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GENERALIDADES

El Presente trabajo est conformado por el diseo de pavimentos y el clculo

de sus costos de fabricacin.

Se utilizaran distintos mtodos para disear pavimentos flexibles o rgidos paratrnsito pesado, los mtodos son los siguientes:

Trnsito Pesado: - Tipo flexible con el mtodo: - AASHTO- MORIN-TODOR.

- Tipo rgido con el mtodo: - ASSHTO

- PCA

Datos del diseo:

Longitud 150 Km

Ancho til 7m sin berma

Camino bidireccional

Ubicacin : octava regin

n = 20 aos

CBR suelo fundacin 4,5%

CBR sub rasante 12%

FR = 1,7 %

Buses: TMDA = 50 , tasa de crecimiento = 3,5%

Camiones 2 ejes: TMDA = 120, tasa de crecimiento = 0%

Camiones de + 2 ejes: TMDA = 200, tasa de crecimiento = 5%

Materiales:

Sub base granular (arena): CBR = 30% ; valor $5000/m3

Base granular de segunda: CBR = 50% ; valor $10000/m3 Base granular: CBR = 100% ; valor $14000/m3

Base qumica: CBR > 100%, Resist. Comp.= 25 kg/cm2 ; valor $12000/m3

Mezcla asfltica en caliente: Est. Marshall = 12000 newton; factor estruc. =0,42; valor $100000/m3

Doble capa asfltica Proteccin (Morin-Todor): DTS, Valor $ 4500/m2 ( paraEE= 1200000)

Hormign: Resistencia Flexo traccin = 45 kg/cm2; Valor $85000/m3

Preparacin subrasante: Valor $ 500/m2

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Diseo Pavimentos Flexibles

1.- Diseo Pavimento Flexible Mediante Mtodo AASHTO

Determinacin de los factores de proyeccin

tj = TMDA2010 x (1 + ij)N

2

Donde:

TMDA: Valor promedio aritmtico de los volmenes diarios de flujo

vehicular para todos los das del ao.N: diferencia de aos entre ao de puesta en servicio y ao de medicintj: TMDA real de cada vehculo del tipo j en el primer ao.ij: tanto por uno de crecimiento anual del vehculo tipo j.

Tj = ((1 + ij)n - 1) * 365 * tj cuando ij 0ij 1000

Tj = n * tj * 365 cuando ij = 01000

Donde:n : vida til de diseo en aos.Tj: factores de proyeccin.

Tabla de Factores de proyeccin

VEHICULOS AO TMDA2010 TMDAfuturo ij% tj Tj

Buses 2010 50 55,44 3,5 27,72 286,13

Camiones de 2 ejes 2010 120 120 0 60 438

Camiones de ms de 2 ejes 2010 200 231,54 5 115,77 1397,24

Clculo de Ejes Equivalentes Totales

Para el clculo de los Ejes Equivalentes totales se utilizan los valores de la tabla deestratigrafa de pesos por ejes del manual de carreteras (6.603.303-E para trfico

pesado). As, se obtienen las sumatorias para buses, camiones de 2 ejes y camiones dems de dos ejes, por cada 1000 vehculos. Cada uno de estos valores debe ser el

producto con el Factor de Proyeccin (Tj), que corresponda al tipo de vehculo. Deesta manera, se obtiene los Ejes Equivalentes totales que pasaran durante la vida tildel camino.

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Es necesario hacer la distincin del tipo de pavimento con el que se est trabajando,ya que los valores son distintos dependiendo si se trata de Pavimentos Flexibles

(Pavimentos de Asfalto) o Pavimentos Rgidos (Pavimentos de Hormign).

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EJES SIMPLES

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< ii faSNc *

Donde,ai : factor estructural o de ponderacin.

fi: espesor de la capa considerada en cm.

Coef. Estruc. Esp. (cm) SNc (cm)

Sub-Base Granular CBR 50% 0,08 76 6,08

Base Granular CBR 100% 0,14 35 4,9

Carpeta Asfltica 0,42 4 1,68

Total 12,66 > 12,60

Estudio de costo del diseo

2.- Diseo Pavimentos Flexibles Mediante Mtodo Morin-Todor

Para est mtodo utilizaremos antecedentes de los clculos anteriores, losdel mtodo AASHTO.

EEtotales= 12.167.111,64

Coeficiente de Variacin: 25%

Calculando el ndice estructural para el diseo nos dar:

IE = (0,04 * CV + 1,6) e 0.455*log (EEt)

IE = (0,04 * 25 + 1,6)*e0, 455*log (12167111,64)

IE = 65,32

Calculando la cantidad de aplicaciones para el tratamiento asfltico (DTS)

EEtotales = 12167111,64 = 10,13 10 aplicaciones trfico pesado para 20 aos vidaEEmx 1200000 pavimento.

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Ancho

mEspesor

mLargo

mVolumen

m3 $/m3 Costo x150 Km

Sub-Base Granular CBR 30% 7 0,95 150000 997500 5.000 4.987.500.000

Base Granular CBR 100% 7 0,25 150000 262500 14.000 3.675.000.000

Carpeta Asfltica 7 0,04 150000 42000 100.000 4.200.000.000

Total $ 12.862.500.000

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Estudio de diseo coeficientes estructurales

Materiales tipo CBR % coef. Estruc. Espesor (cm)

C.E x

Espesor

Sub-rasante 12 0,27 40 10,8

SubBase Granular 30 0,205 15 3,08

SubBase Granular 50 0,576 10 5,76

Base Granular 100 1,88 25 47

66,64 > 65,32

Estudio de costo del diseo

Diseo Pavimentos Rgidos

1.- Diseo Pavimento Rgido Mediante Mtodo AASHTO

Ya que la vida til del camino ser la misma que en el diseo de pavimentos flexiblesutilizaremos algunos datos calculados anteriormente.

Determinacin de los factores de proyeccin

tj = TMDA2010 x (1 + ij)N

2

Donde:

TMDA: Valor promedio aritmtico de los volmenes diarios de flujovehicular para todos los das del ao.

N: diferencia de aos entre ao de puesta en servicio y ao de medicintj: TMDA real de cada vehculo del tipo j en el primer ao.

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Ancho

m

Espesor

m

Largo

m

Volumen

m3 $/m3 Costo x150 Km

Sub-Rasante CBR 12% 7 0,40 150000 420000 500 $/m2 525.000.000

SubBase Granular CBR 30% 7 0,15 150000 157500 5000 787.500.000

SubBase Granular CBR 50% 7 0,10 150000 105000 10000 1.050.000.000

Base Granular CBR 100% 7 0,25 150000 262500 14000 3.675.000.000

Mezcla Asfltica - 7 0,04 150000 42000 100000 4.200.000.000

Total $ 10.237.500.000

Ancho largo m2 $m2 subtotal

7 150000 1050000 4500 4.725.000.000Total $14.962.500.000

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ij: tanto por uno de crecimiento anual del vehculo tipo j.

Tj = ((1 + ij)n - 1) * 365 * tj cuando ij 0ij 1000

Tj = n * tj * 365 cuando ij = 01000

Donde:n : vida til de diseo en aos.Tj: factores de proyeccin.

Tabla de Factores de proyeccin

VEHICULOS AO TMDA2010 TMDAfuturo ij% tj Tj

Buses 2010 50 55,44 3,5 27,72 286,13

Camiones de 2 ejes 2010 120 120 0 60 438

Camiones de ms de 2 ejes 2010 200 231,54 5 115,77 1397,24

Clculo de Ejes Equivalentes Totales

Para el clculo de los Ejes Equivalentes totales se utilizan los valores de la tabla deestratigrafa de pesos por ejes del manual de carreteras (6.603.303-E para trfico

pesado). As, se obtienen las sumatorias para buses, camiones de 2 ejes y camiones de

ms de dos ejes, por cada 1000 vehculos. Cada uno de estos valores debe ser elproducto con el Factor de Proyeccin (Tj), que corresponda al tipo de vehculo. Deesta manera, se obtiene los Ejes Equivalentes totales que pasaran durante la vida tildel camino.Es necesario hacer la distincin del tipo de pavimento con el que se esttrabajando, ya que los valores son distintos dependiendo si se trata de PavimentosFlexibles (Pavimentos de Asfalto) o Pavimentos Rgidos (Pavimentos de Hormign).

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VEHICULOS tj Tj EE Tj*EE

Buses 27,72 286,13 790,96 226317,38

Camiones de 2 ejes 60 438 4208,15 1843169,7Camiones de ms de 2 ejes 115,77 1397,24 8076,85 11285297,89

EE Totales 13.354.784,97

Calculamos ahora los Ejes Equivalentes diarios para la vida del camino:

9

Rangoston

Factor deEquivalencia Buses Camiones de 2 ejes Camiones de mas de 2

ejes

Hormign Estratigrafa1000 buses

Ejesequivalente

Estratigrafa1000

camiones

Ejesequivalente

Estratigrafa1000

camiones

Ejesequivalente

Hormign Hormign Hormign

EJES SIMPLES

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EEdiario = EEtotalesn*365

Donde,n: Aos de vida til.

EEdiarios = 13354784,97 = 1829,4220*365

Tensin de trabajo del hormign

Resistencia a la flexotraccion = 45 Kgf/cm2

Tensin de trabajo = 45 x 0.75 = 33,75 Kgf/cm2

Obtencin del mdulo de Reaccin K

Sub-rasante: El primer mdulo de reaccin, lo obtenemos de la tabla 3.603.502-D,ocupando los siguientes datos:

%CBR = 12% K0 = 5,7kg/cm

2

Sub-base:Se estima el espesor de la sub-base 20 cm. de espesor de base granular, y

vamos a la tabla 3.603.502-B, y calculamos el siguiente mdulo de reaccin:

e = 20 cm. KCsub-base = 6,5kg/cm

2

K0 = 5,7

Base:Nos damos 10 cm. de espesor de base tratada con cemento, y vamos a la

tabla 3.603.502-C, y calculamos el siguiente mdulo de reaccin:

e = 10 cm. K Cbase = 7kg/cm

2

KCsub-base = 6,5

Losa de hormign:

A continuacin calculamos el espesor de la losa de hormign que vamosa colocar, en base a todos los estratos de material que colocamos anteriormente. ComoPf= 2.0, ocupamos la tabla 3.603.503-A:

EED = 1829,42

= 33,75 H = 25 cm

Ancho

m

Espesor

m Largo m

Volumen

m3 $/m3 Costo x Km

Sub-Base

Granular CBR 30% 7 0,20 150000 210000 5000 1050000000Base Granular CBR100% 7 0,10 150000 105000 14000 1470000000

10

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Carpeta

Hormign 7 0,25 150000 262500 85000 22312500000

Total $24.832.500.000

2.- Diseo Pavimento Rgido Mediante Mtodo PCA

Valores calculados ejercicio anterior para diseo pavimento rgido mtodo AASHTOTensin de trabajo del hormign= 45 Kgf/cm2

Kc= 6,5 kgf/cm2. El Factor de seguridad se obtiene, dependiendo de la importancia delcamino. Para este caso, camino colector. Fs = 1,1

Clculo de solicitaciones esperadas (Ta)

1 Estratigrafa cada 1000 vehculos; se obtuvo de tabla 3.603.303-E para trnsitopesado2 T se obtiene de la tabla factores de proyeccin (Tj)3 Ta = Tj x ejes por 1000 vehculos

BusesCamiones2 ejes

camiones +2ejes

T = 286,13 T = 438 T = 1397,24

rangos Tejes por1000 buses Ta

ejes por1000 buses Ta

ejes por1000 buses Ta Ta totales

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.20-21 26 36328,24 36328,24

.21-22 25 34931 34931,00

.22-23 27 37725,48 37725,48

.23-24 16 22355,84 22355,84

.24-25 5 6986,2 6986,20

.25-26 7 9780,68 9780,68

.26-27 11 15369,64 15369,64

Mediante esta informacin calculamos, a travs de grficos, valores de tensin delhormign y razn de fatiga como se muestra en el siguiente esquema.

3.603.504 - A

* 100

Las solicitaciones permisibles se obtienen de la tabla Razn d

Tensin de trabajo del Hormign

Resistencia a la Flexo-traccin

La tensin del hormign para ejes simples se obtiene segn grfico

La tensin del hormign para ejes tandem se obtiene segn grfico

Donde,

Razn de Fatiga =

Consumo de Fatiga = Solicitacin Esperada

Para un espesor de 18 cm de losa y un Kc = 6,5 kgf/cm 3 obtenemos los siguientesvalores de lo descrito anteriormente.

RangoLimite

sup.Factor

Seguridad

Lim. Supx

Fac. Seg

Tension delhormigon(3,603,504

B y C)

RazonFatigas

Tens.H/50,6

SolicitudPermisible

SolicitudEsperada

Consumode Fatiga

Ejes Simples

< 5 5 1,1 5,5 0,00 0 0,00

5 - 6 6 1,1 6,6 0,00 0 0,00

6 - 7 7 1,1 7,7 0,00 0 0,00

7 - 8 8 1,1 8,8 0,00 0 0,00

8 - 9 9 1,1 9,9 0 0,00 0 0,00

9 - 10 10 1,1 11 19 0,38 0 0,00

10 - 11 11 1,1 12,1 0 0,00 0 0,00

11 - 12 12 1,1 13,2 23,8 0,47 0 0,00 0,00

12 - 13 13 1,1 14,3 0 0,00 0 0,00 0,00

13 - 14 14 1,1 15,4 25,5 0,50 0 0,00 0,00

14 - 15 15 1,1 16,5 27 0,53 240000 59332,16 24,72

15 - 16 16 1,1 17,6 28,3 0,56 100000 18518,88 18,52

16 - 17 17 1,1 18,7 29,5 0,58 57000 12408,68 21,77

17 - 18 18 1,1 19,8 31 0,61 24000 1397,24 5,82

18 - 19 19 1,1 20,9 0 0,00 0 0,00 0,00

Ejes Tandem

< 11 11 1,1 12,1 0 0,00 0 0 0,00

11 - 12 12 1,1 13,2 0 0,00 0 0 0,0012 - 13 13 1,1 14,3 0 0,00 0 0 0,00

12

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12/12

13 - 14 14 1,1 15,4 0 0,00 0 0 0,00

14 - 15 15 1,1 16,5 0 0,00 0 0 0,00

15 - 16 16 1,1 17,6 0 0,00 0 0 0,00

16 - 17 17 1,1 18,7 0 0,00 0 0 0,00

17 - 18 18 1,1 19,8 19 0,38 0 0 0,00

18 - 19 19 1,1 20,9 0,00 0 0 0,00

19 - 20 20 1,1 22 0 0,00 0 0 0,00

20 - 21 21 1,1 23,1 0 0,00 0 0 0,00

21 - 22 22 1,1 24,2 23,9 0,47 0 0 0,00

22 - 23 23 1,1 25,3 25,8 0,51 400000 37725,48 9,43

23 - 24 24 1,1 26,4 27 0,53 240000 22355,84 9,31

24 - 25 25 1,1 27,5 0,00 0 0 0,00

25 - 26 26 1,1 28,6 0 0,00 0 0 0,00

26 - 27 27 1,1 29,7 0 0,00 0 0 0,00

89,58

Como el valor de esfuerzo de fatiga es menor a 100%, entonces su valor es suficiente

para el mtodo de PCA para trfico pesado. Por tanto, el espesor de la losa correspondepara su diseo.

Capa material Esp (cm) ancho (m) largo (m) m3/Km $/m3 $/km

Base Gr. CBR100% 20 7 150000 210000 14000 2.940.000.000

carpeta Hormign 18 7 150000 189000 85000 16.065.000.000

Total $ 18.065.000.000

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