Diseño de Pavimento y Veredas

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE NUEVO CHIMBOTE

OBRA: “CONSTRUCCION DE PISTAS Y VEREDAS EL A.H. LAS FLORES,

DISTRITO DE NUEVO CHIMBOTE - SANTA - ANCASH”

DISEÑO DEL PAVIMENTO Y VEREDAS

1.0 DISEÑO DEL PAVIMENTO.-

1.1 INTRODUCCIÓN

El pavimento proyectado tendrá como principal función la de transmitir adecuadamente

al terreno de fundación, los esfuerzos producido s por las cargas impuestas por el

tránsito vehicular.

Así mismo, la superficie de rodadura tendrá como principal función la de proporcionar

una superficie uniforme, de textura apropiada, resistentes a la acción del tránsito,

intemperismo y de otros agentes perjudiciales.

Las diferentes capas del pavimento (superficie de rodadura, base granular), deben

elegir se de acuerdo a la disponibilidad de materiales, experiencias locales en

construcción y, a las condiciones específicas de cada caso.

De acuerdo a las consideraciones expuestas para el presente estudio, la alternativa a

considerarse como superficie de rodadura para la estructura del pavimento proyectado

es a nivel de CARPETA ASFÁLTICA EN CALIENTE.

1.2 MÉTODO AASHTO-93 PARA EL DISEÑO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE

Basándose en el tráfico, al nivel de confiabilidad, índice de serviciabilidad inicial-final,

desviación estándar, drenaje de las capas granulares y tipo de suelo de fundación se

procederá a aplicar el método de la AASHTO - 93, de mayor aceptación a nivel mundial

(ya que se basa en valiosa información experimental), para determinar el Número

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

satisfactoriamente durante el período de vida proyectado.

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Dentro de las consideraciones del método están:

El Índice de Serviciabilidad inicial- final de diseño, que deberá ser tal que al

culminar el período de vida proyectado, la vía (superficie de rodadura), ofrezca

una adecuada serviciabilidad.

El nivel de confiabilidad del tránsito calculado.

Condiciones de drenaje de las capas granulares.

1.3 ANÁLISIS DEL TRÁFICO y CÁLCULO DEL NÚMERO DE REPETICIONES

Durante la etapa de trabajos en campo del presente estudio de suelos se pudo apreciar

que el tráfico que circula consiste mayormente de automóviles mototaxis, se apreció en

proporciones menores, tráfico pesado de camiones y ómnibus de doble eje. El tráfico en

número por día no es considerable y por tanto poco relevante como sistemático de los

datos de vehículos que transitan por estas calles en estudio que son de carácter

vecinal.

Sin embargo, se considera que al pavimentarse las pistas interiores del complejo en

cuestión, se incrementará el tráfico vehicular, por lo que es necesario considerar p ara

el diseño del pavimento un tráfico que contemple todas estas solicitaciones futuras.

Para calcular el número de ejes equivalentes, se aplicará el método para caminos de

bajo volumen de tráfico, recomendad o en el manual "Synthesis 4 Design of Low -

Volume Roads". Transportations Research Board.

El método consiste en determinar un factor de tráfico mixto (M) basado en tres (03)

categorías de porcentajes de camino s (bajo, mediano y alto) y tres (03) categorías de

rango probable de la distribución de ejes de carga (Liviano, Mediano y Pesado) de los

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

cuadro:

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FACTOR DE COMPOSICIÓN DE TRÁFICO M

Distribución de CargaPorcentaje de Camines

Bajo(menos del 15%)

Medio(de 15 a 25%)

Alto(Mas de 25%)

Ligero (-0.75) 9 18 27

U medio (0.75-1.5) 23 46 69

U Pesado (+1.5) 37 73 110

Una vez estimado el 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:

- Tipo de Camino : Asfaltado

- Carriles : Dos (02)

- Tráfico promedio diario: 5,511 vehículos (Estimado)

- Tasa de crecimiento : 3.30%

- Período de Diseño : 20 años

Para entrar al cuadro FACTOR DE COMPOSICIÓN DE TRÁFICO M, se deben definir

las características del tráfico en función de los parámetros y rangos establecidos. De

acuerdo a los antecedentes anotados anteriormente se considerará los siguientes

criterios de solicitaciones de cargas:

- Porcentajes de Camiones : Medio

- Distribución de Cargas : Medio

El factor de tráfico que corresponde será entonces: M = 27.71

1.4 EL SUELO DE SUBRASANTE

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El comportamiento de los suelos de la subrasante tiene una gran influencia en el

comportamiento general del pavimento. Su heterogeneidad a lo largo de la vía es un

factor importante, pues, no solo definen los requerimientos estructurales del pavimento,

sino pueden dar origen a la definición del mismo; es decir, los materiales que

constituyen el terreno natural

y la capa sub rasante de una vía, juegan un papel fundamental en el comportamiento y

espesor requerido del pavimento.

Para establecer la capacidad de soporte del terreno de fundación (sub rasante), se han

efectuado los respectivos ensayos de CBR (California Bearing Ratio) que son un índice

del comportamiento de soportabilidad de los suelos.

Existen criterios estadísticos para la selección del valor más apropiado de CBR para ser

utilizados en el diseño del pavimento; el avance de la tecnología ha dirigido esfuerzos

para representar la calidad de los suelos de fundación, a través de nuevos ensayos de

Laboratorio.

El ensayo de Módulo Resiliente utilizado últimamente en los modernos métodos de

diseño de espesores de pavimento y es el que representa la calidad de los suelos de

fundación para cimentar carreteras.

Se presenta a continuación el cuadro de resumen con los resultados obtenidos de los

ensayos de CBR:

VALOR CBR DE DISEÑO

UBICACIÓN CLASIFICACIÓN CBR(95% MDS)

CALICATA Nº 1(SP) 15.20 %

Prof. (m) = 0,30 – 1.00

Considerando que el suelo de la subrasante es la capa superficial de las explanaciones,

sobre el que se construirá la estructura del pavimento y, que el diseño del espesor del

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pavimento se basa en el valor de la capacidad de soporte por penetración de este

suelo, el CBR representativo de la sub rasante a utilizar como parámetro en el diseño

del pavimento se elegirá en base al análisis del Perfil Estratigráfico.

Dada las características del tránsito, así como la naturaleza de los suelos de fundación,

se determinó que el CBR de diseño, corresponderá a 15.20% equivalente a un Módulo

Resiliente de 12,013.00 psi. (VAN TILL).

1.5 EL SUELO DE SUB-BASE Y BASE

El comportamiento de los suelos de la sub-base y base, al igual que la sub-rasante

tienen una gran influencia en el comportamiento general del pavimento. Su

heterogeneidad a lo largo de la vía es un factor importante en el comportamiento y

espesor requerido del pavimento.

Para establecer la capacidad de soporte de la sub-base y sub-rasante se han efectuado

los respectivos ensayos de CBR (California Bearing Ratio) que son un índice del

comportamiento de soportabilidad de los suelos. Dándonos los siguientes resultados:

CBR sub-base: 30% (Mínimo exigido por el RNE CE.010 “PAVIMENTOS URBANOS”).

CBR base: 80% (Mínimo exigido por el RNE CE.010 “PAVIMENTOS URBANOS”).

1.6 DISEÑO ESTRUCTURAL - Método AASHTO 93

Básicamente, según las características de soporte de la subrasante y los volúmenes de

tráfico previstos, se determinará el espesor del pavimento.

Estos valores a determinarse son los mínimos recomendados por el método, no

ofreciendo una alternativa de análisis para reducir los espesores debido a lo rígido de

sus criterios de diseño.

Para este método se emplearán los siguientes parámetros:

R = Confiabilidad = 80%

Zr = Standard Normal Deviate = -0.841

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So= Overall Standard Deviation = 0.45

Pi = Serviciabilidad inicial = 4.2

Pt = Serviciabilidad final = 1.5

a1 = Coeficiente estructural de CA = 0.385

a2 = Coeficiente estructural de B.G = 0.133cm

a3 = Coeficiente estructural de SB.G = 0.11/cm

m1= Coeficiente de drenaje de B.G. = 1.00

m2= Coeficiente de drenaje de SB.G. = 1.00

W18= Tráfico de diseño = 1.29E+06

MR= Módulo Resiliente de la Sub rasante = 12,013.00 psi

Se obtienen números estructurales requeridos:

SN1: 1.97

SN2: 2.48

SN3: 2.92

Dentro de las alternativas de espesores de pavimento, determinados bajo los criterios

de la AASHTO y considerando todos los datos antes mencionados, estableceremos la

alternativa de la estructura vial adecuada a los objetivos propuestos en el presente

estudio, mediante la siguiente fórmula:

SNr = a1*D1+a2*m2*D2+a3*m3*D3

Obteniéndose la siguiente estructuración del Pavimento:

ESTRUCTURA ESPESOR

CARPETA ASFÁLTICA 5,0 cm (2,0pulgadas)

BASE GRANULAR 15,0 cm (6 pulgadas)

SUB-BASE GRANULAR 20,0 cm (8 pulgadas)

2.0 DETERMINACIÓN DEL ESPESOR DE VEREDAS

2.1 METODOLOGÍA EMPLEADA

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Para efectos de determinar el espesor de la estructura requerida, se utilizará la

metodología desarrollada par a Pavimentos Urbanos de Concreto de Cemento Pórtland

basado mayormente en los principios de la PCA (Portland Cement Association).

El método de diseño se basa en los siguientes parámetros:

Módulo de Reacción de la Subrasante (K)

Carga por Eje Simple.

Módulo de Rotura del Concreto ( fr )

a.- MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUB-RASANTE (K)

El módulo de Reacción de la Sub-rasante expresa la resistencia del suelo al ser

penetrado por efecto de la flexión de las losas y se mide por la presión necesaria para

producir una penetración unitaria, siendo la unidad de medida Kg/cm2/cm ó Kg/cm3.

A partir de la curva Módulo de Reacción versus CBR del terreno natural se calcula el

valor del Módulo de Reacción (K).

b.- CARGAS

El peso y frecuencia de las cargas influyen en la determinación del espesor de la

estructura; en este caso para el análisis de carga se tendrá en cuenta la frecuencia de

uso para una carga mínima por tratarse de una vía de tránsito exclusivamente peatonal.

c.- MÓDULO DE ROTURA DEL CONCRETO ( fr )

El Módulo de rotura del concreto nos proporciona el Valor de la Resistencia a la

tracción por Flexión, valor que está relacionado con la resistencia a la tracción del

concreto obtenida del ensayo denominado Cilindro Hendido, y este a la vez se

encuentra relacionado con la resistencia a la Compresión Simple del Concreto;

mediante las siguientes relaciones.

- Resistencia del Concreto Hendido ( f’ch ) :

f’ch es 1,59 a 1,86 veces o f’c

- Módulo de Rotura (fr ):

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fr es 1,25 a 1,75 veces f’ch

Los valores menores de los coeficientes anteriores se aplican a los concretos de alta

resistencia y los mayores a los de resistencia inferior.

2.2 DISEÑO ESTRUCTURAL DE VEREDAS

Para el presente Estudio se está proponiendo el diseño de una estructura de concreto

de cemento TIPO V, de acuerdo a las características de Serviciabilidad y condiciones

que se presentan en la zona del proyecto.

a.- MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUB-RASANTE (K)

El módulo de Reacción de la Sub-rasante (Balasto) se obtiene a partir de la relación:

CBR versus Coeficiente de Balasto, de donde calculamos el valor del Módulo de

Reacción (K), obteniéndose, en este caso, para un CBR igual a 13.1% un “K” igual a

6,06 kg/cm.

b.- CARGA PEATONAL

Para el presente diseño se asumirá una carga mínima, debido a que la estructura a

diseñar se trata de una vereda para tránsito peatonal, por lo que esta carga mínima será

igual a 1 000 Kg.

c.- MÓDULO DE ROTURA DEL CONCRETO (fr)

Para el presente estudio se trabajará con los mayores coeficientes, con una resistencia

a la compresión simple del concreto igual a 175 kg/cm2.

Obteniéndose los siguientes valores:

Resistencia del concreto en cilindro hendido:

f’ch = 1,86* √175 = 24,61 kg/cm2

Módulo de Rotura:

fr = 1,75 * f’ch = 1,75 * 24,61 = 43,06 kg/cm2

d.- DISEÑO ESTRUCTURAL

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Basados en el método propuesto para Pavimentos Urbanos Rígidos de Concreto de

Cemento Portland y con los datos de diseño tenemos:

Módulo de Reacción de la Sub-Rasante : 6,06 M kg/cm3

Carga Mínima de Diseño : 1 000 kg

Módulo de Rotura del Concreto : 43,06 kg.

Factor de Seguridad : 1,0

Carga de Diseño : 1,0*1 000 = 1 000 kg

.

Con los valores mencionados, obtenemos el espesor de la losa:

h = 10,0cm

Para una tensión admisible de 0.5*43.06 = 21.53 Kg/cm2, la relación h’/h será igual a

1,15 entonces el espesor final de la losa será:

h’ = 10,0 * 1,15 = 11,5 cm

Debido a que durante la vida útil de la estructura, ésta sólo recibirá exclusivamente

cargas muy inferiores a las asumidas en el Diseño (tránsito peatonal), podemos

reajustar el espesor calculado hasta en 10,0 cm para este caso particular.

2.3 BASE GRANULAR.-

La Base (Afirmado) de la estructura de las veredas de concreto de cemento

Portland, consta de una capa compactada de material granular seleccionado,

colocado entre la Subrasante y la vereda, par a los siguientes propósitos:

Proveer soporte uniforme, estable y permanente, minimizar los efectos de

filtraciones y grietas.

El espesor de la capa de Base para la vereda de concreto no está sujeto a

cálculo, siendo los espesores más usados de lo de 10, 15 y 20 cm.

Para el caso de las veredas se recomienda una Base de 10 cm.

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La Base deberá ser un material granular (afirmado ) compactada al 100% de la

Máxima Densidad Seca del ensayo de Próctor Modificado, con un espesor

mínimo de 0,10m

3.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.-

PAVIMENTO:

El tipo de suelo, predominante en la zona de los A.H Las Flores, son de características

areno-limosas, con una capacidad de soporte catalogada de regular como terreno de

fundación para la pavimentación de la calles en estudio.

En la conformación de la capa de Base y Sub base Granular se compactará hasta

alcanzar un grado de compactación de 100% de la Máxima Densidad Seca y un Óptimo

Contenido de Humedad determinado s mediante el ensayo de Próctor Modificado NTP

339.141 (99).

Se deberá considerar la siguiente estructura del pavimento,

ESTRUCTURA ESPESOR

CARPETA ASFÁLTICA 5,0 cm (2,0pulgadas)

BASE GRANULAR 15,0 cm (6 pulgadas)

SUB-BASE GRANULAR 20,0 cm (8 pulgadas)

La subrasante será conformada y compactada hasta obtener un grado de compactación

mínimo de 95% de la Máxima Densidad Seca y un Óptimo Contenido de Humedad

determinados mediante el ensayo de Próctor Modificado NTP 339.141 (99)

Deberá proveerse un adecuado confinamiento al pavimento mediante sardineles

sumergidos con una profundidad adecuada. Se recomienda 0,30m como mínimo.

VEREDAS Y PASAJES PEATONALES:

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Para la preparación de la sub rasante se recomienda que ésta sea compactada al 95%

respecto a su Máxima Densidad Seca obtenida en laboratorio del material inherente a la

zona, mientras que la Base Granular deberá ser compactada al 100% de su Máxima

Densidad Seca.

La estructura de las veredas deberá tener un espesor de 10cm y una capa de Base

Granular de 10cm.

Los veredas serán de concreto hidráulico f’c = 175 Kg/cm2, con un espesor de 10cm, la

cual deberá ser construida con juntas de contracción cada 4 metros que será rellenada

con mortero asfáltico.

El porcentaje de contenido de sales y sulfatos del subsuelo en el área evaluada

establecen que son agresivos al concreto. Por lo que se recomienda el uso de Cemento

Tipo MS en la fabricación del concreto.

GENERAL:

Así mismo, los materiales a emplear se en la conformación de la capa de base granular

deberá tener un Valor relativo de Soporte CBR NTP 339.145 (99) no menor de 80,0%

(al 100% de la MDS).

A la profundidad de prospección (1,50m) no se encontró presencia de la napa freática

ni filtraciones de agua en las paredes de las calicatas efectuadas.

Las especificaciones técnicas de obra que regirán para el proceso constructivo del

presente proyecto, serán las del Ministerio de Transportes y Comunicaciones (EG-2000)

TABLAS DE CÁLCULO

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a1: Coeficiente estructural de la carpeta asfáltica

Típicamente el Modulo elástico del concreto asfaltico es de 350.000 psi, lo que le

corresponde un a1=0.385

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a2 = Coeficiente estructural de Base Granular

Para un CBR=80%, le corresponde un a2=0.133

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a3= Coeficiente estructural de Sub-base Granular

Para un CBR=30%, le corresponde un a3=0.11

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Valores de coeficientes de drenaje (mi) recomendados

<1% 1-5% 5-25% >25%Excelente 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20Bueno 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00Aceptable 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80Pobre 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60Muy pobre 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40

% del tiempo que la estructura del pavimento esta expuesta a niveles de humedad proximas a la

saturacion

Calidad del Drenaje

Calidad del Drenaje

Tiempo de remocion de agua

Excelente 2 horasBueno 1 díaAceptable 1 semanaPobre 1 mesMuy pobre agua no drenada

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Confiabilidad(R%)Desviacion normal

estándar,Zr50 0.00060 -0.25370 -0.52475 -0.67480 -0.84185 -1.03790 -1.28291 -1.34092 -1.40593 -1.47694 -1.55595 -1.64596 -1.75197 -1.88198 -2.05499 -2.327

99.9 -3.09099.99 -3.750

URBANO RURALAUTOPISTAS INTERESTATALES Y OTROS 85-99.9 80-99.9ARTERIAS PRINCIPALES 80-99 75-95COLECTORES 80-95 75-95LOCAL 50-80 50-80

CLASIFICADOR FUNCIONALNIVEL RECOMENDADO DE

CONFIABILIDAD

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