DISEÑO DE PAVIMENTO

1.0 ESTUDIO DE SUELOS

1.1 Trabajo de campo

Los trabajos de campo, del presente proyecto fueron llevados a cabo por el

responsable del Proyecto en tal sentido han tomado, identificado y remitido

al laboratorio las muestras de suelos provenientes de la vía, para los

respectivos análisis.

1.2 Ensayos de laboratorio

ENSAYOS ESTÁNDAR

- Análisis Granulométrico por tamizado (ASTM C-136)

- Límites de Consistencia (ASTM D-4318)

. Límite Líquido

. Límite Plástico

. Índice de Plasticidad

- Clasificación SUCCS (ASTM D-2487)

- Clasificación AASHTO (ASTM D-3282)

Contenido de Humedad (ASTM D-2216)

ENSAYOS ESPECIALES

- Próctor Modificado (ASTM D-1557)

- CBR (ASTM D-1883)

1.3 Labores de gabinete

En base a información obtenida de los resultados de los ensayos de

laboratorio, se efectuó la clasificación de suelos de los materiales, para ello

se ha empleado los sistemas SUCS y AASHTO.

2.0 DISEÑO DEL PAVIMENTO

En conformidad con lo requerido se estructurará el pavimento con la metodología

AASHTO. Así mismo la estructuración del pavimento acorde al tráfico que circulará

durante el periodo de diseño; conlleva a tener como superficie de rodadura una

carpeta con mezcla asfáltica en frío.

2.1 Método AASHTO

2.1.1 Descripción del método

La metodología AASHTO es reconocida a nivel mundial porque se basa en

valiosa información experimental; consiste en determinar un Número

Estructural (SN) requerido por el pavimento a fin de soportar el volumen de

tránsito satisfactoriamente durante su periodo de diseño. El procedimiento

desarrollado es conforme con lo expuesto en Guide for Design of Pavement

Structures – 1993.

Dentro de las consideraciones del método están:

El Módulo Resilente (Mr) es una medida de las propiedades elásticas

de los suelos. Debido a la escasa información local, este parámetro

se ha establecido en función a algoritmos reconocidos

internacionalmente.

El Coeficiente de Drenaje toma en cuenta el efecto de los distintos

niveles de eficiencia del drenaje en el comportamiento de la

estructura. Este parámetro modifica el coeficiente estructural de las

capas granulares (subbase y base granular).

El método incorpora la estadística para establecer un cierto grado de

confiabilidad durante el proceso de diseño. Este aspecto es

incorporado en el diseño mediante un Nivel de Confiabilidad (R),

éste se basa en la distribución normal y es función de la desviación

estándar (S0). La guía AASHTO ubica el valor S0 entre 0,4 y 0,5 para

pavimentos flexibles.

El Índice de Serviciabilidad Final deberá ser tal que culminado el

periodo de diseño, la vía (superficie de rodadura) ofrezca una

adecuada serviciabilidad.

Los números estructurales SN, del pavimento son obtenidos mediante la

siguiente expresión:

La expresión que relaciona el número estructural con los espesores

de capa es:

SN = a1 D1 + a2 m1 D2 + a3 m2 D3

Donde:

a1 a2 a3= Coeficientes estructurales o de capa

m1 m2 = Coeficientes de drenaje

D1 D2 D3 = Espesores de capa

2.1.2 Parámetros de diseño

Módulo resilente

La “capacidad relativa de soporte de los suelos”, se definió los CBRs de

diseño.

Para acceder a los Ábacos de diseño AASHTO 93, es necesario que estos

valores de CBR sean traducidos a Módulo Resilente (Mr). Dada la escasa

información existente en el medio sobre estos ensayos, se ha empleado una

correlación entre CBRs versus Módulos de Resilencia publicada en FHWA-

PL-98-029:

Mr = 1885,205*CBR^0,69387 Metodo Van Till (*)

CUADRO N° 01

SECTOR CBR (%)MODULO

RESILENTE

CARRETERA SHIQUIP HUARIPAMPA 80.0 24865

Tráfico

El pavimento debe ser diseñado para que sirva a las necesidades del tráfico

durante un cierto número de años (período de diseño); por lo tanto, se debe

predecir su crecimiento para determinar las necesidades estructurales del

pavimento indicado.

Por las razones expuestas se ha visto conveniente la aplicación de un

método aproximado para el análisis de tráfico, siendo el método a aplicar

para el análisis y diseño de este Proyecto, el desarrollado para carreteras de

bajo de volumen por la T.R.B en su manual “Synthesis 4. Structural Design

of Low Volume Roads”, donde el Tráfico Promedio Diario (TPD) es afectado

por un factor (M) de trafico mixto de acuerdo a tres categorías de porcentaje

de caminos (bajo, medio y alto) y tres categorías de carga (ligero, medio y

pesado).

Los valores del factor de tráfico Mixto, están tabulados en el siguiente

cuadro:

CUADRO Nº 02

Distribución de Carga

(N18 por Camión)

Porcentaje de Vehículos

Bajo (Menos de

15%)

Medio (15% - 25%)

Alto(más de 25%)

Ligero (menos de 0.75) 9 18 27

Medio (0.75 – 1.5) 23 46 69

Pesado (más de 1.5) 37 73 110

Una vez estimado el factor de tráfico M, el cálculo del número de ejes

equivalentes a 18 kips previsto durante el período de diseño, en función de

la tasa de crecimiento, se realiza en forma convencional.

Para el cálculo del Número de Ejes Equivalentes durante el período de

diseño considerado se dispone de la siguiente información.

- Tráfico promedio diario : 200 (Estimado)

- Tasa de crecimiento : 2.8 %

- Período de Diseño : 15 años

Para emplear el cuadro N° 02 se deben definir las características del tráfico

en función de los parámetros y rangos establecidos, considerándose en este

caso:

- Porcentajes de Vehículos : Bajo (Menos de 15%)

- Distribución de cargas : Medio

El factor de tráfico que corresponde será entonces M = 23.

El número total acumulado de ejes equivalentes de 18 kips (N18), durante el

período de diseño se calcula con la siguiente expresión:

N18 (n años) = (TPD x M) x [(1+i) n - 1)]

Ln (1+i)

Donde:

TPD : Tráfico Promedio Diario

M : Factor de Composición de Tráfico

i : Tasa de Crecimiento

n : Periodo de diseño

Reemplazando la información disponible:

N18 (15 años) = (200 x 23) x [(1+0.028)10 –1)]

Ln (1+0.028)

N18 (15 años) = 5.30 x 104 repeticiones

CUADRO N° 03

SECTOR EAL 2024 (15

años)

CARRETERA SHIQUIP HUARIPAMPA 5.30 x 10^4

Confiabilidad

Se está tomando una confiabilidad de 90%, con el cual se obtiene una

Standard Normal Deviate (ZR):

ZR = -1,282

Desviación estándar total

S0 = 0,45

Serviciabilidad

Serviciabilidad Inicial (pi) = 4,2

Serviciabilidad Final (pt) = 2,2

Coeficientes estructurales de capas

Basado de la Guía de Diseño AASHTO, los coeficientes estructurales de

capa considerados para el cálculo del número estructural de diseño son los

siguientes:

a1 = 0,44/pulg. ó 0,17/cm (para carpeta asfáltica en frio)

a2 = 0,133/pulg. ó 0,06/cm (para agregados de CBR = 80%)

Coeficientes de drenaje

Para la elección del Coeficiente de Drenaje (Tabla 2.4 Valor de m i

recomendado para la modificación de coeficientes estructurales de base y

subbase – AASHTO) se han tomado las siguientes consideraciones:

Exposición en agua de las estructuras de drenaje, entre 1 y 5%.

La condición de los sistemas de drenaje es Regular.

Por lo tanto se asume un Coeficiente de Drenaje mi = 1,25

2.3 Diseño del pavimento para 15 años

La estructura propuesta de pavimento ha sido diseñada para soportar el

peso de la densidad de tráfico proyectado para su ciclo de vida, altas

presiones y esfuerzos, de tal manera que éstas lleguen satisfactoriamente a

los suelos bajo el nivel de Base. Se consideró las características

geotécnicas de los materiales que conformarán la estructura vial, con

propiedades de resistencia y valor de soporte creciente a partir del suelo de

fundación y de allí a la superficie del pavimento.

Aplicando el Nomograma y/o la Ecuación de Diseño se obtiene para los

parámetros indicados y un periodo de diseño de 15 años, lo siguiente:

Zr = Standard Normal Deviate = -1,282

So = Overall Standard Deviation = 0,45

Pi = Serviciabilidad Inicial = 4,2

Pt = Serviciabilidad Final = 2,0

a1 = Coeficiente estructural de C.A. = 0,165

a2 = Coeficiente estructural de B.G. = 0,06

W18 = 2.01 x 105

Mr = 14007 psi

CUADRO N° 04

SECTOR SN

CARRETERA SHIQUIP HUARIPAMPA 1.41

Con los parámetros indicados y aplicando el método de diseño AASHTO 1993,

se ha propuesto el siguiente diseño de pavimento,

CUADRO Nº 05

ESTRUCTURAESPESOR

pulg. cm.

CARPETA ASFÁLTICA EN FRIO 2.0 5.0

BASE GRANULAR 8.0 20.0

6.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Los ensayos de C.B.R. (ASTM D-1883) ejecutados con la finalidad de

conocer la Capacidad de Soporte de los suelos del terreno de fundación ,

los cuales arrojan un CBR de diseño (al 95% de la Máxima Densidad

Seca) para el pavimento de la vía en estudio igual a 80.0 %.

Los valores considerados en el cálculo del tráfico, garantizarán un

pavimento duradero en el tiempo, considerando ante cualquier

eventualidad un aumento en volumen y carga del tráfico.

Aplicando el método de diseño AASHTO 1993 y los parámetros de diseño,

se ha propuesto el siguiente diseño de pavimento,

ESTRUCTURAESPESOR

pulg. cm.

CARPETA ASFÁLTICA EN FRIO 2.0 5.0

BASE GRANULAR 6.0 15.0

Por lo expuesto anteriormente, y bajo responsabilidad de los ejecutores de

la obra, se recomienda efectuar el control permanente de las

características físico-mecánicas de los materiales empleados como factor

predominante en el comportamiento y permanencia de la vía.

Para cumplir adecuadamente con el Control de Calidad de la Obra

(materiales y proceso constructivo), es indispensable el cumplimiento

irrestricto de las Especificaciones Técnicas adjuntas.

Cabe mencionar que los puntos no contemplados en las Especificaciones

del mencionado proyecto, deben estar en concordancia con las

Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras del

MTC (EG – 2000).