Ejemplo Disec3b1o

Rehabilitación y Mejoramiento de laCarretera «X»

Diseño de Pavimento Flexible

Estructura del Informe

5.1. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO FLEXIBLE

• 5.1.1 Alcance• 5.1.2 Método de Diseño• 5.1.3 Estimación de las cargas de diseño (Wt18)• 5.1.3.1 Tránsito promedio diaria anual (TPDA) • 5.1.3.2 Factores de equivalencia de carga• 5.1.4 Confiabilidad en el diseño (R)• 5.1.5 Variación permisible en la Servicapacidad (Dpsi)• 5.1.6 Caracterización del material de la sub-rasante y definición de la Unidad de Diseño• 5.1.7 Determinación del Número Estructural (SN) en cada Unidad de Diseño• 5.1.8 Materiales y mezclas para las capas de la estructura del pavimento• 5.1.9 Alternativas de diseño• 5.1.10 Espesores de la estructura de pavimento para cada alternativa

• 5.1.11 Alternativa final a ser seleccionada

1. Alcance del Proyecto de Pavimentos

• Análisis de las variables de diseño y materiales de construcción para definir la estructura de pavimento para la Rehabilitación y Mejoramiento de la Carretera.

2. Método de Diseño

• El Método seleccionado es el desarrollado por la Asociación Americana de Administradores Estadales de Carreteras y Transporte (AASHTO)

– Guía de diseño AASHTO-93– Manual SIECA– Programa de diseño de pavimentos desarrollado por la

Asociación Americana de Pavimentos de Concreto (ACPA), versión WinPas, aplicación para pavimentos flexibles (1993).

2.1 Ecuación de diseño

07.8log*32.2

1

109440.0

5.12.4log

20.0)1(log*36.9*18log 10

19.5

10

1010

RoR M

SN

PSI

SNSZWt

Variables independientes:

Wt18 : Número de aplicaciones de cargas equivalentes de

80 kN acumuladas en el periodo de diseño (n).

ZR : Valor del desviador en una curva de distribución

normal, función de la Confiabilidad del diseño (R) o grado confianza en que las cargas de diseño no serán superadas por las cargas reales aplicadas sobre el pavimento.

(Ecuación 1)


– So: Desviación estándar del sistema, función de posibles variaciones en las estimaciones de tránsito (cargas y volúmenes) y comportamiento del pavimento a lo largo de su vida de servicio.

– PSI: Pérdida de Serviciabilidad (Condición de Servicio) prevista en el diseño, y medida como la diferencia entre la “planitud” (calidad de acabado) del pavimento al concluirse su construcción (Serviceabilidad Inicial (po) y su planitud al final del periodo de diseño (Servicapacidad Final (pt).

– MR: Módulo Resiliente de la subrasante y de las capas de bases y sub- bases granulares, obtenido a través de ecuaciones de correlación con la capacidad portante (CBR) de los materiales (suelos y granulares).


– Variable dependiente:

– SN: Número Estructural, o capacidad de la estructura para soportar las cargas

bajo las condiciones (variables independientes) de diseño.

3. Estimación de las cargas de diseño (Wt18)

• Wt18=EEo*F (Ecuación

2)

EEo = Cargas acumuladas en el primer año del periodo de diseño

F = Factor de crecimiento

EEo =TPDA * %Vp * FC * fds * fuc * A * D

F = {(1 + TC)^n – 1} / TC

TC = tasa de crecimiento interanual

n = periodo de diseño

3. Estimación de las cargas de diseño (Wt18)

EEo = Cargas acumuladas en el primer año del periodo de diseño

EEo =TPDA * %Vp * FC * fds * fuc * A * D

TPDA = Tráfico Promedio Diario Anual, para el primer año del periodo de diseño.

%Vp = Porcentaje de vehículos de carga dentro del volumen de tráfico total

FC = Factor Camión, o carga equivalente total por “camión promedio”

fds = factor de distribución del tráfico por sentido de circulación

fuc = factor de utilización del tráfico total por sentido en el canal de diseño

A = factor de ajuste por tráfico desbalanceado

D = Días por año en que circulará por el canal de diseño el tráfico definido por los términos anteriores (365 días en este proyecto).

3.1 Valores de TPDA y TC

Fuente: Estudio de Tráfico Carretera

Año Moto Veh. Liv.

Pesados de Pasajeros

Pesados de Carga TPDA (vpd)

MB BUS C2 Liv. C2 C3 Otros

2010 33 23 1 17 11 62 82 1 230

2011 34 24 1 18 12 71 88 1 249

2012 35 25 1 18 12 77 92 1 261

2013 36 26 1 19 12 92 102 1 289

2014 37 26 1 19 13 99 107 1 303

2015 39 27 1 20 13 105 112 1 318

2016 40 29 1 21 14 113 118 1 337

2017 43 30 1 22 14 123 125 1 359

2018 45 31 1 23 15 133 132 1 381

2019 47 33 1 25 16 145 137 1 405

2020 50 37 2 26 17 173 160 2 467

2021 54 39 2 28 19 187 169 2 500

2022 57 42 2 30 20 203 181 2 537

2023 61 44 2 32 21 223 194 2 579

2024 66 47 2 35 23 244 209 2 628

2025 70 50 2 37 24 263 213 2 661

2026 75 53 2 40 26 287 223 2 708

2027 80 57 2 43 28 311 227 2 750

2028 86 63 3 46 30 338 238 3 807

2029 92 67 3 49 32 368 252 3 866

FUENTE: ESTUDIO DE TRÁFICO DEL ASOCIO

3.2 Factores de equivalencia de cargas

Fuente: Guía AASHTO-93, para SN = 4.0 y pt = 2.5

Carga (kips) Carga (ton) FE(simples) FE(dobles) FE(triples)

2 0.91 0.0002 0.0004 1.82 0.003 0.0003 0.00016 2.72 0.013 0.0010 0.00048 3.63 0.041 0.0040 0.001

10 4.54 0.102 0.0090 0.00212 5.45 0.213 0.0180 0.00414 6.36 0.388 0.0330 0.00816 7.26 0.645 0.0570 0.01318 8.17 1.000 0.0920 0.02120 9.08 1.470 0.1410 0.03222 9.99 2.090 0.2070 0.04824 10.90 2.890 0.2920 0.06826 11.80 3.910 0.4010 0.09528 12.71 5.210 0.5340 0.12830 13.62 6.800 0.6950 0.17032 14.53 8.800 0.8870 0.22034 15.44 11.300 1.1100 0.28136 16.34 14.400 1.3800 0.35238 17.25 18.100 1.6800 0.43640 18.16 22.500 2.0300 0.53342 19.07 27.800 2.4300 0.64444 19.98 34.000 2.8800 0.76946 20.88 41.400 3.4000 0.91148 21.79 50.100 3.9800 1.10750 22.70 60.000 4.6400 1.250

SN = 4,0 y pt = 2,5

3.2 Factores de equivalencia de cargas (ejes simples)


3.2 Factores de equivalencia de cargas (ejes dobles)


3.2 Factores de equivalencia de cargas (ejes triples)


3.3 Factores camión por tipo de vehículo, para la combinación de cargas sobre la vía(Fuente: Estudio de Tráfico, Aparte IV.4.1 y Guía AASHTO-93)

condición de carga

Tipo de vehiculo

Total % Ejes equivalentes por camión

% 100% cargados

% 50% cargados

% vacios Total Factor

Camión Ponderado

100% cargados

50% cargados vacios

Mbuses 1 0.57% 0.700 0.178 0.050 61.00% 27.00% 12.00% 100.00% 0.4811

Buses 17 9.77% 1.674 0.426 0.050 36.00% 43.00% 21.00% 100.00% 0.7963

C2pesado 62 35.63% 1.674 0.426 0.050 21.00% 55.00% 24.00% 100.00% 0.5975

C2 Liviano 11 6.32% 0.169 0.038 0.004 21.00% 55.00% 24.00% 100.00% 0.0572

C3 82 47.13% 1.469 0.652 0.228 80.00% 10.00% 10.00% 100.00% 1.2633

OTROS 1 0.57% 2.780 0.731 0.104 67.00% 33.00% 0.00% 100.00% 2.1035

Veh. Livianos 23

0.0003

Total pesados 174 100.00%

3.4 Cargas equivalentes acumuladas en el periodo de diseño (Wt18)

CONSIDERACIONES:•fds = 0.52 (Fuente: Estudio de Tránsito)• fuc = 1.0 (Fuente: Guía AASHTO-93)• A = 1.0 (Fuente: Guía AASHTO-93)

Veh. Liv.

Pesados de Pasajeros

Pesados de Carga

MBus Bus C2 Liv. C2 C3 Otros

Totales 773 32 568 372 3,617

3,161 32

FE 0.0003 0.4811 0.7963 0.0572 0.5975 1.2633 2.1035fds 0.52

DIAS 365.00fuc 1.0A 1.0 1.0

REE 44 2,922 85,848 4,036 410,183

757,939

12,776

REEtotal

1273,748

VIDA UTIL (años) Cargas de diseño20 1,273,748 15 77966210 415113

•RESUMEN:

4 . Confiabilidad en el diseño (R)

• La Confiabilidad y el Factor de Seguridad

Valor de la Confiabilidad

Zr So Factor de seguridad

50 0.0000.45

1.0060 - 0.253 1.3070 - 0.524 1.7275 - 0.674 2.0185 - 1.037 2.9395 - 1.645 5.50

5. Variación permisible en la Servicapacidad(Dpsi)

• Servicapacidad inicial (po) = 4.2– Condición de servicio de un pavimento al concluir

su construcción

• Servicapacidad final (pt) = 2.00– Condición de servicio de un pavimento en una vía

rural principal al final de su vida de servicioAmbos valores son recomendados por el Manual SIECA y la Guía AASHTO-93

Dpsi = 4.2 – 2.0 = 2.2

6. Caracterización del material de sub-rasante

• Fueron ensayadas 21 muestras del material de fundación sobre la línea.

(Estudio de suelos para revisión de estructura de pavimentos, ASOCIO, enero 2009)

• Estos resultados fueron analizados bajo el procedimiento del Instituto del Asfalto, para determinar el CBR de Diseño”.

6. Caracterización del material de sub-rasanteRESULTADO DE ENSAYOS ANALISIS

N° CBR CBR menor a

mayor FRECUENCIA

NUMERO DE ENSAYOS, IGUALES O MAYORES

PERCENTIL

1 3.18 2.69 3.00 21.00 100.00

2 3.73 2.69

3 3.18 2.69

4 3.18 2.9 1.00 18.00 85.71

5 3.18 3.08 10.00 17.00 80.95

6 3.08 3.08

7 3.08 3.08

8 3.08 3.08

9 3.08 3.08

10 3.08 3.08

11 13.85 3.08

12 3.08 3.08

13 4.8 3.08

14 2.69 3.08

15 2.69 3.18 4.00 7.00 33.33

16 2.69 3.18

17 3.08 3.18

18 3.08 3.18

19 2.9 3.73 1.00 3.00 14.29

20 3.08 4.8 1.00 2.00 9.52

21 3.08 13.85 1.00 1.00 4.76

21.00

Nt PERCENTIL

CBR DE DISEÑO OBSERVACIONES

10^8 95 COMO LOS EJES EQUIVALENTES SON 1,273,748 ESTA ENTRE 10^6 Y 10^7, EL PERCENTIL DE DISEÑO ES EL 85% y POR LO TANTO EL CBR DE DISEÑO ES 3.05%.

10^7 90

10^6 85 3.05%

10^5 75

NOTAS:

Nt es cargas equivalentes totales o ejes equivalentes (EE)

6. Caracterización del material de sub-rasante

6. Unidades de diseño en función de los CBR

• Correlación entre valores de CBR y Módulo Resiliente (MR)*

* Ecuación de correlación integrada dentro del Programa Winpas de la APCA

7. Número Estructural (SN/sr)* sobre la SR

* Solución de la Ecuación AASHTO-93 para las diferentes variables independientes

VIDA UTIL (años) Cargas de diseño MR sub-rasante psi SN/sub-rasante20 1,273,748

4,211.73.82

15 779662 3.5610 415113 3.24

Valores requeridos de Número Estructural (SN) sobre la sub-rasante

8. Calidad de materiales para capas del pavimentos

• Material para sub-base– Los resultados de los ensayos ejecutados sobre los materiales

encontrados en los bancos a lo largo del trazado, permiten concluir que no se encontrarán materiales aptos para ser empleados como “sub-base granular”, ya que, en los bancos analizados se han obtenido valores de CBR muy bajos.

– Con base en lo anterior se recomienda que el actual rodamiento se estabilice en 20 centímetros con cemento y sea considerada la subbase, en función de ello se estima un coeficiente estructural (a3) de 0.10 y un “coeficiente de drenaje (cm3)” de 1.0

asub-base = 0.10 y coeficiente de drenaje = 1.0


• Material para base granular• Como material de base granular se recomienda una mezcla de materiales

granulares, debidamente triturados y gradados, que resulten con un CBR mínimo de 80%. La correlación PAS para este tipo de material arroja un MR de 38,971 psi. La Guía de Diseño AASHTO-93 asigna a estas mezclas un coeficiente estructural (a2)

de 0.14 y un coeficiente de drenaje (cm2) de 1.00.

aBase = 0.14 y coeficiente de drenaje = 1.00

* Según Ecuación de correlación del ACPA


Mezclas asfálticas para pavimento

arodamiento = 0.43 y coeficiente de drenaje = 1.0

• Para la capa asfáltica debe emplearse mezcla de concreto asfáltico densamente gradadas, mezcladas en planta en caliente, de las características que se indican en la Tabla 11, determinadas de acuerdo al Ensayo Marshall (AASHTO T-245)

TABLA 11

Requisitos de calidad de las mezclas asfálticas

Capa Granulometría Tipo Estabilidad(lbs)

Flujo(0.01 pulg)

Vacíos totales

(%)

VAM(%)

Vacíos llenados

(VFA), (%)

Rodamiento TNM 12 > 1.800 8 – 14 3 – 5 > 13 65 - 75

9. Determinación de los espesores de capasSN/i = erod * arod + eint * aint + ereciclado * ereciclado

(Ecuación 5)ESCENARIO 1: vida útil de 20 años

ALTERNATIVA Espesor capa de

rodamiento (cm)

Espesor capa de base

granular (cm)

Espesor capa de sub-base

estabilizada con cemento (cm)

MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE (MAC)

10.0 25.0 20.0

DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL ASFALTICO (DTS)

0.00 50.0 35.0

ADOQUIN 10 (MAS 5 CMS DE ARENA)

25.0 20.0



ALTERNATIVA Espesor capa de rodamiento (cm)

Espesor capa de

base granular

(cm)




8.5 25.0 20.0


0.00 44.0 35.0

ADOQUIN 10 (MAS 5 CMS DE

ARENA)

19.0 20.0



ALTERNATIVA Espesor capa de

rodamiento (cm)

Espesor capa de base

granular (cm)




6.5 25.0 20.0


0.00 38.0 35.0

ADOQUIN 10 (MAS 5 CMS DE ARENA)

15.0 17.5

9. Determinación de los espesores de capas

ESCENARIO 4: Espesores de pavimento Alternativa de concreto.

Espesores de pavimento. Alternativa de concreto.

VIDA UTIL (años)

Espesores de diseño (cm)Losa de concreto Base

estabilizada con cemento

Sub-base estabilizad

a con cemento

20 15.00 15 2015 14.00 15 2010 12.00 15 20

12. Alternativa recomendada

• El análisis de la información anterior, en cuanto a espesores y tipos de materiales, conjuntamente con los precios unitarios estimados para cada tipo de material, permitirá la selección de la alternativa más conveniente para el tramo

Ejemplo Disec3b1o

Documents

Transcript of Ejemplo Disec3b1o