Memoria de Calculo de Pavimento Rigido

Secretaría de ObrasDE Públicas y MEMORIA CALCULO Desarrollo Urbano

DE PAVIMENTO RIGIDO PARA LA CALLE FRANCISCO TELLEZ PROYECTO “PAVIMENTACION CON CONCRETO HIDRAULICO DE LA CALLE FRANCISCO TELLEZ : ENTRE JOHN SPARK Y MALECON COSTERO” BAUTISTA.

Contenido 1.- Descripción del Proyecto.................................................................................. 2.- Diseño de la Losa de Concreto Hidráulico ..................................................... 2.1.- Determinación de Serviciabilidad

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2.2.- Determinación de Módulo de Ruptura 4 2.3.- Determinación de la Resistencia de la Subrasante 2.4.- Determinación de Coeficiente de Drenaje

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2.5.- Determinación de la Confiabilidad y Desviación Estándar

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Secretaría de Obras Públicas y Desarrollo Urbano PROYECTO :

“PAVIMENTACION CON CONCRETO HIDRAULICO DE LA CALLE FRANCISCO TELLEZ ENTRE JOHN SPARK Y MALECON COSTERO”

1. Descripción del Proyecto. En la presente memoria de cálculo, se proyecta el Diseño de un Pavimento Rígido con base a los lineamientos de la Metodología de Diseño de AASHTO (American Association Of State Highway And Transportation Officials), así como los criterios de las NTC de Concreto reforzado, para el proyecto de Pavimentación de la calle Francisco Téllez Bautista, ubicado en la Ciudad de Coatzacoalcos, Veracruz.

2. Diseño de la Losa de Concreto Hidráulico. 2.1.

Determinación de Serviciabilidad.

La serviciabilidad se define como la habilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y camiones) que circulan en la vía, se mide en una escala del 0 al 5 en donde 0 (cero) significa una calificación para pavimento intransitable y 5 (cinco) para un pavimento excelente. La serviciabilidad es una medida subjetiva de la calificación del pavimento, sin embargo la tendencia es poder definirla con parámetros medibles. El índice de serviciabilidad inicial (

Po

) es la condición que tiene un pavimento

inmediatamente después de la construcción del mismo, para su elección es necesario considerar los métodos de construcción, ya que de esto depende la calidad del pavimento. En la se puede observar que mientras mejor se construya inicialmente un pavimento, o bien, mientras mejor índice de serviciabilidad inicial tenga mayor será su vida útil. Para el Diseño de nuestro Pavimento se consideró un valor de

Po

=4.5

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El índice de serviciabilidad final (Pt) tiene que ver con la calificación que esperamos tenga el pavimento al final de su vida útil, o bien, el valor más bajo que pueda ser admitido, antes de que sea necesario efectuar una rehabilitación, un refuerzo o la reconstrucción del pavimento. Los valores recomendados de serviciabilidad final Pt para el caso de México se pueden observar en la Tabla:

Para el valor de serviciabilidad final por ser un pavimento urbano secundario, tomamos el valor de 1.5.

2.2.

Determinación de Módulo de Ruptura.

Son dos las propiedades del concreto que influyen en el diseño y en su comportamiento a lo largo de su vida útil.  Resistencia a la tensión por flexión o Módulo de Ruptura (MR).  Módulo de elasticidad del concreto (Ec).

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Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión es recomendable que su especificación de resistencia sea acorde con ello, por eso el diseño considera resistencia del concreto trabajando a flexión, que se conoce como resistencia a la flexión por tensión (S´c) o Módulo de ruptura (MR) normalmente especificada a los 28 días. En la siguiente tabla se muestra el Módulo de Ruptura (MR) recomendado.

Para el caso de zonas urbanas secundarias, determinamos un Módulo de Ruptura de 42 kg/cm2.

2.3.

Determinación de la Resistencia a la Subrasante.

El módulo de reacción del suelo corresponde a la capacidad portante que tiene el terreno natural en donde se soportará el cuerpo del pavimento.

Como es una subbase tratada con cemento, tenemos un valor de 11.06 kg/cm3, equivalente a 400 PCI, lo que tenemos un terreno de soporte muy alto.

2.4.

Determinación del Coeficiente de Drenaje.

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En cualquier tipo de pavimento, el drenaje es un factor importante en el comportamiento de la estructura del pavimento a lo largo de su vida útil y por lo tanto en el diseño del mismo. Se puede evaluar mediante el coeficiente de drenaje (Cd) el cual depende de:  Calidad del drenaje. Viene determinado por el tiempo que tarda el agua infiltrada en ser evacuada de la estructura del pavimento.  Exposición a la saturación. Porcentaje de tiempo durante el año en que un pavimento está expuesto a niveles de humedad que se aproximan a la saturación. Este valor depende de la precipitación media anual y de las condiciones del drenaje. Para el caso se definen varias condiciones del drenaje:

Combinando todas las variables que interviene para llegar a determinar el coeficiente de drenaje Cd, se llega a los valores de la siguiente Tabla:

Tomando en cuenta que la base permite una excelente liberación del agua y que la calle tiene una pendiente, el cual permite que el agua de las lluvias desemboque hacia el Malecón, y la otra parte sea captada por rejillas destinadas al canal

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pluvial, consideramos que la calidad de drenaje es buena, así como la exposición de humedad próxima a la saturación, tomamos el valor de 1.1.

2.5. Determinación Estándar.

de

la

Confiabilidad

y

Desviación

La confiabilidad está definida como la probabilidad de que el sistema de pavimento se comporte de manera satisfactoria durante su vida útil en condiciones adecuadas para su operación. La confiabilidad recomendado para México se muestra a continuación:

De la tabla tomamos el valor de 50%, ya que es urbana secundaria.

La confiabilidad puede relacionarse con un Factor de Seguridad y va asociada con la desviación estándar (So) ó también llamado error estándar. Este último representa el número de ejes que puede soportar el pavimento hasta que su índice de serviciabilidad descienda por debajo de un determinado índice de servicio final (Pt). La desviación estándar (So) relacionada con la confiabilidad (R) se muestra a continuación:

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2.6.


Datos de Diseño.

Para el Diseño de la Losa de Concreto Hidráulico, se obtuvieron los siguientes datos: 

Datos del Tráfico.

Factor de Sentido (FS) = 0.5 Factor de Carril (FC) = 1 Tránsito Promedio Diario Anual (TPDA) = 2217



Datos del Pavimento.

Confiabilidad (R) = 50% Desviación Estándar (

S0

) = 0.35

Módulo de Ruptura del Concreto ( MR ) = Módulo de Elasticidad del Concreto (

EC

)=

42 kg /c m

2

259807.62 kg/c m2

Coeficiente de Transferencia de Carga (J) = 3.20 Módulo de Subreacción del Suelo de Apoyo (k) =

11.06 kg /c m3

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Coeficiente de Drenaje ( Índice de Servicio Inicial ( Índice de Servicio Final (

Cd Po Pt

) = 1.1 ) = 4.5 ) = 1.5

Periodo de Diseño: 20 años. Aforo = 4 Tasa de crecimiento anual = 1%

3. Cálculo de los Parámetros de Diseño. Para el cálculo del espesor del Pavimento Rígido incluido en la Guía AASHTO determina el espesor “d” para que éste pueda soportar el paso de un número W 18 de ejes equivalentes de 18 kb (8.2 ton) sin que se produzca una disminución en el índice de servicio superior a un cierto valor 

Δr

.

Fórmula General para el Calculo de Espesor de Pavimento: log 10

log 10 (W 18 )=Zr∗S0 +7.35∗log 10 ( D+ 1 )−0.006+

Δ ( 4.5−1.5 ) +(4.22−0.32∗P )∗log r

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1+

1.624∗10 ( D+1 )8.46

t

10

(

( M R∗C d∗( D0.75−

(

215.63∗J D0.75−

El procedimiento de diseño normal es suponer un espesor de pavimento e iniciar a realizar tanteos, con el espesor supuesto calcular los ejes equivalentes y

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(



posteriormente evaluar todos los factores adicionales de diseño, si se cumple en equilibrio en la ecuación el espesor supuesto es resultado del problema, de lo contrario de debe de seguir haciendo tanteos.

3.1.

Cálculo del Tránsito Equivalente.

Ejes Sencillos Equivalentes de

N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

W 18

:

TIPO DE PESO DEL REPETICIONES AL EJE EJE AÑO SENCILLO 2.2 612164 SENCILLO 2.64 13870 SENCILLO 2.86 13870 SENCILLO 3.74 20805 SENCILLO 4.4 615 SENCILLO 5.06 16 SENCILLO 6.6 5972 SENCILLO 7.04 178 SENCILLO 7.48 356 SENCILLO 7.7 19647 SENCILLO 8.36 20805 SENCILLO 8.8 6150 SENCILLO 9.9 227 SENCILLO 12.1 38211 SENCILLO 15.4 12947 SENCILLO 22 30952

3.2.

REPETICIONES EN LA VIDA UTIL 13479242 305404 305404 458105 13542 352 131497 3919 7839 432607 458105 135417 4998 841368 285080 681532

ESALS 3594 148 194 750 41 2 1907 74 189 11717 17395 6358 384 150985 144445 1647503

Cálculo del Tránsito Equivalente Acumulado.

El tránsito acumulado de ejes equivalentes de 8.2ton durante un periodo de n años de servicio se calcula mediante el empleo de la siguiente ecuación: ƩIn=C '∗T 0

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Dónde: ΣIn = Tránsito acumulado durante n años de servicio y tasa de crecimiento r, en ejes equivalentes de 8.2 ton. To = tránsito medio diario en el primer año de servicio para el carril de diseño, en ejes equivalentes de 8.2ton. C´= coeficiente de acumulación de tránsito para n años de servicio y una tasa de crecimiento anual r, que se puede obtener mediante la ecuación siguiente: 365 ( ( 1+r )n −1 ) C= r '

Considerando un periodo de diseño para 20 años, y una tasa de crecimiento anual de 1%, se determina el coeficiente de acumulación de tránsito: C' =8,036.94 Por lo tanto: ƩIn=8,036.94∗421.24=3,385,501 ESAL ' S Una vez obtenida la carga equivalente, usaremos el nomograma que nos proporciona el AASHTO, para obtener el espesor de la losa para nuestro Pavimento:

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Teniendo como resultado, un espesor de losa de 15 cm (5.90 pulg).

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4. Diseño de Juntas. Debido a los cambios volumétricos que por su naturaleza experimenta el concreto y a los sistemas constructivos de los pavimentos rígidos, se hace necesaria la construcción de juntas y/o uniones entre paños o losas de un pavimento. La función de las juntas consiste en:  Mantener las tensiones que se desarrollan en la estructura de un pavimento dentro de los valores admisibles del concreto o disipar tensiones debidas a agrietamientos inducidos debajo de las mismas juntas.  Controla el agrietamiento transversal y longitudinal.  Divide al pavimento en secciones adecuadas por efecto de las cargas de tránsito.  Permite la transferencia de cargas entre losas. Los tipos de juntas más comunes en los pavimentos rígidos caen dentro de dos clasificaciones: transversales y longitudinales que a su vez se clasifican como de contracción, construcción y de expansión.

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Un pavimento podrá diseñarse con o sin juntas, ello estará en función del tipo de estructura deseada, el tipo de tránsito y de las condiciones ambientales. En general se recomienda el empleo de pasa juntas para tránsitos intensos y pesados. El factor J representa la cantidad de transferencia de carga que se espera a lo largo de la junta para un periodo de diseño particular del pavimento dicho concepto que se explicó con más detalle en el tema III.1 Diseño de Pavimentos.

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Las juntas son muy importantes en la duración de la estructura, siendo una de las pautas para calificar la bondad de un pavimento. En consecuencia la conservación y oportuna reparación de las fallas en las juntas son decisivas para la vida de servicio de un pavimento. 

Diseño de Pasajuntas.

Las pasajuntas son barras de acero liso y redondo colocadas transversalmente a las juntas para transferir las cargas del tráfico sin restringir los movimientos horizontales de las juntas. Además mantienen a las losas alineadas horizontal y verticalmente.

Tenemos que el diámetro de nuestra junta respecto al espesor de nuestra losa es de 3/4"; por cuestiones de funcionalidad y seguridad, proponemos una longitud de 43 cm.



Diseño de Barras de Amarre.

Separación en cms, según la distancia en extremo libre:

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Para nuestra losa de concreto hidráulico de 15 cm de espesor, tomamos un diámetro de 1/2" y una longitud de barra de 75 cm, así como una separación de 75 cm entre barras. 

Modulación de la Losa.

De acuerdo al Espesor encontrado y siguiendo el criterio AASHTO, recomienda la siguiente modulación de losas: 1.- Separación Máxima de Juntas Transversales: 3.6 metros. 2.- Rango de Separación de Juntas Longitudinales: 3.0 a 4.5 metros.

Por Recomendaciones prácticas, se consideró una modulación de losa de 3.5 x 3.5 metros.

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