MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE SAN FRANCISCO DE ASIS DE YARUSYACAN “CREACION DE PISTAS Y VEREDAS DE LA LOCALIDAD DE CHAUYAR, PROVINCIA DE CERRO DE PASCO, DEPARTAMENTO DE PASCO”
CAPITULO II DISEÑO DE PAVIMENTO 2.1
SUB RASANTE La subrasante es el terreno natural, gradado y compactado, sobre la cual se colocaran las capas del pavimento. Para lograr la subrasante con condiciones razonablemente uniformes, se buscaran correcciones efectivas y económicas, mediante la selección de una granulometría adecuada, acarreo de material material de préstamo o mezclando mezclando el suelo de transicion transiciones es bruscas, bruscas, controlando controlando el grado de humedad y densidad; debiéndose controlar también la expansión del suelo. El conocimiento del potencial de los suelos de cambiar el volumen y el efecto que pueda tener sobre el comportamiento de los pavimentos, puede ser obtenido de ensayos sencillos, como el propuesto en la siguiente Tabla Nº 2.01, que proporciona el e l grado de expansión para suelos que pasan de estar secos a saturados. DATOS DE LOS ENSAYOS Expansión probable Grado de Contenido de Índice de Limite de Coloides (0.001 mm) Plasticidad Contracción estimada Expansión (%) ASTM D 422 ASTM D 4318 ASTM D 427 < 28 > 35 < 11 > 30 Muy Alto 20 – 31 25 – 35 7 – 12 20 – 30 Alto 13 – 23 15 – 25 10 – 16 10 – 20 Medio < 15 < 15 > 15 < 10 Bajo TABLA Nº 2.01
RELACION ENTRE LOS INDICES DEL DEL SUELO Y LOS PROBABLES PROBABLES CAMBIOS CAMBIOS DE VOLUMEN
Existen también ciertos ensayos de expansión tales como el ASTM D-1883, ASTM D-4546, ASTM D-4829, etc. Pero generalmente los suelos suficientemente expansivos que pueden generar distorsiones en los pavimentos de concreto son los clasificados como A-6 y A-7 según la clasificación ASSHTO o los clasificados como CH, MH y OH según la clasificación SUCS. En este proyecto, la subrasante subrasante será conformada a un nivel nivel promedio de -0.40m de la rasante actual del pavimento, por exigencia de viabilidad y concordancia con las viviendas laterales. A este nivel se tendrá un suelo predominantemente del tipo: GC (grava arcillosa), de acuerdo al estudio de Mecánica de de Suelo. Además posee un índice de plasticidad plasticidad máximo de 31.47% por lo que posee un grado grado de expansión muy alto.
A consecuencia que el suelo donde donde se proyectara el pavimento tiene un grado de expansión muy alto, entonces para controlar o eliminar la expansión que posee, la conformación se realiza realizara ra con material material prest prestado ado procedié procediéndo ndose se tambié tambiénn a un proces procesoo de compac compactaci tación ón adecuado. Por otra parte para efectos de diseño estructural del pavimento rígido a utilizar, la calidad de la sub rasante será evaluada en términos del modulo de reacción de la subrasante “k” de Westergard. De acuerdo al estudio de Mecánica de Suelos (ver ensayo de CBR), se tiene que para este proyecto el valor de “k” (Modulo de Reacción de la sub sub rasante) es de 110 Mpa/m, Mpa/m, el cual es equivalente a 407 pci. 1
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2.2
BASE La función principal de la base es prevenir el bombeo de los finos del suelo, la base se hace obligatoria porque la combinación de suelos, agua y tráfico pueden generar el fenómeno del pumping o bombeo. Del mismo modo se puede mencionar que no se justifica desde el punto de vista económico, recomendar una capa gruesa con la intención de incrementar la capacidad estructural del pavimento, pues prácticamente toda ella recae sobre la losa de concreto. Además de la función principal de prevenir el bombeo, la base mejora el módulo de reacción de la subrasante K, sirve como capa de drenaje y da una plataforma de trabajo mas estable durante la construcción del pavimento. Al usar una base sobre la subrasante, se mejora el valor de K de la subrasante de acuerdo a la siguiente Tabla Nº 2.02.
Valor k de la subrasante (pci) 50 100 200 300 TABLA Nº 2.02
K de la subrasante con subbase de espesor (PCI) 4 pulg 65 130 220 320
6 pulg 75 140 230 330
9 pulg 85 160 270 370
12 pulg 110 190 320 430
EFECTO DE LA SUBBASE NO TRATADA SOBRE EL VALOR DE k (PCA 1986)
La especificación AASHTO M-155 establece que para prevenir el bombeo se necesita que el material deberá cumplir con los siguientes requisitos:
Tamaño máximo de material Pasa la malla Nº 200 Índice de plasticidad Limite liquido
Inferior a la tercera parte del espesor de la subbase 15% como mínimo 06% como mínimo 25% como mínimo
Para cumplir con las condiciones antes descritas, la base a ser utilizada para evitar el bombeo, tendrá un espesor de 0.20 m, mejorando así el k de la subrasante, debiéndose usar entonces un material cuyo tamaño máximo sea 1 ¼ pulg. (3.18 cm). La especificación AASHTO M 147, muestra las gradaciones típicas para el material de base, que se detalla en la Tabla Nº 2.03
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TAMAÑO (mm) 50 25 9.5 Nº 04 Nº 10 Nº 40 Nº 200
PORCENTAJE QUE PASA Gradación Gradación Gradación Gradación Gradación Gradación A B C D E F 100 100 ----------75-95 100 100 100 100 30-65 40-75 50-85 60-100 ----25-55 30-60 35-65 50-85 55-100 70-100 15-40 20-45 25-50 40-70 40-100 55-100 8-20 15-30 15-30 25-45 20-50 30-70 2-8 5-20 5-15 5-20 6-20 8-25
TABLA Nº 2.03 GRADACIONES REQUERIDAS PARA MATERIAL DE BASE
En la zona existen canteras que pueden cumplir con las especificaciones descritas, por lo que se pueden utilizar como material de base los que se encuentran ubicados en las canteras de Nuevas Flores (Culquish) y Morca ambas en el rio Marañón y que presentan agregados de las mismas características, pues están bastante próximas ambas canteras).
2.3
DISEÑO DEL PAVIMENTO GENERALIDADES Para obtener el espesor del pavimento rígido se seguirá el método propuesto por la Pórtland Cement Asociación (PCA). Los factores seleccionados para el diseño son: FACTORES DE DISEÑO MODULO DE ROTURA DEL CONCRETO (Mr) Las características del concreto que intervienen en el diseño estructural es a través del concepto “Módulo de resistencia a la tensión por flexión” o comúnmente denominado “Módulo de rotura”. Este valor puede ser obtenido a partir de relaciones con el valor f’c, que es la resistencia del concreto a la compresión simple a los 28 días de fraguado. •
Se empleará un concreto con módulo de Rotura: MR = 0.18 x f’c MR = 0.18 x 210 Kg/cm² = 37.80 Kg/cm² MR = 540 550 psi ≈
•
•
SOPORTE DE LA SUBRASANTE Y SUBBASE (K) El soporte que proporciona la subrasante y la subbase, se expresa en función del módulo de reacción k, el cual de acuerdo a los cálculos efectuados resulta igual a 467 pci, que según la PCA es catalogado como soporte alto. TRAFICO La cantidad y los pesos de las cargas pesadas axiales esperadas durante la vida de diseño son los factores principales en el diseño de espesores de pavimentos rígidos. El tráfico promedio diario de camiones (ADTT o TPD) es necesario en el procedimiento de diseño. Esto incluye solamente camiones con seis ruedas o mas, y no incluye camionetas panel ni pick up, ni otros vehículos de cuatro ruedas.
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Actualmente por estas cuadras circulan por lo general vehículos menores, pero también circulan microbuses y ómnibuses de transporte de pasajeros, por lo que se asumiremos que soporta un TPD o ADTT inicial de 50, que proyectado por un periodo de diseño de 20 años y con un factor de crecimiento de 6% anual, resulta: TPD o ADTT = 50 x 1.80 = 90
CARATERISTICAS DEL PAVIMENTO De acuerdo a las condiciones de tráfico, que en este caso es ligero, tipo de suelo y viabilidad, se considera que el pavimento será: -
Con juntas transversales de contracción con dowells, es decir, con trabazón de agregados; y, Sin bermas de concreto.
OBTENCION DEL ESPESOR El espesor del concreto se obtendrá por el Procedimiento Simplificado de la PCA, el cual se detalla en los anexos. CATEGORIA CARGA POR EJE 1 2 3 4
DESCRIPCIÓN
ADTT
Calles residenciales, bajo a mediano tráfico Calles colectoras, alto tráfico Calles arteriales, mediano tráfico Calles arteriales, alto tráfico
Hasta 25 40 – 1000 500 – 5000 1500 - 8000
TABLA Nº 2.4 CATEGORIAS DE CARGA POR EJE (PCA)
Resumiendo los datos para el diseño, y empleando el software de la PCA, se estableció el espesor de la losa: K de Base-subrasante : Módulo de Rotura del concreto : TPD o ADTT proyectado : Periodo de Diseño : Transferencia de carga : Factor de Seguridad : Categoría de carga por eje
:
467 pci 550 psi 90 20 años con dowells y sin bermas de concreto. 1.00 (calles residenciales con volumen de tráfico de camiones pequeños moderado) 1 (Bajo a Mediano tráfico, según Tabla Nº 4.1)
Espesor de losa de Concreto f’c = 210 kg/cm 2 = 8 pulg. = 20.00 cm. 2.4
DISEÑO DE JUNTAS JUNTAS DE CONTRACCIÓN Serán transversales y son usadas para aliviar los esfuerzos de tensión. La PCA recomienda que el espaciamiento en pies no debe exceder a dos veces el espesor de la losa; es decir para ocho pulgadas, el espaciamiento no debe exceder a 16 pies (4.90 m) pero emplearemos 5 m. Así mismo, la AASHTO recomienda que la relación del ancho de la losa con la longitud no 4
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debe exceder a 1.25; es decir, si usamos una longitud de 5.00 m, el ancho máximo debe ser 6.25 m. Estas juntas serán de trabazón de agregados, colocadas cada 5.00 m, el espacio de junta 1/2”, y profundidad 2” (5.00 cm) la cual será rellenada con mezcla de arena+asfalto RC 250, su función es la de controlar el agrietamiento transversal al disminuir las tensiones de tracción que se originan cuando la losa se contrae.
JUNTAS DE DILATACIÓN Las juntas de dilatación son juntas transversales, usadas para aliviar los esfuerzos de compresión. Serán colocadas cada 20 m (después de tres juntas de contracción), Espacio de junta 1 pulgada, profundidad 0.20 m, rellenado con mezcla de arena+asfalto RC 250 hasta 0.05 m, el resto con teknopor. Tendrá dowells colocados en el ancho del pavimento, estos dowells serán colocados a la mitad del espesor de la losa, con un lado fijo y el otro lado lubricado dentro de un tubo de PVC, y servirán para absorber los esfuerzos de transferencia de cargas entre dos losas consecutivas. En las juntas, el refuerzo a emplearse será: 1 Ø 1” @ 0.30 m
L = 0.45 m
JUNTA LONGITUDINAL
En el eje longitudinal de la calzada se construirá una junta de construcción, cuyo espesor será 1/2 pulgada y profundidad 0.20 m., se llenará con mezcla de arena+asfalto RC 250, junta para controlar el agrietamiento longitudinal, se empleará refuerzo de: 1 Ø ½” @ 1.20 m
L = 0.70 m
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