DISEO DE PAVIMENTOS

DISEO DEL PAVIMENTO1. METASa. METAS FINANCIERAS Y FISICAS DE ACUERDO AL PERFIL TECNICODe acuerdo al perfil viable del proyecto se ha determinado una inversin de S/. 4854,985.00 (alternativa I), a precios de mercado, al Mayo del 2012, la misma que tiene como metas fsicas el siguiente; mejoramiento del servicio de transitabilidad vehicular y peatonal del sector Villaqueria y San Cristbal Antiguo del barrio de San Cristbal, para cuyo efecto se proyecta la ejecucin de un pavimento tipo rgido de concreto hidrulico de fc = 210 kg/cm2 con inclusin de fibras de acero wirand FF1 y sintticas, espesor 0.18 m, en una rea total de 7,751.64 metros cuadrados.Adicionalmente se considera; construccin de veredas peatonales a base de adoquines de concreto en una rea de 9226.81.00 m2, tratamiento de reas verdes en 2,968.00 m2, canal de concreto armado con una longitud de 337.48 m, construccin de muros de contencin en una longitud de 324.73 ml, sealizacin horizontal y vertical, Instalacin de agua y desage, capacitacin en conservacin de pistas y veredas y Mitigacin Ambiental.

b. METAS FINANCIERAS Y FISICAS DE ACUERDO AL EXPEDIENTE TECNICOMetas Fsicas:Mejoramiento del servicio de transitabilidad vehicular y peatonal, del sector Villaqueria y San Cristbal Antiguo, para cuyo efecto se proyecta la ejecucin de un pavimento tipo rgido de concreto hidrulico de fc = 210 kg/cm2 con inclusin de fibras de acero wirand FF1 y sintticas, espesor 0.18 m. en un rea de 6,304.36 m2, pavimento con piedra laja natural en un rea de 2,843.99 m2 y pavimento adoquinado rectangular 20x10x8 cm en una rea total de 380.96 m2.Adicionalmente se considera; construccin de veredas peatonales a base de adoquines de concreto en una rea de 6,910.75 m2, tratamiento de reas verdes en 2,968.00 m2, construccin de muro de sostenimiento con concreto ciclpeo fc=175Kg/cm2 +30%PG en una longitud de 324.73 ml, Ampliacin de tuberas de la red de agua potable y sustitucin de tuberas de desage en las vas a intervenir del sector Villaqueria y San Cristbal Antiguo, sistema de drenaje, Reubicacin de postes de alumbrado pblico y telefnico y sealizacin horizontal y vertical e impacto ambiental.DISEO DE PAVIMENTOS

Bautistas Rojas, JavierPgina 1

DISEO DE PAVIMENTO RIGIDO

1. MTODO AASHTO 93 PARA EL DISEO DE PAVIMENTOS RGIDOSa) Pavimentos de concreto simplea.1) Sin pasadores

a.2) Con pasadores

Pavimentos de concreto reforzado con juntas

2. OPTIMIZAR EL ESPESOR DE PAVIMENTOSe debe determinar el nivel de confiabilidad ptimo que me asegure el costo total ms bajo, es decir, que balancee apropiadamente el costo inicial y los costos de mantenimiento como se muestra en la figura. Si el espesor es mayor de lo necesario, el pavimento prestar un buen servicio, con bajos costos de mantenimiento, pero el costo de inversin inicial ser alto. Todo lo contrario sucede cuando el espesor es menor de lo necesario.

3. ESTUDIO DE TRFICO3.1 GENERALIDADESEl estudio de trfico est orientado a proporcionar la informacin bsica para determinar los indicadores de trfico para utilizar en la evaluacin ESAL del diseo.Considerando que el Sector Villaqueria y San Cristbal Antiguo forman parte importante del barrio de San Cristbal de la ciudad de Huancavelica, el trfico tanto vehicular como peatonal es permanente, y considerando en la situacin actual que se encuentran es necesario el mejoramiento de las calles mencionadas.

Periodo de diseo:El periodo de diseo se considera como el periodo de anlisis del trnsito, ya que es difcil hacer la prediccin con suficiente aproximacin para un largo tiempo. Para un pavimento rgido se considera adecuado tomar 20 aos como periodo de diseo; por lo que el que se elija incide directamente en los espesores ya que esto determina cuantos vehculos tendrn que circular sobre el pavimento en el periodo determinado. El seleccionar el periodo de diseo de un pavimento es funcin del tipo de carretera, nivel de trnsito, anlisis econmico y el nivel de servicio.Tasa crecimiento anual de transitoLa tasa anual de crecimiento del trnsito se define en correlacin con la dinmica de crecimiento socio-econmico. Normalmente se asocia la tasa de crecimiento del trnsito de vehculos de pasajeros con la tasa anual de crecimiento poblacional; y la tasa de crecimiento del trnsito de vehculos de carga con la tasa anual del crecimiento de la economa expresada como el Producto Bruto Interno (PBI). Normalmente las tasas de crecimiento del trfico varan entre 2% y 6%.

Para el diseo se asumir una tasa de crecimiento de 4 % anual3.2 ANALISIS DE TRFICO EN LA CIUDAD DE HUANCAVELICAEl trfico actual que circula en la va en estudio fundamentalmente es ligero, compuesta principalmente por automviles del tipo station wagon de los comits de servicio de transporte urbano de las lneas 3 y 5, as mismo se ha verificado el trnsito de los buses de las empresas de transporte nacional, tales como Ticllas, Unin Molina, Antezana y Oropesa.El principal centro que genera el movimiento de vehculos ligeros es la zona urbana central de la ciudad de Huancavelica.

PARA EL CONTEO VEHICULAR SE EMPLEO LA HOJA DE CONTEO SIGUIENTE

CUADRO N 01TRAFICO DE VEHCULOS EN EL SECTOR VILLAQUERIA Y SAN CRISTOBAL ANTIGUO

CUADRO N 02CONTEO PEATONAL EN EL SECTOR VILLAQUERIA Y SAN CRISTOBAL ANTIGUO

El presente trabajo consistir en disear un pavimento rgido.

4.2 Carga de eje equivalente (ESAL)4.2.1. Mtodo AASHTO

Fi, es el EALF para un grupo de carga i.No, es el IMD (promedio anual)G, es el factor de crecimientoD, es el factor de distribucin direccionalL, es el factor de distribucin por carrilesY, es el periodo de diseo en aos.DATOS: Factor de distribucin por direccin (L)Para 2 carriles = 50 %

Factor de distribucin por carriles (D)

Por lo tanto se tomara un valor de 1.00

4.3. CRITERIOS DE DISEO Mtodo AASHTO 1993 Estimar el trfico para el Periodo de diseo (W18) Determinar la confiabilidad R y la desviacin estndar total So Establecer el mdulo de reaccin efectivo de la subrasante k Determinar la prdida de serviciabilidad de diseo Obtener el espesor de la losa D (baco o frmula) Establecer los espesores que satisfagan SN

1.1. Estimar el trfico para el Periodo de diseo (W18)este valor ya se obtuvieron a solo a continuacin se dan los resultados Mtodo AASHTO ESAL = 1.05E+51.2. Determinar la confiabilidad R y la desviacin estndar total So

el proyecto se encuentra en la zona Urbana y cuanta con un bajo volumen de trfico por lo que se tomara una confiabilidad de 80%

1.3 desviacin estndar

El diseo corresponde a un pavimento Rgido por lo cual se tomara So=0.35.

1.4 Establecer el mdulo de reaccin efectivo de la subrasante kMODULO RESILENTE DE LA SUBRASANTE

Mr = 4326 * ln(CBR) + 241

PROGRESIVA - 3. (Km) DEFINITIVAMUESTRAPROFUNDIDAD (m)CLASIFICACIONM.D.S gr/cm3CBR (D In - situ) %Mr (PSI)

SUCSAASHTO

POTOCCHIM-11.50GMA-2-4(0)1.61013.511,500

WIRACOCHAM-21.50GPA-1-a(0)2.17046.016,804

SANTA CRUZM-31.50GMA-4(0)2.02044.516,660

CALCUCHIMACM-41.50SCA-2-4(0)2.02020.013,201

AHUINCOPAM-51.50GCA-4(0)1.97014.011,658

MARISCAL CASM-61.50GMA-2-4(0)2.13038.015,977

MARIANO CATAOM-71.50SMA-5(9)1.6308.59,499

CORONEL CEBRERAM-81.50GMA-2-4(0)2.16034.015,496

INCA RIPACCM-91.50GPA-1-a(0)2.07040.016,199

ACCOCUCHOM-101.50GMA-2-4(0)2.03044.516,660

Del grafico podemos ver que el Modulo de resilencia para un valor percentil del 75% es 12429

Asumiendo un espesor de Sub Base de 20 cm 8

K1 (kg/cm3): Coeficiente de reaccin de la sub base granularKC (kg/cm3): Coeficiente de reaccin combinadoK0 (kg/cm3): Coeficiente de reaccin de la subrasanteh: Espesor de la subbase granular

1.5 Determinar la prdida de serviciabilidad de diseo

1.6 variacion de serviciabilidad

Por lo tanto se tomara PSIinicial= 4.5 PSIfinal= 2.51.7 modulo de elasticidad del concretoEl concreto se comporta de manera no elstica-no lineal, y presenta deformacin permanente despus del retiro de la carga.

Fc=280 Kg/cm2 = 3982.503 psi Ec = 3597103.42 psi1.8 modulo de rotura del concretoLa resistencia a la traccin del concreto se determina por mtodos indirectos (flexin y compresin diagonal), los cuales producen valores de resistencia mayores que la resistencia a la traccin real bajo carga uniaxial.

Sc = 504.8 psi1.9 COEFICIENTE DE DRENAJE

Tomaremos una calidad de drenaje buena debido a la zona, siendo Cd=1.15

1.10 COEFICIENTE DE TRANSMICION DE CARGAS

El pavimento rgido est constituido con refuerzo continuo, con un valor de coeficiente de transmisin de carga J=2.5.4. DISEO DE ESPESOR DE LOSACon los datos obtenidos anteriormente se procedio a calcular el espesor de la losa con la ayuda ecuacion de AASTHO

Donde:

W8.2 = numero previsto de ejes equivalentes de 8.2 toneladas mtricas, a lo largo del periodo de diseo ZR = desviacin normal estndar SO = error estndar combinado en la prediccin del trnsito y en la variacin del comportamiento esperado del pavimento D = espesor de pavimento de concreto, en milmetros PSI= diferencia entre los ndices de servicio inicial y final Pt = ndice de serviciabilidad o servicio final Mr = resistencia media del concreto (en Mpa) a flexo traccin a los 28 das (mtodo de carga en los tercios de luz) Cd = coeficiente de drenaje J = coeficiente de transmisin de carga en las juntas Ec = modulo de elasticidad del concreto, en Mpa K = modulo de reaccin, dado en Mpa/m de la superficie (base, subbase o subrasante) en la que se apoya el pavimento de concreto.

78

8

DISEO OBTENIDO DEL PERFIL TECNICO DEL PROYECTO

Diseo de Pavimento de Concreto

Memoria de Clculo

Diseo AASHTO

"MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL, DEL SECTOR VILLAQUERIA Y SAN CRISTBAL ANTIGUO DEL DISTRITO DE HUANCAVELICA, PROVINCIA DE HUANCAVELICA HUANCAVELICA

Fecha :

Entrada de Datos

TRNSITO

Ejes Equivalentes (W18) :105000.0000

SERVICIABILIDAD

indice serv. inicial (pi):4.50

indice serv. final (pf):2.50

SUELOSCambio de unidades

CBR subrasante:8.50%MAS CRITICO

CBR subbase :60.00%CANTERA

ksr (subrasante):51.34Mpa/m185.73pci

ksb (sub-base):156.40Mpa/m565.74pci

kc (mdulo reacc.comb.):64.58Mpa/m233.62pci

coef. Drenaje (Cd):1.10

HORMIGN

resist.flexo-traccin(Rmf) :46.00kg/cm2667.14psi

mdulo elstico (E):290000.00kg/cm24205870.00psi

TRANSFERENCIA DE CARGA

coef. Trans. Carga(J):2.50

CONFIANZA

nivel de confianza :80.00%

nivel confianza (Zr):-0.84

desv.Estndar comb.(So):0.35

PAVIMENTO

espesor hormign:15.00cm5.91in

espesor sub-base:20.00cm7.87in

a) Datos

a.1) Trnsito

Aos de Servicio:20

E.Equivalentes: 105,000

a.2) Serviciabilidad

Nivel Inicial :4.50

Nivel Final :2.50

a.3) Suelos

CBR Subrasante:8.50%

CBR Sub-base:60.00%

Espesor Sub-base:20.00cm.

Coef. Drenaje:1.10

a.4) Nivel de Confianza:80.00%

a.5) Hormign

Mdulo Elstico : 29,000.00 Mpa

Resistencia FlexoTraccin:4.60Mpa

b) Resultados

Espesor Sub-base :20.00cm.

Espesor Hormign :18.00cm.

c) Verificacin

E.Equiv. Finales : 7,461,928

Ok

ESQUEMA DEL DISEO FINAL

DISEO DE PAVIMENTO FLEXIBLE1. MTODO DEL ASSHTO 2003En este mtodo se utilizara la siguiente Frmula:

W18 =Nmero estimado de ejes simples equivalentes de 8.2 tonelada

ZR =Desviacin estndar normal.

S0 =Error estndar combinado de la prediccin del trnsito y de la prediccin del comportamiento

DPSI=Diferencia entre el ndice de Servicio inicial (Po) y el Final (Pt).

MR =Mdulo resilente.

SN =a1d1 + a2d2m2 + a3d3m3.

2. PROCEDIMIENTO DE DISEO Calcular el trfico para el Periodo de diseo (W18) Determinar la confiabilidad R y la desviacin estndar total So Establecer el mdulo de resilencia efectivo de la subrasante Mr Determinar la prdida de serviciabilidad de diseo Obtener el nmero estructural SN (baco o frmula) Establecer los espesores que satisfagan SN

2.1 2.2 PROCEDIMIENTO DE DISEO

CONFIABILIDAD

Se considera: Red Secundaria o estatal = 80%, para nuestro diseo pavimento.

De la tabla 4.1 para un nivel de confiabilidad del 80% el valor de ZR = -0.841 VARIABILIDAD SoSe recomienda utilizar los valores comprendidos dentro de los intervalos siguientes:

Entonces para pavimentos flexibles se considera: 0.45 PERDIDA DE SERVICIAVILIDAD

De las tablas se considera lo siguiente: Po = 4.2 y Pt = 2.0 PSI = 4.2 - 2.0 = 2.2

MODULO RESILENTE Mr DE LA SUBBASE GRANULAR

DE LA BASE GRANULAR

CAPACBR %Mr

carpeta asfltica400000

base8029000

sub base6018000

sub rasante8.512429

De la tabla calculamos el numero estructural SN, para cada uno de los valores COEFICIENTES DE CAPACOEFICIENTE DE CAPA CONCRETO ASFALTICO (a1)

COEFICIENTE DE CAPA BASE GRANULAR (a2)

COEFICIENTE DE CAPA SUB BASE (a3)

COEFICIENTES DE DRENAJE

Aplicando las tablas y formulas obtenemos:m21.15

m31.15

a10.420

a20.130

a30.130

SR.=1.80SB.=1.60B.=1.30

Aplicando las tablas y formulas obtenemos:ECUACION PARA OBTENER LOS ESPESORES

SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3

USO DE FORMULA CON EL PROCEDIMIENTO

W18 1.02E+05

Zr -0.841

So 0.45

PSI2.20

Base(Mr)29000

Numero Estructural (SN)1.27

IGUALDAD

A =5.02

B =5.02

USO DE FORMULA CON EL PROCEDIMIENTO

W18 1.02E+05

Zr -0.841

So 0.45

PSI2.20

Sub Base(Mr)18000

Numero Estructural (SN)1.55

IGUALDAD

A =5.02

B =5.02

USO DE FORMULA CON EL PROCEDIMIENTO

W18 1.02E+05

Zr -0.841

So 0.45

PSI2.20

Sub Rasante(Mr)12429

Numero Estructural (SN)1.80

IGUALDAD

A =5.02

B =5.02

D1*3.01 in.3.00 in.SN1*1.27 in.OK

D2*1.94 in.2.00 in.SN2*0.299 in.

SUMA1.56 in.OK

D3*1.61 in.2.00 in.SN3*0.299 in.

SUMA1.86 in.OK

A CONTINUACION SE GRAFICA EL DISEO PARA PAVIMENTO FLEXIBLEPULGADASCENTIMETROS

3.007.62

2.005.08

2.005.08

PAVIMENTO17.78cm

ESPESORES MINIMOSESPESOR MINIMO

Trfico en ESALConcreto AsfalticoBase Granular

7000,00046

D1 = 5D1 = 4D1 = 3Sub BaseBaseCarpeta Asfltica

DISEO DE AFIRMADOCon los datos obtenidos de los componentes de la sub rasante se procede a disear un Afirmado con el objetivo de adquirir habilidades en el diseo de afirmado.Segn nuestro trfico que tenemos

Con los datos se procede a realizar los clculos de diseoTABLAS USADAS PARA EL DISEO

Se observa que los vehculos ligeros no ofrecen poder de destruccin frente a la capa de afirmado

Ecuaciones usadas

Los resultados obtenidos son:

Dimensionamiento del espesor del afirmadoFormula de diseo NAASRA

Donde:CBR de la subrasante8.5%

Nrep1.81E+5

Aplicando la formula obtenemos:e=240.77 mm

CALCULO DEL ESPESOR DE LA CAPA DEL AFIRMADO POR EL METODO GRAFICO

Intersecando los valores se obtiene e=280 mm

Se podra obtener el espesor del afirmado segn catalogo

Diseo que cumple con nuestras condiciones

RECOMENDACIONES: Proporcionar pendientes transversales (bombeo) adecuados. Considerar las cunetas, obras de arte menor, tales como tajeas y alcantarillas con la finalidad de evacuar de manera rpida las aguas superficiales del pavimento, como consecuencia de las precipitaciones pluviales. Efectuar un mantenimiento peridico de las obras de drenaje, a fin de que el agua discurra con facilidad. Limpieza y eliminacin de material contaminado, barro y vegetacin. Escarificar el material existente a nivel de rasante, el retiro de material superior a 4, luego mezclar el material logrando su humedecimiento apropiado, para una buena compactacin y perfilado final de acuerdo con las Especificaciones, dimensiones, alineamiento y pendientes sealados en los Planos del proyecto y las instrucciones del supervisor. Luego de mejorar la actual rasante se debe obtener una superficie plana para colocar la capa de material de cantera, con espesor uniforme. Compactacin final con rodillo vibrante hasta alcanzar un grado de compactacin mnima del 95% del Proctor Modificado.

Conclusiones El trfico en dicha zona es de menor transitabilidad por ello se debe de trabajar con los espesores mnimos de diseo. el mtodo del AASHTO establece una forma sencilla de obtener el mdulo de resilencia de la SUBRASANTE. Mientras que el mtodo del Instituto del Asfalto tiene que tener el estudio de trfico a intervenir En los pavimentos flexibles, el efecto de la presin de contacto es particularmente importante en la parte superior de la estructura, aunque no afecta el espesor total requerido de pavimento. Cuando las presiones de inflado y de contacto son altas, se requieren materiales de mejor calidad en las capas del pavimento. En los pavimentos rgidos, mayores presiones de inflado y de contacto generan mayores esfuerzos y exigen espesores de pavimento superiores Las magnitudes de las deformaciones en el pavimento se reducen al incrementarse la velocidad.

BIBLIOGRAFIA

Diseo de nuevos pavimentos por el Mtodo de la AASHTO93 Instituto Venezolano del Asfalto Diseo Racional de Pavimentos Fredy Alberto Reyes Lizcano Centro Editorial Javeriano Colombia Apuntes de clases del curso de pavimentos Universidad Nacional de Ingenieria expositor: Mag. Ing. Nstor Huamn Guerrero Manual de Carreteras Suelos, Geologa, Geotecnia y Pavimentos - mtc

Pavement Analysis and design. Yang H Huanc