protocolo final

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PROTOCOLO DE TESINA.

I. INTRODUCCIÓN.

Las carreteras han sido durante décadas el principal medio de desplazamiento

de viajeros, y la vía principal para la distribución de mercancías. Al conectar los

pueblos y comunidades con las grandes ciudades, y al fortalecer la integración

de los países, las carreteras han sido indispensables en el desarrollo de diversas

actividades y regiones en todo el mundo.

Para el año 2008 la Red Vial Nacional quedo inventariada con un registro de

21,441.5365 kilómetros, de los cuales según su superficie de rodamiento

2,067.404 Kms son de Asfalto, 407,043 Kms Adoquinado, 3,655.749 Kms

Revestida, 8055.315 Kms Todo Tiempo y 7,256.0255 Kms Estación Seca. Del

total de la Red Nacional contamos con 8,141.56 km de caminos que se han

definido como Red Vial Básica (Mantenible).

Debido al mal estado en que se encuentran parte de las carreteras Mantenible

de nuestro país el gobierno de la República de Nicaragua a través del Ministerio

de Transporte e Infraestructura (MTI), mantiene un plan de mejoramiento,

rehabilitación y mantenimiento de la infraestructura vial del país con el fin de

apoyar y fortalecer el desarrollo económico de la nación a través de las

actividades industriales, agrícolas, pecuarias y turísticas de la zona de influencia

del proyecto, para lo cual es necesario mejorar las condiciones de transporte de

los productos generados de dichas actividades.

BR. EUGENIA M. DAVILA LUNA BR. FLAVIO A. MATAMOROS BONILLA

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Dada la importancia de las carreteras dentro de la economía de un país, ya que

los costos de transporte de viajeros y mercancías dependen en gran medida de

los deterioros que presenten los pavimentos, es fundamental mantener las

características de las carreteras de la mejor manera posible, para evitar elevar

los costos de operación de los vehículos que transitan por ellas.

Es por tanto, indispensable contar con infraestructuras de carreteras que

aseguren una circulación segura, cómoda y fluida. “El desarrollo de un país llega

hasta donde llegan sus carreteras”.


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II. UBICACIÓN Y LOCALIZACIÓN DEL CAMINO.

La ruta en estudio cuenta con una longitud de 14.98 Km de los cuales 1.4 Km se

ubica sobre un camino existente de acceso a las actuales instalaciones del INTA

lo que indica que los terrenos en esa franja, son estatales y aunque en términos

de estructura, éste no cuenta con material estable en su superficie. Realmente

este primer 10% de la longitud final del trazado de la ruta del proyecto, está

compuesto por dos tramos del camino; el primer tramo se ubica a partir de la

intersección sobre la carretera norte y finaliza paralelo al edificio del INTA y el

segundo, se ubica desde el portón sur de los terrenos del INTA hasta la

intersección con un camino que se orienta hacia el este con destino a Sabana

Grande. A partir de este sitio, el trazo se aleja del camino existente y se aloja

sobre terrenos agrícolas cruzando el cauce El Arroyo normal a su eje,

continuando con rumbo suroeste paralelo al borde oeste del cauce.

La localización de esta ruta continúa con esta dirección y sentido con curvas

horizontales de grandes radios que entrelazan grandes tangentes hasta cruzar

nuevamente el cauce El Arroyo en las proximidades de la zona urbana de

Veracruz en donde se afecta la única propiedad que tiene infraestructura popular

construida.

La ruta intercepta la carretera Veracruz – Entrada a Ticuantepe a 100 m al oeste

del cementerio y continúa su recorrido hacia el sur con un ligero cambio de

orientación hacia el este, tomando nuevamente su orientación cercana a las

pilas de tratamiento de aguas de la urbanización Casa Blanca. A partir de este

sitio, el trazo toma un rumbo sur hasta llegar a su destino en la intersección con

la carretera a Masaya, sobre terrenos no cultivados, por lo que la ruta atraviesa

terrenos agrícolas sin producir afectaciones sociales debido a re-ubicación de

viviendas o asentamientos humanos.


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III. JUSTIFICACIÓN.

En el área aledaña al tramo en estudio existen aproximadamente unas 35

propiedades, entre ellas: 31 propiedades privadas, dos centros de investigación

(INTA; CIEC; terrenos propiedad de la Universidad Centroamericana (UCA), una

iglesia Evangélica, un centro de entretenimiento equino (Rancho Ilusiones), dos

cooperativas agrícolas (maní, sorgo) las que poseen la mayor extensión de

tierra, sin embargo en las demás propiedades también se dedican a la actividad

agrícola (yuca, maní, sorgo, granos básicos, frutales aguacate, etc.), planta

procesadora de agua residual y un pozos de agua potable (ENACAL).

A continuación se enumeran las comarcas y/o municipios comprendidos en el

Área de Influencia. Las comunidades beneficiadas serían:

Comarca Veracruz Comarca Los Madrigales Sabana Grande Comarca Los Vanegas Pobladores de Pueblos Blancos Distrito No. VI, de Managua Tipitapa Nindirí

Con el propósito de mejorar las condiciones del transporte en las carreteras del

país, el Ministerio del Transporte e Infraestructura (MTI), impulso el proyecto de

rehabilitación y mejoramiento del tramo de carretera “INTA – PROINCO -

KM17.5 Intercepción carretera a Masaya”, con el objetivo de facilitar el ingreso a

la capital de la población de las áreas mencionadas o el traslado expedito de la

circulación proveniente del norte hacia la región sur y viceversa.

Cabe destacar que dada la cercanía del Aeropuerto Internacional al proyecto y

como única vía de acceso al país para el transporte aéreo y la comunicación in-

ternacional, la vía a proyectar servirá para el traslado inmediato de los visitantes

extranjeros, siendo estos inversionistas o turistas y que utilicen este traslado in-

terno, hacia la zona sur y oriental del país, ya que esta zona trae fuertes fuentes

de divisas para el desarrollo económico, turístico y agrícola.


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IV. OBJETIVOS.

Objetivo General.

Diseñar la estructura de pavimento flexible del tramo de carretera

“Corredor Alterno Turístico INTA-PROINCO-Km 17.5 Intersección

Carretera a Masaya”.

Objetivos Específicos.

Analizar los estudios de suelos realizados a lo largo del tramo y de los

posibles bancos de materiales.

Analizar y proyectar el transito que circula por la vía.

Determinar los espesores de las capas de la estructura de pavimento.


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V. MARCO TEÓRICO.

1. CONCEPTOS BÁSICOSPARA EL ESTUDIO GEOTECNICO:

1.1 Granulometría: es una prueba para determinar cuantitativamente la

distribución de los diferentes tamaños de partículas de suelo. Existen diferentes

procedimientos para la determinación de la composición granulométrica de un

suelo. Por ejemplo, para clasificar por tamaño de partículas gruesas, el

procedimiento más rápido es el tamizado. Sin embargo, al aumentar la finura de

los granos, el tamizado se hace cada vez más difícil, teniéndose entonces que

recurrir a procedimientos por sedimentación.

1.2 Límite plástico: se define como la mínima cantidad de humedad con la cual

el suelo se vuelve a la condición de plasticidad.

1.3 Límite líquido: Es el mayor contenido de humedad que puede tener un

suelo sin pasas del estado plástico al líquido. El estado líquido se define como la

condición en la que la resistencia al corte del suelo es tan baja que un ligero

esfuerzo lo hace fluir.

1.4 Índice de plasticidad (IP): Indica el grado de contenido de humedad en el

cual un suelo permanece en estado plástico antes de cambiar al estado líquido.

El cálculo del IP es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico.

1.5 Ensayos de compactación de suelos: Se entiende por compactación a

todo proceso que aumenta el peso volumétrico de un suelo. En general, es

conveniente compactar un suelo para incrementar su resistencia al esfuerzo

cortante, reducir su compresibilidad y hacerlo más impermeable.


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1.6 Porcentaje de humedad (%): Nos permite determinar la cantidad de agua

presente en una cantidad dada de suelo seco. El conocimiento de la humedad

natural, no sólo permite definir el tratamiento a darle durante la construcción,

sino también permite estimar su posible comportamiento como sub-rasante,

pues si el contenido natural de agua de un suelo este próximo al límite líquido,

es casi seguro que se esté tratando con un suelo muy blando y si por el

contrario, el contenido de agua está cercano al límite plástico, se puede decir

que el suelo presentará un buen comportamiento.

1.7 Relación de soporte de california (California Bearning Ratio): Conocido

comúnmente como C.B.R. es una medida de la resistencia al esfuerzo cortante

de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad cuidadosamente

controladas, que tiene la aplicación principalmente en el diseño de pavimento

flexible. El C.B.R. se expresa en porcentaje como la razón entre el esfuerzo

requerido para introducir el mismo pistón hasta la misma profundidad en una

muestra patrón de piedra triturada. Esta relación se expresa en porcentaje.

2. CONCEPTOS BÁSICOS DE TRÀNSITO:

2.1 Tránsito de Diseño: Es el transito total a que estará sometida la estructura

de un pavimento durante el lapso de tiempo que se fije como período de

diseño.

2.2 Transito Promedio Diario (TPD): Es el número de vehículos que pasa por

un lugar dado durante un día normal.

2.3 Transito Promedio Diario Semanal (TPDS): Es el número de vehículo que

pasa por un lugar dado durante una semana dividida entre el número de días

de la semana.


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2.4 Transito Promedio Diario Mensual (TPDM): Es el número de vehículos

que pasa por un lugar dado durante un mes divido entre el número de días del

mes.

2.5 Transito Promedio Diario Anual (TPDA): Es el número de vehículos que

pasa por un lugar dado durante un año dividido entre el número de días del año.

2.6 Tasa de Crecimiento Anual de Transito (i): Es el incremento normal del

tránsito, puede determinarse a partir de datos existentes y luego de un análisis

estadístico de su evolución histórica a causa del incremento de la población y

del mayor uso del vehículo.

2.7 Período de Diseño (n): Es el tiempo que dura una estructura inicial de

pavimento antes de que requiera rehabilitación.

Una vez obtenidos los datos del estudio de tránsito se procederá a calcular el

Tráfico promedio diario anual (TPDA), seguidamente proyectándolo con una tasa

de crecimiento anual con un periodo de diseño adecuado se procederá a

determinar el tránsito de diseño haciendo uso de las siguientes formulas:

Tn = To * (1 + i)n

TD = Tn * FC * FD * FC’

Dónde:

Tn = Tránsito en año “n”.

TD = Tránsito de diseño.

To = Tránsito en el año cero (Inicial).


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i = Tasa de crecimiento anual del tránsito.

FD = Factor direccional.

FC = Factor de crecimiento.

FC´ = Factor Carril.

3. CONCEPTOS BÁSICOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO

FLEXIBLE:

3.1 Carga por Ejes Simples Equivalentes (ESALS): Es la suma de cargas

por ejes simples equivalentes a 18,000 libras usadas para combinar el tráfico

misto y obtener el tráfico de diseño para el periodo de diseño.

3.2 Estructura de pavimento: Un pavimento puede definirse como la capa o

conjunto de capas de materiales apropiados, comprendidos entre el nivel

superior de la terracería y la superficie de rodadura cuyas principales

funciones son las de proporcionar una superficie de rodamiento uniforme de

color y textura apropiados, resistente a la acción del tránsito y otros agentes

perjudiciales, así como transmitir adecuadamente a la terracería los esfuerzos

producidos por las cargas impuestas en el tránsito.

3.3 Sub-rasante: Se coloca para absorber deformaciones perjudiciales de la

terracería. La resistencia de la sub-rasante es un factor básico en la

determinación de los espesores de las capas de pavimento y se evalúa en

Nicaragua normalmente por medio del C.B.R.

3.4 Sub-base: Se coloca para absorber deformaciones perjudiciales de la

terracería, por ejemplo, cambios volumétricos asociados con los cambios de

humedad, impidiendo que se reflejen en la superficie del pavimento.


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También actúa como dreno para desalojar el agua que se infiltra al pavimento

y para impedir la ascensión capilar del agua procedente de la terracería hacia

la base. Otra de las principales funciones es que sirve de transición entre el

material de base, generalmente granular a materiales menos gruesos y la

propia sub-rasante, generalmente formada por materiales más finos. La sub-

base es más fina que la base, actúa como filtro de ésta e impide su

incrustación en la sub-rasante.

3.5 Base: Es un elemento fundamental desde el punto de vista estructural,

su función consiste en proporcionar un elemento resistente que transmita a

las capas inferiores los esfuerzos producidos por el tránsito de una intensidad

apropiada. La base en muchos casos debe también drenar el agua que se

introduce a través de la carpeta o por los hombros del pavimento, así como

impedir la ascensión capilar.

3.6 Carpeta de Rodamiento: Debe proporcionar una superficie de

rodamiento adecuada con textura y color conveniente y resistir los efectos

abrasivos del tránsito. Además, debe ser una capa prácticamente

impermeable, constituyendo una protección para la base. Cuando la carpeta

está hecha de concreto asfáltico colabora a la resistencia estructural del

pavimento. Desde el punto de vista del objetivo funcional del pavimento, es el

elemento más importante.

3.7 Confiabilidad (R): La confiabilidad del diseño y desempeño, se define

como la probabilidad que una sección de pavimento se comporte

satisfactoriamente, manteniendo un Nivel de Serviciabilidad adecuado. El

Factor de Confiabilidad (FR), depende de la desviación estándar (So), la cual

toma en cuenta las incertidumbres en la predicción del tráfico y el desempeño

del pavimento.


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3.8 Serviciabilidad: La Serviciabilidad se define como la habilidad para

servir al tipo de tráfico que utiliza la carretera. La medida fundamental de la

Serviciabilidad es el Índice Presente de Serviciabilidad (PSI siglas en inglés).

Se estima a través de la medición de los daños y la rugosidad que muestra el

pavimento. El índice presente de Serviciabilidad es la diferencia entre índice

de Serviciabilidad inicial y (Po) y el índice de Serviciabilidad final (Pt), lo cual

se establece por medio de la siguiente ecuación:

Δ PSI = P0 ־ Pt

3.9 Módulo de Resilencia: En la guía AASTHO se ha adoptado el

concepto de Módulo Resilente (MR), para evaluar la resistencia de los

materiales del pavimento. No obstante, se siguen utilizando los coeficientes

de capas (ai) y el Número Estructural (SN).

Se han desarrollado fórmulas que relacionan dicho valor con el CBR y otras

propiedades de los suelos. Para materiales de sub-rasante que tienen un

CBR menor del 10 por ciento, la relación es la siguiente:

CBRxpsiM R 1500

3.10 Numero Estructural (SN): La caracterización de las diversas capas de

pavimento se efectúa a través de sus módulos de elasticidad obtenidos de

ensayos normalizados de laboratorios.

El método AASHTO-93 no presenta requisitos específicos respecto a la

calidad de los materiales de sub-base, resultando aceptable cualquier material

convencional. El uso de la sub-base en este método requiere del empleo de

un coeficiente de capa (a3) para convertir su espesor en un número estructural

(SN) que es el indicativo del espesor total requerido del pavimento.


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En relación con la base ésta podrá ser granular o estabilizada y los requisitos

de calidad deben ser superiores a los de sub-base. El material estará

representado por un coeficiente (a2) que permite convertir su espesor real a

su número estructural.

Respecto a la capa de rodamiento consistirá en una mezcla de agregados

pétreos y un producto bituminoso.

La mezcla se deberá diseñar y construir de modo que no solo preste una

función estructural sino que además resista la fuerza abrasiva del tránsito,

proporcione una superficie antideslizante y uniforme y prevenga la

penetración de agua superficial.

3.11 Coeficiente de capas: El método asigna a cada capa de pavimento

un coeficiente (ai) los cuales son requeridos para el diseño estructural

normal de los pavimentos flexibles. Estos coeficientes permiten convertir

los espesores reales a números estructurales (SN), siendo cada

coeficiente una medida de la capacidad relativa de cada material para

funcionar como parte de la estructura del pavimento.

3.12 Factor de Modificación del Coeficiente de Drenaje (M i): El

tratamiento para el nivel esperado de drenaje de un pavimento flexible se

logra a través del empleo de capas modificadas; es decir se podría utilizar

un coeficiente de capa efectivo más alto para mejorar las condiciones de

drenaje. Este factor ha sido integrado dentro de la ecuación del número

estructural (SN) a partir del coeficiente de capa (ai) y el espesor (di).

Dependiendo de la calidad del drenaje y del grado de humedad, los

coeficientes de drenaje, m2 y m3, serán aplicados a las bases y sub-base

granulares para modificar los coeficientes de capas.


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4. MÉTODO DE DISEÑO AASHTO

Este método se basa en un modelo de predicción del desempeño del pavimento

que relaciona los factores de diseño, como el tráfico y el Módulo Resilente

Efectivo de la sub-rasante, con la capacidad estructural que requiere el

pavimento (SN=Número Estructural).

La guía AASHTO propone la ecuación que se basa en un modelo de predicción

del desempeño del pavimento.

Dónde:

W18: Número previsto de aplicaciones de carga por eje equivalente de 8.16 ton.

ZR: Desviación Normal Estándar.

So: Error Estándar combinado de la predicción del tráfico y desempeño.

PSI: Diferencia del índice de Serviciabilidad inicial (P0)y Final (Pt).

MR: Módulo Resilente (psi).

SN: Número Estructural indicativo del espesor del pavimento requerido.

El número Estructural es el indicador de la resistencia del pavimento, y puede

ser transformado a espesor para cada capa por medio de los coeficientes de

capas (ai).


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Dónde:

SN: Número Estructural.

ai : Coeficiente de Capa.

Di: Espesor de Cada Capa del Pavimento.

En la guía AASHTO, se define el Periodo de Desempeño durante el cual una

estructura de pavimento nueva, reconstruida o rehabilitada se deteriora desde

una Serviciabilidad inicial hasta una final, dicho período de tiempo es el

equivalente al concepto de Periodo de Diseño, y es afectado por el nivel de

mantenimiento que se aplica.

En la guía se establecen conceptos de tiempo que superan las fronteras del

período de desempeño. Se le conocen como Período de Análisis o Vida de

Diseño e incluyen períodos consecutivos de desempeño separados por

operaciones de rehabilitación.

Las diferentes cargas que circulan por una carretera se expresan en función del

número de cargas por Eje Simple Equivalente o ESAL (por sus siglas en ingles).

Causan la misma reducción en su Nivel de Servicio que un eje de 8.16

toneladas. Esto permite determinar de una manera más precisa el efecto del

tráfico sobre el desempeño del pavimento.


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VI. DISEÑO METODOLÓGICO.

1. Descripción de Estudio Geotécnico.

A continuación presentamos una descripción breve de la metodología a emplear

para desarrollar el estudio geotécnico del tramo.

La primera fase será, la recopilación de información acerca de los tipos de

suelos existentes en todo el trazado de tramo en estudio y de los bancos de

materiales existentes en las zonas aledañas al proyecto.

La segunda fase será, hacer un análisis de los resultados obtenidos del

laboratorio de los sondeos manuales realizados en todo lo largo del tramo y de

esta forma determinar las características y propiedades de los suelos. Los

análisis que se realizarán a las muestras extraídas, serán los siguientes:

1. clasificación granulométrica.

2. Límites de Atterberg ( Límite plástico, Límite Líquido e Índice de

Plasticidad)

3. Ensayos de compactación del suelo.

4. Porcentaje de humedad.

5. C.B.R.

A partir de los resultados obtenidos de los ensayos se determinará si los suelos

existentes y los tipos de materiales que conforman la estructura existente están

aptos para ser re-utilizados en la nueva estructura de pavimento.

La tercera fase será realizar el análisis de los resultados obtenidos de laboratorio

a partir de las muestras extraídas de bancos de materiales, para determinar el

uso potencial de los materiales en la conformación de la estructura del

pavimento a diseñarse. Los análisis que se realizarán a las muestras extraídas

serán los siguientes:


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1. Clasificación Granulométrica.

2. Límites de Atterberg ( Límite plástico, Límite Líquido e Índice de

Plasticidad)

3. Ensayos de Compactación del Suelo.

4. Porcentaje de humedad.

5. C.B.R.

6. Desgaste de los Ángeles.

A partir de los resultados obtenidos de los bancos de materiales se determinará,

si los materiales son aptos para emplearse como sub-rasante, sub-base, base y

agregados para la mezcla asfáltica que formaran la nueva estructura del

pavimento.

2. Descripción del Análisis de Tránsito.

La primera parte consistirá, en el análisis de los resultados de conteos

volumétricos realizados por el M.T.I., esto con el fin de determinar la

composición, dirección y volumen de tránsito que circulará por la vía.

La segunda parte consistirá en analizar los resultados obtenidos del

comportamiento y proyección del tránsito y el análisis de otras variables como la

tasa de crecimiento del producto interno bruto, y la tasa de crecimiento

poblacional para definir la tasa de crecimiento del tránsito.

Una vez determinadas las variables anteriormente mencionadas, se calculará el

tránsito futuro.


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3. Descripción del Método de Diseño.

A continuación se presenta una breve descripción del método que se utilizará en

el estudio.

El método propuesto para el diseño, es el de american Association of state

highway and transportation officials (AASHTO) versión 1993. Éste método

considera un conjunto de variables independientes de diseño que a continuación

se mencionan:

1. Cargas provenientes del paso de los vehículos de carga (Wt18).

2. Condición de servicio del pavimento al inicio del periodo de servicio (P0).

3. Condición de servicio del pavimento al final del período de diseño (Pt).

4. Confiabilidad en el diseño (R) y desviación estándar del sistema de

pavimento (S0).

5. Calidad del material de fundación (MR).

6. Coeficientes estructurales del concreto asfáltico de besa y sub-base que

conforman la estructura de pavimento (a1, a2, a3).

7. Coeficiente de drenaje (m).

8. Número estructural de diseño (SN).

Una vez conocidas todas las variables se resolverá la ecuación del método

AASHTO-93 para determinar los espesores de capas de la estructura del

pavimento flexible.


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VII. CRONOGRAMA DE TRABAJO.


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VIII. BIBLIOGRAFÍA.

Mecánica de suelos. Curso de Titulación “Obras Viales”.

Dr. Ing. Oscar Gutiérrez Somarriba.

Estudio de Transito. Curso de Titulación “Obras Viales”.

Msc. Ing. Bernardo Calvo.

Diseño de Pavimento Flexible. Curso de Titulación “Obras Viales”.

Msc. Ing. Israel Morales Urbina.

Guide for Design of Pavements Structure. AASHTO (American

Association of State Highway and Transportation Officials). 1993.

Diseño de Espesores de Pavimentos Flexibles. Nicaragua.

Manual Centroamericano para Diseño de Pavimentos SIECA.

Foro en línea. www.camineros.com

Foro virtual. www.construaprende.com

SADOT. www.nra.co.za


http://www.camineros.com/

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