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I
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
TRABAJO DE TITULACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
VÍAS
TEMA:
DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO FLEXIBLE DEL
CAMINO VECINAL SAN PEDRO-RIO BLANCO, DEL CANTÓN EL
TRIUNFO, PROVINCIA DEL GUAYAS
AUTOR
MOREIRA FRANCO CRISTHIAN ANDRÉS
TUTOR
ING. CARLOS MORA CABRERA M.Sc.
2016
GUAYAQUIL – ECUADOR
II
AGRADECIMIENTO
A los ingenieros César Coronel y Franklin Quimba por ayudarme con sus
conocimientos y experiencias respecto al diseño de pavimento flexible me
han guiado para poder elaborar este trabajo, a los profesores designados al
núcleo estructurante en Vías de Comunicación que de una u otra manera con
sus profundos conocimientos en la materia ayudaron a complementar en el
desarrollo de este trabajo. Al tutor por dedicar su tiempo para la elaboración
de este proyecto. Y en especial a mi familia que me brindó su apoyo a lo
largo de mi carrera profesional como estudiante de Ingeniería Civil.
IV
TRIBUNAL DE GRADO
__________________________ _______________________
Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M. Sc. Ing. Carlos Mora Cabrera, M. Sc.
DECANO TUTOR
________________________________ ______________________________
Ing. Humberto Guerrero Herrera, M. Sc. Ing. Gustavo Ramírez Aguirre, M. Sc.
VOCAL VOCAL
V
DECLARACIÓN EXPRESA
Art.XI.- del Reglamento Interno de Graduación de la Facultad de Ciencias
Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
La responsabilidad por los hechos, ideas y doctrinas expuestas en este Trabajo
de Titulación corresponde exclusivamente al autor, y el patrimonio intelectual de la
Universidad de Guayaquil.
__________________________________________
CRISTHIAN ANDRÉS MOREIRA FRANCO
0930098884
VI
ÍNDICE GENERAL
Portada……………………………………………………………..…………………….I
Agradecimiento……………………………………………………………..…………...II
Dedicatoria……………………………………………………………..........................III
Tribunal de grado…………………………………………………………..…………...IV
Autorización de la Autoría Intelectual………………….……………………………..V
Índice General…………………………………………………………………………..VI
CAPÍTULO I
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO
1.1 Introducción ...................................................................................................... 1
1.2 Antecedentes ................................................................................................... 2
1.3 Ubicación geográfica del proyecto ................................................................... 3
1.4 Objetivos ......................................................................................................... 5
1.4.1 Objetivo General del Proyecto .................................................................. 5
1.4.2 Objetivos específicos ............................................................................... 5
1.5 Planteamiento del problema ............................................................................ 6
1.6 Delimitación ..................................................................................................... 7
1.7 Justificación ..................................................................................................... 7
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Importancia de las Carreteras ......................................................................... 8
2.2 Clasificación de las carreteras según el MTOP ............................................... 8
2.2.1 Clasificación por capacidad (Función del TPDA). .................................... 9
2.2.2 Clasificación por Jerarquía en la Red Vial ................................................ 9
2.2.3 Clasificación por Condiciones Orográficas ............................................. 11
2.2.4 Clasificación de acuerdo a la Superficie de Rodadura ........................... 12
2.2.5 Clasificación por Importancia en la Red Vial .......................................... 12
2.3 Corredores Arteriales .................................................................................... 13
2.4 Vías Colectoras ............................................................................................. 14
VII
2.5 Caminos Vecinales ........................................................................................ 14
2.6 Pavimento...................................................................................................... 14
2.7 Consideraciones que debe cumplir los Pavimentos ...................................... 15
2.8 Tipos de pavimentos ..................................................................................... 15
2.9 Pavimento Flexible ........................................................................................ 16
2.9.1. Subrasante o Terreno de Fundación. ...................................................... 18
2.9.2. Sub-Base. ............................................................................................... 19
2.9.3. Base. ....................................................................................................... 20
2.9.4. Capa de Rodadura. ................................................................................. 21
2.9.5. Tipos de Capa de Rodadura. .................................................................. 22
2.10 Tránsito ........................................................................................................ 23
2.11 Distribución Transversal del Tránsito (por carril) .......................................... 23
2.12 Aforo de Tráfico ........................................................................................... 23
2.13 Volumen de Tráfico ...................................................................................... 24
2.14 Estudios y métodos utilizados en el conteo vehicular .................................. 24
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1 Descripción de la Metodología a aplicarse
en el proyecto ....................................................................................................... 26
3.2 Condiciones actuales del pavimento existente .............................................. 26
3.3 Trabajos topográficos para el trazado ........................................................... 27
3.4 Estudio de Campo ......................................................................................... 28
3.4.1 Extracción de muestras de suelo (calicatas) .......................................... 28
3.5 Estudio de suelos .......................................................................................... 35
3.5.1 Condiciones geotécnicas ........................................................................ 36
VIII
CAPÍTULO IV
RESULTADOS DEL PROYECTO
4.1 Conteo de tráfico vehicular.......................................................................... 46
4.1.1 Determinación del Tráfico Promedio
Diario Anual (TPDA). ......................................................................................... 47
4.1.2 Cálculo del tráfico futuro........................................................................... 52
4.1.3 Clasificación de la vía .............................................................................. 57
4.1.4 Velocidad de diseño ................................................................................. 58
4.1.5 Elementos de la sección de la vía ............................................................ 59
4.2 Cálculo de ejes equivalentes ......................................................................... 63
4.3 Resultados de los estudios de Suelos ........................................................... 69
4.4 Diseño de pavimento ..................................................................................... 70
4.4.1 Consideraciones método de diseño AASHTO`93 .................................... 70
4.4.2. Elección del C.B.R. ................................................................................ 70
4.4.3. Serviciabilidad (PSI) ................................................................................ 73
4.4.4 Confiabilidad (R) ..................................................................................... 74
4.4.5 Desviación Standard (So) ....................................................................... 75
4.4.6 Módulo Resiliente (Mr) ............................................................................ 76
4.4.7 Coeficiente de drenaje ............................................................................. 76
4.4.8 Cálculo de espesores del pavimento ...................................................... 78
4.5 Cálculo de espesores para pavimento flexible ............................................. 81
4.6 Presupuesto referencial ................................................................................. 83
CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................ 84
Bibliografía
Anexos
IX
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1: Reconocimiento del camino vecinal ...................................................... 3
Ilustración 2: Imagen satelital del camino vecinal
San Pedro-Río Blanco ................................................................................................ 4
Ilustración 3: Camino vecinal lastrado San Pedro-Río Blanco,
Cantón El Triunfo ....................................................................................................... 6
Ilustración 4: Sección Típica de un Pavimento Flexible ........................................... 17
Ilustración 5: Condición actual del pavimento existente
en la Vía San Pedro-Río Blanco .............................................................................. 27
Ilustración 6: Extracción de calicata #1 .................................................................... 28
Ilustración 7: Sección transversal de la vía abscisa 0+000 ...................................... 29
Ilustración 8: Extracción de calicata #2 .................................................................... 29
Ilustración 9: Sección transversal de la vía abscisa 0+500 ...................................... 30
Ilustración 10: Extracción de calicata #3 .................................................................. 30
Ilustración 11: Sección transversal de la vía abscisa 1+000 .................................... 31
Ilustración 12: Extracción de calicata #4 .................................................................. 31
Ilustración 13: Sección transversal de la vía abscisa 1+500 .................................... 32
Ilustración 14: Extracción de calicata #5 .................................................................. 32
Ilustración 15: Sección transversal de la vía abscisa 2+000 .................................... 33
Ilustración 16: Extracción de calicata #6 .................................................................. 33
Ilustración 17: Sección transversal de la vía abscisa 2+500 .................................... 34
Ilustración 18: Extracción de calicata #7 .................................................................. 34
Ilustración 19: Sección transversal de la vía abscisa 3+000 .................................... 35
Ilustración 20: Ensayo de humedad natural ............................................................. 37
Ilustración 21: Ensayo granulométrico ..................................................................... 39
Ilustración 22: Ensayo de C.B.R. ............................................................................. 45
Ilustración 23: Ubicación de estación de conteo de tráfico ....................................... 46
Ilustración 24: Ecuación para obtener el Tráfico Promedio Semanal ....................... 48
Ilustración 25: Diagrama del resumen de conteo de tráfico ..................................... 50
Ilustración 26: Clasificación de la vía en estudio ...................................................... 59
Ilustración 27: Gráfico del C.B.R. de Diseño ............................................................ 72
Ilustración 28: Diseño de espesores de pavimento flexible ...................................... 82
X
INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Coordenadas UTM de inicio y final de la vía
San Pedro-Río Blanco ................................................................................................ 4
Tabla 2: Clasificación de Carreteras en función
del Tráfico Proyectado ............................................................................................... 9
Tabla 3: Clasificación según Desempeño
de Carreteras ........................................................................................................... 10
Tabla 4: Clasificación según las
Condiciones Orográficas .......................................................................................... 11
Tabla 5: Relación Función, Clase de carretera
y TPDA ..................................................................................................................... 13
Tabla 6: Subrasante en función de su granulometría ............................................... 19
Tabla 7: Materiales de Sub-base ............................................................................. 20
Tabla 8: Materiales de Base ..................................................................................... 21
Tabla 9: Distribución Transversal del tránsito .......................................................... 23
Tabla 10: Clasificación AASHTO de los suelos ........................................................ 41
Tabla 11: Sistema Unificado de la Clasificación
de los suelos ............................................................................................................ 42
Tabla 12: Registro de los 4 días de conteo
de tráfico .................................................................................................................. 47
Tabla 13: Factores de Equivalencia de acuerdo
al tipo de vehículo .................................................................................................... 47
Tabla 14: Determinación del factor diario ................................................................. 50
Tabla 15: Factor de estacionalidad mensual ............................................................ 51
Tabla 16: Composición del tráfico con respecto
al valor del TPDS ..................................................................................................... 55
Tabla 17: Tasas de crecimiento para proyección
del tráfico .................................................................................................................. 56
Tabla 18: Proyección del tráfico futuro a 15 años .................................................... 57
Tabla 19: Cuadro de Clasificación de la Vía ............................................................ 58
Tabla 20: Velocidad de diseño en Km/h ................................................................... 59
Tabla 21: Anchos de calzada según la clase de carretera ....................................... 60
XI
Tabla 22: Valores de diseño para el ancho de espaldones ...................................... 61
Tabla 23: Valores de taludes en terrenos planos ..................................................... 62
Tabla 24: Gradiente transversal para espaldones .................................................... 62
Tabla 25: TPDA proyectado a 15 años desglosado
de acuerdo al tipo de vehículo ................................................................................. 64
Tabla 26: Factor camión para cálculo de los
ejes equivalentes (ESAL´s) ...................................................................................... 65
Tabla 27: Determinación de los ejes equivalentes
de acuerdo a las clases de vehículos....................................................................... 66
Tabla 28: Cálculo de los ESAL´S de acuerdo
al tipo de vehículo .................................................................................................... 67
Tabla 29: Resultados del material de la subrasante ................................................ 69
Tabla 30: Clasificación de subrasantes
según el MTOP ........................................................................................................ 71
Tabla 31: Elección del C.B.R. de Diseño ................................................................. 71
Tabla 32: Porcentaje seleccionado para el Diseño .................................................. 72
Tabla 33: Índice de Serviciabilidad ........................................................................... 73
Tabla 34: Confiabilidad recomendada
por la AASHTO ........................................................................................................ 74
Tabla 35: Error Standard sugeridas por la AASHTO ................................................ 75
Tabla 36: Fórmulas para cálculo del Módulo resiliente ............................................ 76
Tabla 37: Coeficiente de drenaje para
pavimentos flexibles ................................................................................................. 77
Tabla 38: Cantidades del Módulo resiliente
para cada capa ........................................................................................................ 78
Tabla 39: Determinación de los coeficientes estructurales ...................................... 81
Tabla 40: Diseño de espesores de pavimento flexible ............................................. 82
Tabla 41: Espesores mínimos sugeridos
por AASHTO 93 ....................................................................................................... 82
1
CAPÍTULO I
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO
1.1 Introducción
La construcción de vías óptimas tiene mucha importancia en cualquier situación
geográfica porque facilitan el traslado de los habitantes de las poblaciones cercanas
y de ser éstos agricultores proporcionan el traslado de sus productos a las diversas
ciudades; de ésta manera se garantiza el desarrollo socio-económico del sector,
además de ofrecer un mejor acceso a las necesidades básicas. Por el cual se
elaboró este proyecto titulado “DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
FLEXIBLE DEL CAMINO VECINAL SAN PEDRO-RÍO BLANCO, DEL CANTÓN EL
TRIUNFO, PROVINCIA DEL GUAYAS”. A continuación detallaré el contenido de
cada capítulo.
El Capítulo 1 contiene los antecedentes, justificación, pasando por la ubicación
geográfica del proyecto, así como también los objetivos generales y específicos, la
delimitación del tema y la justificación del proyecto.
El Capítulo 2 contiene la conceptualización de los diversos parámetros que
intervienen en los diseños de un pavimento, así como la importancia y su respectiva
clasificación de las carreteras según el Ministerio de Obras Públicas (MTOP), la
definición de pavimento, sus tipos y recomendaciones técnicas de diseño; el estudio
de tránsito desde la denominación de una aforo hasta la interpretación de lo que es
un tráfico de diseño; de igual manera contiene los diversos ensayos de suelos que
se emplean en un diseño de pavimento.
2
El Capítulo 3 desarrolla los diversos métodos aplicados para el presente estudio,
considerando las condiciones actuales del pavimento existente. Entre los cuales se
menciona los estudios de campo, los estudios de suelos y las condiciones
geotécnicas del sitio.
El Capítulo 4 contiene los resultados de conteo de tráfico, que nos permite
clasificar la vía existente y proyectar dicho tráfico una vida útil de 15 años de
acuerdo a las especificaciones del MTOP; para luego clasificar nuestra vía y su vez
el cálculo de ejes equivalentes, y estos resultados ayudarán junto con los ensayos
de suelos, implementar una propuesta de diseño de pavimento flexible.
El Capítulo 5 contiene las conclusiones y recomendaciones del proyecto que nos
indicará si la vía de estudio cumple o no las especificaciones recomendadas por el
MTOP.
Al final de esta obra se detallará en los anexos todos los cálculos, planos y
evidencia fotográfica del desarrollo de este Proyecto de Titulación.
1.2 Antecedentes
Es fácil advertir que los pobladores de esta comuna tienen motivos para requerir
una infraestructura vial en la zona, por el cual surge la necesidad la realización de
este proyecto, que requiere una vía óptima para la movilización de sus productos a
diferentes puntos de la provincia para su posterior comercialización.
3
Mediante información requerida de los habitantes esta vía tiene 40 años de haber
sido construida. La plataforma del camino es muy angosta que tiene un ancho
promedio de 5,3m; en función del tráfico proyectado, la vía es de 3er Orden; consta
de un solo carril para la circulación de los vehículos en ambos sentidos, por lo que
deben disminuir sus velocidades y encontrar el lugar con el ancho adecuado para
realizar la maniobra. Su capa de rodadura es de canto rodado, el relieve de la
calzada es llano, sus secciones transversales no cumple con las recomendaciones
del MTOP como también el sistema de drenaje.
Ilustración 1: Reconocimiento del camino vecinal
Elaborado por: Andrés Moreira Franco
1.3 Ubicación geográfica del proyecto
El camino vecinal San Pedro-Río Blanco se encuentra ubicado en el cantón El
Triunfo, Provincia del Guayas en la colonia agrícola “Amazonas”, en el recinto
aledaño El Piedrero.
4
Las coordenadas del camino vecinal del proyecto se muestran a continuación:
Tabla 1: Coordenadas UTM de inicio y final de la vía San Pedro-Río Blanco
Fuente: Prefectura del Guayas
Elaborado por: Andrés Moreira Franco
El camino vecinal comprende 3,4 km de vía que conduce a la colonia agrícola
Amazonas; en sus alrededores tiene plantaciones de banano y cacao para su
comercialización a los diferentes sitios de consumo.
Ilustración 2: Imagen satelital del camino vecinal San Pedro-Río Blanco
Fuente: (GOOGLE EARTH, 2016)
5
1.4 Objetivos
1.4.1 Objetivo General del Proyecto
El objetivo general de este proyecto es diseñar una estructura de pavimento
flexible (asfalto) que cumpla con las especificaciones del MTOP, el mismo se
realizará en el recinto San Pedro-Río Blanco, Comuna Amazonas, cantón El
Triunfo, Provincia del Guayas; con el fin de garantizar a sus agricultores la
conveniente transportación de sus productos a los sitios de consumo y así
impulsar su crecimiento socio-económico.
1.4.2 Objetivos específicos
Determinar las condiciones geotécnicas del terreno por medio de ensayos
de suelos de los materiales obtenidos por medio de calicatas.
Estudio de Ingeniería de Tránsito: Aforos, cálculo del Tráfico Promedio
Diario Anual (TPDA), Tráfico de Diseño y determinación de los ejes
equivalentes ESAL´S.
Diseñar la vía en función de la norma AASHTO-93 para determinar los
espesores de las capas del pavimento, con el fin de soportar el nivel de
carga solicitado.
6
1.5 Planteamiento del problema
Del análisis realizado por la inspección que se realizó en el sitio, se planteó los
siguientes problemas de nuestra vía de estudio: La falta de asfaltado de la vía, fallas
en la capa de rodadura (baches), la plataforma del camino es muy angosta que
tiene un ancho promedio de 5,3m; consta de un solo carril para la circulación de los
vehículos, y deficiente sistema de drenaje.
La capa de rodadura del camino vecinal es de canto rodado, en la cual se
encuentra en regulares condiciones, poniendo en riesgo la vida de los transeúntes y
pobladores en general al que hacen uso de la vía para llegar a sus viviendas como
el transporte de sus productos; el polvo que emana los vehículos al pasar por el
camino vecinal trae consecuencias graves a sus pobladores como enfermedades
respiratorias.
Ilustración 3: Camino vecinal lastrado San Pedro-Río Blanco, Cantón El Triunfo
Elaborado por: Andrés Moreira
7
1.6 Delimitación
El proyecto comprende 3,4 km de la vía que conduce a la colonia agrícola
“Amazonas”, del recinto San Pedro-Río Blanco, cantón El Triunfo, Provincia del
Guayas.
El diseño comprende la topografía del camino vecinal, ubicación de calicatas
cada 500 metros para ensayar los materiales que conforman la estructura de este
pavimento, ensayos de suelos, conteo manual de tráfico, determinación de los ejes
equivalentes (ESAL´S), para luego proceder al diseño de pavimento flexible
aplicando el método del AASHTO-93, todas estas precisan de un presupuesto
referencial, para luego plantear las respectivas conclusiones y recomendaciones del
proyecto.
1.7 Justificación
El presente trabajo de Titulación tiene como finalidad aplicar los conocimientos
adquiridos a lo largo de nuestra formación profesional, con el fin de beneficiar a esta
comuna del Recinto San Pedro-Río Blanco, con la realización de los estudios y
diseño de una carretera de pavimento flexible.
La gran parte de sus habitantes se dedica al cultivo de banano y cacao, como
también a la cría de gallinas, patos y cerdos, por ende la necesidad de proponer el
diseño de pavimento flexible con el fin de que sus productos no se estropeen y
garantizar una conveniente transportación de sus productos a los sitios de consumo
e impulsar su crecimiento socio-económico.
8
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Importancia de las Carreteras
Las carreteras permiten el desarrollo económico y social en el territorio de
cualquier país, permitiendo el traslado de mercaderías e insumos que acelera el
círculo económico de las poblaciones interconectadas por estas vías.
Un país dotado de buenas estructuras está en condiciones de generar los
elementos básicos de competitividad, que ayudan a posibilitar la aparición de
nuevas oportunidades de desarrollo económico, social y cultural. (Normas Nevi 12,
2012).
2.2 Clasificación de las carreteras según el MTOP
Para el diseño de carreteras en el país se recomienda la clasificación en función
del pronóstico del tráfico (MTOP, 2003).
a) Clasificación por capacidad (Función del TPDA)
b) Clasificación por jerarquía en la red vial
c) Clasificación por condiciones orográficas
d) Clasificación en función de la superficie de rodamiento
e) Clasificación por importancia en la red vial
9
2.2.1 Clasificación por capacidad (Función del TPDA).
Con el fin de elevar los estándares de las carreteras del país y con ello lograr
la eficiencia y la seguridad en el tránsito anhelado, se ha considerado
plantear esta clasificación, que considera los datos de tráfico a nivel nacional.
(MTOP, 2003)
Tabla 2: Clasificación de Carreteras en función del Tráfico Proyectado
Fuente: (MTOP, 2003)
2.2.2 Clasificación por Jerarquía en la Red Vial.
Según lo establecido en el Plan Estratégico de Movilidad (PEM, 2013), según
su desempeño se clasifican de la siguiente manera:
10
Tabla 3: Clasificación según Desempeño de Carreteras
Según su
Desempeño Distanciamientos
Velocidad
de Proyecto
Pendiente
Máxima
Camino
Agrícola/
Forestal
40 Km/h 16%
Camino
Básico
60 Km/h 14%
Carretera
Convencional
Básico
80 Km/h 10%
Carretera
de Mediana
Capacidad
100 Km/h 8%
11
Vías de Alta
Capacidad
Interurbana
120 Km/h 6%
Fuente: (Normas Nevi 12, 2012)
2.2.3 Clasificación por Condiciones Orográficas.
Según el relieve del terreno natural indicado en la Tabla IV está en función de
la máxima inclinación media de la línea de máxima pendiente
correspondiente a la franja original de dicho terreno interceptada por la
explanación de la carretera (MTOP, 2003).
Tabla 4: Clasificación según las Condiciones Orográficas
TIPO DE RELIEVE MÁXIMA INCLINACIÓN MEDIA
Llano Pendientes < 3%
Ondulado Pendientes entre 3% y 6%
Montañoso Pendientes entre 7% y 12%
Escarpado Pendientes >12%
Fuente: (MTOP, 2003)
12
2.2.4 Clasificación de acuerdo a la Superficie de Rodamiento.
Se clasifican en:
Pavimentos Flexibles: Son aquellos que tienen una capa de
rodadura formada por una mezcla bituminosa de asfalto altamente
resistente a los ácidos, álcalis y sales.
Pavimentos Rígidos: Son aquellos donde la capa de rodadura está
formado por una losa de concreto hidráulico (agua, cemento, arena y
grava), con o sin refuerzo estructural apoyada sobre la sub-rasante
de material granular.
Afirmados: Son aquellos en las que la superficie de rodadura se
compone de una capa de material granular con tamaño máximo (2
½") y con proporción de finos, debidamente compactado.
Superficie Natural: Su capa de rodadura se compone del terreno
natural del lugar, debidamente conformado.
2.2.5 Clasificación por Importancia en la Red Vial.
Según la Importancia en la Red Vial se clasifican en:
Corredores Arteriales
Vías Colectoras
Caminos Vecinales
13
Tabla 5: Relación Función, Clase de carretera y TPDA
Fuente: (MTOP, 2003)
2.3 Corredores Arteriales
Son los caminos de alta jerarquía funcional, los que se constituyen por aquellos
que conectan en el Continente, a las Capitales de Provincia, a los principales
Puertos Marítimos, pasos de frontera que sirven para viajes de larga distancia y que
deben tener alta movilidad, accesibilidad reducida, giros y maniobras, estándares
geométricos adecuados para proporcionar una operación de tráfico eficiente y
segura (MTOP, 2003).
“Estos corredores pueden ser carreteras de calzadas separadas (autopistas) y de
calzada única (Clase I y II). Dentro del grupo de autopistas, éstas tendrán un control
total de accesos y cuyo uso puede ser prohibido a cierta clase de usuarios y de
vehículos. Dentro del segundo grupo de arteriales (Clase I y II) que son la mayoría
de las carreteras, éstas mantendrán una sola superficie acondicionada de la vía con
dos carriles destinados a la circulación de vehículos en ambos sentidos y con
adecuados espaldones a cada lado; incluirá además pero en forma eventual, zonas
suplementarias en las que se asientan carriles auxiliares, zonas de giro y paraderos.
14
2.4 Vías Colectoras
Son los caminos de mediana jerarquía funcional, los que se constituyen por
aquellos cuya función es la de recolectar el tráfico de la zona rural o una región, que
llegan a través de los caminos locales para conducirlas a los corredores arteriales.
“Estas vías son las carreteras de clase I, II, III y IV de acuerdo a su importancia
que están destinadas a recibir el tráfico de los caminos vecinales” (MTOP, 2003),
pág. 23.
2.5 Caminos Vecinales
Estas vías son las carreteras convencionales básicas que incluyen a todos los
caminos rurales no incluidos en las denominaciones anteriores, destinados a recibir
el trafico domestico de poblaciones rurales, zonas de producción agrícola, accesos
a sitios turísticos.
“Estas vías son las carreteras de clase IV y V que incluyen a todos los caminos
rurales no incluidos en las denominaciones anteriores” (MTOP, 2003), pág. 24.
2.6 Pavimento
Un pavimento puede definirse como una estructura laminar o conjunto de capas
seleccionadas que sirve para soportar de forma directa las cargas de tránsito y las
trasmiten a las capas inferiores, distribuyéndolas con uniformidad (MTOP, 2003).
15
2.7 Consideraciones que debe cumplir los Pavimentos
Los pavimentos para cumplir adecuadamente sus funciones deben reunir los
siguientes requisitos:
Ser resistentes a las cargas impuestas por el tránsito
Presentar una textura superficial adaptada a las velocidades previstas por la
circulación de los vehículos.
Debe ser durable
Debe ser económico
Ofrecer una adecuada seguridad al tránsito
Ser resistentes a los factores climáticos
Las propiedades de reflexión luminosa, que son importantes para una óptima
conducción nocturna y para el diseño apropiado de las instalaciones de
iluminación
El desagüe superficial rápido, para evitar que el espesor de la película de
agua escurra sobre la superficie de rodamiento sea grande y así evitar el
conocido efecto de acuaplaneo (El neumático no es capaz de evacuar toda el
agua del asfalto y pierde el contacto con el suelo).
2.8 Tipos de pavimentos
Los pavimentos pueden clasificarse de diferentes puntos de vista:
a) Por el servicio que prestan: pavimentos urbanos, para carreteras, para
aeropuertos, para peatones, para viviendas, entre otros (Normas Nevi 12,
2012).
16
b) De acuerdo a los materiales: pavimentos de madera o entablados,
embaldosados, adoquinados, empedrados, de grava, de tierra, de hormigón,
asfaltados, entre otros (Normas Nevi 12, 2012).
c) Por sus costos: pavimentos económicos (tierra, grava), costos (aeropuertos,
urbanos, carreteras, entre otros) (Normas Nevi 12, 2012).
d) Por la forma de transmisión de las cargas: Flexibles y rígidos (Normas
Nevi 12, 2012).
2.9 Pavimento Flexible
Es una estructura laminar de materiales apropiados, constituido por varias
capas que son:
Capa de rodadura o carpeta asfáltica
Base
Sub-base
Subrasante
Cuerpo del terraplén
17
.
Ilustración 4: Sección Típica de un Pavimento Flexible
Fuente: (Rincón del vago, 2014)
El pavimento flexible debe proporcionar una superficie de rodamiento uniforme,
resistente a la acción del tránsito, a los agentes perjudiciales, así como transmitir a
las terracerías los esfuerzos por las cargas de tránsito (MTOP, 2003). Entre las
características principales que debe cumplir dicho pavimento flexible son las
siguientes:
a) Resistencia estructural: Debe soportar las cargas impuestas por el
transito que producen esfuerzos normales y cortantes en la estructura.
En los pavimentos flexibles se consideran los esfuerzos cortantes como la
principal causa de falla desde el punto de vista estructural (Rico y Del
castillo 1984).
18
b) Durabilidad: Está ligada a factores económicos y sociales. La durabilidad
depende de la importancia que se le desee dar al camino, muchas veces
es más fácil hacer reconstrucciones para no tener que gastar tanto en el
costo inicial de un pavimento.
c) Requerimientos de conservación: Los factores climáticos influyen de
gran manera en la vida de un pavimento. Consecuentemente el otro factor
es la intensidad del tránsito, ya que se tiene que prever el crecimiento
futuro. La falta de conservación sistemática hace que la vida de un
pavimento se acorte.
d) Comodidad: Para grandes autopistas y caminos, los métodos de diseño
se ven afectados por la comodidad del usuario que necesita transitar a la
velocidad del proyecto. La seguridad es muy importante al igual que la
estética.
2.9.1. Subrasante o Terreno de Fundación.
Es la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura de
pavimento y que se extiende hasta una profundidad que no afecte la carga de
diseño que corresponde al tránsito previsto.
En la tabla 6 se detalla los porcentajes que debe cumplir la subrasante en
función de su granulometría.
19
Tabla 6: Subrasante en función de su granulometría
TAMIZ % PASANTE
4 100%
200 20%
Fuente: (MTOP, 2003)
El suelo seleccionado deberá ser material granular, rocoso o combinación de
ambos. La fracción pasante del tamiz No. 40 tendrá un IP< 9% y Límite
Líquido<35% y un CBR>20%. La compactación puede ser hasta el 95% de la
prueba ASSHTO T-180, método D (MTOP, 2003).
2.9.2. Sub-Base.
Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a
soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la
superficie de rodadura del pavimento, de tal manera que la capa de
subrasante la pueda soportar absorbiendo las variaciones inherentes a dicho
suelo que puedan afectar a la sub-base. Debe ser un suelo tipo A1 o A2, con
L.L<25%, IP<6 y CBR>30% (MTOP, 2003).
En la tabla 7 se detalla los porcentajes que debe cumplir la sub-base en
función de su granulometría.
20
Tabla 7: Materiales de Sub-base
Fuente: (MTOP, 2003)
2.9.3. Base.
Es la capa de pavimento que tiene como función primordial, distribuir y
transmitir las cargas ocasionadas por el tránsito, a la sub-base y a través de
ésta a la subrasante, y es la capa sobre la cual se coloca la capa de rodadura
(MTOP, 2003). Debe tener los siguientes parámetros:
El porcentajes de desgaste según el ensayo Los Ángeles” debe ser
menos del 40%.
La fracción que pasa el tamiz 40 debe tener un LL<25% y un
IP<6%.
El CBR debe ser mayor al 80%.
En la tabla 8 se detalla los porcentajes que debe cumplir la base en función
de su granulometría.
21
Tabla 8: Materiales de Base
Fuente: (MTOP, 2003)
2.9.4. Capa de Rodadura.
Es la capa que se coloca sobre la base. Su función principal es proteger la
estructura del pavimento, impermeabilizando la superficie, para evitar las
filtraciones de agua lluvias que podrían saturar las capas inferiores.
Evita la desintegración de las capas adyacentes a causa del tránsito
vehicular, también contribuye a aumentar la capacidad soporte de la
estructura, especialmente cuando su espesor es mayor a 3 pulg. (7.5cm)
(MTOP, 2003).
22
2.9.5. Tipos de Capa de Rodadura.
a) Riego de imprimación: Es el riego de un producto asfáltico que
recubre la base y forma una película continua con el fin de adherirla a
la capa de rodadura (carpeta), además de impermeabilizar el contacto
entre ellas (MTOP, 2003).
b) Riego de adherencia: Es el riego de un material bituminoso sobre la
superficie de un pavimento, a fin de conseguir adherencia entre este
pavimento y una nueva capa asfáltica que se colocará sobre él
(MTOP, 2003).
c) Tratamientos bituminosos superficiales: Es la construcción de una
o más capas de agregados embebidos en material bituminoso, sobre
una base previamente imprimida, o sobre una capa de rodadura
existente (MTOP, 2003).
d) Hormigón asfáltico mezclado en sitio: Es la construcción de capas
de rodadura de hormigón asfáltico mezclado en sitio (en la vía), y
colocado sobre una base preparada o un pavimento existente (MTOP,
2003).
e) Hormigón asfáltico mezclado en planta: Es el hormigón asfaltico
preparado en planta, y colocados sobre una base preparada o un
pavimento existente (MTOP, 2003).
23
2.10 Tránsito
La estructura de un pavimento se encuentra sometida a las cargas móviles del
tránsito, por lo tanto habrá que tener en cuenta las características de los vehículos,
su cantidad, peso y distribución en la superficie del pavimento (MTOP, 2003).
2.11 Distribución Transversal del Tránsito (por carril)
El pavimento se diseña para el carril derecho que es el más desfavorable, ya que
los vehículos comerciales en alto porcentaje, transitan por él. (AASHTO, 1993)
Tabla 9: Distribución Transversal del tránsito
Fuente: (MTOP, 2003)
2.12 Aforo de Tráfico
El Diseño de una carretera o de un tramo de la misma debe basarse entre otras
informaciones en los datos sobre tráfico, es por lo tanto que primeramente
determinamos:
Características del flujo de Tránsito.
Previsión de Tráfico.
Estimación de los Volúmenes a futuro
24
Los elementos de análisis para la obtención del flujo de Tránsito son múltiples y
dependen de factores tales como:
Por las horas del día, de la semana y meses del año, es por lo tanto
recomendable para el análisis obtener: Estadísticas generales determinadas sobre
el plan nacional, control de la circulación de los caminos, encuestas de circulación,
medición de velocidades y peso (MTOP, 2003).
2.13 Volumen de Tráfico
Se define como el número de vehículos que pasan por un punto o sección
transversal dados, de un carril o de una calzada, durante un periodo determinado
(MTOP, 2003)
2.14 Estudios y métodos utilizados en el conteo vehicular
El estudio a realizarse en el conteo de vehículos tiene como objetivo de
determinar el volumen de tránsito que se encuentra en cierta sección de vías
(MTOP, 2003). Este tiene diferentes métodos:
a) Método Automático: Este se hace mediante una tubería dentro del
pavimento, que registra los vehículos en el momento que pasa sobre él.
b) Método Fotográfico: Es aquel que se da, como lo dice su nombre, por
medio de fotografías.
c) Método Mecánico o manual: Es aquel método que emplea el conteo manual
de personas en la intersección de la carretera.
25
En este tipo de estudio se determinan las diferentes clasificaciones de transito
que se da en una intersección que se toma para el estudio (MTOP, 2003), como
son:
TPDA o Tránsito Promedio Diario Anual, que se obtiene dividiendo el
transito anual entre 365 días.
TPDM o Tránsito Promedio Diario Mensual, que se obtiene dividiendo
el transito mensual entre el número de días que posea el mes en el que
se realiza el estudio.
TPDS o Tránsito Promedio Diario Semanal, que se obtiene dividiendo
el transito semanal entre los días de la semana (7días).
VHP Volumen Horario Proyecto, se obtiene al multiplicar el TPDA por el
coeficiente K, que puede ser 0,15 en zonas urbanas y 0,10 en zonas
rurales.
26
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1 Descripción de la Metodología a aplicarse en el proyecto
La metodología de diseño que se empleará corresponde al pavimento flexible,
que será diseñado de acuerdo a los términos de referencias, los criterios del
“ASSHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993” metodología vigente en la
actualidad, con el fin de proporcionar una superficie de rodamiento adecuada, con
textura y color conveniente y que resistan los efectos abrasivos del tráfico, hasta
donde sea posible realizar un óptimo sistema de drenaje en cada una de sus áreas
de influencia, para que no afecte a las estructura de pavimento de la vía que se va
rehabilitar (AASHTO, 1993).
3.2 Condiciones actuales del pavimento existente
Como se mencionó en el capítulo I, en el planteamiento del problema, la
superficie de rodadura es de canto rodado en regulares condiciones, la plataforma
del camino es muy angosta y de un solo carril para circular generando molestias a
los conductores en el momento que crucen los vehículos en dirección opuesta o
rebasar, ya que tienen que bajar sus velocidades y encontrar el lugar con el
adecuado para realizar la maniobra; además no cuenta con un sistema de drenaje
en cada una de sus áreas de influencia, lo que genera el deterioro de la estructura
de ese pavimento como también problemas respiratorios a los habitantes de esa
comunidad.
27
Ilustración 5: Condición actual del pavimento existente en la Vía San Pedro-Río Blanco
Elaborado por: Andrés Moreira
3.3 Trabajos topográficos para el trazado
La topografía del terreno, es un factor determinante en la elección de los valores
de los diferentes parámetros que intervienen en el diseño de una vía.
La información topográfica se la obtuvo del departamento de Obras Públicas del
Consejo Provincial del Guayas, del cual se pudo obtener el abscisado desde el
tramo 0+000 hasta 3+400 de la vía San Pedro-Río Blanco, como también las
libretas topográficas, planos de los perfiles longitudinales y transversales del terreno
natural de la vía.
28
3.4 Estudio de Campo
El presente trabajo consistió en un estudio de campo, y en ensayos de
laboratorio, cuyos resultados en base a especificaciones establecidas por el MTOP,
permitieron establecer los espesores mínimos de cada uno de los elementos
estructurales del camino vecinal.
3.4.1 Extracción de muestras de suelo (calicatas).
El eje del camino: se realizó calicatas cada 500 metros, con profundidades
variables de acuerdo a la estratigrafía de la vía San Pedro-Río Blanco (Tramo
0+000 - 3+400), a continuación se citará de forma detallada las perforaciones
con su respectiva sección:
Sección 0+000
Ilustración 6: Extracción de calicata #1
Elaborado por: Andrés Moreira
29
Ilustración 7: Sección transversal de la vía abscisa 0+000
Elaborado por: Andrés Moreira
Sección 0+500
Ilustración 8: Extracción de calicata #2
Elaborado por: Andrés Moreira
30
Ilustración 9: Sección transversal de la vía abscisa 0+500
Elaborado por: Andrés Moreira
Sección 0+100
Ilustración 10: Extracción de calicata #3
Elaborado por: Andrés Moreira
31
Ilustración 11: Sección transversal de la vía abscisa 1+000
Elaborado por: Andrés Moreira
Sección 1+500 (Toma de muestra para C.B.R)
Ilustración 12: Extracción de calicata #4
Elaborado por: Andrés Moreira
32
Ilustración 13: Sección transversal de la vía abscisa 1+500
Elaborado por: Andrés Moreira
Sección 2+000
Ilustración 14: Extracción de calicata #5
Elaborado por: Andrés Moreira
33
Ilustración 15: Sección transversal de la vía abscisa 2+000
Elaborado por: Andrés Moreira
Sección 2+500
Ilustración 16: Extracción de calicata #6
Elaborado por: Andrés Moreira
34
Ilustración 17: Sección transversal de la vía abscisa 2+500
Elaborado por: Andrés Moreira
Sección 3+000
Ilustración 18: Extracción de calicata #7
Elaborado por: Andrés Moreira
35
Ilustración 19: Sección transversal de la vía abscisa 3+000
Elaborado por: Andrés Moreira
3.5 Estudio de suelos
Fundamentalmente, las vías terrestres están constituidas por suelos
seleccionados, que se cimentan sobre una subrasante, compactada, o bajo ciertos
tratamientos. Siendo las vías terrestres, tales como: carreteras, calles, aeropistas,
ferrocarriles, se deduce la gran importancia que tiene la Mecánica de Suelos como
principal herramienta en los estudios de suelos para el diseño de estas obras.
36
3.5.1 Condiciones geotécnicas.
Para tener conocimientos de las condiciones geotécnicas de este proyecto se
procedió a realizar los siguientes ensayos:
Humedad Natural
El contenido de humedad o de agua en un suelo lo da la relación entre el
peso de agua, contenido en la muestra y el peso de la muestra luego de
ser secada al horno. Expresado en una ecuación es:
Fórmula de Humedad Natural
En donde:
W%= Porcentaje del contenido de humedad
W. agua= Peso húmedo
W. seco= Peso seco
Una porción de la muestra del suelo es colocada en un recipiente. Se lo
lleva a la balanza y se toma su peso, este peso es el del recipiente + suelo
húmedo.
Se lo lleva al horno y se lo deja en 24 horas con una temperatura entre
105 y 110 grados centígrados. Luego se lo retira y se lo pesa, a este peso
se lo denomina Peso del recipiente + suelo seco.
37
Luego, la diferencia entre el peso del recipiente + suelo húmedo y peso del
recipiente + suelo seco nos da el peso del agua contenida en la muestra.
Ilustración 20: Ensayo de humedad natural
Fuente: Andrés Moreira Franco
Límites de Consistencia de Atterberg
La consistencia se define como el grado de cohesión de las partículas
de un suelo, y su resistencia a las fuerzas externas que tienden a
deformar o degradar su estructura.
Entre los ensayos para establecer un criterio con respecto a los límites
que se paran los estados de consistencia. Los límites de consistencia
de Atterberg son: líquido, plástico y de contracción.
38
Límite líquido (WL): Es el límite entre los estados líquidos y plásticos
de un suelo. Es el contenido de humedad, en porcentaje del peso del
suelo seco, para el cual 2 partes de 1 pasta de suelo llegan a tocarse
sin unirse, cuando el recipiente que las contiene se somete a un
determinado número verticales secos.
Límite plástico (WP): Es el límite inferior del estado plástico, cuando
éste pasa al estado semi-sólido. Expresa el contenido de humedad
para el cual el suelo empieza a agrietarse en el momento de moldear
con las manos. Cuando se construye terraplenes o sub-bases, debe
evitarse compactar el suelo cuando el contenido de humedad sea igual
o mayor a su límite plástico.
Límite de contracción (WC): Es el límite entre los dos estados sólido
y semi-sólido. Es el contenido de humedad por debajo del cual una
pérdida de humedad por evaporación no provoca una reducción del
volumen. En este caso el suelo cambia de color y se torna más claro.
El contenido de humedad entre los límites líquido y plástico se llama
zona plástica del suelo.
Un parámetro importante es el Índice de plasticidad (IP), que es el
valor numérico de la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico.
Fórmula de Índice plástico
IP= WL-WP
39
Granulometría
El análisis granulométrico consiste en separar y clasificar por tamaños
los distintos granos que componen las muestras del suelo con el fin
de:
Clasificar suelos gruesos
Observar si se cumplen especificaciones para hormigones,
carreteras, aeropuertos, filtros, entre otros.
Si predomina grava los tamices usados son: 3”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½”,
3/8”, No 4 y fondo. Si predomina arena los tamices usados son: 4, 10,
20, 40, 60,80, 100, 200, fondo y tapa.
Si la muestra tiene grava y arena, se parte del tamaño máximo del
material y se empieza con los tamices de agregado grueso hasta el No
4, lo que queda en el fondo se pasa a la tamizadora pequeña (de
arena) y se tamiza.
Ilustración 21: Ensayo granulométrico
Fuente: Andrés Moreira Franco
40
Clasificación AASHTO
Este sistema se basa en los resultados de una investigación extensa
realizada por la Administración Federal de Carreteras.
Este sistema clasifica los suelos en siete grupos, A-1 hasta A-7, con
varios subgrupos como se muestra en la siguiente tabla 26.
La clasificación de un suelo dado se basa en su distribución del
tamaño de partículas, en el valor de WL, y en el valor del IP.
Los suelos se evalúan dentro de cada grupo usando una fórmula
empírica para determinar el índice de grupo (IG) de los suelos, dad
como:
Fórmula empírica para determinar el índice de grupo
IG= (F-35) [0,20 + 0,005(WL-40)] + 0,10 (F-15) (IP – 10)
Dónde:
IG: Índice de grupo
F: Porcentaje de partículas del suelo que pasa por el tamiz 200
WL: Límite líquido expresado como número entero
IP: Índice de plasticidad expresado como número entero
41
Tabla 10: Clasificación AASHTO de los suelos
Fuente: (AASHTO, 1993)
Clasificación SUCS
Este sistema, propuesto en 1948 por A. Casagrande, fue adoptado por
el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos, y por
muchas organizaciones mundiales.
Según este sistema, los suelos se clasifican en tres grupos: gruesos,
finos y altamente orgánicos (suelos-turbas). Para separar los suelos de
granos gruesos de los demás granos finos se adopta el tamiz 200
(0,074mm).
Por medio de la carta de plasticidad de Casagrande la relación con los
Límites de Atterberg da la ubicación de los suelos de acuerdo a su
plasticidad y otras características físicas. Los suelos con más del 50%
42
de sus partículas retenidas en el tamiz 200 son de grano grueso y
aquellos con menos del 50% de sus partículas retenidas en dicha
malla son de grano fino. Los suelos gruesos se subdividen en gravas
(G) y arenas (S) (AASHTO, 1993).
Tabla 11: Sistema Unificado de la Clasificación de los suelos
Fuente: (AASHTO, 1993)
43
Prueba de Proctor
Establecido en 1933 por R. Proctor, en la investigación de sistemas de
carreteras. Este método consiste en la aplicación de un número
determinado de golpes con un pequeño pisón normalizado que se deja
caer desde una altura de 30 cm, al suelo contenido en un cilindro
metálico en tres capas iguales. A la muestra se va agregando agua,
indicando en cada paso el peso del material húmedo y su contenido de
humedad.
La relación de la humedad con los pesos volumétricos del material
compactado nos da una curva llamada de compactación. Esta curva
se expresa generalmente en términos de peso volumétrico seco y se
define por la siguiente fórmula:
Fórmula del peso volumétrico seco
44
Prueba de C.B.R
Mediante el C.B.R se puede establecer una relación entre la
resistencia a la penetración del suelo y su capacidad de soporte como
base de sustentación para pavimentos flexibles.
El índice de C.B.R. se obtiene como un porcentaje de esfuerzo
requerido para hacer penetrar al mismo pistón hasta la misma
profundidad, una muestra de patrón de piedra triturada.
El índice se determina como:
Fórmula de C.B.R.
Esfuerzo en el suelo ensayado
Esfuerzo en la muestra patrón
En el diseño de pavimento flexible el C.B.R. que se utiliza es el valor
que se obtiene para la penetración de 0,254 cm (0,1”) ó 0,508 cm
(0,2”).
En la mayoría de los suelos el valor para la penetración de 0,254 cm
da un mayor C.B.R.
El comportamiento de los suelos varía de acuerdo a su grado de
alteración, su granulometría y sus características físicas, por lo que
aconsejan varios métodos a seguir según cada caso:
C.B.R=
45
Determinación del C.B.R. en:
Suelos perturbados y remoldados
Gravas y arenas
Suelos cohesivos, poca plasticidad, poco expansivo
Suelos cohesivos y expansivos
Determinación del C.B.R. en suelos inalterados
Determinación del C.B.R. en sitio
Ilustración 22: Ensayo de C.B.R.
Elaborado por: Andrés Moreira
46
CAPÍTULO IV
RESULTADOS DEL PROYECTO
4.1 Conteo de tráfico vehicular
El conteo de tráfico se realizó a través de un procedimiento manual para la cual
se seleccionó una estación de conteo ubicada en el ingreso del camino vecinal San
Pedro-Río Blanco, Comuna Amazonas, Cantón El Triunfo, ya que esta área es de
gran flujo vehicular por esta razón para tener una mejor apreciación para el conteo
de tráfico.
Este conteo se llevó a cabo en 4 días de la semana (viernes, sábado, domingo y
lunes), en la semana del 27 al 30 de mayo del 2016; a partir de las 07h00 am hasta
las 17h00 pm.
Ilustración 23: Ubicación de estación de conteo de tráfico
Elaborado por: Andrés Moreira
47
4.1.1 Determinación del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA).
El resumen de los registros diarios del conteo de tráfico se muestra en el
siguiente cuadro, en los cuales se ha clasificado los vehículos en: vehículos
livianos (automóviles, motos y camionetas), y vehículos pesados (camiones
C2G y C3). Considerando de cada uno de ellos su factor de equivalencia.
Tabla 12: Registro de los 4 días de conteo de tráfico
Elaborado por: Andrés Moreira
Tabla 13: Factores de Equivalencia de acuerdo al tipo de vehículo
Elaborado por: Andrés Moreira
48
Cabe recalcar que con los resultados del conteo de tráfico manual, se pudo
observar que en la vía es muy común del sitio el gran flujo de motos, por el
cual se consideró en el cálculo que por cada 2 motos equivale el valor de un
vehículo liviano.
Una vez obtenido la suma total de vehículos que transitaron por la vía durante
los 4 días de conteo, se procede a calcular el Tráfico Promedio Semanal de
acuerdo a la siguiente figura 24.
Ilustración 24: Ecuación para obtener el Tráfico Promedio Semanal
Elaborado por: Andrés Moreira Franco
Dn= 745 + 774 que equivalen al total de vehículos que transitaron durante los
días viernes y lunes.
De= 696 + 681 que equivalen al total de vehículos que transitaron durante los
días sábado y domingo
49
T.P.D.S= 5/7 * ∑ ((745+774)/2) + 2/7 * ∑ ((696+681)/2)
T.P.D.S= 5/7 *(759,5) + 2/7 * (688,5)
T.P.D.S= 739 Veh. Mixtos/ días/ ambos sentidos
Luego se procede a calcular el % del conteo diario, el factor de expansión y el
Tráfico Promedio Diario (T.P.D).
El valor del T.P.D. se obtiene del promedio de los 4 días de conteo:
T.P.D= 2896 / 4= 724
El porcentaje del conteo diario se obtiene del cociente entre la suma de
conteo de los vehículos durante ese día y el valor del T.P.D.S, es decir:
% Conteo Diario (Viernes)= 745/ 739= 1,008 %
Se procede realizar el factor diario, que es el inverso del cociente entre la
suma de conteo de los vehículos durante ese día, es decir:
Factor diario= 1/1,008= 0,992
Factor de expansión= (0,992+1,062+1,085+0,955)/4= 1,024
50
Tabla 14: Determinación del factor diario
Elaborado por: Andrés Moreira
Ilustración 25: Diagrama del resumen de conteo de tráfico
Elaborado por: Andrés Moreira
51
Para determinación del cálculo del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA), se
determina mediante el producto de los siguientes factores:
a) Factor de Estacionalidad Mensual (Fm), calculado en base a la
Estación de Peaje en Samborondón, correspondientes al promedio de la
variación mensual del volumen de tránsito correspondientes al mes de
Mayo,
Tabla 15: Factor de estacionalidad mensual
Fuente: Estación de Peaje en Samborondón, para el año 2007
Por lo tanto el valor del Factor Mensual es:
Fm = 1,09
52
b) Factor de Ajuste Diario (Fd), se determinó en base al total de vehículos
que circularon durante los 4 días de conteo. El cálculo se lo realizó en
base a la tabla 14.
Fd= 1,024 (en ambos sentidos)
Por lo tanto, el cálculo del T.P.D.A es:
T.P.D.A.act.= T.P.D.S * Fm * Fd
T.P.D.A.act. = 739 * (1,09) * (1,024)
T.P.D.A.actual= 825 Veh. Mixtos/ días/ ambos sentidos
4.1.2 Cálculo del tráfico futuro.
Tráfico Futuro: El pronóstico del volumen de tráfico futuro, deberá
basarse no solamente en los volúmenes normales actuales sino también
en los incrementos de tránsito que se esperan utilizarse en la carretera
existente.
El crecimiento normal del tráfico es la tasa de incremento normal de los
vehículos de los usuarios en ciudades y poblaciones menores, es decir a
mayor población, mayor cantidad de vehículos.
Para la proyección del tráfico futuro previamente se debe obtener el valor
de tráfico asignado, mediante la siguiente expresión:
53
T.P.D.A.Asig= T.P.D.A.a (actual) + Tráfico generado (TG) + Tráfico
desarrollado (TD)
Tráfico Generado (TG): Generalmente el tráfico generado se produce
dentro de los años siguientes a la terminación de las mejoras o
construcción de una carretera.
Al tránsito generado se les asignan tasas de crecimiento entre el 5% y
25% del tránsito actual, con un período de generación de uno a dos años
después de que la carretera se le ha dado apertura al servicio.
De acuerdo al TPDA obtenido para la vía San Pedro-Río Blanco, Comuna
Amazonas; se tiene que el tráfico generado para esta vía se estima el
valor del 25%, por lo que el tráfico generado será igual a:
TG= 825 * 25% = 206,25
TG= 206,25 Veh.Mixtos/día/ambos sentidos
Tráfico Desarrollado (TD): Es el incremento del volumen de tránsito
debido a las mejoras en el suelo adyacente de la carretera. A diferencia
del tránsito generado, el tránsito desarrollado continúa actuando por
muchos años después de que la nueva carretera ha sido destinada al
servicio.
Pero las experiencias indica que en carreteras construidas con óptimas
especificaciones; el suelo tiende a desarrollarse más rápido de lo normal,
generando un tránsito adicional, el cual se considera como tránsito
54
desarrollado, con valores del orden del 5% del tránsito actual. Por lo tanto
el tránsito desarrollado sería igual a:
TD= 825 * 5%= 41,25
TD= 41,25 Veh.Mixtos/ día/ ambos sentidos
Con los datos obtenidos, podemos calcular el tráfico futuro proyectado a
15 años.
T.Asig.= T.P.D.A existente + TG + TD
T.Asig.= 825 + 206,25 + 41,25
T.Asig.= 1072 Veh.Mixtos/ día/ ambos sentidos
Luego desarrollamos nuestra composición de tráfico con respecto al valor
del TPDS. Cabe recalcar que el 100% equivale al valor del TPDS. Para
obtener los demás valores del porcentaje se realiza la regla de tres simple
tanto para el TPDS y el Tráfico asignado.
Número Porcentaje
739 100%
185 X
El mismo procedimiento para obtener el número de vehículos con los
nuevos porcentajes
55
Tabla 16: Composición del tráfico con respecto al valor del TPDS
Elaborado por: Andrés Moreira
La proyección del tráfico a 15 años se realiza mediante la siguiente ecuación:
T. Futuro= T.Asig. (1+i) n
Dónde:
T.Futuro= Tráfico futuro
T.asig= Tráfico asignado
i= Tasa de incremento del tráfico
n= Período de proyección, expresado en años
Las tasas anuales de crecimiento son manejadas por Ministerio de
Transporte y Obras Públicas Área de Factibilidad la misma que se presenta a
continuación:
56
Tabla 17: Tasas de crecimiento para proyección del tráfico
Fuente: (MTOP, 2003)
Posteriormente para proyectar el TPDA de la vía en estudio, se consideró
desde el año 2016 un período de 15 años. Se tomó los datos de la
composición del tráfico asignado en porcentajes para determinar por medio
de la fórmula del tráfico futuro mencionada anteriormente. El valor total de
tráfico futuro proyectado a 15 años es de:
TF= 1613 Veh. Mixtos/ día / ambos sentidos
57
Tabla 18: Proyección del tráfico futuro a 15 años
Fuente: Elaboración propia
4.1.3 Clasificación de la vía.
Según el tráfico proyectado para 15 años para nuestra vía tenemos el valor
de 1613 vehículos por día, valor acogiéndonos a la tabla 14 basada en el
cuadro III y I del libro de Normas y Diseño Geométrico de Carreteras emitido
por el MTOP en la vía a diseñarse estaría enumerado en una carretera de
SEGUNDO ORDEN. Como lo demuestra la siguiente tabla:
58
Tabla 19: Cuadro de Clasificación de la Vía
Fuente: (MTOP, 2003)
4.1.4 Velocidad de diseño.
La velocidad adoptada para el diseño es la velocidad máxima a la cual los
vehículos pueden circular con seguridad en un camino cuando las
condiciones atmosféricas y el tránsito son favorables.
Dicha velocidad se elige de acuerdo a las condiciones físicas y
topográficas del terreno, de la importancia del camino, los volúmenes de
tránsito y el uso de la tierra, tratando de que su valor sea el máximo
compatible con la seguridad, eficacia, desplazamiento y movilidad de los
vehículos.
Mediante las velocidades de diseño del MTOP obtenemos que para nuestra
carretera de II Orden y terreno llano la velocidad de diseño para zona rural, la
velocidad absoluta de 90 Km/h.
59
Ilustración 26: Clasificación de la vía en estudio
Fuente: (MTOP, 2003)
Tabla 20: Velocidad de diseño en Km/h
Fuente: (MTOP, 2003)
4.1.5 Elementos de la sección de la vía.
La sección transversal se puede dividir en elementos internos de la vía
tales como, el tipo de pavimento en la superficie, los carriles de circulación,
los espaldones, los bordillos y cunetas.
60
Calzada: Es la parte de la vía destinada a la circulación de los vehículos, está
dividida en carriles. En la siguiente tabla 18 se indican los valores de diseño
para el ancho del pavimento en función de los volúmenes de tráfico, para el
Ecuador.
Tabla 21: Anchos de calzada según la clase de carretera
Fuente: (MTOP, 2003)
Espaldones: Son espacios a los lados de la calzada que no deben olvidarse
ni descuidarse en las carreteras.
Las principales funciones son:
Provisionar espacio para el estacionamiento temporal de los
vehículos fuera de la calzada
Mejorar la visibilidad de las curvas horizontales
Mejorar la capacidad de la carretera
Soporte lateral del pavimento
61
Proveer de espacio para la colocación de señales de tráficos y
guarda-caminos
Drenar aguas de la calzada
Proveer de espacio para los trabajos de mantenimiento
Tabla 22: Valores de diseño para el ancho de espaldones
Fuente: (MTOP, 2003)
Taludes: Los taludes en cortes y rellenos son muy importantes en la
seguridad y buena apariencia de una carretera aunque su diseño depende de
las condiciones de los suelos y de las características de las vías, como regla
general los taludes deben diseñarse con la mayor pendiente económica
posible.
62
Tabla 23: Valores de taludes en terrenos planos
Fuente: (MTOP, 2003)
Tabla 24: Gradiente transversal para espaldones
Fuente: (MTOP, 2003)
63
4.2 Cálculo de ejes equivalentes
Se determina la carga equivalente (18.000lbs). Este método se fundamenta en
transformar el TPDA en cargas equivalentes en ejes de 8,2 toneladas, en la cual se
considera la influencia del clima por medio del factor regional (R), estimando la vida
útil de la carretera en base de un factor denominado (índice de servicio PT), el
método para su aplicación hace uso de la fórmula:
SN= A1D1 + A2D2 + A3D3
En donde:
SN= número estructural
A1, A2, A3= Coeficientes estructurales de la resistencia relativa del material que
deben utilizarse para cada pavimento.
Los coeficientes estructurales de capa expresan la relación empírica entre el
número estructural y el espesor y es la medida de capacidad relativa del material
para funcionar como un componente estructural del pavimento.
Para el cálculo de ejes equivalentes de 8,2 toneladas se determinó según el tipo
de vehículo se determinó según el tipo de vehículos el cual se muestra en la tabla
24. Los valores totales correspondientes al año 2016 se tomaron de la tabla 16
tomando en consideración que hay que realizar regla de tres simple para los valores
de camionetas y camiones de C2G y C3.
64
Elaborado por: Andrés Moreira
El valor del TPDA Futuro es de 1613 vehículos mixtos/día/ambos sentidos.
En la tabla 26 se clasifica a los diferentes vehículos con sus respectivos pesos de
ejes.
Tabla 25: TPDA proyectado a 15 años desglosado de acuerdo al tipo de vehículo
CREC. % AUTOS CREC. % CAMIONETAS CREC. % BUSES CREC. % CAMIONES C2G CREC. % CAMIONES C3 TOTAL
2016 3,75 462 3,75 331,00 1,99 11,00 2,24 142,00 2,24 126,00 1072
2017 1 3,75 479 3,75 343,41 1,99 11,22 2,24 145,18 2,24 128,82 1108
2018 2 3,75 497 3,75 356,29 1,99 11,44 2,24 148,43 2,24 131,71 1145
2019 3 3,75 516 3,75 369,65 1,99 11,67 2,24 151,76 2,24 134,66 1184
2020 4 3,75 535 3,75 383,51 1,99 11,90 2,24 155,16 2,24 137,67 1224
2021 5 3,75 555 3,75 397,90 1,99 12,14 2,24 158,63 2,24 140,76 1265
2022 6 3,37 576 3,37 412,82 1,80 12,38 2,02 162,19 2,02 143,91 1307
2023 7 3,37 583 3,37 417,44 1,80 12,46 2,02 163,34 2,02 144,93 1321
2024 8 3,37 602 3,37 431,50 1,80 12,69 2,02 166,64 2,02 147,86 1361
2025 9 3,37 623 3,37 446,04 1,80 12,92 2,02 170,00 2,02 150,85 1402
2026 10 3,37 644 3,37 461,08 1,80 13,15 2,02 173,44 2,02 153,89 1445
2027 11 3,06 665 3,06 476,61 1,63 13,38 1,84 176,94 1,84 157,00 1489
2028 12 3,06 663 3,06 475,24 1,63 13,36 1,84 176,73 1,84 156,82 1485
2029 13 3,06 684 3,06 489,78 1,63 13,57 1,84 179,98 1,84 159,70 1527
2030 14 3,06 705 3,06 504,77 1,63 13,79 1,84 183,29 1,84 162,64 1569
2031 15 3,06 726 3,06 520,21 1,63 14,02 1,84 186,67 1,84 165,63 1613
TIPO DE VEHICULOAÑO n
65
Tabla 26: Factor camión para cálculo de los ejes equivalentes (ESAL´s)
Elaborado por: Andrés Moreira
Para el cálculo de los ejes equivalentes hay que considerar los siguientes datos:
Columnas (% de vehículos y número de vehículos): Corresponden a los
valores de la tabla 16 del tráfico asignado.
Columna (Factor de carril): El valor de 1,00 si es un solo carril.
66
Columna (tránsito acumulado): Se realiza mediante la fórmula: ((1+r)n-1) /
Ln(1+r).
Donde: n (período de diseño)= 15 años y r (rata anual de crecimiento)= 3,75% y
1,99%.
Tabla 27: Determinación de los ejes equivalentes de acuerdo a las clases de vehículos
Elaborado por: Andrés Moreira
Número de
Vehículos
Factor de Distribución por Carril
(F.D.C)
Total de
Vehículos
Wv ac
73,80 % 792 1,00 792 Wcarg (Simple) 1,0 (Simple) 3,0 20,02
1,00 Wv ac 1,7 5,0 17,45
1,00 Wcarg (Simple) 5,5 (Simple) 10,0 17,45
0,50 % 5 1,00 5 Wv ac 3,0 7,0 17,45
0,50 % 5 1,00 5 Wcarg (Simple) 6,5 (Simple) 12,0 17,45
1,00 Wv ac 1,5 2,7 17,79
1,00 Wcarg (Simple) 3,0 (Simple) 7,0 17,79
6,70 % 72 1,00 72 Wv ac 1,7 5,0 17,79
6,70 % 72 1,00 72 Wcarg (Simple) 5,5 (Simple) 10,0 17,79
5,90 % 63 1,00 63 Wv ac 1,7 5,2 17,79
5,90 % 63 1,00 63 Wcarg (Simple) 5,5 (Simple) (Tandém) 18,0 17,79
1,00 Wv ac 2,7 4,5 3,5 17,79
1,00 Wcarg (Simple) 5,5 (Simple) 18,0 (Simple) 12,0 17,79
1,00 Wv ac 2,7 3,8 3,5 17,79
1,00 Wcarg (Simple) 5,5 (Simple) 10,0 (Simple) 12,0 17,79
1,00 Wv ac 4,0 4,7 4,5 17,79
1,00 Wcarg (Simple) 6,0 (Simple) 10,0 (Tandém) 18,0 17,79
1,00 Wv ac 3,5 5,5 5,0 17,79
1,00 Wcarg (Simple) 6,0 (Tandém) 18,0 (Tandém) 18,0 17,79
1,00 Wv ac 4,2 6,5 6,2 17,79
1,00 Wcarg (Simple) 6,0 (Tandém) 18,0 (Tridem) 24,0 17,79
Totales: 100,00% 1.073 1.073
Nomenclatura:
Wcarg: Vehículo Cargado T.P.D(Tráfico promedio diario inicial) = 1.073,00 n(período de diseño) = 15
Wvac. : Vehículo Vacios. Nº de carriles 2 Ambos Sentidos F.D.C = 100 %
r(rata anual de crecimiento promedio) = 3,75 % 1,99 % T.A(tránsito acumulado) =
MOP 2,24 % 2,24 %
TRANSITO
ACUMULADO
%
CANTIDADCARGAS MAXIMAS ESTIMADAS
Por Ejes(Ton)
Intermedio TraseroDelantero
C3-S3 6 EJES
BUSES
2DA
CA
MIO
NE
S
3C
C2-S1 3 EJES
2 EJES
2 EJES
5 EJES
C3-S1 3 EJES
C3-S2
C2G
C2-S2 4 EJES
LIVIANOS
TIPOS DE VEHICULOSCONDICIONES DE
CARGA
%
Véhiculos
BUSETA
3 EJES
((1+r)n-1) / Ln(1+r)
67
Tabla 28: Cálculo de los ESAL´S de acuerdo al tipo de vehículo
Elaborado por: Andrés Moreira
VIA SAN PEDRO RIO BLANCO (TRAMO 0+000 – 3+100)
Espesor : 4" Nº. de Años Proyecto = 15
r(%) = Subrasante CBR % = 5,40
R = 80 -0,841 Sub-Base 3 CBR % = 30,00
So = 0,45 Base Clase 1 CBR % = 80,00
Cd = 0,80 m2 0,80
Po = 4,20 m3 0,80
Pt = 2,50
Pérdida de PSI = 1,70
Ton Kips
0,50 1
1,00 2,2 791,87 20,02 5.787.020,68 0,0005 2.778
1,50 3,3 17,45 0,0020
1,70 3,7 135,20 17,45 861.223,81 0,0026 2.222
2,70 6,0 17,45 0,0120
3,00 6,6 797,24 17,45 5.078.486,43 0,0189 95.983
3,50 7,7 17,45
3,80 8,4 17,45
4,00 8,8 17,45
4,20 9,3 17,45
4,50 9,9 17,45
4,70 10,4 17,45
5,00 11,0 71,89 17,45 457.952,34 0,1310 59.992
5,20 11,5 63,31 17,45 403.271,47
5,50 12,1 135,20 17,45 861.223,81 0,1850 159.326
6,00 13,2 17,45
6,20 13,7 17,45
6,50 14,3 5,37 17,45 34.175,55 0,3770 12.884
7,00 15,4 5,37 17,45 34.175,55 0,5200 17.771
10,00 22,0 71,89 17,79 466.886,37 2,440 1.139.203
12,00 26,5 5,37 17,79 34.842,27 5,735 199.820
Ejes Tandem
18,00 39,68 63,31
20,00 44,09
22,00 48,50
Ejes Tridem
24,00 52,91
Total ESAL´S 2.146 1.689.980
F.C = 1,00
D = 0,50 ESAL's EN CARRIL DE DISEÑO = 844.990 8,45E+05
Espesor de la Losa (D) = 4"
PROCEDIMIENTO AASHTO 1993
Peso Ejes
Tráfico de Diseño ESAL's de DiseñoFactor de EquivalenciaNúmero de
Ejes
Factores de
Crecimiento
68
Columna (Peso Ejes): Corresponden a la transformación de toneladas a kips de
cada uno de los ejes de los diferentes tipos de vehículos.
Columna (Número de ejes): Corresponden a los valores de la tabla 27
considerando los pesos de los ejes tanto delantero y ejes trasero.
Columna (Factores de crecimiento): Corresponden a los valores del tránsito
acumulado de la tabla 27.
Columna (Tráfico de diseño): Corresponden al producto entre el número de ejes,
factor de crecimiento y los 365 días del año.
Es decir:
Tráfico de Diseño= 609,59 * 20,02 * 365= 4.454.906,21
Columna (Factor de equivalencia): Esos valores los dan el MTOP de los ejes de
los diferentes tipos de vehículos.
Columna (ESAL´S de Diseño): Corresponden al producto entre el tráfico de diseño
y el factor de equivalencia.
Es decir:
ESAL´S de Diseño= 4.454.906,21*0,0005= 2.138
Se procede realizar el mismo cálculo para los demás tipos de vehículos.
Finalmente ESAL´S en carril de diseño será igual a:
W18= ESAL´S * FDC * FDD
W18= 1689980 * 1.00 * 0.50
W18= 844990
69
4.3 Resultados de los estudios de Suelos
Con la obtención de los datos de las calicatas realizadas se procede a realizar un
cuadro de resúmenes de resultados.
Tabla 29: Resultados del material de la subrasante
Elaborado por: Andrés Moreira Franco
70
4.4 Diseño de pavimento
4.4.1 Consideraciones método de diseño AASHTO`93.
Este método incluye varios requerimientos de diseño para pavimentos
flexible, que a diferencia del método AASHTO’ 69, se incluye nuevos factores,
como la confiabilidad (R), el módulo resiliente (Mr), condiciones de
hinchamiento de la subrasante y de las características de drenaje de las
capas.
El establecimiento de los espesores de pavimento mediante el método
AASHTO’ 93, se fundamenta mediante la determinación de las “Cargas
Equivalentes Acumuladas en el Período de Diseño (WT18) (AASHTO, 1993).
4.4.2. Elección del C.B.R.
De las muestras tomadas en la vía San Pedro–Río Blanco se obtuvieron
valores de C.B.R. inferiores al 7,5%.
La norma establece que en el caso que el suelo presenta insuficiencia
importante es preferible sustituir o mejorar la calidad del suelo que esté
clasificado dentro de un índice superior.
En la siguiente tabla 29, indica varios tipos de subrasantes en función de sus
características expresadas en el C.B.R.
71
Tabla 30: Clasificación de subrasantes según el MTOP
Fuente: (MTOP, 2003)
Nuestro suelo obtuvo valores de C.B.R mayores del 5% y menores del 10%,
es decir, una subrasante tipo 1 según el MTOP (MTOP, 2003).
En base de los resultados obtenidos de nuestra subrasante, se procede a
realizar un ordenamiento de dichos resultados con el fin de obtener nuestro
C.B.R. de diseño el cual se muestra en la siguiente tabla:
Tabla 31: Elección del C.B.R. de Diseño
ABSCISA CBR 75% RESULTADOS DE ENSAYOS NUMERO DE
RESULTADOS FRECUENCIA
(DE MAYOR A MENOR)
0+000 5,70 6,84 1 14 0+500 5,40 5,7 2 29 1+000 5,23 5,7 3 43 1+500 5,70 5,42 4 57 2+000 4,85 5,4 5 71
2+500 6,84 5,23 6 86
3+000 5,42 4,85 7 100
Elaborado por: Andrés Moreira Franco
Para el cálculo de elección del CBR de diseño se realiza una regla de tres simple
para el CBR de 75% ya que los valores de CBR de laboratorio corresponden al
100%. Después de obtener esos valores se clasifica de mayor a menor de acuerdo
72
a los valores del CBR del 75%. Finalizando con el cálculo de la frecuencia
correspondiente al número de muestras de suelo, sabiendo que son 7 muestras que
corresponden a una frecuencia de 100.
Tabla 32: Porcentaje seleccionado para el Diseño
Fuente: (AASHTO, 1993)
Cabe recalcar que nuestros Ejes Equivalentes (W18)= 844990
Ilustración 27: Gráfico del C.B.R. de Diseño
Elaborado por: Andrés Moreira
PORCENTAJE
SELECCIONADO
PARA EL DISENO
60
75
87,5
NUMERO DE EJES DE 8,2
TN EN EL CARRIL DE
DISENO
MENOR A 10000
10000 A 1000000
MAYOR A 1000000
73
Por lo tanto nuestro C.B.R. de diseño de acuerdo a nuestro gráfico es de
5,4%.
4.4.3. Serviciabilidad (PSI).
El índice de serviciabilidad de un pavimento, es el valor que indica el grado
de confort que tiene la superficie para el desplazamiento natural y normal de
un vehículo.
Para un pavimento en perfecto estado se le asigna un valor de serviciabilidad
inicial (PSI) que depende del diseño del pavimento y de la calidad de la
construcción (5-perfecto), el mismo con el tiempo se irá deteriorando en un
índice de serviciabilidad final que depende de la categoría del camino y al
criterio del proyectista (0-pésimas condiciones).
Tabla 33: Índice de Serviciabilidad
Fuente: (AASHTO, 1993)
74
4.4.4 Confiabilidad (R).
La confiabilidad del diseño, se refiere al grado de certidumbre (seguridad) de
que una determinada alternativa de diseño alcance a durar, en la realidad, el
tiempo establecido en el período seleccionado. La confiabilidad puede
también ser definida como la probabilidad de que el número de repeticiones
de carga (Nt) que un pavimento puede soportar para alcanzar un determinado
nivel de capacidad de servicio, el cual no se exceda por el número de cargas
que realmente estén siendo aplicadas (Wt) sobre este pavimento.
Tabla 34: Confiabilidad recomendada por la AASHTO
Niveles de Confiabilidad ( R )
CUADRO DE NIVELES DE CONFIABILIDAD " R " Clasificación
funcional Nivel de ccnfabilidad "R" recomendado en %
Urbana Rural Inter-estatales y vías
rápidas 85 - 99.9 80 - 99.9
Arterias principales 80 - 99 75 - 95 Colectoras 80 - 95 75 - 95
Locales 50 - 80 53 - 80
Con el TPDA calculado =
1072 veh/dia
Fuente: (AASHTO, 1993)
Para nuestro caso se ha considerado un 95% de confiabilidad.
Confiabilidad (R) = 95%
75
4.4.5 Desviación Standard (So).
Desviación Standard que combina por una parte la desviación estándar
media de los errores de predicción del tránsito durante el período de diseño, y
por otra parte la desviación estándar de los errores en la predicción del
comportamiento del pavimento (expresado en ejes equivalentes de 18 kips) al
alcanzar un determinado índice de servicio terminal.
La guía AASHTO recomienda adoptar para So valores comprendidos dentro
de los siguientes intervalos:
Tabla 35: Error Standard sugeridas por la AASHTO
Fuente: (AASHTO, 1993)
76
4.4.6 Módulo Resiliente (Mr).
Es una medida de las propiedades elásticas de un suelo al someterlo a ciclos
repetidos de cargas. Se obtienen al dividir el esfuerzo aplicado por la
recuperación de la deformación axial.
Tabla 36: Fórmulas para cálculo del Módulo resiliente
Fuente: (AASHTO, 1993)
4.4.7 Coeficiente de drenaje.
Es necesario eliminar la posibilidad de reducción de la vida útil del pavimento
por el efecto que produce el agua al presentarse dentro del paquete
estructural; por lo cual se recomienda diseñar estructuras de drenaje tales
como: bases drenantes, drenajes, cunetas, filtros laterales, geo textiles (sub-
drenajes).
77
La AASHTO establece recomendaciones en base en el tiempo necesario
para que la capa de base elimine la humedad cuando ésta tiene un grado de
saturación del 50%, es importante notar que al tener un grado de saturación
del 85% se reduce en gran tiempo real necesario para seleccionar la calidad
del drenaje.
Tabla 37: Coeficiente de drenaje para pavimentos flexibles
Calidad de drenaje m
Excelente 1,2
Bueno 1
Regular 0,8
Pobre 0,6
Muy Pobre 0,4
Fuente: (AASHTO, 1993)
En nuestro caso, ya que la vía es terreno llano y a su vez la calidad de
drenaje es pobre, nuestro coeficiente será de 0,8 para base y sub-base y el
valor de 1,00 para la capa de rodadura.
78
4.4.8 Cálculo de espesores del pavimento.
De acuerdo a lo mencionado anteriormente se obtuvieron los siguientes
resultados, los mismos que serán ingresados al programa:
Tabla 38: Cantidades del Módulo resiliente para cada capa
Fuente: Guía de diseño de pavimento Método AASHTO’93
W18= 844990
So=0,49
Confiabilidad (R)= 95%
Zr= -1,6450
Po= 4,2
Pt= 2,0
∆PT= 2,2
79
Cálculo del número estructural de la Subrasante
Cálculo del número estructural de la Capa de mejoramiento
81
Cálculo del número estructural de la Capa de rodadura
4.5 Cálculo de espesores para pavimento flexible
Tabla 39: Determinación de los coeficientes estructurales
Fuente: (AASHTO, 1993)
APORTE ESTRUCTURAL
a1
0,170 /cm
0,100 /cm
---
a2
0,052 /cm
0,056 /cm
0,135 /cm
0,120 /cm
0.060 – 0.120 /cm
a3
0,039 /cm
0,043 /cm
0,047 /cm
0,050 /cm
Entonces los coeficientes estructurales de nuestra via son :
a1 = 0,170 /cm Concreto Asfaltico
a2 = 0,052 /cm Base
a3 = 0,043 /cm Sub-base
Coeficientes estructurales (Guía AASHTO, 1993)
Sub base granular, CBR 25%
compactada al 100% de la MDS
Mezcla asfáltica en frio, con asfalto
emulsionado
Tratamiento superficial
CAPA DE PAVIMENTO
Capa 1.- Capa de rodadura
Concreto Asfáltico tipo superior – alta
estabilidad
Sub base granular, CBR 30%
compactada al 100% de la MDS
Sub base granular, CBR 40%
compactada al 100% de la MDS
Sub base granular, CBR 60%
compactada al 100% de la MDS
Base granular tratada con asfalto
Base granular tratada con cemento
Base granular tratada con cal
Capa 3.- Sub base
Capa 2.- Base
Base granular, CBR 80% compactada al
100% de la MDS
Base granular, CBR 100% compactada
al 100% de la MDS
82
Tabla 40: Diseño de espesores de pavimento flexible
Elaborado por: Andrés Moreira
Ilustración 28: Diseño de espesores de pavimento flexible
Elaborado por: Andrés Moreira
Tabla 41: Espesores mínimos sugeridos por AASHTO 93
Fuente: (AASHTO, 1993)
Acumulado Parcialcalculado
(SNp/(a1*m1)
adoptado (Normas
AASHTO 93)
parcial
(D1*a1*m1 )acumulado
Concreto
Asfaltico ( 1800
lbs )
400000,00 0,64 1,33 0,17 1 7,82 8 1,36 1,36
Base clase I 80,00% 37388,51 1,97 0,44 0,052 0,8 10,58 15 0,624 1,984
Sub-base clase II 30,00% 21799,94 2,41 0,35 0,043 0,8 10,17 15 0,516 2,5
Mejoramiento 15,00% 14889,80 2,76 0,69 0,035 0,8 24,64 30 0,84 3,34
Terreno natural 5,40% 7904,25 3,45
28,57 68,00 cmEspesores Totales
CapaCBR
(requerido )
Mr ( aprox en
psi )
SN ( calculado ) Coeficiente
de capa ( a1,
a2, a3 )
Coeficiente de
drenaje ( m1,
m2, m3 )
Espesores "D" ( cm ) SN ( adoptado )
8 Carpeta Asfaltica
15 Sub-base
30 Terreno naturalPA
VIM
EN
TO
FLE
XIB
LE
15 Base
68,00 cm
NUMERO DE ESALs
CARPETA
ASFALTICA
(cm)
BASE GRANULAR (cm)
Menos de 50,000 3 10
50,000 – 150,000 5 10
150,000 – 500,000 6,5 10
500,000 – 2,000,000 7,5 15
2,000,000 – 7,000,000 9 15
Mas de 7,000,000 10 15
ESALs =W18 = 635717
84
CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones:
El diseño obtenido en el presente proyecto cumple con las Especificaciones
del MTOP, ASTM y con el AASHTO 93; por lo tanto se trata de un diseño
100% confiable
La topografía del sector no presenta complicación alguna por ser zona llana y
pocas ondulaciones para realizar los trabajos de campo. En general el clima
del sector presenta pocas precipitaciones pluvial durante la mayor parte del
año, favoreciendo la actividad de construcción de la Vía.
Ejecutar el proyecto cumpliendo las normas establecidas en el proyecto,
tendremos una vía con una vida de 15 años
Ejecutando el proyecto generará las respectivas fuentes de trabajo durante el
proceso constructivo y una vez concluido generará un desarrollo agrícola al
sector.
85
Recomendaciones:
Se recomienda que se construya la vía en base al diseño, normas y
especificaciones establecidas en el siguiente estudio.
Se reconsidere un nuevo diseño de drenaje a fin de que la evacuación de
aguas lluvias sea eficiente.
Se recomienda diseñar un sistema de señalización horizontal y vertical para
indicar las direcciones, velocidades máximas en las diferentes curvas, a fin
de evitar accidentes de tránsito por ausencia de éste.
Promover con talleres de información sobre prevención de los efectos del
impacto ambiental.
Terreno llano, camino lastrado Tipo de vehículo que circula en la vía
Reconocimiento de la capa de rodadura Calicata C-4 ABS (1+500)
Toma de muestra de suelo para C.B.R. Ensayo granulométrico
Hinchamiento del material Vaciado del material granular
Molde cilíndrico para ensayo de CBR Resistencia a la penetración
DESGLOSE DEL ESAL`S (W18)
Número de
Vehículos
Factor de Distribución por Carril
(F.D.C)
Total de
Vehículos
Wv ac
73,80 % 792 1,00 792 Wcarg (Simple) 1,0 (Simple) 3,0 20,02
1,00 Wv ac 1,7 5,0 17,45
1,00 Wcarg (Simple) 5,5 (Simple) 10,0 17,45
0,50 % 5 1,00 5 Wv ac 3,0 7,0 17,45
0,50 % 5 1,00 5 Wcarg (Simple) 6,5 (Simple) 12,0 17,45
1,00 Wv ac 1,5 2,7 17,79
1,00 Wcarg (Simple) 3,0 (Simple) 7,0 17,79
6,70 % 72 1,00 72 Wv ac 1,7 5,0 17,79
6,70 % 72 1,00 72 Wcarg (Simple) 5,5 (Simple) 10,0 17,79
5,90 % 63 1,00 63 Wv ac 1,7 5,2 17,79
5,90 % 63 1,00 63 Wcarg (Simple) 5,5 (Simple) (Tandém) 18,0 17,79
1,00 Wv ac 2,7 4,5 3,5 17,79
1,00 Wcarg (Simple) 5,5 (Simple) 18,0 (Simple) 12,0 17,79
1,00 Wv ac 2,7 3,8 3,5 17,79
1,00 Wcarg (Simple) 5,5 (Simple) 10,0 (Simple) 12,0 17,79
1,00 Wv ac 4,0 4,7 4,5 17,79
1,00 Wcarg (Simple) 6,0 (Simple) 10,0 (Tandém) 18,0 17,79
1,00 Wv ac 3,5 5,5 5,0 17,79
1,00 Wcarg (Simple) 6,0 (Tandém) 18,0 (Tandém) 18,0 17,79
1,00 Wv ac 4,2 6,5 6,2 17,79
1,00 Wcarg (Simple) 6,0 (Tandém) 18,0 (Tridem) 24,0 17,79
Totales: 100,00% 1.073 1.073
Nomenclatura:
Wcarg: Vehículo Cargado T.P.D(Tráfico promedio diario inicial) = 1.073,00 n(período de diseño) = 15
Wvac. : Vehículo Vacios. Nº de carriles 2 Ambos Sentidos F.D.C = 100 %
r(rata anual de crecimiento promedio) = 3,75 % 1,99 % T.A(tránsito acumulado) =
MOP 2,24 % 2,24 %
3 EJES
((1+r)n-1) / Ln(1+r)
LIVIANOS
TIPOS DE VEHICULOSCONDICIONES DE
CARGA
%
Véhiculos
BUSETA
BUSES
2DA
CA
MIO
NE
S
3C
C2-S1 3 EJES
2 EJES
2 EJES
5 EJES
C3-S1 3 EJES
C3-S2
C2G
C2-S2 4 EJES
C3-S3 6 EJES
VIA SAN PEDRO RIO BLANCO (TRAMO 0+000 – 3+100)
TRANSITO
ACUMULADO
%
CANTIDADCARGAS MAXIMAS ESTIMADAS
Por Ejes(Ton)
Intermedio TraseroDelantero
VIA SAN PEDRO RIO BLANCO (TRAMO 0+000 – 3+100)
Espesor : 4" Nº. de Años Proyecto = 15
r(%) = Subrasante CBR % = 5,40
R = 80 -0,841 Sub-Base 3 CBR % = 30,00
So = 0,45 Base Clase 1 CBR % = 80,00
Cd = 0,80 m2 0,80
Po = 4,20 m3 0,80
Pt = 2,50
Pérdida de PSI = 1,70
Ton Kips
0,50 1
1,00 2,2 791,87 20,02 5.787.020,68 0,0005 2.778
1,50 3,3 17,45 0,0020
1,70 3,7 135,20 17,45 861.223,81 0,0026 2.222
2,70 6,0 17,45 0,0120
3,00 6,6 797,24 17,45 5.078.486,43 0,0189 95.983
3,50 7,7 17,45
3,80 8,4 17,45
4,00 8,8 17,45
4,20 9,3 17,45
4,50 9,9 17,45
4,70 10,4 17,45
5,00 11,0 71,89 17,45 457.952,34 0,1310 59.992
5,20 11,5 63,31 17,45 403.271,47
5,50 12,1 135,20 17,45 861.223,81 0,1850 159.326
6,00 13,2 17,45
6,20 13,7 17,45
6,50 14,3 5,37 17,45 34.175,55 0,3770 12.884
7,00 15,4 5,37 17,45 34.175,55 0,5200 17.771
10,00 22,0 71,89 17,79 466.886,37 2,440 1.139.203
12,00 26,5 5,37 17,79 34.842,27 5,735 199.820
Ejes Tandem
18,00 39,68 63,31
20,00 44,09
22,00 48,50
Ejes Tridem
24,00 52,91
Total ESAL´S 2.146 1.689.980
F.C = 1,00
D = 0,50 ESAL's EN CARRIL DE DISEÑO = 844.990 8,45E+05
Espesor de la Losa (D) = 4"
Diseño de Pavimento Flexible
PROCEDIMIENTO AASHTO 1993
Peso Ejes
Tráfico de Diseño ESAL's de DiseñoFactor de EquivalenciaNúmero de
Ejes
Factores de
Crecimiento
CÁLCULO DEL C.B.R. DE DISEÑO
ABSCISA CBR 75% RESULTADOS DE ENSAYOS
NUMERO DE RESULTADOS FRECUENCIA (DE MAYOR A MENOR)
0+000 5,70 6,84 1 14 0+500 5,40 5,7 2 29 1+000 5,23 5,7 3 43 1+500 5,70 5,42 4 57 2+000 4,85 5,4 5 71
2+500 6,84 5,23 6 86
3+000 5,42 4,85 7 100
8 Carpeta Asfaltica
15 Sub-base
30 Terreno naturalPA
VIM
EN
TO
FLE
XIB
LE
15 Base
68,00 cm
NUMERO DE ESALs
CARPETA
ASFALTICA
(cm)
BASE GRANULAR (cm)
Menos de 50,000 3 10
50,000 – 150,000 5 10
150,000 – 500,000 6,5 10
500,000 – 2,000,000 7,5 15
2,000,000 – 7,000,000 9 15
Mas de 7,000,000 10 15
ESALs =W18 = 844990
Espesores mínimos sugeridos por AASHTO 93
Actual mente para vias de II Orden el espesor minimo sugerido
por el MTOP debe ser de 7.5cm o 3"
entonces con este dato escojo el ancho de base que es de 15cm
Acumulado Parcialcalculado
(SNp/(a1*m1)
adoptado (Normas
AASHTO 93)
parcial
(D1*a1*m1 )acumulado
Concreto
Asfaltico ( 1800
lbs )
400000,00 0,64 1,33 0,17 1 7,82 8 1,36 1,36
Base clase I 80,00% 37388,51 1,97 0,44 0,052 0,8 10,58 15 0,624 1,984
Sub-base clase II 30,00% 21799,94 2,41 0,35 0,043 0,8 10,17 15 0,516 2,5
Mejoramiento 15,00% 14889,80 2,76 0,69 0,035 0,8 24,64 30 0,84 3,34
Terreno natural 5,40% 7904,25 3,45
28,57 68,00 cmEspesores Totales
DISEÑO DE ESPESORES PARA PAVIMENTO FLEXIBLE para un periodo de diseño de 15 años
CapaCBR
(requerido )
Mr ( aprox en
psi )
SN ( calculado ) Coeficiente
de capa ( a1,
a2, a3 )
Coeficiente de
drenaje ( m1,
m2, m3 )
Espesores "D" ( cm ) SN ( adoptado )
Bibliografía
AASHTO. (1993). Guide for Design of Pavement Structures. Distrito de
Columbia.
Agudelo, J. J. (2002). Diseño Geométrico de Vías. Medellín.
Andrade, I. C. (2014). Apuntes de Carreteras 2. Guayaquil, Guayas, Ecuador.
Civilgeeks. (s.f.). Civilgeeks. Obtenido de www.civilgeeks.com
García, J. F. (1999). Manual de Carreteras. Alicante.
Manual de Carreteras Diseño Geométrico. (2013). Manual de Carreteras
Diseño Geométrico.
MTOP. (2003). DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS .
PEM. (2013). Plan Estratégico de Movilidad de Ecuador PEM. Quito.
Wikimapia. (s.f.). Wikimapia. Obtenido de www.wikimapia.com
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