PROYECTO DE PAVIMENTACIÓN: PAVIMENTO FLEXIBLE, PAVIMENTO RÍGIDO Y ARTICULADO I.
RESÚMEN El presente informe corresponde el diseño de un proyecto de Pavimentación de la Av. María Octavila Sánchez Novoa usando los métodos aprendidos en el curso de PAVIMENTOS en la carrera de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Cajamarca. El trabajo comprende el diseño de Pavimento Flexible, Pavimento Rígido y Pavimento Articulado en base a métodos de diseño como AASHTO, PCA y método Argentino.
II. INTRODUCCIÓN Un proyecto de Pavimentación depende de factores pertenecientes al lugar de ejecución y que han de ser estudiados para realizar el correcto diseño del pavimento, entre otros los factores más importantes son: terreno de fundación, tráfico, clima, materiales disponibles, etc. El diseño dará como resultado los espesores de las capas que conformarán el pavimento los cuales deben cumplir con sus funciones resistentes durante todo el periodo de diseño. Para diseñar la vía, previamente se reconoció la zona del proyecto y se analizó las múltiples formas para el trazo de la vía, influenciada por diversos factores; luego se realizó el levantamiento topográfico, la nivelación, el estudio de tráfico y de suelos tanto de la subrasante como de las canteras a emplear.
III. OBJETIVOS a. OBJETIVO GENERAL. Diseñar los pavimentos, aplicando y profundizando los conceptos adquiridos en el curso de Pavimentos adecuadas a las necesidades de la vía en estudio.
b. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Aprender en detalle el diseño de una obra vial urbana. Realizar trabajos topográficos, entre los cuales se destaca la nivelación y replanteo planimétrico del terreno. Sintetizar los detalles técnicos de ensayos densidad, relación densidadhumedad, CBR, etc. Realizar el estudio de tráfico Realizar el diseño de Pavimento flexible (Método ASSHTO), rígido (Método PCA) y articulado (Método ASSHTO), así como de juntas.
IV. DESCRIPCIÓN GENERAL a. UBICACIÓN El proyecto consiste en el diseño del pavimento en el tramo recto de la Av. María Octavila Sánchez Novoa que comienza desde la intersección de la Av. Zoilo León Ordonñez y se extiende 148.65 m. dentro de la Universidad Nacional de Cajamarca. En la imagen satelital se puede ubicar la ubicación de la vía. CH A SÁN TAVILL RÍA OC AV. MA VOA EZ NO
En sus límites está:
Por el Norte: Av. Zoilo León Ordoñez, Av. Atahualpa. Por el Sur: Paradero UNC. Por el Este: Playa de estacionamiento, Posgrado, Escuela de Enfermería, Escuela de Ciencias Físicas y Químicas. Por el Oeste: Parque.
b. Descripción de campo i. Topografía La topografía del lugar pertenece a un valle llano de clasificación orográfica Tipo 1. ii. Clima El clima es templado con medias de 21°C y mínimas de 11°C. Precipitaciones de 80 mm Humedad de 60%
V. MARCO TEÓRICO a. PAVIMENTO Un pavimento está constituido por capas superpuestas, que se diseñan y constituyen técnicamente con materiales apropiados y adecuadamente compactados. Estas estructuras estratificadas se apoyan sobre la sub-rasante de una vía obtenida por el movimiento de tierras del proceso de exploración y que han de resistir adecuadamente los esfuerzos que las cargas repetidas del tránsito le transmiten durante el periodo para el cual fue diseñada la estructura del pavimento. Un pavimento debe cumplir adecuadamente sus funciones deben reunir los siguientes parámetros:
Ser resistente a la acción de las cargas impuestas por el tránsito. Ser resistente a los agentes de intemperismo. Presentar una textura superficial adaptada a las velocidades previstas de circulación de los vehículos, por cuanto ella tiene una decisiva influencia en la seguridad vial. Ser resistente al desgaste producido por el efecto abrasivo de las llantas de los vehículos.
b. CLASIFICACION DE LOS PAVIMENTOS Pavimentos flexibles: Este tipo de pavimentos están formados por una carpeta bituminosa apoyada generalmente sobre dos capas no rígidas, la base y la sub-base. No obstante puede prescindirse de cualquiera de estas dependencias de las necesidades particulares de cada obra. Estructura típica de un pavimento asfaltico (flexible): Funciones de las capas de un pavimento flexible A. Sub-base granular Impide la penetración de los materiales que constituyen la base con los de la sub-rasante. Actúa como filtro de la base impidiendo que los finos de la sub-rasante la contaminen menoscabando su calidad. Disminución de la deformación: algunos cambios volumétricos de la capa sub-rasante, generalmente asociados a cambios en su contenido de agua (expansiones). Soportar los esfuerzos transmitidos por las cargas de los vehículos. B. Base granular Resistencia: la función fundamental de la base granular de un pavimento consiste en proporcionar un elemento resistente que transmita a la subbase y a la subrasante los esfuerzos producidos por el tránsito en una intensidad apropiada.
C. Carpeta Asfáltica Superficie de rodadura: la carpeta debe proporcionar una superficie uniforme y estable al tránsito. Resistencia: su resistencia a la tensión complementa la capacidad estructural del pavimento. Impermeabilidad: hasta donde sea posible, debe impedir el paso del agua al interior del pavimento. Pavimento rígido: Son aquellos que fundamentalmente están constituidos por una losa de concreto hidráulico, apoyada sobre la sub-rasante o sobre una capa, de material seleccionado, la cual se denomina sub-base del pavimento rígido. Debido a la alta rigidez del concreto hidráulico así como de su elevado coeficiente de elasticidad, la distribución de los esfuerzos se produce en una zona muy amplia. Además como el concreto es capaz de resistir, en ciertos grados, esfuerzos a la tensión, el comportamiento de un pavimento rígido es suficientemente satisfactorio aun cuando existan zonas débiles en la subrasante. La capacidad estructural de un pavimento rígido depende de la resistencia de las losas y por lo tanto, el apoyo de las capas subyacentes ejerce poca influencia en el diseño del espesor del pavimento. Estructura de un pavimento rígido Funciones de las capas de un pavimento rígido: A. Sub-base La función más importante es impedir la acción del bombeo en las juntas, grietas y extremos del pavimento. Servir como capa de transición y suministrar un apoyo uniforme, estable y permanente del pavimento. Ayudar a controlar los cambios volumétricos de la subrasante y disminuir al mínimo la acción superficial de tales cambios volumétricos sobre el pavimento. B. Losa de concreto Las funciones de la losa en el pavimento rígido son las mismas de la carpeta en el flexible, más la función estructural de soportar y transmitir en nivel adecuado los esfuerzos que le apliquen.
VI. ESTUDIOS DE SUELOS Se hará referencia aquí a los ensayos de suelos que se realizaron en cada uno de los materiales que se utilizarán en la obra. Resultados del Ensayo Proctor Modificado para Sub-rasante Muestra Nº 1 – PROGRESIVA km 0 + 00
Muestra Nº 2 – km 0 + 02
Se muestra un cuadro resumen de los resultados del estudio de CBR en cada progresiva: PROGRESIVA (km) 0 0 0 0 0 0 0 0
+ + + + + + + +
00 02 04 06 08 10 12 14
TIPO DE SUELO SUC AASHTO S CL A-7-5 CL A-7-5 CL A-7-6 CL A-6 CL A-6 CL A-6 CL A-6 CL A-6
CBR (%) 95% de 100% de MDS MDS 4.5 6.4 4.3 6.6 2.3 4.1 5.3 8.0 5.8 9.1 5.2 7.7 7.4 9.4 9.7 11.7
Con la finalidad de establecer los volúmenes necesarios de materiales adecuados que satisfagan las demadas de construcción del proyecto en mención, en la calidad y cantidad requerida, se ha efectuado una investigación de los diversos tipos de materiales existentes en Cajamarca. En esta forma se seleccionó inicialmente las posibles Canteras sobre la base de poseer características geotécnicas adecuadas respecto al uso requerido. SUB-BASE GRANULAR Cantera “Tayapampa” Esta cantera está ubicada en la carretera Chongoyape – Cochabamba – Cajamarca, tramo: Cochabamba – Chota, en el kilómetro 121 + 840 al lado derecho. Cuenta con un acceso de 30.0m, conformada por depósitos de material grueso y fino que tienen formas angulares a sub angulares, constituidas por gravas pobremente graduadas, mezcla de grava, limo y arena
de color marrón y textura lisa. Para poder cumplir con todas las exigencias de la Especificaciones Técnicas se requiere realizar previamente el proceso de zarandeado, para la fabricación de rellenos y sub-bases. Características de la Cantera Denominación
Cantera Tayapampa
Ubicación
Km. 121+840 lado derecho de la Carretera Cochabamba – Chota
Acceso
30 m.
Requerimiento de los Accesos
No necesita
Área
13 483 m2
Volumen de material
90 728.15 m3
Fuente de material
Cantera de Cerro de origen coluvial.
Características del material Límite Líquido (Malla N° 40)
25.5%
Límite Plástico (Malla N° 40)
NP
Índice Plástico (Mallas N° 40)
NP
Densidad máxima seca
2.143 g/cm2
Contenido Óptimo del Agua Natural
9.8%
Desgaste (Abrasión)
28.2%
CBR
59.5% al 95% y 73.3% al 100% de la MDS
Humedad Natural
9.3%
Impurezas orgánicas
Ok
Límite Líquido (Malla N° 200)
37.4%
Límite Plástico (Malla N° 200)
30.4%
Índice Plástico (Malla N° 200)
7.0%
% Pasa malla N° 200
8.0%
BASE GRANULAR
Cantera “Molino”
Esta cantera está ubicada en la carretera Chongoyape – Cochabamba – Cajamarca, Tramo Cochabamba – Chota, en el kilómetro 122 + 360 al lado izquierdo. Cuenta con un acceso de 370.0 m, conformada por depósitos de
material grueso y fino que tienen formas redondeadas a sub redondeadas y corresponde a depósitos fluviales que se distribuyen en el cauce del río Chotano constituidas por mezcla de gravas pobremente graduadas con lima y arena de textura semi-lisa y de color gris. Para poder cumplir con todas las exigencias de las Especificaciones Técnicas se requiere realizar previamente el proceso de zarandeado, para la fabricación de Rellenos, Sub-base, y para la fabricación de Base Granular, Mezcla Asfáltica en Caliente y Concreto de Cemento Portland se tienen que utilizar una chancadora secundaria. Características de la Cantera Denominación
Cantera El Molino
Ubicación
Km. 122+360 lado izquierdo de la Carretera Cochabamba – Chota
Acceso
370 m.
Requerimiento de los Accesos
Es necesario realizar un mantenimiento de la plataforma actual
Área
54 161 m2
Volumen de material
110 527.6 m3
Fuente de material
Depósitos fluviales.
Características del material Límite Líquido (Malla N° 40)
16.8%
Límite Plástico (Malla N° 40)
NP
Índice Plástico (Mallas N° 40)
NP
Densidad máxima seca Natural
2.253 g/cm2
Contenido Óptimo del Agua Natural
6.3%
Densidad máxima seca Chancado
2.270 g/cm2
Contenido Óptimo del Agua Natural Chancado
6.1%
Desgaste (Abrasión) Natural
19.0%
Desgaste (Abrasión) Chancado
23.3%
CBR Natural
72.5% al 95% y 85.8% al 100% de la MDS
CBR Chancado
77.2% al 95% y 107.5% al 100% de la MDS
Humedad Natural
7.1%
Impurezas orgánicas
Ok
Límite Líquido (Malla N° 200)
25.0%
Límite Plástico (Malla N° 200)
NP
Índice Plástico (Malla N° 200)
NP
% Pasa malla N° 200
4.5%
VII.
ESTUDIO DE TRÁFICO
VIII.
DISEÑO DE PAVIMENTOS a. DETERMINACIÓN DEL NUMÉRO DE EALS EN EL CARRIL DE DISEÑO
Tomaremos el IMDS (TOTAL) más crítico de 5381.250 veh/día (aprox. 5383 veh/día tomando valores enteros por tipo de vehículo). Como datos adicionales consideramos: -
Periodo de Diseño: 25 años Tasa de Crecimiento: 3.0% Número de Carriles: 4 Direcciones: 2
Constitución del Tráfico: -
AC: 2860 AP: 1441 B – minibús: 353 B2: 54 B3-1: 19 B4-1: 3 C2: 450 C3: 125 C4: 3 T2S1: 2 T2S2: 4 T2S3: 2 T3S1: 2 T3S2: 2 T3S3: 54 T3S4: 1 C2R2: 1 C3R3: 2 Maquinaria Pesada: 5
Determinación de #EALS en carril de diseño:
VEHÍCU LO TIPO
TREN CARGAS
Veh / día
Veh/ año
FACTOR DIRECCI ÓN
FACTOR DISTRIBUCI ÓN
FACTOR CRECIMIE NTO
AC 1Tn 1Tn 2 200 lb 2 200 lb
AP 1Tn 1Tn 2 200 lb 2 200 lb B– Minibús (19+ psj.)
7Tn 15 400 lb
0.45
0.9
36.46
144 1
525965
0.45
0.9
36.46
353
128845
0.45
0.9
36.46
54
19710
0.45
0.9
36.46
19
6935
0.45
0.9
36.46
3
1095
0.45
0.9
36.46
450
164250
0.45
0.9
36.46
125
45625
0.45
0.9
36.46
3
1095
0.45
0.9
36.46
2
730
0.45
0.9
36.46
11Tn 24 200 lb
B3-1 7Tn 15 400 lb
16Tn 35 200 lb
B4-1 7+7Tn 15 400x2 lb
16Tn 35 200 lb
C2 7Tn 15 400 lb
11Tn 24 200 lb
C3 7Tn 15 400 lb
T2S1
104390 0
1.85Tn 3.5Tn 4 070 lb 7 700 lb
B2
C4
286 0
7Tn 15 400 lb 000 lb
18Tn 39 600 lb
18+5Tn 39 600+11
7Tn
11Tn
11Tn 15 400 lb 200 lb
T2S2
24 200 lb
7Tn
24
11Tn
4
1460
0.45
0.9
36.46
2
730
0.45
0.9
36.46
2
730
0.45
0.9
36.46
2
730
0.45
0.9
36.46
54
19710
0.45
0.9
36.46
1
365
0.45
0.9
36.46
18Tn 15 400 lb 600 lb
24 200 lb
7Tn T2S3
39
11Tn
25Tn 15 400 lb 55 000 lb
T3S1
24 200 lb
7Tn
18Tn
11Tn 15 400 lb 24 200 lb
T3S2
39 600 lb
7Tn
18Tn
18Tn 15 400 lb 39 600 lb
T3S3
39 600 lb
7Tn
18Tn
25Tn 15 400 lb 55 000 lb
39 600 lb
T3S4
7Tn 25 + 5Tn 15 400 lb
18Tn 39 600 lb
55
000 +11 000lb
C2R2
C3R3
Maquin aria Pesada
7Tn 11Tn 11Tn 11Tn 15 400 lb 24 200 lb 24 200 lb 24 200 lb
7Tn 18Tn 11Tn 18Tn 15 400 lb 39 600 lb 24 200 lb 39 600 lb
3.5Tn 7 700 lb
1
365
0.45
0.9
36.46
2
730
0.45
0.9
36.46
5
1825
0.45
0.9
36.46
3.5Tn 7 700 lb 538 3
Por lo tanto se concluye que el #EALS en el carril de diseño es: 13 843 712.
b. CBR DE DISEÑO Para determinar nuestro CBR de diseño utilizaremos el Criterio del Instituto del Asfalto. N° EALS EN EL CARRIL DE DISEÑO < 104 104 - 106 > 106
VALOR PERCENTIL (%) 60 75 87.5
N° VALORES >= 8 7 6 5 4 3 2 1
VALOR CBR 4.1 6.4 6.6 7.7 8.0 9.1 9.4 11.7
% VALORES >= 100 87.5 75 62.5 50 37.5 25 12.5
CBR DISEÑO 120
100
100
87.5 75
80 % PERCENTIL
62.5 50
60
37.5 25
40
12.5
20 0
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
VALOR CBR
Como #EALS > 106 entonces elegimos percentil 87.5, dándonos así un CBR de diseño de 6.4%. c. PAVIMENTO FLEXIBLE
