MEMORIA DISEO DE PAVIMENTOS

PAVIMENTACIN ACCESOS ANTEPUERTO RUTA A16 KM 34

1.- Introduccin.

La siguiente es la memoria para el diseo de pavimentos de 4 accesos, ubicados en el kilmetro 34 de la ruta A16, I Regin de Tarapac.

2.- Diseo Estructural de Pavimentos.

En este punto se disearn estructuralmente las carpetas de rodado de pavimento de asfalto de los accesos mencionados.

Para el diseo de pavimentos se utilizar los mtodos desarrollados en los estudios conocidos como AASHTO Road Test, y los parmetros de diseo correspondientes a las vas en estudio, utilizando el programa computacional desarrollado por Rofuchs Ingenieros Consultores Ltda. y que cumple con la normativa exigida por la Direccin de Vialidad.

3.- Determinacin Parmetros de Diseo. 3.1.- Estudio de Mecnica de Suelos

Para la determinacin de los parmetros de diseo relacionados con el suelo de fundacin se utiliz un estudio de mecnica de suelos, elaborado por el Consultor Rofuchs Ingenieros en Octubre de 2012. El Informe del estudio de mecnica de Suelos se encuentra anexo en la carpeta del proyecto. En la tabla N1 se presentan los valores adoptados.

TABLA N 1

PARAMETROS DE ESTRATOS ADOPTADOS

Muestra C.B.R. Humedad Natural

Densidad Seca (ton/m3)

Indice Plasticidad

V-1 55% 6,2 1,93 NP V-2 55% 6,3 1,92 NP

3.2.-. Trnsito de diseo.

Para determinar el trnsito de diseo se estim la cantidad de trnsito esperado en la ruta A-16. Para esto se consider un diseo considerando los volmenes correspondientes al ao 2012 del Plan Nacional de Censos de la Direccin de Vialidad, utilizando el punto censal Hacia Iquique (Iquique) ubicado en el Cruce Humberstone, los cuales se resumen en la siguiente tabla.

TABLA N 2 VOLUMENES % DE TRANSITO PLAN NACIONAL DE CENSOS

PUNTO CENSAL IQUIQUE BIFURCACIN PINTADOS, RUTA A-16

AUTOS

STATION CAMIONETAS

CAMIONES

SIMPLES

DE 2 EJES

CAMIONES

SIMPLES

MS DE 2

EJES

SEMI

REMOLQUES REMOLQUES

BUSES

TAXIBUSES

42,75 23,85 7,14 3,1 9,35 3,23 10,58

Para la determinacin de los ejes equivalentes se utilizaron los siguientes supuestos:

1.- Tasas de Crecimiento segn Direccin de Vialidad

2.- Estratigrafa de pesos por eje se utiliz estratigrafa pesada segn Ord. Lab. Vialidad

ao 1998.-

3.- Horizonte de diseo 20 aos

4.- Ao puesta en servicio: 2015

Los ejes equivalentes quedarn determinados como sigue:

TABLA N 3

VOLMENES PLAN NACIONAL DE CENSOS.

Humberstone Ruta A-16

Censo 2012

TMDA 1436

Perodo de diseo

20

Perodo de construccin

3

Pesada

Tipo de

Veh.

Dist.

Porcent.

TMDA'

(2011) T.C

TMDAo

(2013) Tj EEj EEa

C2E 7,14% 552 0,06 657 8821 1619,1 14.282.081

C+2E 3,10% 225 0,06 268 3598 4595,1 16.533.170

BTB 10,58% 932 0,06 1110 14904 1374,5 20.485.548

EE Total 20 aos 51.300.799

EE Pista Diseo 20

aos 25.650.400 3.3.-. Diseo de pavimentos flexibles.

El diseo de los pavimentos flexibles se har utilizando el mtodo AASHTO, rev. 1998, ampliamente analizado en el Manual de Carreteras, Volumen N 3 Instrucciones y Criterios de diseo. El clculo estructural del pavimento en asfalto para el acceso en estudio se har segn el siguiente procedimiento.

a) Trfico de diseo: (TD) El trfico de diseo se obtiene a partir de la ponderacin de los Ejes Equivalentes de Diseo (EE

D

) por el Factor de Seguridad (FS), ambos explicados a continuacin: TD = EE D x FS b) Ejes Equivalentes: (EE)

El clculo de los Ejes Equivalentes de 80 KN. para la vida de diseo de la pista, se obtiene a partir de la siguientes expresin:

1

32.24.1636.9

5.1104.25

i

i

R

SZ

p

ppMNEEE

fOR

19.5

4.25

81.9740.0

NE

c) Nmero Estructural: (NE)

El nmero estructural permite ponderar la capacidad de los pavimentos para soportar las capas de trfico, se expresa en milmetros y se obtiene a partir de la expresin general, iterando hasta que los ejes equivalentes esperados se aproximen a los ejes equivalentes calculados, mediante la variacin de N.

NE = a 1 h 1

1

+ a 2 h 2m2 + a 3 h 3 m 3

3

4

[mm] donde: a i : Coeficiente Estructural de la Capa Componente i [Tablas 4 y 5]. h i : Espesor de la Capa Correspondiente [mm]. m i : Coeficiente de Drenaje de la Capa Base o Sub-Base granular [Tabla 6]. i : 1 a 4

TABLA N 4 VALOR DEL COEFICIENTE ESTRUCTURAL

CAPA DE RODADO - CONCRETO ASFALTICO/BINDER (a1, a2)

VALOR DE ESTABILIDAD

MARSHALL ( N )

COEFICIENTE

ESTRUCTURAL

(a1)

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

TABLA N 5 VALOR DEL COEFICIENTE ESTRUCTURAL PARA BASE Y SUBBASE GRANULAR (a3, a4 )

VALOR COEFICIENTE

ESTRUCTURAL VALOR CBR % BASE (a3 ) SUB - BASE ( a4 )

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 ---

TABLA N 6 VALOR DEL COEFICIENTE DE DRENAJE DE LAS

CAPAS GRANULARES DE BASE Y SUB-BASE (m3, m4)

PORCENTAJE DEL TIEMPO EN QUE LA ESTRUCTURA ESTA EXPUESTA A NIVELES DE HUMEDAD CERCANOS A LA SATURACION

CALIDAD DEL

DRENAJE

TIEMPO DE

REMOCION

DEL AGUA

< 1 % 1 % a 5 % 5 % a 25 % > 25 %

Excelente 2 horas 1.40 - 1.35 1.35 - 1.30 1.30 - 1.20 1.20

Bueno 1 da 1.35 - 1.25 1.25 - 1.15 1.15 - 1.00 1.00 Regular 1 semana 1.25 - 1.15 1.15 - 1.05 1.05 - 0.80 0.80

Malo 1 mes 1.15 - 1.05 1.05 - 0.80 0.80 - 0.60 0.60 Muy Malo no drena 1.05 - 0.95 0.95 - 0.75 0.75 - 0.40 0.40

Para zonas desrticas, como el caso del estudio se recomienda utilizar un coeficiente de drenaje de 1,4, que es el adoptado. El diseo de las capas estructurales del acceso en estudio no contempla base tratada con asfalto ni con cemento.

El mtodo AASHTO consiste en calcular para una configuracin de capas estructurales de espesor h

i

y coeficientes estructurales a

i

, el valor del trfico total.

En el Anexo II se presenta el clculo del Nmero Estructural. d) Coeficiente Nivel de Confiabilidad: (ZR)

El coeficiente correspondiente al nivel de confiabilidad (R%) adoptado, refleja la probabilidad de que el pavimento tenga un comportamiento mejor o igual al previsto, se obtiene de la Tabla N7.

TABLA N 7 VALORES DEL COEFICIENTE

CORRESPONDIENTE A NIVELES DE CONFIABILDAD

NIVEL DE CONFIABILIDAD R %

COEFICIENTE CORRESPONDIENTE A NIVEL

ADOPTADO 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 99 2.327

Se adoptar un nivel de confiabilidad R del 75%

TABLA N8

COEFICIENTES ESTRUCTURALES PARA LAS CAPAS DE PAVIMENTO TABLA 3.604.107.A

MANUAL DE CARRETERAS Vol 3

CAPA CARACTERISTICAS COEFICIENTE

ESTRUCTURAL

Sub-Base Granular CBR=40% 0.12 Base Granular CBR=80% 0.13 Base Asfltica Grad. Gruesa 6,000 N 0.33 Base Asfltica Grad. Abierta 0.28 Grava emulsin 0.30 C. Asfltico, capa Intermedia 8,000 N 0.41 C. Asfltico de Superficie 9,000 N 0.43 Mezclas drenantes 0.32 Microaglomerado discontinuo caliente

0.40

Mezcla SMA (Stone Mastic Asphalt) 0.43 e) Desviacin Normal: (So) La Desviacin Normal del error, combina la estimacin del trfico y el modelo de deterioro.

Rango de uso: 0.40 - 0.50

El valor adoptado corresponde a: So = 0.47

f) Mdulo Resiliente Efectivo: (MR)

El Mdulo Resiliente Efectivo del suelo de subrasante, se puede calcular a partir del CBR, mediante las expresiones.

MR = 17.6 x CBR

0.64 MP a ] 2% < CBR < 12%

MR = 22.1 x CBR

0.55 MP a ] 12% CBR < 80%

Para el CBR de 50% que seala el Estudio de mecnica de suelos sealado en la tabla 1, el

valor del Mdulo Resiliente adoptado es

MR = 190 MPa]

g) ndice de Serviciabilidad: (pi, pf)

La prdida de serviciabilidad (p) representa la baja de serviciabilidad en un perodo de diseo dado. Para 20 aos de vida del pavimento, se estima un ndice final de 2.0, luego:

p = pi pf = 4.2 - 2.0 = 2.2

h) Factor de Seguridad: (FS)

El Factor de Seguridad depende del trfico solicitante y del tipo de va, se obtiene de la expresin:

FS = 10( ZR * So )

4.- Resultados.

Lo resultados obtenido para el diseo contemplando el trnsito de diseo obtenido de los volmenes del Plan nacional de Censos de la Direccin de Vialidad, se entregan en la tabla N 9.

TABLA N 9 RESULTADOS

RESULTADOS

EE EN PISTA DISENO: 25.650.400

FACTOR PISTA DISEO : 1,00

NIVEL DE CONFIANZA (%) : 75

ERROR STD COMBINADO (So): 0,460

DISTRIBUCIN NORMAL ESTANDAR (Z) = 0,675

FACTOR DE CONFIABILIDAD : 2,043

IND.SERV. INICIAL : 4,2

IND.SERV. FINAL : 2,0

MODULO RESIL SUBRASANTE (MPa) : 190,0

TMAPA [C] : 18,2

ESPESORES DE LAS CAPAS

ESPESOR COEFICIENTE N.ESTRUCTURAL CAPAS

LIGADAS (mm) ESTRUC DRENAJE PARCIAL

Capa superficial 70 0,43 = 30,10

Capa intermedia 0 0,41 = 0,00

CAPAS NO LIGADAS 0 0,00 A NIVEL DE BASE : 30

Subbase 150 0,12 1,40 = 25,20

Base 150 0,12 1,40 = 25,20

TOTAL : 81

EJES EQUIVALENTES RESISTENTES = 57.014.906 > EE DIS

5.- Configuracin de capas estructurales.

En la Tabla N 10 se presenta el diseo propuesto para el acceso en pavimento flexible, dado que esta configuracin cumple con el trnsito solicitante mnimo requerido por norma.

TABLA N 10

CONFIGURACION CAPAS ESTRUCTURALES PAVIMENTOS FLEXIBLES

Espesor ( cm )

Va C. Asfaltico de

Superficie.

C. Asfltico. Capa

intermedia

Base C.B.R. 60 %

Sub Base C.B.R. 50 %

% C.B.R. Diseo

Acceso 7 0 15 15 50

JUAN CARLOS MOYANO ROZAS INGENIERO CIVIL - UTFSM

Iquique, Febrero 2015