfico Normal comprende el flujo que actúa en la carretera y crece como consecuencia de la dinámica económica del país, independiente de la mejora que se le haga a la vía. Las proyecciones del tráfico vehicular calculadas están basadas en las hipótesis planteadas anteriormente en la metodología del estudio, utilizándose las tasas de crecimiento ajustadas con la pendiente de la recta calculada mediante el modelo de regresión lineal y se aplicaron desde el año base 2012 hasta el fin de la vida útil en el año 2027. Los valores de la Proyección del Tráfico Normal se presentan en la siguiente tabla:


23

Tabla Nº10: Proyección del Tráfico Normal.

TRAFICO NORMAL

Motos Autos Jeep Cam. C2 Liv. C2>5ton C3 Tx-Sx V.A. V.C.

2011 187 102 21 15 33 38 8 3 - 329 737

2012 190 103 21 15 33 39 8 - 3 - 334 747

2013 192 105 22 15 34 39 9 - 3 - 339 758

2014 195 106 22 15 34 40 9 - 3 - 343 768

2015 198 108 22 15 35 41 9 - 4 - 348 779

2016 201 109 23 16 35 41 9 - 4 - 353 790

2017 203 111 23 16 36 42 9 - 4 - 358 801

2018 206 112 23 16 36 42 9 - 4 - 363 812

2019 209 114 24 16 37 43 9 - 4 - 368 824

2020 212 115 24 16 37 43 9 - 4 - 373 835

2021 215 117 24 17 38 44 10 - 4 - 379 847

2022 218 119 25 17 38 45 10 - 4 - 384 859

2023 221 120 25 17 39 45 10 - 4 - 389 871

2024 224 122 25 17 39 46 10 - 4 - 395 883

2025 227 124 26 18 40 47 10 - 4 - 400 895

2026 231 126 26 18 40 47 10 - 4 - 406 908

2027 234 127 26 18 41 48 10 - 4 - 412 921

Otros

Equipo PesadoVehículos de Pasajeros Vehículos de Carga

Año Total(vpd)


24

Proyección del Tráfico Generado y Desviado.

Se utilizó la tasa de crecimiento calculada producto de la regresión lineal, para determinar los volúmenes de tráfico de los vehículos de carga. Se proyectaron los volúmenes de los tres tipos de vehículos de carga, que tienen incidencia en la composición del TPDA: los C2 Livianos, C2 > 5 ton y C3; cuya participación en la composición del TPDA es significativa. Y en el caso del tráfico generado de los vehículos livianos se utilizó la tasa de crecimiento anual de la población para determinar el tráfico del año de inicio del proyecto. Posteriormente, se utilizaron las tasas de crecimiento de los vehículos livianos durante los distintos periodos de la vida útil del proyecto. En resumen el Tráfico Generado y Desviado se cuantifica como una parte porcentual del Tráfico Normal para cada tipo de vehículo, o sea que la base del cálculo del tráfico desarrollado es el tráfico normal del año 2013, el año de inicio del proyecto. Los volúmenes del Tráfico Desarrollado se presentan en la siguiente tabla:


25

Tabla Nº11: Proyección del Tráfico Generado.

TRAFICO GENERADO


2011 - - - - - - - - -

2012 - - - - - - - - - - - -

1 2013 3 2 1 1 1 1 1 - - - 47 57

2 2014 3 2 1 1 1 1 1 - - - 48 58

3 2015 3 2 1 1 1 1 1 - - - 48 59

4 2016 3 2 1 1 1 1 1 - - - 49 59

5 2017 3 2 1 1 1 1 1 - - - 50 60

6 2018 3 2 1 1 1 1 1 - - - 50 61

7 2019 3 2 1 1 1 1 1 - - - 51 62

8 2020 3 2 1 1 1 1 1 - - - 52 63

9 2021 3 2 1 1 1 1 1 - - - 53 64

10 2022 3 2 1 1 1 1 1 - - - 53 65

11 2023 3 2 1 1 1 1 1 - - - 54 66

12 2024 4 2 1 1 1 1 1 - - - 55 67

13 2025 4 2 1 1 1 1 1 - - - 56 68

14 2026 4 2 1 1 1 1 1 - - - 56 68

15 2027 4 2 1 1 1 1 1 - - - 57 69

Equipo Pesado

OtrosAño

Vehículos de Pasajeros Vehículos de Carga

Total(vpd)


26

TRAFICO TOTAL


2011 187 102 21 15 33 38 8 - 3 - 329 737

2012 190 103 21 15 33 39 8 - 3 - 334 747

2013 195 107 23 16 35 40 10 - 3 - 386 815

2014 198 108 23 16 35 41 10 - 3 - 391 826

2015 201 110 23 16 36 42 10 - 4 - 397 838

2016 204 111 24 17 36 42 10 - 4 - 402 849

2017 207 113 24 17 37 43 10 - 4 - 408 861

2018 209 114 24 17 37 43 10 - 4 - 413 873

2019 212 116 25 17 38 44 10 - 4 - 419 886

2020 215 118 25 18 38 45 11 - 4 - 425 898

2021 218 119 25 18 39 45 11 - 4 - 431 911

2022 221 121 26 18 39 46 11 - 4 - 437 923

2023 225 123 26 18 40 46 11 - 4 - 443 936

2024 228 124 27 19 40 47 11 - 4 - 450 949

2025 231 126 27 19 41 48 11 - 4 - 456 963

2026 234 128 27 19 41 48 12 - 4 - 462 976

2027 237 130 28 19 42 49 12 - 4 - 469 990

Año

Vehículos de Pasajeros Vehículos de Carga Equipo Pesado

Otros Total(vpd)

a. Tráfico Total

El Tráfico Total es igual a la suma de los volúmenes proyectados del Tráfico Normal más los volúmenes proyectados del Tráfico Desarrollado. Para el estudio, el Tráfico Total determinado es el siguiente:

Tabla Nº12: Tráfico Total = Tráfico Normal + Tráfico Desarrollado


27

7. ESTUDIO DE SUELOS.

7.1. Introducción.

Desde el punto de vista de la Ingeniería Civil existe una variedad de suelos en

nuestro país, sin embargo al momento que se requiere emplear uno de estos, la

selección es bastante rigurosa basada primeramente en las especificaciones del

diseño y por consiguiente en las normas relacionadas en este caso la AASHTO y

la ASTM en general.

Por tal razón es frecuente encontrar suelos no adecuados para el fin que se necesite, en un lugar específico y para resolver estas complicaciones se recomienda tres alternativas para la aceptación del material:

1. Aceptar el material tal como se encuentre, pero tomando en cuenta su

calidad en el diseño efectuado.

2. Eliminar el material, sustituyéndolo por otros de características adecuadas.

3. Modificar las propiedades del material existente para hacerlo capaz de

cumplir con los requerimientos establecidos.

Esta última da lugar a la aplicación de técnicas para la estabilización de suelos ya

sea con cemento, cal ó asfalto.

En este capítulo se presentan los resultados del estudio de suelos efectuado con el propósito de determinar las características del sub-suelo, para posteriormente realizar el Diseño de Espesores de Pavimento del tramo en estudio.

Para este estudio nos hemos auxiliado en la información suministrada por la Consultora EDICO.SA referida al proyecto Adoquinado León - Acceso Planta Termoeléctrica, puesto que dicho tramo está ubicado en la misma ruta y para ser

específico el diseño de pavimento propuesto es exactamente la continuación de dicho tramo, razón por la cual consideramos útil apoyarnos en los informes de resultado de laboratorio realizados por ellos(ver anexos); suponiendo que la estratigrafía del suelo no varía a lo largo del tramo: León – Río Quezalguaque.

Una vez obtenido los resultados de las pruebas de laboratorio se procedió con la selección del valor CBR de la subrasante para posteriormente, la determinación del Módulo de Resilencia a través de ecuaciones de correlación entre el Mr y el CBR recomendadas por la AASHTO 93.

7.2. Trabajos de campo.

Los trabajos de campo consistieron en la ejecución de 10 Sondeos manuales, con una profundidad de 1.5 m., distribuidos a lo largo del tramo en estudio.

En los sondeos realizados se tomaron muestras alteradas, de los estratos de suelo encontrados, con el propósito de realizarles las respectivas pruebas de laboratorio posteriormente.


28

Se tomó, además, muestra de dos (02) Bancos de Materiales las que fueron trasladadas al laboratorio para su análisis respectivo.

7.3. Trabajos de laboratorio.

Las muestras obtenidas en los Sondeos realizados y de los Bancos de Materiales se sometieron a los siguientes ensayes de Laboratorio, de acuerdo a las especificaciones ASTM.

TIPO DE ENSAYE NORMA ASTM

Análisis Granulométrico de los Suelos D-423

Límites Líquido de los Suelos D-423

Límite Plástico e Índice de Plasticidad de los Suelos D-424

CBR (A muestras representativas de Sondeos y del Banco) D-1883

En base a los resultados obtenidos las muestras se Clasificaron de acuerdo al Sistema H.R.B. (ASTM D-3282).

En el anexo II de este documento se presentan los resultados de los ensayes de Laboratorio mencionados de la línea de sondeos.

7.4. Análisis de resultados.

De acuerdo a los resultados de Laboratorio, a lo largo del camino investigado, predominan, en las capas superficiales, las Gravas limosas del tipo A-2-4 encontrándose también las arenas limosas A-4 y en la parte inferior se encuentran las Arcillas, tipo A-7-5, así como los Limos A-5.

Los Índice de Grupo (I. G.) reflejan valores de 0 a 4 para los suelos tipo: A-1-a, A-2-4, A-4 y A-5; y de 4 a 7 para los A-7-5, lo que es indicativo de una calidad que puede catalogarse como material regular para la cimentación de terraplenes o estructuras de pavimento.

Los informes de suelos analizados están basados en sondeos sobre la línea existente realizados a una longitud entre cada uno de ellos de 100 metros, y a una profundidad de 1.5 metros, a las muestras obtenidas se le practicaron las pruebas correspondientes tales como: Granulometría, Límites de Atterberg, % de Humedad, CBR, entre otras.

Asimismo se realizaron los muestreos en las posibles fuentes de materiales cércanos a la línea del camino, en los bancos de materiales se realizaron muestreos a través de sondeos de pozos a cielo abierto con las siguientes dimensiones 1.5x1.5x3 metros, mediante los cuales se obtuvieron muestras para la realización de los siguientes ensayos: PVS máxima, humedad, CBR, desgaste de los ángeles, intemperismo acelerado, PVSS.


29

De los análisis de ensayos realizados a los suelos presentes, se tomaron los resultados de los ensayes CBR, ya que estos proporcionan una mejor apreciación de las características de soporte de los suelos presentes en tramo en estudio.

7.5 Consideraciones a ser Utilizadas para el Diseño.

A continuación se hace mención de los materiales y características a ser utilizados en el suelo de fundación del pavimento y en las diferentes capas que componen el paquete estructural.

7.5.1 Consideraciones para la Sub. Rasante

La Sub –Rasante comprende la última capa de corte o relleno producto del movimiento de tierra. Por lo tanto, ésta misma sirve como soporte de fundación para la estructura de pavimento. De acuerdo a los sondeos realizados en la zona de estudio, se puede determinar que el material existente está compuesto por un material bien graduado el que está compuesto por partículas granulares y finas, provenientes de diferentes fuentes de materiales sin ningún control de su calidad, este material existente no se puede reutilizar como material de sub-rasante, por lo que se tiene que preparar una sub rasante con material adecuado capaz de proporcionar una base de fundación suficiente para el paquete estructural. Este material para mejoramiento debe de cumplir con las siguientes características: que cumpla con un valor soporte CBR mínimo de 12%, se tiene que compactar el 95 % del Proctor Estándar, garantizando así un buen material de fundación para el paquete estructural. Es muy importante que en este proceso se garantice una compactación adecuada a través de una adecuada energía de compactación, la humedad óptima y la densidad final deseada, para el tipo de suelo propuesto, garantizando de esta manera un adecuado suelo de fundación para el pavimento a colocarse. Por lo tanto, como superficie de rodamiento no tiene tanto valor estructural, siendo más importante las características de esta misma, puesto que se tienen que mencionar las dos características más importantes de la sub rasante, tal y como los son:

Proporcionar un valor soporte mínimo a la estructura de pavimento, de forma tal que limiten las deflexiones en la estructura de pavimento. Proporcionar un soporte continúo, sin asentamientos significativos ni diferenciales, evitando que se produzcan desplazamientos laterales.

Por lo tanto, es importante mencionar las características deseables de una sub rasante:

Alta resistencia Permanencia de la resistencia


30

Uniformidad en el material, evitando cambios importantes Alta densidad Poca susceptibilidad al agua Pocas variaciones en su granulometría Facilidad de compactación Permanencia de compactación

En nuestro diseño, tratamos en lo posible de garantizar una estructura que funcionalmente garantice las características antes mencionadas. Las características de la sub rasante son introducidas en el método a través del Modulo Resiliente, el cual en nuestro país es determinado a través de correlaciones entre el CBR y el MR; a como se ha mencionado los estudios de suelos analizados permitieron la determinación del CBR para poder determinar las características de soporte de los suelos existentes.

7.5.2 Consideraciones para la sub-base

Está definida como la capa inmediata después de la sub. Rasante, también se puede definir como aquella capa que se coloca por debajo de la capa base. Tomando en cuenta que esta capa se encuentra alejada de las cargas que resiste directamente la capa de rodamiento, no se requieren materiales de gran resistencia como los de la capa base, por lo que su módulo de elasticidad es menor que el de la capa base. Su costo relativo es menor que el costo de la capa base siendo ésta característica económica muy importante, además de funcionar como una capa que facilita el drenaje de las aguas principalmente presentes por precolación y ascenso capilar, la capa de sub base sirve como un material de transición entre la sub-rasante y la capa base evitando el ascenso de materiales finos que pueden contaminar la capa base reduciendo su capacidad de resistencia. El material a ser utilizado deberá ser de material de préstamo, colocado y compactado al 95% del Proctor Estándar, el contenido de humedad utilizado en la compactación no debe de variar en un 2% del contenido optimo de humedad, obteniéndose un CBR saturado mayor o igual al 40% según el ensayo AASTHO-T-180, cumpliendo con un límite liquido máximo de 25%, índice de plasticidad máximo de 6, equivalente de arena mínimo de 25%, y la siguiente granulometría.


31

Tabla Nº13: Granulometría sugerida para Sub base.

7.5.3 Consideraciones para la Base

Esta se define como la capa colocada inmediatamente por debajo de la carpeta de rodamiento, por lo que su ubicación muy cercana a la aplicación de las cargas se requiere materiales de gran calidad y resistencia. Por lo tanto, los módulos de elasticidad de estas capas son altos para poder absorber gran parte de los esfuerzos y distribuirlos a las capas inferiores en una magnitud tal que estos esfuerzos puedan ser resistidos por los materiales de menor calidad como lo es la capa de sub base y de sub rasante. Una segunda función está asociada con la facilidad de drenar el agua proveniente de la superficie y evitar el ascenso capilar de las aguas inferiores. Los materiales a utilizar son provenientes de agregados triturados, de una roca dura, sana, durable y no intemperizada. No deberá de contener materiales deletéreos tales como roca descompuesta y arcilla. El material propuesto para este diseño posee las siguientes características, valor soporte de CBR ≥ 90%, desgaste de los ángeles máximo 40% (AASTHO T-96), equivalente mínimo de arena 40 AASTHO T-176, limite liquido máximo 25 AASTHO T-89, índice de plasticidad máximo 3% AASTHO T-90, intemperismo acelerado máximo 12% AASTHO T-104.

Tabla Nº14: Granulometría sugerida para base.


32

7.5.4. Consideraciones para la Superficie de Rodamiento

Para la superficie de rodamiento se considera utilizar adoquines de concreto, los cuales serán fabricados para una resistencia a la compresión a los 28 días igual a 3000 psi.

7.6. Ensayo de Valor Soporte California (CBR)

El valor de CBR (California Bearing Ratio) de la sub rasante es el más importante de definir, dado que a través de este se obtendrá el valor del MR (Módulo Resiliente) a ser utilizado en el diseño.

El CBR es una medida comparativa de la resistencia al corte de un suelo, material granular o estabilizado, y se define como la relación porcentual entre la carga unitaria requerida para penetrar un pistón normalizado, una profundidad determinada dentro de una muestra del material bajo ensayo, y la carga unitaria requerida para penetrar el mismo pistón, y a la misma profundidad, en una mezcla patrón de piedra picada, tal y como se indica a continuación:

CBRi =

7.6.1 Procedimiento para la determinación del CBR en el Laboratorio

El valor de CBR normalmente se determina a dos profundidades de penetración del pistón normalizado de 3 pulg2 de área (a 0.1” y a 2”), seleccionando el mayor de los dos valores. Las cargas unitarias que resiste la piedra picada a estas profundidades son de 1000 psi (70kg/cm2) y 1500 psi (105 kg/cm2), respectivamente.

El procedimiento que se describe a continuación corresponde a un ejemplo ajeno a cualquier valor determinado para efectos de este estudio, dado que únicamente obtuvimos de los informes de suelo suministrados por EDICO.SA, los resultados finales, pero el procedimiento descrito es el aplicado en la práctica para la determinación de este valor.

El procedimiento de ensayo CBR, ha sido normalizado por la ASTMD-1883 y por la AASTHO T-93, y en forma resumida, comprende las siguientes etapas:

Ejecución del ensayo de compactación (proctor), para determinar el peso unitario máximo seco, también determinado con el término de densidad máxima seca, y la humedad óptima de compactación (%Wopt) de la muestra. Los ensayos típicos de compactación se presentan en el Gráfico Nº2.

(Ec. 1)


33

Tabla Nº15: Datos para ilustración del procedimiento CBR.

Gráfico Nº2: Curva PVS vs humedad.

El tipo de ensayo de compactación depende del tipo de material: � Para el material de fundación (sub-sarante), es decir suelos finos: realizar el ensayo de Densidad-Humedad correspondiente al Proctor Estándar (AASTHO T –99). � Para materiales de sub-base y/o base, es decir suelos granulares: realizar el ensayo de Densidad-Humedad correspondiente al Proctor Modificado (AASTHO T –180). 2. Compactación de tres muestras, cada una a la humedad óptima determinada en el paso anterior, en un molde de dimensiones estándar de 15 cm de ancho y aproximadamente 11.5 de altura. Se emplea un martillo de 10 libras de peso y de 18 pulgadas de caída para compactar cada muestra en cinco (5) capas. Una muestra se compacta con 56 golpes por capa, la otra con 25 golpes por capa y la última con 12 golpes por capa. A cada una de estas muestras se le determina su peso unitario seco. 3. Las tres muestras se someten a un proceso de inmersión total durante cuatro (4) días, al final de los cuales se determina nuevamente su humedad. Previamente se ha determinado la variación de altura en las muestras. El incremento en altura multiplicado por cien y dividido entre la altura inicial, se define como el hinchamiento. Durante el período de inmersión se coloca sobre


34

cada muestra una sobre-carga de 10 libras de peso. Los resultados se presentan en la siguiente tabla:

Cada muestra es colocada bajo una prensa de carga, Figura Nº 4 y se mide la carga necesaria para ir penetrando el pistón normalizado, a una velocidad de 1.27 mm/min, a las profundidades de 0.025; 0.050; 0.075; 0.1; 0.2; 0.3; 0.4 y 0.5 pulgadas. 5. Las cargas registradas en el paso anterior se dividen entre 3 (área del pistón normalizado en pulgadas cuadradas); para obtener el “esfuerzo unitario” para cada profundidad de penetración. Durante esta etapa del ensayo se mantienen sobre cada muestra, como mínimo las sobre cargas de 10 libras. Los resultados se presentan en la Tabla Nº 17.

Figura Nº4: Ensayo CBR en su etapa de inmersión y medición de la expansión y en su etapa de penetración.


35

6. Para cada muestra se dibujan los resultados de “esfuerzos unitarios”, contra “profundidad de penetración”, para definir los valores de esfuerzos unitarios a las profundidades de penetración de 0.1 y 0.2 pulgadas. En algunos casos puede ser necesario corregir las lecturas en función de posibles deformaciones al momento de inicio de la penetración. 8. Hasta ésta etapa, se dispone en resumen, de tres valores de CBR para 0.1 pulgadas y otros tres valores de CBR para 0.2 pulgadas de penetración, es decir dos resultados por cada muestra de diferente energía de compactación (56,25y 12), así como de las tres densidades secas.

8. Se procede a dibujar, para cada profundidad de penetración, los resultados de densidad seca contra valor de CBR. En el Gráfico Nº 7 se traza la línea correspondiente al 95% del peso unitario máximo seco. De la intersección de esta línea con la curva de densidad – vs – CBR, se traza una vertical hasta cortar el eje de valores CBR. Se obtienen así dos valores de CBR; uno para la profundidad de 0.1pulgadas y otro para la profundidad de 0.2 pulgadas.

Gráfico Nº3: Penetración y de Peso Unitario vs Resistencia CBR de un material de sub-base.

Se tiene que tener en cuenta que cada muestra se debe utilizar una sola vez, es decir, que no podrá usarse el material que ya ha sido compactado. La sobre carga en la muestra cumple dos propósitos: 1. La sobre carga que se aplique mediante pesas de plomo, debe ser prácticamente igual a la correspondiente a las de las capas de pavimento a construirse sobre el material que se ensaya al CBR. La sobre carga mínima a emplearse será de 4.54 kg (10lbs), equivalente a la de un pavimento de concreto de aproximadamente 12.5 cm de espesor. Esta es la función primordial de la sobre carga.


36

2. Evitar o al menos reducir, la deformación de la superficie de la muestra cuando se somete a la penetración del vástago.

7.7. Módulo Resiliente (MR)

El método de diseño toma en consideración las características geotécnicas a través de la variable de Módulo Resiliente, el cual está definido como la magnitud del esfuerzo desviador repetido en compresión triaxial, dividido entre la deformación axial recuperable, siendo este equivalente al Módulo de Young (módulo de elasticidad) y se representa de la siguiente manera:

(EC. 2) MR =

En la cual: MR: Módulo Resiliente

σ1: Esfuerzo Principal Mayor

σ3: Esfuerzo Principal Menor

σd: Esfuerzo Desviador

εaxial: Deformación Recuperable

7.7.1. Procedimiento para la determinación del MR en laboratorio

La muestra de ensayo tiene forma cilíndrica, normalmente 100 mm de diámetro por 200 mm de altura.

La muestra se compacta en el laboratorio hasta alcanzar el peso unitario y la humedad que se espera tenga en el campo.

La muestra se introduce en una cápsula mediante una membrana de caucho, de poco espesor, y en ambas caras – superior e inferior – se colocan discos metálicos.

La muestra se coloca dentro de la cámara de presión y se aplica la presión de

confinamiento (σ3).

El esfuerzo desviador es igual al esfuerzo axial (σ1) aplicado por el equipo

menos el esfuerzo de confinamiento (σ3). Es decir el esfuerzo desviador es el

esfuerzo aplicado sobre la muestra. Las deformaciones que sufre la muestra se calculan mediante una celda de deformación (LVD) designada como L. La condición inicial de la muestra es sin carga (sin esfuerzos inducidos). Cuando se aplica el esfuerzo desviador la muestra se deforma, cambiando en altura, tal como se muestra en la Figura Nº 6. El cambio de altura es directamente proporcional a la rigidez del material. El ensayo de deformación permanente se ejecuta bajo las condiciones de un esfuerzo desviador de 69 kPa y un esfuerzo de confinamiento de 13.8 kPa (20,000 ciclos de carga).


37

Estos niveles de esfuerzo son el máximo esfuerzo desviador y el mínimo confinamiento propuesto por SHRP Strategical Highway Research Program (Programa de Investigaciones sobre varios aspectos relacionados con las carreteras), para prueba de Módulo de Resiliencia; además, se consideran que estos niveles de esfuerzo son los que se presentan a nivel de la subrasante. Las deformaciones verticales son medidas por 3 LVDT`s (Linear Variables Differential Transformers), elementos que se encargan de transmitir la magnitud de dichas deformaciones a la unidad de registro y control. Los LVDT`s se encuentra localizados en la parte externa de cámara triaxial. Los diferentes intervalos en los que se mide la deformación, simulan la velocidad de circulación de los vehículos sobre la estructura de un pavimento. La carga que se aplica a la muestra de suelo es medida por una celda de carga. El sistema de carga es operado por un medio hidroneumático a través de una bomba con capacidad de hasta 3000 lbs/plg2 de presión. La frecuencia de carga es gobernada por un controlador de tiempo y es de 10 repeticiones por minuto con una duración de carga de 0.1 segundos.


38

Figura Nº5: Equipo para la realización del ensaye triaxial.


39

7.8. Fuentes de materiales.

Las Fuentes de Materiales investigadas presentan las características siguientes:

Banco Ubicación % Que pasa Malla

LL IP 2” No.4 No.10 No.40 No.200

Silico S. A Km 104 Carretera – León

Chinandega 94 55 42 17 5 NP

La

Máquina

A 5 Km del Proyecto,

Carretera a Poneloya. 73 29 23 16 10 27 5

Ver anexo detalle de resultados de laboratorio y esquema de Ubicación de bancos de materiales.

7.9. Selección del CBR de Diseño.

Para determinar el CBR de Diseño, se hizo necesario realizar varias pruebas, teniendo en cuenta la longitud del tramo. Todas estas pruebas como es de esperarse que los resultados obtenidos difieran entre ellos a causa de las variaciones naturales del suelo y las imprecisiones que pueden cometerse al efectuar los ensayos.

El valor a tomar de los materiales existentes debe ser representativo en el tramo del

camino a considerar en el diseño del pavimento por los que existen muchos criterios

para seleccionar el CBR adecuado, siendo el más utilizado el del instituto del asfalto

que recomienda tomar un valor tal que el 60%,75% o el 87.5% de los valores

individuales que sean mayores o iguales que él, de acuerdo con el transito que se

espera circule por el pavimento, tal como se indica en la tabla siguiente:

Tabla Nº16: Límite para selección de CBR de Diseño

Nivel de tránsito Valor percentil para diseño de

subrasante

<10⁴ ESAL's 60

10⁴ a 10⁶ ESAL's 75

>10⁶ ESAL's 87.5

Fuente: Manual de Pavimento (SIECA)

7.9.1. Metodología para la selección del CBR a utilizar:

De la Línea de Sondeo se tienen las muestras de suelos para cada muestra recogida

posteriormente se llevan a laboratorio y se determina los valores de CBR para cada


40

una. Algunas de las muestra tienen un mismo valor de CBR debido a las

características similares de los suelos, a esto se le llama frecuencia.

1. Luego de ordenar los valores de CBR de menor a mayor junto con sus respectivas frecuencias.

2. Se determina el número y el porcentaje de valores iguales o mayores de cada uno.

3. Con los % de valores CBR Mayores ó Iguales y los Valores CBR obtenidos de laboratorio, se gráfica dichos datos en papel milimetrado, resultando una curva extensa.

4. Aplicar recomendación del Instituto del Asfalto de USA, en nuestro caso el percentil del 75% del CBR será el CBR de diseño de la Capa Subrasantes.

5. Y por último introducir dicho porcentaje en la gráfica y leer el valor de CBR de diseño. Ver anexos tabla y gráfica de selección del CBR.

En el diseño de espesores de una estructura de pavimento flexible, el método del instituto del asfalto, considera como parámetro fundamental la evaluación de los materiales para obtener el modulo de resiliencia (MR). Como no es fácil tener el equipo para llevar a cabo este tipo de pruebas, se han establecidos factores de correlación entre el modulo de resiliencia (MR) y la prueba del CBR (AASHTO T-193). Los valores obtenidos son bastante aproximados. Para calcular el modulo de resilencia a partir del CBR se han desarrollado las siguientes formulas empíricas: MR = 1500 x CBR para CBR < 7.2% (EC. 3)

MR = 3000 x CBR0.65 para CBR de 7.2% a 20% (EC.4)

MR = 4326 x lnCBR + 241 para suelos granulares (EC.5)

Es muy importante hacer notar que tal correlación solo son aplicables a material de la capa de la subrasante, ya que no se usan para materiales granulares que se consideran emplear en las capas de base y sub base.


41

9. DISEÑO DE PAVIMENTO DE ADOQUIN.

9.1. Antecedentes históricos del pavimento de adoquín.

Cuando el hombre empezó a transportar cargas pesadas por veredas o caminos rústicos sintió que las superficies de éstos, con poca firmeza y uniformidad, le hacían la tarea muy difícil y a veces imposible, por lo cual empezó a idear la forma de mejorarlos. Llegó a descubrir que colocando piedras de forma adecuada sobre el terreno flojo lograría obtener una superficie firme y uniforme, naciendo entonces los empedrados.

Según Heródoto el primer camino pavimentado con piedras lo construyeron en Egipto, hacia el año 3000 AC para el transporte de bloques de piedra empleados en la erección de la gran pirámide. La construcción del camino duró 10 años, tiempo casi igual al que tardó la construcción de la pirámide. Este camino construido con piedra pulimentada con bajorrelieves de animales tallados, medía 1000 metros de largo con un ancho de 20 metros.

El geógrafo griego Strabo menciona la existencia de un camino pavimentado con ladrillos colocados sobre mortero desde Babilonia hasta Nínive. Las calles de Babilonia fueron pavimentadas 2000 años antes de Cristo.

El sistema de carretera más avanzado del mundo antiguo fue el de los romanos, que las necesitaban para mantener unido el imperio. Ellos ya comprendieron la importancia de construir una capa gruesa de material que no fuera afectado por la lluvia y que les proporcionara una superficie más o menos pareja para trasladarse de una ciudad a otra con cierta facilidad, comodidad y rapidez. Esta red de carreteras construida entre los años 400 AC y 400 DC llegó a tener una longitud total de unos 80,000 kilómetros.

La mejor carretera fue la vía Apia, con una extensión de 585 kilómetros (de Roma a Brindisi), fue construida excavando un foso en el terreno natural hasta encontrar terreno sólido que se compactaba y luego se colocaban 4 capas de material llamadas así:

Statumen, capa de guijarros o piedras sueltas cementadas con cal con un

espesor entre 25 y 60 cm. Rudus o ruderatio, de piedras más pequeñas machacadas y mezcladas con

cal, de un espesor de unos 20 cm. Nucleus, capa de arena gruesa o grava fina mezclada con cal y de unos 30

cm. de espesor. Pavimentum, capa de piedras poligonales con la superficie labrada

toscamente y de un espesor de 15 cm.

El espesor total era de un metro a un metro y medio y el ancho de la calzada mayor de 10 metros. En Estados Unidos se ha estimado que para construir una carretera así en la actualidad se tendría un costo de medio millón de dólares por kilómetro.

También las ciudades romanas estaban perfectamente adoquinadas como se ha podido ver en las ruinas de las ciudades de Pompeya y Herculano. Con la caída del Imperio Romano cesó la construcción de caminos y de pavimentos, hasta el siglo XIII


42

en que se colocaron en París los primeros pavimentos, pero los métodos de construcción y de mantenimiento no eran adecuados. En el siglo XVIII surgieron dos hombres que pueden ser llamados los padres de la construcción de carreteras modernas: Pierre Tresaguet de Francia y John Metcalf de Inglaterra, quienes aplicaron principios que aún son aceptados en la construcción de carreteras.

En el siglo XIX se ensayó el uso de varios tipos de bloques o adoquines; en Bloomington, Illinois se inició en 1870 el uso de ladrillos colocados sobre una capa de cemento y grava o de arena apisonada; casi todas las ciudades de Holanda fueron pavimentadas en esta forma.

La primera carretera moderna con pavimento de ladrillo fue construida en 1895 en Cuyahoga Country, Ohio.

En Nueva York, Boston y Filadelfia se construyeron pavimentos de bloques de madera alrededor de 1840; posteriormente se construyeron pavimentos de bloques de cedro en Chicago y otras ciudades, pero estos pavimentos se deterioraban rápidamente debido a la pudrición de la madera, lo cual derivó en el uso de bloques tratados con creosota. A partir de 1890 se usaron bloques de asfalto para pavimentar. Se probó también el uso de bloques de hule y de hierro colado en algunos proyectos experimentales de pavimentación.

Durante este tiempo también se usaron los adoquinados con bloques de piedra labrada; para ello se utilizaron rocas duras de origen ígneo, eruptivas o de fusión (como granito, sienita, diorita, diabasa y basalto), que deben cumplir ciertas condiciones, como dejarse partir fácilmente en planos, tener composición mineralógica homogénea y resistir a los agentes atmosféricos.

Se usaron en calles con tráfico muy pesado y eran construidos por lo general sobre bases de concreto de baja resistencia, por lo que su aplicación no dio resultados prácticos y hubo de buscarse nuevas soluciones.

En 1885 se empezó a usar en Europa el adoquinado pequeño (conocido como Durax en Inglaterra y los Estados Unidos, y como Kleinflaster en Alemania).

En Estados Unidos se utilizó por primera vez en 1913 en los patios de la armada en Brooklyn. Estos eran bloques de granito cortados a mano o a máquina, con forma cúbica lo cual permitía seleccionar la mejor de las seis caras para la superficie de rodadura.

El adoquinado pequeño generalmente se colocaba en forma de segmento o arcos de círculo para evitar que las juntas quedaran paralelas a la dirección del tráfico.

Estos pavimentos fueron apropiados para un tráfico bastante lento, que se movía sobre ruedas de hierro y que ejercía pequeñas fuerzas horizontales sobre la superficie de rodadura, pero el gran desarrollo que tuvo el vehículo de motor con llantas de hule, obligó a utilizar otros tipos de pavimento con una superficie más uniforme y que soportara el efecto torsionante de las llantas debido a las fuerzas de tracción y de frenado.

La fabricación de adoquines de concreto solucionó el problema de la uniformidad de la superficie, pero aún cuando eran colocados en sentido diagonal al eje de la


43

carretera, su forma cúbica o rectangular hacía posible que las fuerzas de las llantas los cambiaran de posición y los desnivelaran, aún cuando se llenaran las juntas con argamasa, asfalto o concreto.

Por fin se inició en Holanda el desarrollo de un pavimento de adoquín cuyas unidades tenían formas geométricas regulares que calzaban entre sí, reduciéndose la posibilidad de movimiento de las unidades.

Esto le hizo tomar un nuevo auge y se tiene que, por ejemplo, en la zona de Baviera, al sur de Alemania Occidental, en 1962 se construyeron 14,300 metros cuadrados de caminos vecinales con adoquines de concreto suministrados por cuatro fábricas. En 1964 ya fueron ocho las fábricas que suministraron adoquines para cubrir un área de 214,635 metros cuadrados para el mismo tipo de caminos, lo cual significa un aumento de un 70 por ciento anual. En España y en Francia también es frecuente el uso de pavimentos de adoquín.

En Argentina se han venido usando desde hace más de 10 años, y en México se empezó el adoquinado de las principales calles del centro de la ciudad en el año 1961.

Recientemente se ha hecho una nueva innovación en la forma de los adoquines, siendo estos los adoquines o bloques articulados, los cuales mediante ingeniosas disposiciones de su forma permiten que los bloques queden traslapados o trabados, lo cual hace que las cargas verticales que inciden sobre uno de ellos se transfieran a todos los adyacentes.


44

9.2. Métodos de diseño de pavimentos de adoquín.

De acuerdo al Manual Centroamericano para Diseño de Pavimento de la SIECA el cual, señala cuatro métodos para el diseño de pavimento con carpeta de adoquín los cuales son los siguientes: Método de Murillo López de Souza, Método Argentino, el Método AASHTO 93 y el Británico, éste último no se abordará.

A continuación se presenta una breve descripción de los métodos mencionados.

9.2.1. Método de Murillo López de Souza:

Método utilizado en caminos rurales con un tipo de tránsito medio (menos del 750

vehículos comerciales por día con 20% de carga máxima), una carga por rueda de 5

toneladas y un C.B.R. de la subrasante del 5% mínimo.

Espesores requeridos, bajo esas condiciones sobre un terreno natural con un CBR de 5% o mayor, debe ser de 45 a 55 centímetros, de acuerdo a lo indicado en la siguiente tabla:

Tabla: Composición del Pavimento de Adoquín.

Para subrasantes con CBR menores a 5% debe colocarse un espesor de terracería mejorada, por debajo de la estructura de pavimento anteriormente indicada, con espesores de 10 a 45 cm; dependiendo del valor del C.B.R. y de la precipitación pluvial de la zona en donde se ubique el pavimento a construir.


45

9.2.3. Método Argentino.

Otro Método con el que se obtienen espesores similares es el desarrollado, en base a experiencias del Instituto de Cemento Portland Argentino, por el Ing. Juan F. García Balado, para el cálculo de espesores de pavimento de Adoquines, quien ha propuesto la siguiente ecuación:

Donde: e = Espesor total del pavimento requerido, en cm. P = Carga por rueda, en toneladas. C.B.R. = El de la Subrasante en condiciones de servicio. El Método Argentino contempla, además, la utilización de factores de equivalencia, para las diferentes capas del pavimento, en función de los tipos de materiales que se utilizan para su conformación. Dichos factores se describen a continuación:

Tabla: Factores de Equivalencia.

EC. 6


46

9.2.3. Método de la AASHTO 93.

La guía AASHTO ofrece una metodología completa y detallada para el diseño de pavimentos: Flexibles y Rígidos. En el caso de pavimentos articulados, los cuales se refieren a pavimento con rodadura de adoquín; la AASHTO 93 recomienda usar en principio los mismos criterios de diseño utilizados para el diseño de pavimento flexible. Sin embargo es válido mencionar las siguientes consideraciones antes de emplear ó adoptar el método de la AASHTO 93 para el diseño de pavimento de carpeta de adoquín. Esto tiene que ver directamente con la sección típica de pavimentos de adoquín puesto que es diferente de la sección de pavimentos de concreto asfaltico ha como se muestra en la figura Nº8:

La diferencia se observa a través de la carpeta de rodamiento, la cual es de adoquín y, el uso de una nueva capa; la que sirve de lecho donde descansan los adoquines.

La cama de arena tiene un espesor generalmente de 5 cm. Y es importante aclarar que dicha capa no aporta ningún soporte estructural a la infraestructura ya que como su nombre lo indica esta sirve de cama a los adoquines.

Otro aspecto importante son los coeficientes de capa (a1, a2 y a3). En el caso de a1

es el coeficiente de capa de la carpeta en nuestro caso el adoquín, para ello la AASHTO 93 recomienda usar un coeficiente de 0.45 partiendo que el módulo elástico del adoquín es de 450,000 PSI y haciendo uso de la gráfica para el concreto asfáltico resulta este valor.

Para el resto de capa los coeficientes se obtienen haciendo uso de los gráficos AASHTO, excepto la capa de arena que como dijimos anteriormente no posee un coeficiente de capa.

ADOQUINBORDILLO

CAMA DE ARENACAPA BASE

CAPA SUB BASE


47

9.3. Evolución de la guía AASHTO.

El primer diseño de pavimentos según el Método AASHTO se tiene con el AASHO Road Test, que fue un ensayo realizado sobre pavimentos de determinadas características bajo diferentes cargas en Ottawa, Illinois entre 1958 y 1960.

De estos ensayos se obtuvo la información para ser aplicada en la metodología de diseño de pavimentos. Así aparece la “AASHO Interim Guide for the Desing of Rigid and Flexible Pavement” (1962) que contenía procedimientos basados en modelos empíricos deducidos de datos recolectados en el AASHO Road Test.

Luego aparece la “AASHTO Interin Guide for the Desing of Pavement Structures” (1972) y después de hacer observaciones a partir de 1983, aparece en 1986 la “AASHTO Guide for the Desing of Pavement Structures” con muchas modificaciones con respecto a la de 1972 (se tiene en cuenta la confiabilidad, módulos resilentes de materiales, coeficientes de drenaje y efecto de subrasantes expansivas o sometidas a congelación y deshielo) y finalmente en 1993 fue hecha una versión revisada de esta guía, que nos ofrece cambios en lo que a diseño de pavimentos flexibles se refiere.

La fórmula deducida del AASHO Road Test era:

LogW = logρ + G/β Siendo: W : Número de cargas de ejes tipo aplicadas hasta la serviciabilidad final. G : Logaritmo de la relación de pérdida de serviciabilidad en el tiempo t con

respecto a la pérdida potencial para una serviciabilidad de 1.5. β : Función del diseño y de las cargas que influyen en la forma de la curva p

(serviciabilidad) vs. W.

Donde: SN = número estructural L1 = carga de eje simple o eje tándem L2 = código de ejes (1 para eje simple, 2 para eje tándem) ρ es una función del diseño y de las cargas que tiene en cuenta el número de aplicaciones de cargas para llevar la calzada a una serviciabilidad de 1,5. Para el método de diseño AASHTO 86 y 93 la fórmula de diseño es:


48

SN : Número Estructural. W18 : Número de cargas de 18 kips (80 KN) prevista. ZR : Abscisa correspondiente a un área igual a la confiabilidad R en la curva de

distribución normalizada. SO : Desvío estándar de todas las variables. ΔPSI : Índice o Pérdida de serviciabilidad. MR : Módulo resiliente de la subrasante (en PSI).

9.4. Variables del método AASHTO.

9.4.1. Conceptos.

9.4.1.1. Índice de Confianza (%).

La confiabilidad R, es la variable mediante la cual se incorpora cierto grado de certidumbre en el proceso del diseño, introduciendo un nivel predeterminado de seguridad a través del cual el pavimento será capaz de resistir las cargas de tráfico para el período que fue diseñado.

Tabla Nº18: Niveles de Confiabilidad Sugeridos para Diferentes Carreteras.

Clasificación Funcional Niveles de Confiabilidad Recomendados

Urbana Rural

Autopistas Interestatales y Otras

85-99.9 80-99.9

Arterias Principales 80-99 75-95

Colectoras 80-95 75-95

Carreteras Locales 50-80 50-80 Fuente: Guía para Diseño de Estructuras de Pavimento AASHTO-1993 Parte II, Capítulo 2.

9.4.1.2. Índice de Servicio Inicial.

Se define como la manera en que un pavimento cumple su función de hacer cómoda, fácil, rápida y segura la circulación de los vehículos y la capacidad que tiene el pavimento para atender el tránsito. El concepto original de la serviciabilidad es la medición subjetiva del usuario de la calidad de rodamiento de un pavimento.

El índice de serviciabilidad varía de 5 (excelente) a 1 (pésimo) El diseño se hace para que el pavimento llegue al final de su período de

diseño con el nivel de servicio mínimo deseado. La Serviciabilidad Inicial (Po) es la condición inmediata después de la construcción de la carretera y depende de la calidad de la construcción, la Guía de la AASHTO define que para pavimentos flexibles este valor inicial es de 4.20. 9.4.1.3. Índice de Servicio Final.

La Serviciabilidad Final Pf ó Pt es la condición final que tendrá el pavimento, es decir, es la condición donde el pavimento falla, éste valor depende de la


49

clasificación del tramo a diseñar y este puede estar entre 2.00 para caminos de transito menor y 2.50 para caminos principales. Es importante mencionar que las mediciones de serviciabilidad en un país desarrollado, pueden diferir del grado de apreciación de serviciabilidad de los países en desarrollo, bajo ésta consideración se pueden optar valores diferentes a los sugeridos por la guía de diseño. 9.4.1.4. Índice de Serviciabilidad, ΔPSI. Es la Variación entre la serviciabilidad inicial y final. 9.4.1.5. Desviación Estándar, So.

Una vez seleccionada el nivel de confiabilidad, se debe considerar el valor del error estándar combinado (So), representativo de las condiciones locales. Esta variable considera la variabilidad asociada a cada uno de los parámetros involucrados en el diseño para pavimento flexible sus valores son de 0.4 a 0.5. 9.4.1.6. CBR de Subrasante (%). El valor de CBR (California Bearing Ratio) de la sub rasante es el más importante de definir, dado que a través de este se obtiene el valor del MR (Módulo Resiliente) a ser utilizado en el diseño. (Ver anexo grafico ilustrativo del CBR). 9.4.1.7. Modulo de Resilencia, MR.

El módulo de Resilencia representa la calidad de los materiales y se determinará un valor para la base, sub base y sub rasante basado en el CBR correspondiente. 9.4.1.8. Periodo de Diseño (años).

El período de diseño recomendado para esta vía es de 15 años, puesto que está clasificada como un Camino Vecinal; es muy importante hacer la aclaración entre lo que se denomina vida útil de período de diseño.

El período de diseño, es el tiempo para el cual se está proyectando que el pavimento reciba la acción de tráfico determinado para este período, al finalizar este período, puede que se necesite realizar una intervención a nivel de rehabilitación, refuerzo u otra intervención para recuperar el nivel de servicio y capacidad estructural de acuerdo al tráfico presente. Vida útil, es el tiempo en el cual el pavimento alcanza el índice de serviciabilidad final, medido a partir de finalizada su construcción.


50

Tabla Nº19: Periodo de Diseño

Tipo de carretera. Periodo de Diseño.

Autopista Regional 20-40 años

Troncales Suburbanas 15-30 años

Troncales rurales

Colectoras Suburbanas 10-20 años

Colectoras Rurales Fuente: Manual Centroamericano de Normas para el Diseño Geométrico de las Carreteras Regionales. SIECA 2001.

9.4.1.9. Números de ejes equivalentes también conocido como ESAL’s (W18). Llamado ESAL por sus siglas en inglés Equivalent Simple Axle Load, es la sumatoria del número de repeticiones de carga equivalentes a 8.2 toneladas, 18 kips ó 18,000 libras, en el carril de diseño durante la vida útil del pavimento. Determinando todos los factores anteriormente indicados, podemos resumir que los ESAL’s de diseño se estimarán para cada tipo de vehículo, de la forma siguiente: W18 = TPDA x Fd x FL x FC x LEF TD = TPDA x Fd x FL x FC entonces W18 = TD x LEF

TPDA (Tránsito Promedio Diario Anual): Es el volumen de transito durante un periodo de tiempo, dividido por el número de días del periodo. Factor sentido (Fd): éste factor expresa la relación que existe entre el Tráfico y el

sentido de circulación, su valor es generalmente de 0.5. Factor carril (FL): es la relación que existe en la distribución del tráfico cuando dos o más carriles son usados en una sola dirección.

Número de carriles en ambas direcciones

Porcentaje de camiones en el carril de diseño.

2 50

4 45

6 ó más 40 Ref. Guía para diseño de Pavimentos, AASHTO, 1993.

Factor Crecimiento (FC): Factor de crecimiento del tráfico que depende de la tasa

de crecimiento anual y de la vida útil.


51

Donde: i: es la tasa de crecimiento de tráfico. n: período de proyección del tráfico expresado en años. Tránsito de Diseño (TD): Es el tráfico proyectado que se espera circule por la vía basado en el período de diseño definido primeramente y, para determinarlo se hace uso del TPDA inicial con la afectación de los factores de: sentido, carril y crecimiento.

Factor Daño (LEF): es un factor de carga que convierte los pesos por eje de una determinada distribución vehicular a pesos por ejes normalizados de 8.2 ton o 18 kips. Éste factor define el daño causado en un pavimento, por el paso de un eje sencillo en relación con el daño causado por el paso de una carga de un eje estándar. Y por último el número estructural, variable indispensable para el cálculo de los espesores de la estructura de pavimento. El número estructural se define como la protección que demanda la estructura de pavimento para soportar el paso constante de las cargas inducidas a través de las ruedas de los vehículos.

El Espesor Total de Pavimento se define como: SN = a1D1+a2D2m2+a3D3m3 Donde,

SN: Numero Estructural de Pavimento. a1: Coeficiente de carpeta (adoquín). D1: Espesor de adoquín. a2: Coeficiente estructural de la base. D2: Espesor de capa base. m2: Coeficiente de drenaje para Base. a3: Coeficiente estructural de la sub base. D3: Espesor de sub base. m3: Coeficiente de drenaje para sub base.


52

9.5. Diseño Estructural del Pavimento Propuesto.

9.5.1. Criterios de Diseño.

9.5.1.1. Periodo de Diseño (años). El período de diseño recomendado para esta vía según la tabla es de 15 años,

puesto que está clasificada como un Camino Vecinal.

9.5.1.2. Confiabilidad, R.

Ésta es una variable de entrada mediante, la cual se introduce un factor de seguridad al diseño del pavimento, cuyo valor depende del nivel de confiabilidad elegido y del error estándar combinado que se espera de todos los factores que influyen en el comportamiento que tendrá la estructura de pavimento. Basados en los niveles de confiabilidad de la Guía AASHTO 93 se utilizó una confiabilidad igual a 75%.

9.5.1.3 Desviación Estádar, So.

Para este diseño de pavimento se empleará un valor de 0.45.

9.5.1.4. Índice de Serviciabilidad, ΔPSI.

Como se menciono anteriormente el índice ó pérdida de serviciabilidad es la diferencia entre la serviciabilidad inicial y final. Se considerado que el pavimento propuesto posea una serviciabilidad de 4.2 y una final de 2, ambos valores recomendados por la AASHTO; entonces la diferencia de estos dos valores resulta un ΔPSI=2.2.

9.5.1.5. Ejes Equivalentes, W18

Una vez obtenido el tráfico de diseño a través del estudio de tránsito y habiendo determinado los factores de carga para cada vehículo; se procedió al cálculo del W18

mediante una hoja cálculo en Excel, la que sigue a continuación.

Datos i= 1.402% FL= 1

n= 15 años Fd= 0.5

Tipo de

Vehiculo

Peso x Eje

(lbs)To FC TD LEF ESAL 'S

Auto 2200 102 6046.37662 307946 0.00038 117

2200 102 6046.37662 307946 0.00038 117

Jeep 2200 21 6046.37662 64071 0.00038 24

2200 21 6046.37662 64071 0.00038 24

Cmta. 2200 15 6046.37662 43917 0.00038 17

4400 15 6046.37662 43917 0.0034 149

C2 liv. 2- 5 Ton 8800 33 6046.37662 98801 0.0502 4960

17600 33 6046.37662 98801 0.9206 90956

C-2 >5 Ton. 11000 38 6046.37662 115906 0.1265 14662

22000 38 6046.37662 115906 2.35 272379

C-3 11000 8 6046.37662 25309 0.1265 3202

36300 8 6046.37662 25309 1.4325 36255

ΣW18 422,862


53

La AASHTO 93 en su capítulo IV, define a las carreteras de tráfico ligero mediante el total de ejes equivalente y estable que las vías con un W18 menor a 700 mil ESAL´s son consideradas de bajo volumen vehicular. W18 calculado = 422,862 < 700,000 ok.

Para determinar los LEF fue necesario hacer interpolaciones, ya que las tablas de los factores de equivalencia ofrecen factores únicamente para valores de cargas con múltiplos de 2 toneladas. (Ver anexos interpolaciones realizadas de los valores LEF empleados en el cálculo del W18).

9.5.2. Propiedades de los Materiales.

9.5.2.1. CBR de Diseño. Para la sub rasante es de 11% al 95% de compactación próctor estándar se obtuvo aplicando el método del Instituto del Asfalto de USA, explicado en el capítulo III de este documento. 9.5.2.2. Modulo de Resilencia de la Subrasante. Sirve para caracterizar los materiales de subrasante, se obtiene por medio de la correlación sugerida para suelos granulares, señaladas en el capítulo III. Para tal efecto se empleó la ecuación Nº4 de este documento, ya que es la recomendada para valores entre 10> CBR >20, la cual se expresa: MR = 3000 x CBR0.65

Entonces resulta un MR= 14,256.95 psi

9.5.2.3 Drenaje

La calidad del drenaje es expresada en la fórmula del número estructural, por medio del coeficiente de drenaje (mi). El coeficiente de drenaje depende de la capacidad que tiene el material para drenar el agua y del tiempo que pasa expuesto a la situación. Dicho coeficiente oscila entre 0.7 y 1.25, para este diseño utilizaremos mi=1.

9.5.2.4. Capa Base.

Para la base se empleará material del Banco denominado “SILICO” ubicado a 5 km de la estación 0+500, partiendo del ensaye CBR de este material resulto con un CBR=83%, clasificado como material del tipo A-1a(0), el cual cumple los requisitos para asegurar un conformación de capa de base de alta calidad.

El Módulo de Resilencia es obtenido a través del gráfico: variación de a2 para bases granulares, el cual resulta igual a 28,550 psi (ver anexo).

9.5.2.5. Capa Sub base.

Para la conformación de la sub base se utilizó un segundo banco de materiales denominado “LA MAQUINA”, el cual está ubicado a 300 m de la estación 0+850. Se obtuvieron muestras y se les realizó prueba de laboratorio resultando ser un material


54

de menor calidad que el del banco “SILICO” pero válido para servir de sub base al pavimento propuesto. Su CBR es de 35%. Aplicando la misma metodología para la

obtención del módulo de Resilencia, usada en la base, la sub base resulta con un MR= 15,800 psi (ver anexos).

9.5.2.6. Coeficientes de Capa.

El método asigna a cada capa del pavimento un coeficiente (ai), los cuales son requeridos para el diseño estructural normal del pavimento flexible. Estos coeficientes permiten convertir los espesores reales a números estructurales (SN), siendo cada coeficiente una medida de la capacidad relativa de cada material para funcionar como parte de la estructura de pavimento.

Coeficiente Estructural de la Carpeta (Adoquín) a1

Para el coeficiente estructural del adoquín se utilizó el valor de 0.45, empleado en el

ejercicio de diseño de pavimento de adoquín por el método AASHTO 93, ilustrado en el Manual Centroaméricano de Pavimento pag. 107.

Coeficiente Estructural para Base granular a2

En el caso del coeficiente de capa de la base, se determinó dicho coeficiente del gráfico variación de base granular, resultando un valor igual a 0.134.

Ver anexo grafico.

Coeficiente Estructural para sub base granular a3

Igualmente el coeficiente de capa de la sub base fue extraído del gráfico variación de sub base granular, resultando un valor igual a 0.115. Ver anexo gráfico.

9.5.3. Resumen Datos de Diseño.

1) Índice de Confianza (%): 75 2) Índice de Servicio Inicial: 4.2 3) Índice de Servicio Final: 2 4) Índice de Servicio de Diseño: 2.2 5) Desviación Estándar, So: 0.45 6) CBR de Subrasante (%): 11.0 7) Módulo de Resiliencia, Mr.: 14,256.95 psi 8) Período de Diseño (Años): 15 9) Número de Ejes Equivalentes: 422,862


55

9.5.4. Cálculo Manual de los Espesores del Pavimento.

Metodología: consiste en usar la solución gráfica de la fórmula del SN, expresada en la figura 3.1 de la Guía AASHTO 93. Una vez conocidos los datos de diseño: Confiabilidad, desviación stándar, ejes equivalentes, Modulo de Resilencia y pérdida de serviciabilidad se marcan en la gráfica los puntos correspondientes a cada dato y luego se unen mediante líneas hasta trazar el área de la cuadriculo semilogaritmica. Sobre la cuadricula tomar medidas en escala 1:100 con respecto al intervalo en que se encuentre la línea de trazado para luego determinar el cociente entre d1-x y d1-2 ya que en nuestro caso resultó entre 1 y 2. A dicho coeficiente se le deberá aplicar el logaritmo inverso, dividirlo entre 10 y sumarle 2. El valor resultante de estas operaciones será el SN referido a la capa que se esté determinando. Memoria de Cálculo. El espesor del adoquín es conocido, razón por la cual no es necesario utilizar el gráfico entonces se procede directamente al cálculo del SN1.

donde, D1 es el espesor del adoquín expresado en pulgadas. En el caso del SN2, se requiere utilizar la figura 3.1 de la Guia AASHTO para obtener lo siguiente: Distancia medida sobre la cuadrícula desde 1 al punto. y la distancia

correspondiente al intervalo entre 1 y 2

Cociente

Una vez conocido SN1, SN2 y a2 se calcula el espesor de la base a como sigue:


56

Siguiendo el mismo procedimiento de cálculo utilizando el gráfico, para el espesor de la sub base será:

Distancia medida sobre la cuadrícula desde 2 al punto. y la distancia correspondiente al intervalo entre 2 y 3

Cociente

Comprobar la siguiente relación para posteriormente calcular el espesor de la sub base:

No se cumple la condición debido a que el pavimento no amerita capa sub base. Entonces no se calculará el espesor para esta capa.


57

Verificación de Datos. La verificación o comprobación de resultados fue posible mediante el uso del Software WINPAS desarrollado por la American Concrete Pavement Asociation(ACPA) para la evaluación y diseño de pavimento rigido y flexible. A continuación se presenta el procedimiento de introducción de datos al programa WINPAS a fin de validar los espesores calculados anteriormente.


58


59

Otro programa que se utilizo para efectos de aplicaciones y estudio de

comportamiento fue el método AASHTO’86 Design Equations:


60

9. CONCLUSIONES.

Mediante los resultados obtenidos de este ejercicio, el cual consistió en la propuesta del diseño de pavimento con superficie de adoquín, lo que implico primeramente realizar el estudio de suelos para la determinación de las propiedades de los suelos en general y, el estudio de tráfico para la estimación del TPDA a manera de resumen. Sin obviar también los conceptos y definiciones relacionadas con la temática de los Pavimentos, los que fueron de utilidad para comprender el lenguaje técnico ó ingenieril empleado en este documento. Para tales efectos como resultado de los estudios mencionados se concluye lo siguiente: Partiendo del Conteo Tráfico realizado en el tramo: León – Río Quezalguaque se clasifica como una vía de bajo volumen vehicular según la guía AASHTO 93. Por otro lado la tasa de crecimiento de tráfico es baja, según la calidad de vida y clase social observadas en la zona, ya que no existe el transporte intermunicipal, y por consiguiente los pobladores circulan en bicicletas, sin embargo la tendencia de crecimiento del tráfico será de 2 a 3 vehículos para el transporte liviano y 1 camión por año para el transporte de carga. Otro aspecto importante es el tráfico generado y desviado, posteriormente a la construcción del adoquinado, habrá una nueva opción para los usuarios que circulan entre León y Quezalguaque, puesto que actualmente usan la ruta León – Emp. Quezalguaque (NIC-12A) y Emp. Quezalguaque – Quezalguaque (NIC-56). Los usuarios se beneficiarán mediante el ahorro en tiempo y sobre todo en costos de viaje. Los suelos predominantes a lo largo de la línea de sondeo son de tipo: granular(A-2-4 y A-4) en la parte superficial y suelos finos(A-5 y A-7-5) en la parte inferior del camino. Al encontrar suelo granular en la superficie es señal que dicho tramo en algún momento fue revestido con material selecto de un banco desconocido. Entre menor sea el valor del Módulo de Resilencia de la subrasante, el pavimento requerirá mayores espesores de capas para garantizar su protección e inverso. De Lo anterior se concluye que estructuralmente el pavimento propuesto no requiere el uso de una sub base debido a que la sub rasante es de buena calidad razón por la cual, se dice que el pavimento resistirá efectivamente las cargas de los vehículos que transiten por él. Los espesores propuestos para la conformación del pavimento del tramo en estudio son:

Capa Espesor(plg)

Adoquín 4”

Arena 2”

Base 5.5”


61

10. BIBLIOGRAFIA.

1. Comité Técnico de Transporte, Construcción e Infraestructura, Enero 2010.Normas Técnicas Obligatorias de Nicaragua. NTON- 12 009-10. Adoquines. 2. ESTUDIOS Y DISEÑO (EDICO), 2009. Informe de Suelo del tramo León – Acceso Planta Termoeléctrica (El Platanal). 3. DISEÑO DE PAVIMENTO AASHTO 93. Versión en Español. Escuela de Caminos de Montaña de la Facultad Nacional de Ingeniería de San Juan. 4. ING. JORGE CORONADO ITURBIDE, Manual Centroamericano para el Diseño de Pavimento, Secretaria de Integración Económica Centroamericana (SIECA). Guatemala. Noviembre/2002. 5. ING. DOUGLAS MENDEZ, Maestría en Ingeniería de Transporte. Análisis y Evaluación de las Características Geométricas de los Pavimentos de Adoquín en las Vías Rurales de Nicaragua. Managua, Nicaragua. Agosto/2003. 6. OFICINA DE INVENTARIO DE INFRESTRUCTURA DE TRANSPORTE. MTI. Revista de Inventario Vial edición 2009 y 2010. 7. ING. OSCAR V. CORDO, 3er Edición , AASHTO Guide for Design of Pavements Structures, AASHTO 1993, USA. 8. Apuntes de Diseño de Pavimento Flexible, impartido por el Ing. Israel Morales. Curso de titulación Obras Viales año 2009. 9. INFORME FINAL DE TRÁFICO ESTUDIO DE INGENIERÍA PARA LA REHABILITACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL TRAMO DE CARRETERA: CIUDAD SANDINO – MATEARE (15.00 KM) Mayo, 2010.


62

11. ANEXOS.

1. RESULTADOS DE ENSAYES DE SUELOS DE LINEA DE SONDEOS.

2. RESULTADOS DE ENSAYES DE HUMEDAD.

3. INFORME DE ENSAYO DE MUESTRA DE BANCO MATERIAL.

4. INFORME DE ENSAYO ADICIONAL.

5. PRINCIPALES INDICADORES MACROECONOMICOS.

6. LISTADO HISTORICO DEL TPDA.

7. TABLA SELECCIÓN DEL CBR DE DISEÑO.

8. GRAFICO DE SELECCIÓN DEL CBR DE DISEÑO.

9. GRAFICOS DE CORRELACIÓN DE VARIABLES.

10. FACTORES DE DAÑOS.

11. GRAFICO DETERMINACIÓN DEL MR DE LA BASE.

12. GRAFICO DETERMINACIÓN DEL MR DE LA SUB BASE.

13. ESQUEMA DE UBICACIÓN DE BANCOS DE MATERIALES.

14. DIAGRAMA DE CARGAS PERMISIBLES.


63

RESULTADOS DE ENSAYES DE SUELOS

Sondeo Muestra

No. No.

3” 2” 1 ½” 1” ¾” 3/8” 4 10 40 200 LL IP 90 95 100

1 0+250 Der. 1 1 0-20 100 82 70 62 54 44 37 31 23 10 21 4 A-2-4(0) 15 17 41

2 20-150 100 96 90 71 56 10 A-5(10) 8 11 13

2 0+500 Izq. 2 3 0-75 100 96 90 71 56 10 A-5(10) 8 11 13

4 75-85 100 86 42 14 0 0 A-1-b(0) 25 33 60

- 85-+

3 0+750 Der. 3 5 0-40 100 97 96 95 92 54 11 0 0 A-2-4(0) 24 30 51

6 40-150 100 96 90 71 56 10 A-5(10) 8 11 13

4 1+000 Izq. 4 7 0-15 77 69 55 50 44 36 32 28 19 9 20 6 A-2-4(0) 41 55 71

8 15-70 100 92 72 30 34 7 A-2-4(0) 19 24 39

9 70-150 100 94 83 37 16 8 A-4(0) 13 16 21

5 1+250 Der. 5 10 0-20 89 77 69 57 54 47 42 33 17 6 0 0 A-1-a(0) 35 50 65

11 20-50 100 97 80 58 33 8 A-4(0) 7 9 11

12 50-150 100 94 70 35 37 5 A-2-4(0) 8 12 16

6 1+500 Izq. 6 13 0-20 100 97 80 58 33 8 A-4(0) 7 9 11

14 20-150 100 94 70 35 37 5 A-2-4(0) 8 12 16

7 1+750 Der. 7 15 0-15 100 94 70 35 37 5 A-2-4(0) 8 12 16

16 15-35 89 77 69 57 54 47 42 33 17 6 0 0 A-1-a(0) 21 47 88

17 35-150 100 92 72 30 34 7 A-2-4(0) 10 16 21

8 2+000 Izq. 8 18 0-15 100 94 70 35 37 5 A-2-4(0) 8 12 16

19 15-30 100 98 97 92 83 81 68 40 24 5 A-4(1) 9 14 18

20 30-90 100 97 92 78 54 19 A-7-5(6) 3 8 13

21 90-150 100 94 83 75 52 18 A-7-5(5) 5 11 14

9 2+250 Der. 9 22 0-150 100 97 92 78 54 19 A-7-5(6) 3 8 13

10 2+550 Izq. 10 23 0-30 100 77 69 51 47 43 40 37 27 9 0 0 A-1-a(0) 17 33 50

24 30-60 100 94 91 71 53 48 8 A-5(0) 6 11 16

25 60-150 100 95 85 65 49 15 A-7-5(3) 6 9 12

EstaciónDesviación

(m)

Profundi

dad (cm)

GRANULOMETRIA Límite % C.B.R. a Compact.Clasificación

Cascajo Compacto


64

ESTUDIO Y DISEÑO INGENIEROS CONSULTORES (EDICO)

RESULTADOS DE ENSAYES DE HUMEDADES

PROYECTO: CAMINO DE ACCESO A ESTACIÓN TERMOELÉCTRICA, LEON

EST. SONDEO

NO.

MUESTRA

NO.

PROFUNDIDAD

(m)

HUMEDAD

(%)

0+250 1 1 0-20 2.9

2 20-150 29.2

0+500 2 3 75-85 11.4

0+750 3 4 0-40 7.3

1+000 4 5 0-15 2.2

6 15-70 15.4

7 70-150 9.2

1+250 5 8 0-20 15.3

9 20-50 26.9

1+500 6 10 50-150 23.8

1+750 7

2+000 8 11 15-30 6.9

12 30-90 37.0

13 90-150 37.5

2+550 10 14 0-30 4.6

15 30-60 22.7

16 60-150 33.4


65

ESTUDIO Y DISEÑO INGENIEROS CONSULTORES (EDICO)

INFORME DE ENSAYES DE SUELOS

ENSAYE

MUESTRA 1

ESTACION Banco de Material La Máquina

DESVIACIÓN Dueño: Alcaldía de León

PROFUNDIDAD (CM) A 5 Km del Proyecto Carretera a Poneloya

SONDEO GRANULOMETRIA

% QUE PASA TAMIZ 3” 83

2” 73

1 ½” 64

1” 54

¾” 48

3/8” 38

No.4 29

No.10 23

No.40 (a) 16

No.200 (b) 10

Relación de Finos: (b)/(a) 0.625

LIMITES DE ATTERBERG

Límite Líquido 27

Indice de Plasticidad 5

Contracción Líneal

CLASIFICACION

Clasificación H.R.B. A-1-a(0)

Clasificación de Casagrande


66

ENSAYES ADICIONALES

Peso Volum. Suelto (kg/m³) 1740

Peso Volum. Varillado (kg/m³) 1956

Observaciones:

ENSAYE

MUESTRA 1

ESTACION Banco Silico, S. A. Km 104 Carretera León –

Chinandega

DESVIACIÓN Dueño: Silico S. A.

PROFUNDIDAD (CM)

SONDEO GRANULOMETRIA

% QUE PASA TAMIZ 3” 100

2” 94

1 ½” 89

1” 76

¾” 71

3/8” 63

No.4 55

No.10 42

No.40 (a) 17

No.200 (b) 5

Relación de Finos: (b)/(a) 0.29

LIMITES DE ATTERBERG

Límite Líquido

Indice de Plasticidad NP

Contracción Líneal

CLASIFICACION

Clasificación H.R.B. A-1-a(0)

Clasificación de Casagrande


67

ENSAYES ADICIONALES

Peso Volum. Suelto (kg/m³) 1730

Peso Volum. Varillado (kg/m³) 1929

PROYECTO: Camino de Acceso a Estación Termoeléctrica, León

ENSAYE NO. ________ EFECTUADO POR: O.C.

MUESTRA No. 1 CALCULO: M.B. COTEJO:____________________

FUENTE DEL MATERIAL: Banco Silico, S. A. Km 104 Carretera León - Chinandega

Dueño: Silico, S. A.

ANALISIS GRANULOMETRICO DE MATERIAL QUE PASA TAMIZ DE ¾”

TAMIZ ¾ 3/8 4 10 40 200

%QUE PASA 71 63 55 42 17 5

LIMITE LIQUIDO INDICE DE PLASTICIDAD NP

CLASIFICACION H.R.B. A-1-a(0) EQUIVALENTE DE ARENA___________

TIPO DE PRUEBA EMPLEADA PROCTOR MODIFICADO

PESO VOLUM. SECO MAXIMO 2175 kgs/m3

HUMEDAD OPTIMA 11.1%

PRUEBAS DE C.B.R. SATURADA

METODO DE COMPACTACION EMPLEADO DINAMICA

% DE COMPACTACION 90 95 100

PESO VOLUM. SECO (kgs/m³) 1958 2066 2175

C.B.R. SATURADO 55 69 83

HINCHAMIENTO (%) 0.10 0.08 0.07

TIEMPO DE SATURACION (horas) 96 96 96

OBSERVACIONES:


68


69

NICNº

ESTACIONTIPO Pkm NOMBRE DEL TRAMO

TPDA

96

TPDA

97

TPDA

98

TPDA

99

TPDA

2000

TPDA

2001

TPDA

2002

TPDA

2003

TPDA

2004

TPDA

2005

TPDA

2006

TPDA

2007

TPDA

2008

TPDA

2009

TPDA

2010

NIC-22 2201 ECD 68.7 EMP.MALPAISILLO (NIC-28) - EMP.PUERTO MOMOTOMBO 314 230 213 238 249 303 297 632 460 391

NIC-22 2202 ECS 83.0 EMP. PUERTO MOMOTOMBO - MALPAISILLO - INTER NIC-26 79 62 63 184 214 115 292

NIC-28 2802 ECD 7.5 LAS PIEDRECITAS - CUESTA HÉROES Y MÁRTIRES 3,984 8,647 9,499 15,227 16,912 21,831

NIC-28 2810 ECD 11.2 CUESTA HÉROES Y MÁRTIRES - ENT. A CIUDAD SANDINO 8,146 15,747 12,817 15,912 16,926 18,237

NIC-28 2811 ECD 13.1 ENT. A CIUDAD SANDINO - LOS BRASILES 5,119 4,875 7,400 7,230 9,653 8,173 8,353

NIC-28 2800 ECD 20.5 LOS BRASILES - NAGAROTE 2,758 2,979 3,488 4,696 4,683 4,753 4,477 4,976 5,298 5,582 5,557 5,805 6,562 6,892

NIC-28 2803 EMC 52.0 NAGAROTE - LA PAZ CENTRO 2,274 2,326 3,694 4,607 4,441 5,100 4,585 6,178 5,553

NIC-28 2801 ECD 58.3 LA PAZ CENTRO - EMP. IZAPA 2,365 2,284 3,669 4,515 4,548 4,649 5,638

NIC-44A 1221 ECD 95.4 LEON - CHACARASECA 156 632 634 227 195 345 665

NIC-44A 2207 ECS 101.0 CHACARASECA - LAS SABANETAS (INTER NIC-22) 8 74 139 91

NIC-44B 2203 ECD 121.0 EMP. PUERTO MOMOTOMBO - PUERTO MOMOTOMBO 154 160 224 380

NIC-46 4601 ECD 16.0 EMP. XILOA-XILOA 919 1043 900 939 1016 1862

NIC-46 4602 ECD 22.0 XILOA-EL TAMAGAS 40 205 192 914

NIC-46 4603 ECS 35.0 EL TAMAGAS - MATEARE 48 104 107 94 219

NN-156 2809 ECD 7.2 VALLE DORADO-CTA HEROES Y MARTIRES(INTERNIC-12) 11323 11,775 8,304 10,005 15,935 13,214

NN-230 2807 ECD 15.0 CIUDAD SANDINO - SAN ANDRES DE LA PALANCA 99 261 299 1122 1476

NN-230 2808 ECS 24.0 SAN ANDRES DE LA PALANCA - MATEARE 28 51 30

NN-231 2804 ECS 45.0 NAGAROTE-COL. RENE SCHICK 62 441 84 62 87

NN-236 2205 ECS 70.0 EMP.PTA GEOT- PTA GEO (PUESTO DE CONTROL EL

BOQUERON) 31

NN-239 2206 ECS 80.0 EMP. LA FUENTE - EL PORTILLO - EL BARRO 52 98 109

NN-242 1219 ECD 104.4 LEON-PASE RIO QUEZALGUAQUE(EL POLVON) 133 138 214 137 280 484

NN-244 1220 ECS 93.3 CEMENTERIO GUADALUPE-EL CHAGUE 55 119 249 197 197

NN-244 1403 ECS 101.5 EL CHAGUE - ESC. EL OBRAJE 19 16

NN-244 1402 ECS 120.0 ESC. EL OBRAJE - AEROPUERTO GODOY 39 66 54 55 79

NN-246 1404 ECD 97.5 LEON - ABANGASCA SUR 14 34 35 295 517

NN-248 1222 ECD 95.7 LEON - LECHECUAGOS 110 189 197 240 301 431

LISTADO HISTORICO DE TPDA


70

Tabla: Selección del CBR de Diseño.

Valore de CBR

obtenidos Frecuencia

Números de valores Mayores ó

iguales

% de valores

CBR Mayores ó

iguales

8 2 24 100%

9 3 22 92%

11 5 19 79%

12 4 14 58%

14 1 10 42%

16 2 9 38%

17 1 7 29%

24 1 6 25%

33 2 5 21%

47 1 3 13%

50 1 2 8%

55 1 1 4%

24


71

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

0 10 20 30 40 50 60

% d

e v

alo

res

CB

R m

ayo

r o

igu

ale

s.

Valores de CBR(%) obtenidos

Gráfico Selección del CBR de Diseño.

11


72

y = 6.2273x - 58.873R² = 0.9995

-

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

10.200 10.250 10.300 10.350 10.400 10.450 10.500

LN(T

PD

A12

19)

LN(PIB)

Correlación entre TPDA1219 y PIB

y = 10.744x - 160.51R² = 0.975

-

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

15.350 15.400 15.450 15.500 15.550

LN(1

219)

LN(POB)

Correlación entre TPDA1219 y Poblacion

y = 3.3589x - 43.302R² = 0.9508

8.30

8.40

8.50

8.60

8.70

8.80

8.90

15.380 15.400 15.420 15.440 15.460 15.480 15.500 15.520 15.540

LN(T

PD

A28

00)

LN(POB)

Correlación entre TPDA2800 y Poblacion


73

2 0.0002 0.22222222 0.2

2.2 0.00038

4 0.002 1111.11111

4 0.002 0.57142857 0.4

4.4 0.0034

6 0.009 285.714286

8 0.031 1.29166667 0.8

8.8 0.0502

10 0.079 41.6666667

16 0.603 3.03778338 1.6

17.6 0.9206

18 1 5.03778338

10 0.079 1.66315789 1

11 0.1265

12 0.174 21.0526316

10 0.079 1.66315789 1

11 0.1265

12 0.174 21.0526316

FACTOR ESAL CUANDO Pt = 2.0. EJE SENCILLO.

34 1.08 7.2 1.2

35.2 1.26

36 1.38 6.66666667

36 1.38 7.88571429 0.3

36.3 1.4325

38 1.73 5.71428571

FACTOR ESAL CUANDO Pt = 2.0. EJE DOBLE.

4,892,684.00

4,974,392.00

5,057,464.00

5,141,924.00

5,227,794.00

5,315,098.00

1.67%TAC

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Año Población


74


75

15. ESQUEMA DE UBICACIÓN DE BANCOS DE MATERIALES


76

0+000

2+550

AB

0+500

0+850

5 km

0.3 km

Banco A para BaseBanco B para Sub-Base


77

tes leon-el platanal

Documents