memoria_de_cálculo_calle_ecuador

LICITACIÓN PÚBLICA “CONTRATACIÓN OBRAS DE PAVIMENTACIÓN PMU, COMUNA DE LA SERENA”

SECRETARÍA DE PLANIFICACIÓN – ILUSTRE MUNICIPALIDAD DE LA SERENA 1

MEMORIA DE CÁLCULO

PROYECTO DE PAVIMENTACION

CALLE ECUADOR TRAMO CALLE ISLÓN Y FIN DE CALLE, LAS COMPAÑÍAS, LA SERENA

ÍNDICE DE CONTENIDOS

1 RESUMEN EJECUTIVO...............................................................................2

1.1 INTRODUCCIÓN......................................................................................2 1.2 ANÁLISIS DE LA SOLUCIÓN .........................................................................2 1.2.1 DISEÑO VIAL .........................................................................................2 1.2.2 DISEÑO DRENAJE DE AGUAS LLUVIAS ............................................................2

2 DISEÑO DE PAVIMENTOS ...........................................................................2

2.1 TRÁNSITO DE DISEÑO ...............................................................................2 2.2 MÉTODO AASHTO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES ..................................4 2.2.1 FACTORES DE DISEÑO ..............................................................................4 2.2.2 NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES (EE) ...........................................................4 2.2.3 FACTOR DE CONFIABILIDAD DE DISEÑO (FR) ....................................................4 2.2.4 MODULO RESILENTE (MR) ..........................................................................5 2.2.5 NÚMERO ESTRUCTURAL (NE)......................................................................5 2.3 CÁLCULO DE PAVIMENTOS .........................................................................8 2.4 RESULTADOS DEL DISEÑO ..........................................................................9

3 BASES DE DISEÑO GEOMÉTRICO................................................................. 10

3.1 INTRODUCCIÓN.................................................................................... 10 3.2 VELOCIDAD DE DISEÑO ........................................................................... 10 3.3 ALINEAMIENTOS VERTICALES .................................................................... 10 3.4 ALINEAMIENTOS HORIZONTALES ................................................................ 10 3.5 EJES DE REPLANTEO .............................................................................. 10

4 DISEÑO DEL SISTEMA DE DRENAJE DE AGUAS LLUVIAS¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

4.1 DESTINO DE LAS AGUAS .......................................................................... 11 ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1: TRÁNSITO DE DISEÑO (PERÍODO DE 20 AÑOS).........................................................2 TABLA 2: NIVEL DE CONFIABILIDAD RECOMENDADO (R%) .........................................................4 TABLA 3: COEFICIENTE DE STUDENT (ZR).........................................................................5 TABLA 4: CÓDIGO DE NORMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL MINVU.........................................6 TABLA 5: CARTILLA DE DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS DEL SERVIU METROPOLITANO ......................6 TABLA 6: VALORES ADOPTADOS..................................................................................6 TABLA 7: SEGÚN CÓDIGO DE NORMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL MINVU ...............................7 TABLA 8: COEFICIENTE DE DRENAJE..............................................................................7 TABLA 9: PORCENTAJE DE TIEMPO ANUAL EXPUESTO A CONDICIONES DE SATURACIÓN (T) ......................7 TABLA 10: PARÁMETROS DE DISEÑO ..............................................................................8 TABLA 11: PARÁMETROS DE DISEÑO (CONT.).....................................................................8 TABLA 12: RESULTADOS DE CÁLCULO.............................................................................9

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ILUSTRACIÓN 1: DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA CARPETA DE PAVIMENTO ...........................................9



1. RESUMEN EJECUTIVO

1.1 INTRODUCCIÓN En el presente informe se describe y analiza la solución definitiva adoptada para la calle Ecuador, tramo calle Islon y fin de calle, del Sector Las Compañías, en el Proyecto de “Diseño de Obras de Pavimentación, Varios Sectores, Comuna de La Serena”, considerando los factores que influyen en el funcionamiento de la calle en cuestión. 1.2 ANÁLISIS DE LA SOLUCIÓN 1.2.1 DISEÑO VIAL Se contempla la pavimentación de la calle en el material correspondiente a los resultados de los cálculos de espesores de carpetas. Se usará carpeta de asfalto, sobre base y subbase granular. El ancho de calzada es el descrito en los certificados de líneas correspondientes. 1.2.2 DISEÑO DRENAJE DE AGUAS LLUVIAS

El sistema de drenaje de aguas lluvias considera el aporte de escurrimiento superficial de toda el área circundante, la cual debido a que existen pocas construcciones y mas áreas verdes la escorrentía superficial es menor. De acuerdo a la rasante proyectada, se evita que las agua lluvias de las calles aledañas ingresen a la calle proyectada. 2. DISEÑO DE PAVIMENTOS 2.1 TRÁNSITO DE DISEÑO De acuerdo a las características de la calle y a lo observado en terreno, se estimará el tránsito de diseño utilizando las recomendaciones que al respecto proporciona el MINVU a través de su Código de Normas, Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación y lo estipulado por la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones del año 2002, en el artículo 2.3.2, que según lo descrito aquí la clasifica como vía de servicio.

Tabla 1: Tránsito de Diseño (Período de 20 Años) Característica Calle Ecuador Nº de calzadas Única, Bidireccional Ancho de calzada 6.0 Velocidad de diseño 50 Longitud funcional 32

Pendiente longitudinal promedio de terreno 3.60% Radio horizontal mínimo 4.0

Conexión con vías importantes Si

Tipificación de vía Local Tránsito estimado 6.0x104



Fuente: SERVIU Metropolitano



Las características de la calle, resumidas en la Tabla Nº 1, permiten tipificarla y así estimar un tráfico expresado en ejes equivalentes para un período de diseño de 20 años. 2.2 MÉTODO AASHTO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

En vista de que la mayor pendiente longitudinal, en los tramos analizados no supera el 10%, su carpeta de rodado se diseñara en asfalto, para lo cual se recurrirá al método AASHTO aplicable a estos casos, limitado eso si, a las Cartillas del SERVIU Metropolitano y además del libro “Recomendaciones para el Diseño de Pavimentos en Chile según AASHTO”, publicado por la Comisión de Diseño y Evaluación de Pavimentos, en Abril de 1997. 2.2.1 FACTORES DE DISEÑO

De acuerdo al método AASHTO (Manual de Vialidad Urbana Vol. Nº3 y cartilla de Diseño de Pavimentos), el diseño de pavimentos flexibles queda determinado por los siguientes factores.

2.2.2 NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES (EE)

El cálculo de los pavimentos asfálticos se hará en base a las solicitaciones de tránsito acumulado, expresado en ejes equivalentes de 8.164 [Ton] (18 Kips), necesario para que el pavimento pase de un índice de serviciabilidad inicial de 4.2 a un valor final de 2.0. 2.2.3 FACTOR DE CONFIABILIDAD DE DISEÑO (FR)

Factor que toma en cuenta la variabilidad de los valores de entrada en el diseño. Este factor se calcula como:

010 SZ

rRF ⋅−=

De acuerdo a lo indicado en el punto 16.4.4 del Código de normas y Especificaciones Técnicas del MINVU, el factor de confiabilidad depende de los siguientes parámetros.

NIVEL DE CONFIABILIDAD RECOMENDADO (R%)

Tabla 2: Nivel de Confiabilidad Recomendado (R%)

Tipo de Vía Nivel Recomendado de R% Expresa 85 – 95 Troncal 80 – 90

Colectora 75 – 85 Servicio 70 – 80

Local 60 – 75 Pasaje 50 – 70




COEFICIENTE DE STUDENT (ZR)

Tabla 3: Coeficiente de Student (Zr) Nivel de Confiabilidad R% Zr

50 -0.000 60 -0.253 70 -0.524 75 -0.674 80 -0.841 85 -1.037 90 -1.282 95 -1.645


DESVIACIÓN ESTÁNDAR COMBINADA

Del análisis estadístico y del ajuste matemático de la ecuación de diseño se determino que los valores de S0 varían entre 0.40 y 0.50, adoptándose para el diseño el valor de 0.45.

2.2.4 MODULO RESILENTE (MR)

Valor que incorpora las características del suelo de fundación al diseño de pavimentos flexibles. En vista que su obtención directa es muy compleja se recurre a las siguientes relaciones con la capacidad de soporte California (CBR).

[ ] ( ) 595.02 247.115/ CBRcmkgMr ⋅= Sub Rasante

%30%2 ≤≤ CBR

[ ] ( ) ( ) 51244.22152.0/ 22 +⋅+⋅−= CBRCBRcmkgMr Sub Base Granular %40%20 ≤≤ CBR

[ ] ( ) ( ) 59290.29147.0/ 22 +⋅+⋅−= CBRCBRcmkgMr Base Granular %80%60 ≤≤ CBR

En el Método AASHTO-93 que más adelante se indica, el módulo se incorpora en MPa.

2.2.5 NÚMERO ESTRUCTURAL (NE) El número estructural, también llamado espesor equivalente, permite ponderar la capacidad de las diversas capas que componen un pavimento para soportar las cargas de tráfico.

∑ ⋅⋅= iii madNE

En esta ecuación se tiene: NE : Número Estructural id : Espesor de capa i ia : Coeficiente Estructural de la capa i im : Coeficiente de Drenaje de la capa i



Los distintos coeficientes se obtuvieron tanto del Código de Normas y Especificaciones Técnicas del MINVU como de la cartilla de diseño estructural de pavimentos del SERVIU Metropolitano, y se reproducen a continuación.

CAPA ESTRUCTURAL: CARPETA ASFÁLTICA

Tabla 4: Código de Normas y Especificaciones Técnicas del Minvu Estabilidad Marshall Coeficiente a1

5000 0.33 6000 0.36 7000 0.39 8000 0.41 9000 0.43 10000 0.45


Tabla 5: Cartilla de Diseño Estructural de Pavimentos del Serviu Metropolitano Estabilidad Marshall Coeficiente a1

8000 - 10000 0.40 - 0.41

10000 - 12000 0.42 – 0.43 12000 – 14000 0.44 Fuente: SERVIU Metropolitano

Tabla 6: Valores Adoptados Estabilidad Marshall Coeficiente a1

5000 0.33 6000 0.36 7000 0.39 8000 0.41 10000 0.42 12000 0.43

14000 0.44




CAPA ESTRUCTURAL: BASES Y SUB-BASE GRANULAR

Tabla 7: Según Código de Normas y Especificaciones Técnicas del Minvu

CBR% Coeficiente a2 Coeficiente a3 Base Granular Sub-Base Granular

10 0.08 20 0.10 30 0.11

40 0.11 0.12 50 0.12 0.12 60 0.12 0.13 70 0.13 80 0.13 90 0.14 100 0.14


Según cartilla de diseño estructural de pavimentos del SERVIU Metropolitano

Base Granular: a2=0.14 80%≤CBR≤100%

COEFICIENTE DE DRENAJE

Según calidad de drenaje:

Tabla 8: Coeficiente de Drenaje Drenaje Agua Eliminada en

Excelente 2 Horas

Bueno 1 Día Regular 1 Semana

Malo 1 Mes Muy Malo No drena Fuente: SERVIU Metropolitano

Tabla 9: Porcentaje de Tiempo Anual Expuesto a Condiciones de Saturación (T) Drenaje Porcentaje de tiempo anual expuesto a condiciones de saturación (T)

mi T<1% 1%<T<5% 5%<T<25% T>25% Excelente 1.40 - 1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20

Bueno 1.35 - 1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00 Regular 1.25 - 1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80

Malo 1.15 - 1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60 Muy Malo 1.05 - 0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40




2.3 CÁLCULO DE PAVIMENTOS

El método AASHTO consiste en calcular para una configuración de capas estructurales de espesor di y factores estructurales ai, el valor del tráfico total permitido considerando el poder de soporte del suelo y el índice de serviciabilidad, al término de la vida de diseño. En los cálculos aquí efectuados se ha considerado un índice de serviciabilidad igual a 2,0 al término de la vida de diseño del pavimento, fijada en 20 años. El tráfico total permitido durante este período se calcula mediante la expresión:

( )

⋅−−

−

−⋅⋅⋅+=

β1

32.240.1636.9

5.12.410)4.25( 0 fi

RSZ PP

MNEEE R 19.5

4.25811.9740.0

++=NE

β

El cálculo estructural se ejecuta considerando los parámetros y condiciones resumidos en los cuadros siguientes, al utilizar las ecuaciones anteriores.

Tabla 10: Parámetros de Diseño

Elemento Calle Ecuador

Ejes Equivalentes EE 6.0x104

Confiabilidad R% 60 Coeficiente Estadístico de Confiabilidad ZR -0.253

Desviación Estándar Combinada S0 0.45 Serviciabilidad Inicial Pi 4.20 Serviciabilidad Final PJ 2.0

Capacidad Soporte California (Sub Rasante) CBR% 83


Tabla 11: Parámetros de Diseño (Cont.)


Capa Estructural: Carpeta Asfáltica Espesor mm. (d) 50

Estabilidad Marshall (N) ≥8000 Coeficiente Estructural (a1) 0.41

Capa Estructural: Base Granular Espesor mm. (d) 150

CBR (%) 80 Coeficiente de Drenaje (m2) 0.95 Coeficiente Estructural (a2) 0.14

Capa Estructural: Sub Base Granular Espesor mm. (d) 0

CBR (%) 40 Coeficiente de Drenaje (m2) 0.95 Coeficiente Estructural (a2) 0.11




Una vez determinado los espesores de las distintas capas se realizan las siguientes verificaciones.

VERIFICACIÓN POR CAPAS

Capa 1: 1

1aNEeasf ≥

Capa 2: 22

12

maaeNE

e asfbase ⋅

⋅−≥

Capa 3: 33

2213

mamaeaeNE

e baseasfsubbase ⋅

⋅⋅−⋅−≥

Donde:

Ilustración 1: Diseño Estructural de la Carpeta de Pavimento

Fuente: Propia 2.4 RESULTADOS DEL DISEÑO

Para la construcción de la estructura de la calzada en pavimento asfáltico del pasaje en estudio, se obtuvo los siguientes espesores de diseño, tal que satisfacen el número estructural requerido. El detalle del análisis se encuentra en el anexo respectivo.

Tabla 12: Resultados de Cálculo


Capa Estructural: Carpeta Asfáltica Espesor mm. (d) 50

Estabilidad Marshall (N) ≥8000

Capa Estructural: Base Granular Espesor mm. (d) 150

CBR (%) 80

Capa Estructural: Sub Base Granular Espesor mm. (d) 0

CBR (%) 40 Fuente: Serviu Metropolitano



El criterio para determinar los espesores de pavimento en la calle, son de acuerdo a las cartillas de pavimentación del Serviu Metropolitano. Satisfaciendo lo estipulado por el Método de Diseño AASHTO. 3. BASES DE DISEÑO GEOMÉTRICO 3.1 INTRODUCCIÓN Los parámetros geométricos utilizados para definir el trazado en planta y elevación de las arterias en estudio, obedecen a las características físicas y de tránsito de las vías, y persiguen satisfacer los requisitos y especificaciones establecidos por SERVIU IV Región, junto con las recomendaciones dadas por el Manual de Diseño de Vialidad Urbana del Ministerio de Vivienda y Urbanismo (REDEVU). Como referencia adicional se considera el Manual de Carreteras Vol Nº3 del 2002. 3.2 VELOCIDAD DE DISEÑO Las velocidades de diseño han sido establecidas en conformidad al tipo de vía en estudio. Para esto se ha consultado los rangos establecidos para cada tipo de vía por el REDEVU, y se ha seleccionado la mayor velocidad admitida en este tipo de vía y situación. 3.3 ALINEAMIENTOS VERTICALES El diseño del trazado en elevación de la vía de interés, se define de acuerdo a lo estipulado tanto por REDEVU como por Manual de Carreteras. En general se siguen los alineamientos dados por la topografía del terreno, pero se modifica según el tipo de obstáculo que se encuentre en la vía (vías existentes, canales, Autopista proyectada, etc.). 3.4 ALINEAMIENTOS HORIZONTALES Su diseño se ajustará también a las pautas definidas por el REDEVU, especialmente en lo que a elementos de tránsito, estructuras, pistas, estacionamientos, separadores, uniones, ensanches, etc. se refiere. En general las curvas serán de tipo circulares, pero no se descarta el uso de curvas más complejas como clotoides y otras para resolver situaciones puntuales. Como parámetro de diseño geométrico horizontal, se considera la circulación de camiones del tipo semi remolque corriente tal cual lo establece el Manual de Carreteras en su última edición. 3.5 EJES DE REPLANTEO Los ejes de replanteo de los tramos proyectados coinciden en su mayoría con el eje longitudinal de la vía. Aquellas que no coinciden con los ejes de las vías existentes, lo están respecto a puntos y límites bien definidos.



4. DISEÑO DEL SISTEMA DE DRENAJE DE AGUAS LLUVIAS 4.1 DESTINO DE LAS AGUAS En el proyecto de un sistema de recolección de aguas lluvias urbanas en la Región de la Serena debe quedar claramente establecido en el proyecto el destino final de las aguas recolectadas por la red. Se consideran aceptables las siguientes opciones: Para descargar a cauces naturales o artificiales diferentes a la red primaria del sistema de aguas lluvias debe contarse con la autorización de la Dirección General de Aguas del MOP. Para un sistema de Técnicas Alternativas, de acuerdo a lo indicado en la publicación del MINVU "Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos. Guía de Diseño”. No se permitirá el empleo de canales de riego como receptores de aguas lluvias de la red secundaria, a menos que expresamente estén considerados de esta forma en el Plan Maestro de aguas lluvias. El sistema de drenaje de aguas lluvias considera el aporte de escurrimiento superficial de la vía y de toda el área circundante. El sistema de drenaje de aguas lluvias considera el aporte de escurrimiento superficial de toda el área circundante, la cual debido a que existen pocas construcciones y mas áreas verdes la escorrentía superficial es menor. De acuerdo a la rasante proyectada, se evita que las agua lluvias de las calles aledañas ingresen a la calle proyectada.

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