Informe de diseño de Pavimento flexible

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja

AREA TÉCNICA TITULACIÓN DE INGENIERÍA CIVIL

DETERMINACION DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO FLEXIBLE PARA LA CALLE LAURO GUERRERO ENTRE COLON E IMBABURA, DE LA CIUDAD DE LOJA

TRABAJO DE FIN DE BIMESTRE AUTOR: Eras Cango Edison Esteban DOCENTE: García Ramírez, Yasmany Damián, Dr. Ing.

LOJA – ECUADOR ECUADOR 2017

PAVIMENTOS (ABRIL – AGOSTO AGOSTO 2017)

1

Edison Esteban Eras Cango 1

Universidad Técnica Particular de Loja, Escuela de Ingeniería Civil, Loja, Ecuador

DETERMINACION DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO FLEXIBLE PARA LA CALLE LAURO GUERRERO ENTRE COLON E IMBABURA, DE LA CIUDAD DE LOJA Resumen: El presente informe explica las metodologías utilizadas para diseñar el pavimento flexible a ubicar en el tramo de la calle Lauro Guerrero entre Colon e Imbabura, tomando en cuenta los parámetros de diseño tales como es el transito proyectado al periodo de diseño establecido, la temperatura y la precipitación, la calidad de suelo y la ubicación del sector para obtener los datos de entrada para la determinación de los espesores; los métodos a utilizar son el del Instituto del Asfalto, AASHTO y el Método SHELL. El Tramo se conforma de dos carriles con tránsito a una sola dirección que va de Sur a Norte, siendo una de las carreteras principales de la ciudad la cual permite el paso de automóviles, camiones y varias guías de buses urbanos. Palabras clave: Pavimento Flexible, transito, Instituto del Asfalto, AASHTO, SHELL

PAVIMENTOS (ABRIL – AGOSTO 2017)

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Edison Esteban Eras Cango 1

Universidad Técnica Particular de Loja, Escuela de Ingeniería Civil, Loja, Ecuador

.

DETERMINATION OF THE FLEXIBLE PAVEMENT THICKNESS FOR THE LAURO GUERRERO STREET BETWEEN COLON AND IMBABURA, OF THE CITY OF LOJA Abstract: This report explains the methodologies used to design the flexible pavement to be located in the section of Lauro Guerrero between Colon and Imbabura, taking into account the design parameters such as the transit projected to the established design period, temperature and Precipitation, soil quality and the location of the sector to obtain the input data for the determination of thicknesses; The methods to be used are the Asphalt Institute, AASHTO and the SHELL Method. The stretch is made up of two lanes with a single direction that goes from South to North, being one of the main roads of the city which allows the passage of cars, trucks and several guides of urban buses Keywords: Flexible Pavement, Transit, Asphalt Institute, AASHTO, SHELL


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TABLA DE CONTENIDOS 1

GENERALIDADES ..............................................................................................................................5 1.1 INTRODUCCIÓN ..........................................................................................................................5 1.2 OBJETIVO......................................................................................................................................5 1.2.1 Objetivo general.......................................................................................................................5

2

1.2.2 Objetivos específicos ...............................................................................................................5 MATERIALES Y MÉTODOS .............................................................................................................5 2.1 Etapa 1- ubicación y análisis del tránsito actual ...........................................................................5 2.1.1 Descripción de la zona de Estudio. .........................................................................................6 2.1.2 2.1.3 2.2

Etapa 2: Diseño del Espesor............................................................................................................8

2.2.1 2.2.2 3

Estudio del Tráfico ..................................................................................................................6 Estudio de suelos. ....................................................................................................................8 Método del Instituto del Asfalto ..............................................................................................8 Método de AASHTO ...............................................................................................................9

2.2.3 Método SHELL ....................................................................................................................10 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ........................................................................................................11 3.1 Resultados .....................................................................................................................................11 3.1.1 Método Instituto del Asfalto ..................................................................................................11 3.1.2 3.1.3

Método AASHTO..................................................................................................................11 Método SHELL .....................................................................................................................11

3.2 Discusión.......................................................................................................................................12 4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................................12 4.1

Conclusiones. ................................................................................................................................12

4.2 Recomendaciones..........................................................................................................................12 5 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................12


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Eras Cango Edison Esteban

1 GENERALIDADES 1.1

INTRODUCCIÓN

Las carreteras son vitales para el progreso de cualquier comunidad, pueblo y/o ciudad, Sin embargo en la actualidad hay aún muchos sectores que no constan con una vía que les permita entrar en un desarrollo sostenible. En el sector urbano tiene también es importar constar con vías que permitan a los conductores movilizarse de una manera cómoda y lo más rápido posible a su lugar de destino (Jaramillo; Rico Rodriguez, Téllez Guitiérrez, & Garnica Anguas, 1998). Dando la responsabilidad a los gobiernos autónomos de brindar carreteras de calidad con un periodo de diseño largo, ya que su construcción conlleva tiempo, en el cual la generación de molestias es notoria por los conductores y por las personas que habitan a sus lados. Para construir existen varios tipos de pavimentos como el rígido, semirrígidos, flexibles, y articulados, siendo el pavimento Flexible el más utilizado ya que su construcción no conlleva un coste muy elevado, los materiales pueden ser del sector, y su capa de rodadura permite una mejor adherencia con la llanta del vehículo. El diseño del Pavimento flexible se base en la obtención de los espesores de sus capas como es la sub_base, base y carpeta asfáltica. Las capas pueden variar sus espesores según las características del suelo, del material, y del tránsito que tengan. En el presente trabajo se diseña mediante tres metodologías:   

1.2

Instituto del asfalto AASHTO SHELL

OBJETIVO

1.2.1 Objetivo general 

Diseñar el espesor de pavimento flexible para el tramo De la calle Lauro Guerrero entre Colon e Imbabura

1.2.2 Objetivos específicos    

Determinar el transito promedio diario Diseñar asfalto mediante El Instituto del Asfalto Diseñar asfalto mediante Normativa AASHTO Diseñar asfalto mediante método SHELL

2 MATERIALES Y MÉTODOS En el presente informe se detalla las metodólogas utilizadas para determinar el espesor del pavimento flexible que se necesita para que cumpla con los estándares de calidad de una vía. El Trabajo realizado de divide en las siguientes etapas.

2.1

Etapa 1- ubicación y análisis del tránsito actual


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Esta etapa consiste en la obtención de datos de campo para realizar el respectivo diseño mediante las metodologías a utilizar.

2.1.1 Descripción de la zona de Estudio. Localización geográfica El presente estudio fue realizado en la ciudad de Loja que se sitúa en la provincia con el mismo nombre a 2100m s.n.m. y 4° de latitud sur. El tramo de vía de Estudio se encuentra en el barrio El Pedestal perteneciente parroquia sucre, la mayoría de tráfico que se presenta son automóviles ( privados y taxis), como se puede ver en la gráfica 1 este tramo es el fin de la carretera por lo que la mayoría de los carros toman la Imbabura hacia el Oeste.

Grafica 1: Ubicación del tramo Autor: https://www.google.com.ec/maps

Clima De acuerdo al informe Geo-Loja (2007), la ciudad de Loja cuenta con una temperatura media de 16 ºC y lluvia anual de 900 mm. Geología y relieve La Ciudad de Loja está en una cuenca sedimentaria, que tiene levantamientos y hundimientos, suaves en la zona oeste y pronunciados en la zona esta. 2.1.2 Estudio del Tráfico


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Para saber la cantidad de tráfico que existe se debe realizar aforos por un lapso de tiempo que permita tener una base de datos la cual permita tener el transito inducido actual y su vez poder calcular el crecimiento que se dará para su periodo de diseño.

Transito Promedio Diario (TPD) En una vía lo que más afecta al deterioro de la misma es el tráfico que circula diariamente por esta; razón por la cual se debe conocer el Transito Promedio Diario (TPD) de dicha vía, realizando aforos diarios de los vehículos que circulan por la vía en estudio en este caso la vía Loja-Saraguro, para poder determinar el TPD se debe contar con varios años de datos lo que aumenta la confiabilidad del estudio; el TPD puede ser diario, mensual, anual; para este estudio se requiere la estimación del Transito Promedio Diario Anual (TPDa) (Rico Rodriguez, Téllez Guitiérrez, & Garnica Anguas, 1998), se trabaja con el TPDa a fin de tomar en cuenta todas las variaciones mensuales y estacionales que se dan debido a distintas circunstancias como festividades, vacaciones, etc. Para este caso el aforo se realizó en un solo día por un periodo de 15 horas consecutivas que van desde 6am hasta las 21pm, dando como como resultado un TPD de 4996 vehículos de los cuales se clasifican de la siguiente manera automóvil

2D

2DA

3-A

4137

449

303

107

83%

9%

6%

2%

Tabla 1: Aforo Fuente: El autor

Grafica 2: Clasificación de Transito Fuente: Tabla nacional de pesos y dimensiones

Factor camión (Fc) y nro. De ejes Equivalentes (N). Para el cálculo del factor camión y el número de ejes equivalentes es necesario el TPD, la tasa de crecimiento anual, la serviciabilidad de la vía, y la clasificación de los vehículos; la clasificación de los vehículos permite poder seleccionar el tipo de eje y el paso máximo que este puede ejercer, y mediante Tablas de factor camión se tantea hasta poder igualar el nro. Estructural del pavimento El calculado y el impuesto. El cálculo del N se realiza aplicando la siguiente formula: A

= Porcentaje estimado de vehículos pesados (buses y camiones).


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B r n FC

= Porcentaje de vehículos pesados que emplean el carril de diseño. = tasa de crecimiento anual del tránsito = período de diseño. = factor camión.

Utilizando los datos anteriormente obtenidos se tiene un resultado de N= 7349628 ejes equivalentes de 8,2 ton. 2.1.3

Estudio de suelos.

El Estudio del suelo es importante ya que éste será el que soporte la estructura pro ente saber su resistencia permite determinar los espesores necesarios que debe tener el pavimento, en el nuestro caso se vio un poco complicado obtener los datos ya que estos se los obtiene mediante el ensayo de CBR, el cual es muy costoso. Por tal motivo el CBR de la subrasante lo consultamos al municipio y el de la base y sub_base optamos por tomar los mínimos recomendados en el libro “Ingeniería de pavimentos” de Alfonso Montejo Fonseca. CBR_Subrasante: 2.2%

Tabla 2: Mínimo de CBR Fuente: Ingeniera de Pavimentos, Alfonso Montejo F.

2.2

Etapa 2: Diseño del Espesor

2.2.1

Método del Instituto del Asfalto

Este metido permite el empleo de asfalto solido o emulsiones asfálticas, en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento Al (Fonseca, 2010). Los datos utilizados como el procedimiento se anexan en el usada es tomada del Libro de “INGENIERIA DE Excel “Procedimiento”, la metodología PAVIMENTOS”, el cual se basa en lectura de grafica para obtener los diferentes espesores.


8


Grafica 3: Ejemplo de lectura de grafica del método del instituto del asfalto Fuente: Ingeniera de Pavimentos, Alfonso Montejo F

2.2.2

Método de AASHTO

El diseño de pavimentos se ha venido realizando en base a experimentaciones realizadas hace más de medio siglo, los cuales fueron realizados a partir de cargas de tráfico menores a 2 millones de ejes equivalente (pista de prueba AASHTO), pero con el crecimiento del parque automotor, estas cargas de tráfico se han incrementado por encima de los 50 millones de ejes equivalentes, dando origen a la versión 1986, a la cual se le incorporo nuevas consideraciones entre las que cabe mencionar la confiabilidad del diseño, los módulos de elasticidad de la sub rasante y las capas del pavimento, los factores ambientales de temperatura y humedad, el drenaje, aspectos económicos, procedimientos de diseño para construcción por etapas y el conocimiento de los diseños de tipo empíricos (Melchor, 132-134). El método se basa en del nro. de Ejes equivalentes, la confiabilidad, seviciabilidad, la calidad del suelo y los materiales a utilizar para la carpeta asfáltica, base y sub_base, Para obtener mediante ábacos los espesores. La metodología se basa a la descrita en el Libro de “INGENIERIA DE PAVIMENTOS” (Fonseca, 2010)

El Procedimiento esta desarrollado en el Excel “Procedimiento”.


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Grafica 4: Ejemplo de lectura de grafica del método AASHTO Fuente: Ingeniera de Pavimentos, Alfonso Montejo F

2.2.3

Método SHELL

Este método considera la estructura del pavimento como un sistema multicapa linealmente elástico, bajo la acción de las cargas de tránsito, en el cual los materiales se encuentran caracterizados por su módulo de elasticidad de Young (E) y su relación de Poisson (μ). Los materiales de la estructura se consideran homogéneos y se asume que las capas tienen una extensión infinita en sentido horizontal. Las gráficas de diseño permiten determinar los espesores necesarios de la capa granulares y asfálticas en función de 4 parámetros, como son: • Clima considerado por la w -MMAT • Módulo de elasticidad de la subrasante. • Código de la mezcla.

Tránsito, numero de ejes equivalentes


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Grafica 5: Ejemplo de lectura de grafica del método AASHTO Fuente: Ingeniera de Pavimentos, Alfonso Montejo F

3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1

Resultados

3.1.1

Método Instituto del Asfalto INSTITUTO DEL ASFALTO ALTERNATIVA 2

ALTERNATIVA 1

18

cm

TIPO I

ALTERNATIVA 3

TIPO II

TIPO III

asfalto

7,5 cm

base

asfalto

17,5 cm

7,5 cm

base

22,5 cm

Tabla 3: Resultados método Instituto del Asfalto Fuente: Autor

Método AASHTO METODO AASHTO (cm) Asfalto

base 15,24

sub_base 15,24

Tabla 4: Resultados método AASHTO Fuente: Autor

3.1.3

Método SHELL


11

Concreto

Granular

asfaltico

(cm) 22 cm

3.1.2

Base

33,02

(cm) 10

17,5

15

16

20

15

25

13

30

12,5

45

15


METODO SHELL

alternativas

espesor de capas granulares(mm)

espesor de capa

CBR mayor a 20 CBR mayor a 40 CBR mayor a 80

asfaltica

1

0

0

0

300

2

190

0

0

220

3

180

95

0

190

4

160

90

170

110

Tabla 5: Resultados método SHELL Fuente: Autor

3.2

Discusión 

 

Según el Método del Instituto del Asfalto alternativa 1 con un espesar de 18 cm mientras que la alternativa 2 tiene un tipo 1: 22cm, tipo 2: 25cm, tipo 3: 25 cm y la alternativa 3 varía desde 27 a 60 cm. Siendo la última alternativa la que más se acerca a los resultados de los otros métodos El método AASHTO da como resultado un espesor de 63.5cm siendo un solo resultado y el más confiable por la variables usadas El método SHELL da como resultado de 4 alternativas que van desde 30, 41, 46.5 y53cm respectivamente. La alternativa se apega más a los requerimientos de partida y los demás métodos

4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1 

 

4.2

Conclusiones.

Se logró determinar que el mejor método de Diseño es el AASHTO, debido a Que la manera de calcular es simple y permite intervenir variables importante que pueden afectar. Aparte que es un método muy utilizado ya que se generó mediante pruebas. El método menos confiable es el del Instituto del Asfalto, el motivo es de que los únicos parámetros son el nro. de Ejes equivalente y el módulo resilente de la subrasante. El método Shell aunque es confiable tiene un poco más de dificultad debido a que se basa netamente en ábacos y sus lecturas pueden ser un poco confusas.

Recomendaciones  

Se Recomienda realizar los aforar adecuadamente ya que de estos depende la mayoría de los cálculos a realizar A la hora de leer lo ábacos, se debe hacer cuidadosamente ya que una mala lectura puede arruinar la estructura como aumentar los costos de construcción.

5 BIBLIOGRAFÍA Fonseca, A. M. (2010). Ingenieria de pavimentos. Bogota. PAVIMENTOS (ABRIL – AGOSTO 2017)

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Jaramillo, J. C. (s.f.). Implementación De Una Herramienta Que Permita El Diseño De Pavimentos Flexibles Por El Método Aashto-93 En El Laboratorio Virtual De Ingeniería Geotécnica (Lvig).

Loja. Rico Rodriguez, A., Téllez Guitiérrez, R., & Garnica Anguas, P. (1998). Pavimentos flexibles. problematica, metodologia de diseño y tendencias. sanfadila.


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Informe de diseño de Pavimento flexible

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