6. DISEÑO DEL PAVIMENTO. PAVIMENTO. 6.1 INTRODUCCIÓN. El pavimento es la capa o conjunto conjunto de capas de materiales apropiados apropiados comprendidos comprendidos entre entre la superf superfici icie e de la subras subrasant ante e (Capa (Capa superi superior or de las las expla explanac nacion iones) es) y la superficie de rodadura cuya principal función es la de proporcionar una superficie unifo uniforme rme,, de forma forma y textur textura a aprop apropiad iados, os, resist resisten entes tes a la acció acción n del del tránsi tránsito, to, al intemperismo intemperismo y a otros agentes perjudiciales, así como de trasmitir adecuadamente adecuadamente al terreno de fundación los esfuerzos producidos por las cargas impuestas por el tránsito fluido fluido de los veículos, veículos, con la comodid comodidad, ad, segurida seguridad d y economía economía previstas previstas en el proyecto! "a estructura de un pavimento o disposición de las diversas partes #ue la constituyen, así como las características de los materiales empleados en su construcción ofrecen una gran variedad de posibilidades, de tal forma #ue puede estar formado de una sola capa o de varias capas y a su vez dicas capas pueden ser de materiales naturales seleccionados, seleccionados, procesados o sometidos a alg$n tipo de tratamiento o estabilización! estabilización! "a actu actual al tecn tecnol olog ogía ía de pavi pavime ment nta a cont contem empl pla a una una dive divers rsid idad ad de secc seccio ione nes s estructurales las cuales están en función de los distintos factores #ue intervienen en la vía% &ránsito, tipo de suelo, importancia de la vía condiciones de drenaje, recursos disponibles, etc! 'e elegirá la solución mas apropiada de acuerdo a las facilidades y experiencias locales y a las condiciones especificas de cada caso para lo cal se re#uiere de una evaluación tcnicoeconómico de las alternativas disponibles! *e acuerdo a lo indicado en los trminos de referencia, la alternativa a considerar para la estructura del pavimento es de considerar una base granular de rodadura, tambin denominada denominada +pavimento afirmado o lastrado con un tratamiento superficial!
6.2 MÉTODO PARA EL DISEÑO DEL PAVIMENTO. MÉTODO DE LA USACE (U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS) En este estudio se tomará en cuenta, en la decisión del tipo de estructuración a conside considerar rar,, un factor factor igualmen igualmente te fundamen fundamental tal sobre sobre todo por su incidenci incidencia a en el aspecto económico% el nivel de importancia de la vía! -or tratarse tratarse de una carretera carretera de tercer tercer orden con caracterí característica sticas s de un camino vecinal de bajo volumen de tránsito, el dise.o de la estructura del pavimento tendrá en consideración criterios más #ue todos de serviciabilidad mínima (transitabilidad)! El mtodo empleado para el dise.o del espesor del pavimento es el establecido por el cuerpo de /ngenieros del ejercito 0orteamericano (1!'! 2rmy Corps 3f! /ngenieers) para el dimensionamiento de caminos afirmados! En este mtodo se contempla la utilización de una capa de material granular con una cierta plasticidad #ue a la vez cumple la función de capa de rodadura permitiendo
mantener un nivel de servicio adecuado cuando el volumen de trafico proyectado es bajo, considerándose periodos de dise.o entre 4 a 56 a.os! "a capa granular puede estar constituido por materiales #ue pueden tener calidad de sub!base, dependiendo de su capacidad de soporte o C78! "a figura 09 :5 contiene las curvas de dise.o elaboradas por el 1'2CE, en donde se observa #ue los factores tomados en cuenta para determinar el espesor de la capa de rodadura son% El valor soporte de California (C78) del suelo de la sub!rasante! "a intensidad de tráfico, en n$mero de ejes simples e#uivalentes al eje estándar de 5;,::: libras de carga, en el periodo de dise.o (0 5;) 1n factor adicional considerado en el mtodo propuesto es la calidad de material a emplearse! -ara ello se verifica el C78 #ue debe tener la capa de pavimento en función del tráfico, C87 de la sub!rasante y espesor re#uerido!
6.3 ANÁLISIS DE TRÁFICO. "as conclusiones del estudio del tráfico indican #ue los vol$menes mayores de tránsito se producirán en los meses de verano mientras #ue en el resto del a.o se tendrá un tráfico mínimo! Esta situación justifica la adopción de valores conservativos para el dise.o! El criterio #ue se empleara será el dise.are el pavimento adoptando un valor límite de tráfico #ue pueda soportar la vía cuya determinación se indica a continuación% "a carga y el volumen del tráfico son importantes para el dise.o estructural de un pavimento< sin embargo, cuando ambos factores tienden a valores mínimos, su importancia como parámetros de dise.o es relativa, por ello es raramente justificable realizar un complejo y preciso análisis de tráfico para caminos de bajo volumen de tránsito, con menos de =: veículos por día! 0o obstante es recomendable tratar de establecer datos realistas, para cada caso especifico, sobre todo si el tráfico proyectado es mayormente pesado! -or otro lado, es com$n la carencia de un registro sistemático de datos en caminos de bajo volumen #ue permitan afectar un análisis de tráfico exaustivo, como seria deseable! El mtodo aproximado consiste en determinar un factor de composición del tráfico (>) basado en ? categorías de porcentajes de camiones (bajo, mediano y alto) y ? categorías de rango probable de distribución de ejes de carga liviana ("iviano, mediano, pesado) de los camiones! "os valores del factor de composición de tráfico (>) están tabulados en el cuadro 09 5! 1na vez estimado el factor >, el cálculo del numero de ejes e#uivalentes a 5; @ips durante el primer a.o y durante el periodo de dise.o (en función de la tasa de crecimiento) se realiza de forma convencional!
-ara el cálculo del n$mero de ejes e#uivalentes (05;) se dispone de la siguiente información! &ipo de pavimento % 2firmado 0$mero de carriles % 5 &ráfico diario estimado y proyectado % 64 vd! &asa de crecimiento % 6!= -eriodo de dise.o %5: a.os &ráfico pesado % A 5:B 'e determinara el n$mero total de repeticiones del eje e#uivalente de 5; @ips! 1sando el mtodo aproximado, se ingresa al cuadro 09 5 y se determina el factor de tráfico! 'e establece% -orcentaje de camiones % A 5=B *istribución de cargas % 7ajo *el cuadro 09 5 % >D (para un carril >5;) El n$mero total acumulado de ejes e#uivalentes de 5; @ips (05;) durante el periodo de dise.o es% n (&-* x > (5 i) 5 05; "n (5i)
05; (6:5;x5)(55!F) 05; F!5:F Considerando #ue es una carretera #ue va a servir para el bienestar de la población y del turismo en general se considera% 05; 5:!::: ejes e#uivalentes!
6.4 SUELO DE LA SU.RASANTE. El suelo de la sub!rasante es la capa superficial de las explanaciones y sobre el #ue se construye la estructura del pavimento! El dise.o del espesor del pavimento se basa en el valor de la resistencia mecánica de este suelo! "as curvas de dise.o mostradas en la figura 09 5 se basan en el indicador de la resistencia del suelo mas difundido y #ue es el valor de soporte de California (C78)! En el estudio de suelo realizado se a encontrado #ue los materiales #ue constituyen la sub!rasante para el tramo en estudio la constituyen, generalmente, un limo arcilloso de alta plasticidad! Considerando la clasificación de los materiales, el estado de la dosificación y umedad puede clasificarse como regular en todo el tramo, ello debido a #ue las secciones correspondientes se encuentran sobre limo arcilla de compacidad media y regular! &omando en consideración los criterios precedentes, los resultados de ensayo de laboratorio, las observaciones de campo, etc, se a encontrado para la sub!rasante un C!7!8 del G!=B el cual se tomara como base para el dise.o de todo el tramo en estudio!
6.! DISEÑO ESTRUCTURAL. Con los valores establecidos para el tráfico (05;) y la capacidad de soporte del suelo de la sub!rasante se determina el espesor de la capa de pavimento afirmado (escala de lado dereco), empleando la curva +7 del gráfico de dise.o (figura 09 5), obteniendo lo siguiente% *esde el Hm! :::: al Hm! 64D?: C78 G!=B 05; 5:!::: ejes e#uivalentes El espesor obtenido con su coeficiente de seguridad es, I* ; :!6:m!
6.6 SOLUCIÓN PROPUESTA. El mtodo para el dise.o de pavimentos afirmados de 1'2CE establece la verificación de la calidad #ue deberá tener el material a utilizar en la construcción de la estructura ya #ue de dico factor dependerá su perfomance respecto a las deformaciones permanentes (auellamiento) a travs del periodo de dise.o considerado! El cuadro 09 6 seg$n el tráfico y el C78 de la subrasante nos permitirá encontrar el espesor total del pavimento< luego, 05; C78 I*
5:!::: ejes e#uivalentes G!=B :!6:m!
2plicando el cuadro 09 6 obtendremos un C78 para el lastrado% C78 al 5::B de la >áxima *ensidad 'eca =:B El valor calculado indica #ue los materiales a usarse en la construcción del pavimento deberán tener un C78 mínimo del F=B! Como puede apreciarse e los resultados de los materiales de cantera, tal valor esta por debajo de lo #ue se puede obtener mediante procedimiento de producción económicamente aceptables, utilizando las canteras asignadas para tal material del lastrado! los valores tabulados!
Gráfico N° 01 CURVAS PARA EL DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS CON
SUPERFICIE DE RODADURA GRANULAR (METODO USACE)
A P A C ) N S O A C D A S G O L T U N P E ( M I R V A A L P U A N R A A R P G O A D I R R U E D U A Q D E O R R R E O D S E P S E
CBR DE LA SUBRASANTE (%)
CUADRO N" 2 CR RE#UERIDO PARA EL MATERIAL DE AFIRMADO (S$%&' $ U.S. A*+ C,-. O/. I'%$'0$$ R$/. 1 ) E-$, $ /0*, (-%) N&*$, $ $5$ $07$'8$ 19.::: 0; (N19)
CR (<) $ ;.'8$
5:!:::
6 F G
6
=
12
1!
19
21
24
2>
3:
DG 4; GD
G6 =: FF
F; ?; ?F
F: ?6 6;
?F 6; 6=
?5 6= 66
6; 6? 6:
6G 65 5D
6F 6: 54
; 5: 5= 6: =:!:::
0 #
R A L U N A R G A R U D A D O R ) E S D O A R P T A E C M % N T O N C E C O ( T N E M I V A P L E D R O S E P S E
5 5::!::: # 0 $ 5 $ 0 3
G? =D =6 F;
F5 ?; ?? ?5
?5 6D 6G 6F
6G 6F 65 6:
6? 65 5D 54
6: 5D 54 5=
5; 54 5= 5F
54 5G 5F 5?
5G 5= 5? 56
6 F G ; 5: 5= 6:
5F4 55D 5:= DG D: 4D 4?
D= 44 G; G6 =; =5 F4
4? =D =6 F; F= ?D ?G
G5 FD F? F: ?4 ?? ?:
=? F? ?; ?= ?6 6; 6G
F4 ?; ?F ?5 6D 6= 6?
F? ?= ?5 6; 6G 6? 65
F: ?6 6; 6G 6F 65 6:
?4 ?: 64 6F 6? 6: 5;
6 F G ; 5: 5= 6:
54; 55F 5F? D6 56G ;6 55G 4= 5:; 4: D= G6 ;4 =G
;4 45 G? =4 =F F4 F?
4? =D =6 F; FG ?D ?G
G? =5 F= F5 ?D ?F ?5
=4 FG F5 ?4 ?= ?5 6;
=6 F6 ?4 ?F ?6 6; 6?
F; ?D ?F ?5 6D 6G 6F
F= ?G ?6 6D 64 6F 66
E-$, $ /0*, (-%)
5 N&*$, $ $5$ 3 E07$'8$ 0 19.::: 4 L0;(N19) 5 4
=::!:::
0 5 5 5 0 6
CR (<) $ ;.'8$ 6 F G ; 5: 5= 6:
6 64: 65D 5DF 544 5GG 5FG 5?F
=
12
1!
19
21 24
2> 3:
54= 5?F 5F5 5:; 56= DG 55= ;; 5:4 ;6 DF 46 ;G GG
55 D: ;: 4? G; G: ==
D4 4; GD GF =D =6 F;
;4 4: G6 =4 =? F4 F?
4? =D =6 F; F= F: ?G
G; == FD F= F6 ?4 ?F
D= ;; 44 45 G; 30G? G6 =; =; =F =5 F; F4 FF
;6 G4 =D 40 =F =: FF F5
4D GF =4 =6 F; F? FD
ROAD RESEARCH LABORATORY
5 0 6
5:::!:::
0
5 0 0
3 !0 "0 #00
6 F 4 5 G ; 5: 5= 6:
?6= 65: 5G5 5?F 55G 5:F % 5:; DF ;F 6G? CBR 54: en 5?: 4= 6 6??! "5=: #0 55= DG#5 ;? $0 65? 5?; 5:G ;; 4G G; 5DD 56D DD ;6 45 GF 54G 55F ;4 46 G? =G 5G5 5:F ;: GG =; =6
N&MERO DE E'ES SIMPLES EQUIVALENTESA0 #5*+ E,eE./*1+en2e-B#5 45*+ E,eE./*1+en2e-C45 #50*+ E,eE./*1+en2e-D#50 450*+ E,eE./*1+en2e-E450 #500*+ E,eE./*1+en2e-
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>. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES >.1 CONCLUSIONES. ? *e la evaluación de campo encontramos #ue la carretera existente presenta una estructura vial con deficiencias, con bajas características tcnicas, deteriorada por efectos del clima y deficiente sistema de drenaje debido a la falta de cunetas, alcantarillas, badenes y otros los #ue causan erosiones a la plataforma!
? "os resultados obtenidos de las canteras para afirmado de la vía, se encuentran ubicados en el área de la troca a mejorar y su acceso a ellas es de facilidad! Estos materiales presentan buenas características físicomecánicas con buena resistencia! "as gravas, por ser de origen volcánicas tienen una buena abrasión y se encuentran ligeramente por encima de los parámetros solicitados! -or ser
materiales granulares con regular porcentaje de finos, facilitan su compactación! &oda la cantera se podrá utilizar directamente previo zarandeo! El espesor obtenido, en el dise.o del espesor del afirmado, por medio del mtodo empleado del cuerpo de /ngenieros de los Estados 1nidos (1'2CE), a lo largo del todo el tramo es de @:.2:*!
? "as fuentes de agua #ue se utilizarán serán preferentemente las indicadas en los planos respectivos< stas son aptas para utilizarlas en toda obra de arte y construcción del mejoramiento de la troca carrozable en estudio!
? El cemento a utilizar será del tipo /, ya #ue el agua es adecuada para este tipo de cemento!
-
2demás de las partidas consideradas en la evaluación del proyecto, se ace necesario, ejecutar las siguientes partidas para cumplir con al meta prevista% ! >ejoramiento de la subrasante o terreno de soporte a la capa de lastrado, mediante una capa nivelante, donde sea necesario, con material de lastrado grueso, sobre todo en los lugares #ue se encuentran da.ados por las lluvias de temporadas y #ue en algunos lugares presentan estancamientos de agua superficial, los cuales deberán ser estabilizados mecánicamente el terreno de fundación con material granular< asimismo, se realizará la partida de perfilado y compactado el cual corregirá las deficiencias de la plataforma como auellamientos y baces! ! -lazoletas de cruce o de volteo para mejorar el poco anco de la plataforma, en promedio a ?!:: metros de anco en los puntos mas críticos! ! 'e deberá realizar en lo posible cortes pe#ue.os en la subrasante, ya #ue la plataforma se encuentra estabilizada! El lastrado se pondrá previa nivelación y compactación de la sub!rasante!
