Memoria de Calculo -Pavimento

MEMORIA DE CÁLCULO DEL PAVIMENTO

1.

GENERALIDADES

1.1

ANTECEDENTES La Municipalidad Distrital de de Nuevo Nuevo Progreso, Progreso, ha previsto la ejecución de la obra: “MEJORAMIENTO Y REHABILITACION DEL CIRCUITO VIAL PACOTA, PALMERAS, GUANTANAMO Y NUEVO PIURA DEL DISTRITO DE NUEVO PROGRESO, PROVINCIA DE TOCACHE – REGION SAN MARTIN.”

1.2

OBJETIVO DEL ESTUDIO El objetivo del Estudio es la elaboración del Perfil Técnico, del proyecto: proyecto: “MEJORAMIENTO Y REHABILITACION DEL CIRCUITO VIAL PACOTA, PALMERAS, GUANTANAMO Y NUEVO PIURA DEL DISTRITO DE NUEVO PROGRESO, PROVINCIA DE TOCACHE – REGION SAN MARTIN.” El Estudio deberá ser de tal forma que proporcione a las vías, los niveles adecuados de servicio, seguridad y comodidad al usuario, favoreciendo así el desarrollo de las localidades comprometidas, al quedar pavimentada, ya que originará menores costos de transporte y mayores beneficios. La velocidad de diseño ha sido de 40 Km/h, y se ha considerado en el diseño una sección transversal de 01 vía con 02 carriles cada uno, uno, las calles, tienen un ancho de calzada calzada de 4.00 m, sin bermas laterales y construcción construcción de obras de drenaje pluvial longitudinal.

1.3

UBICACION DEL PROYECTO El área de estudio se encuentra ubicada dentro de las localidades de Pacota, Palmeras, Guantánamo y Nuevo Piura, Distrito de Nuevo Progreso, Provincia de Tocache – Región San Martin.

1.4

PERIODO DE DISEÑO La estructura del pavimento de la vía, tendrá un periodo de diseño de 10 años, de acuerdo a las condiciones actuales del tráfico, periodo en el cual se requerirá una evaluación superficial y estructural del pavimento al menos una vez y cada cuatro años respectivamente, respectivame nte, tal cual establece el Manual de Carreteras Suelos Geología, Geotecnia y Pavimentos: Sección Suelos y Pavimentos – 2014. Asimismo se deberá efectuar una Renovación Superficial periódicamente mediante Sellos asfalticos cada 3 a 4 años.

1.5

CONDICIONES CLIMATICAS DE LA ZONA El Distrito de Nuevo Progreso Progreso tiene la temperatura promedio promedio diaria de 28 OC con una variación de 18OC a 34OC. Durante septiembre y octubre es cuando se alcanzan las mayores temperaturas, a esto se le suma sensaciones térmicas cercanas a los 50 OC. Las temperaturas secas son de junio hasta octubre y diciembre hasta febrero y las temporadas de lluvia desde

MEJORAMIENTO Y REHABILITACION DEL CIRCUITO VIAL PACOTA, PALMERAS, GUANTANAMO Y NUEVO PIURA DEL DISTRITO DE NUEVO PROGRESO, PROVINCIA DE TOCACHE – REGION SAN MARTIN ”

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febrero hasta mayo y octubre hasta diciembre con las mejores lluvias en marzo y abril y la época más seca en julio agosto y septiembre.


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febrero hasta mayo y octubre hasta diciembre con las mejores lluvias en marzo y abril y la época más seca en julio agosto y septiembre.


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2.

DISEÑO DEL PAVIMENTO El pavimento se diseñara empleando la metodología AASHTO 93, las cuales son tomadas como base en el Manual de Carreteras Suelos Geología, Geotecnia y Pavimentos: Sección Suelos y Pavimentos – 2014. Respecto a la estructuración de pavimento esto se realizara de acuerdo a lo sugerido en los TDR: 

Pavimento con Tratamiento Superficial Bicapa (T.S.B.) y capas granulares.

A este requerimiento cabe el siguiente comentario: 

La solución con TSB TSB solo es aplicable aplicable para valores de tráfico menores o iguales iguales a 500000 EE, tal cual establece el Manual de Carreteras Suelos Geología, Geotecnia y Pavimentos: Sección Suelos y Pavimentos – 2014.

En consecuencia, teniendo en cuenta los valores del tráfico, se proyectara un TSB y capas granulares para un periodo de diseño de 10 años. Las características de las capas que conforman el pavimento serán las siguientes: Sub-rasante El suelo de fundación es variable pero predominantemente está compuesto de arcilla inorgánica de mediana plasticidad. La caracterización de estos suelos ha sido definida en los estudios de Mecánica de Suelos correspondientes de los cuales se empleara los valores de CBR obtenidos y presentados en Items posteriores. Base Granular La base granular está constituido de materiales granulares de cantera, procesados para obtenerlas características que satisfagan las Especificaciones Técnicas Generales para Construcción EG – 2013 con un CBR mínimo de 40% para el 100% de la MDS. Carpeta Asfáltica La capa de tratamiento superficial (asfalto y agregados) emplearan agregados pétreos que cumplan con las exigencias de calidad indicadas en la Tabla 418 – 01 del Manual de Carreteras: Especificaciones Técnicas Generales para Construcción EG – 2013. El material bituminoso a ser aplicado será Asfalto Diluido que cumpla con los requisitos de calidad establecidos en las tablas 415 – 02 y 415 – 06 del Manual de Carreteras: Especificaciones Técnicas Generales para Construcción EG – 2013.


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3.

DISEÑO MEDIANTE METODO AASHTO 93

3.1

DESCRIPCION DEL METODO La metodología AASHTO, reconocida a nivel mundial para el sustento experimental en la que se basa, consiste en determinar el Numero Estructural (SN) requerido por el pavimento para soportar el volumen de tránsito vehicular satisfactoriamente durante su periodo de diseño. El procedimiento desarrollado en el presente estudio se encuentra en conformidad con lo estipulado en el Manual de Carreteras Suelos Geología, Geotecnia y Pavimentos: Pavimentos: Sección Suelos y Pavimentos – 2014 el cual está basado en la Guide for Desingn of Pavement Structures 1993. Dentro de las consideraciones del método se tienen:  





El Modulo de Resiliencia (MR), es una medida de las propiedades elásticas de los suelos, se puede determinar indirectamente mediante ecuaciones establecidas. El Coeficiente de Drenaje, toma en cuenta los efectos de los distintos niveles de eficiencia del drenaje en el comportamiento de la estructura. Este parámetro modifica el coeficiente estructural de las capas granulares (subbase y base granular). El método incorpora la estadística para establecer un cierto grado de confiabilidad en el proceso de diseño, este aspecto es incorporado mediante el Nivel de Confiabilidad (%R) que este a su vez se basa en la distribución normal y es función de la desviación estándar (S0) que se ubica entre 0.4 y 0.5. El Índice de Serviciabilidad Final deberá ser tal que culminado el periodo de diseño, la vía (superficie de rodadura) ofrezca una adecuada serviciabilidad.

Los números estructurales estructurales SN, del pavimento son obtenidos mediante la siguiente expresión: El Primer tramo a pavimentar inicia en el Jr. Modesto Pérez Cdra. 2, desde el Jr. Virgen de Fátima hasta el Jr. Sargento Lorez con una longitud de 90.126ml, el Segundo tramo a pavimentar inicia en el Modesto Pérez Cdras. 4, 5, 6 y 7 desde el Jr. Ricardo Palma hasta el Jr. Pedro Ruiz Gallo con una longitud de 402.126 ml, el Tercer tramo inicia en el Jr. Huayranga desde el Jr. Huallaga hasta el Jr. Pedro Ruiz Gallo con una longitud de 180.92 ml. el cuarto tramo a pavimentar inicia en el Jr. Fernando Belaunde Terry desde el Jr. Virgen de Fátima hasta el Jr. Sargento Lorez con una longitud de 89.942ml , y el quinto tramo a pavimentar inicia en el Jr. Fernando Belaunde Belaunde Terry desde el Jr. Ricardo Palma hasta el Jr. Pedro Ruiz Gallo Gallo con una longitud de 405.128 ml, el sexto tramo a pavimentar inicia en el Jr. Virgen de Fatima desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. Fernando Belaunde Terry con una longitud de 167.55 ml, el septimo tramo a pavimentar es el Jr. Ricardo Palma, desde el Jr. Fernando Belaunde Terry hasta el Jr. San Martin con una longitud de 54.68 ml, el octavo tramo a pavimentar inicia es el Jr. Espinar desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. San Martin con una longitud de 276.07 ml, el noveno tramo a pavimentar inicia es el Jr. Huallaga desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. San Martin con una longitud de 288.32 ml, el decimo tramo a pavimentar inicia es el Jr. Carlos Honores desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. Fernando Belaunde Belaunde Terry con una longitud de 254.33 ml, el undécimo tramo a pavimentar inicia es el Jr. Pedro Ruiz Gallo desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. Fernando Belaunde Terry con una longitud de 269.65 ml,y se desarrolla sobre topografía ondulada, siguiendo en gran parte la línea de las fachadas de las viviendas.


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Haciendo un total de 2,478.84 mt como se muestra a continuación: Descripción

Long. m.

Jr. Modesto Pérez 492.25 Jr. Huayranga 180.92 Jr. Belaunde Terry 495.07 Jr. Virgen de Fátima 167.55 Jr. Ricardo Palma 54.68 Jr. Espinar 276.07 Jr. Huallaga 288.32 Jr. Carlos Honores 254.33 Jr. Pedro Ruiz Gallo 269.65 -------------------------------------------------------------Total 2,478.84 El alineamiento horizontal es relativamente homogéneo, sin curvas. El alineamiento vertical, por su parte, presenta pendientes suaves máximo de 6%, siendo las variaciones altimétricas entre 506.00 y 513.00 m.s.n.m. La sección transversal de la vía, presenta un ancho de 7.00 metros y se encuentra afirmada. Los suelos predominantes son, una secuencia de arcillas, lutitas y arenas limosas; de preponderancia en la localidad de Nuevo Progreso, se encuentran conglomerados de matriz arenosa poco consolidada. El sistema de drenaje está constituido principalmente por cunetas sin revestimiento y en mal estado. Existe alcantarillas de concreto armado las que se encuentran de regular a mal estado; pero que no podrán ser usadas por su ubicación con respecto a las canaletas proyectadas por lo cual serán remplazadas. 2.1.2 Trazo del Proyecto Debido a la condición geomorfológica de la zona a lo largo de la cual se desarrolla la pavimentación, el trazado de las vías de acuerdo a las indicaciones de los Términos de Referencia, el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras DG – 2000 y el Manual de Diseño Geométrico de Vías Urbanas - 2005, esencialmente conserva el trazo existente, teniendo en consideración los siguientes parámetros de base: Clasificación

Vía de 04 carriles, la cuales se clasifican como Vías Arteriales Según (MDGVU-2005), ancho de calzada promedio en tangente 18.00 m y con estacionamiento. Alineamiento horizontal

El trazo horizontal ha sido diseñado para una velocidad directriz de 40 km/hr. Alineamiento vertical

El perfil vertical ha sido diseñado respetando en la medida de las posibilidades, la rasante de las vías actuales. La pendiente máxima del tramo estudiado es del orden del 6.00% y pendiente mínima de 0.51%, para permitir el drenaje pluvial.


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La longitud mínima adoptada para las curvas verticales es de 30 m, conforme a los parámetros indicados para contar con la velocidad de parada. 2.2

SECCIONES TRANSVERSALES La sección transversal de las vías están en función de las condiciones morfológicas y climáticas del medio en el cual se ubica los jirones en estudio, en nuestro caso en particular, las vías se desarrollan en zona de selva alta, con temperaturas que varían de 23º a 25ºC y la precipitación entre los 2000 mm/año en Tocache. Con los valores de precipitaciones anteriormente mencionados, el problema de drenaje, tanto transversal como longitudinal de la calzada es bastante serio, quiere decir, que la calzada debe ser equipada de obras de drenaje suficientes para asegurar una evacuación rápida de las aguas; además también reducir al Máximo las sombras sobre la calzada en los tramos en excavaciones y de monte alto, es importante. La sección transversal típica ha sido considerada de acuerdo a lo siguiente: - Ancho de la superficie de rodadura promedio: 8.00 mts ambas vías. - Sin Bermas Laterales. - Bombeo 2%, o peralte según Normas Peruanas, en la calzada. Sección Transversal Típica

- Ancho de la calzada - Bombeo de calzada  

: 8.00 m . (TR y DG-2000) : 2.00 % (DG-2000) para zona con precipitaciones superiores a 500 mm/año

Veloc. directriz 40 k/h Canaleta de concreto armado

: 0.40 x altura variable de sección hidráulica.


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3.

TOPOGRAFIA COMPLEMENTARIA, TRAZO Y DISEÑO GEOMETRICO

3.1

TOPOGRAFIA COMPLEMENTARIA Se ha efectuado el Replanteo estacando cada 10 m los tramos en tangente. La poligonal del eje esta referida al sistema de coordenadas topográficas, de manera que ángulos, distancias y elementos de las curvas, corresponden a los indicados en los planos de diseño. Los PIs de la poligonal del eje de diseño y los puntos de comienzo y fin de curvas circulares o espirales están referenciados en el terreno. Además mediante los trabajos de replanteo topográfico se ha hecho las verificaciones del trazo planimétrico y altimétrico, definiéndose la ubicación de las losas vehiculares; de las obras de Arte y Drenaje, como son la alcantarilla, cunetas abiertas rectangulares, cunetas techadas y sardineles; de los muros de contención; de las veredas y martillos; de los ingresos vehiculares; así como también los cruces con otras vías y la ubicación de señalizaciones.

3.2

TRAZO Y DISEÑO GEOMETRICO El trazo del proyecto ha sido diseñado manteniendo lo más posible del trazo existente y adaptándolo a la geometría impuesta por los parámetros característicos indicados en el punto 2.1.2 Trazo del Proyecto. El trazo del proyecto en la Localidad de Nuevo Progreso, tiene una longitud de 2478.84 ml, el Primer tramo a pavimentar Jr. Modesto Pérez Cdras. 2 Km“00 + 000” , desde el Jr. Virgen de Fátima hasta el Jr. Sargento Lorez Km “00+090.126”, el Segundo tramo a pavimentar inicia en el Modesto Pérez Cdras. 2, 4, 5, 6 y 7 Km“00 + 000”, desde el Jr. Ricardo Palma Km “00+090.126” hasta el Jr. Pedro Ruiz Gallo Km “00+492.25” , el Tercer tramo inicia en el Jr. Huayranga Km“00 + 000” desde el Jr. Huallaga hasta el Jr. Pedro Ruiz Gallo Km “00+180.92”. el cuarto tramo a pavimentar inicia en el Jr. Fernando Belaunde Terry Km“00 + 000” desde el Jr. Virgen de Fátima hasta el Jr. Sargento Lores Km“00 + 0 89.942” , y el quinto tramo a pavimentar inicia en el Jr. Fernando Belaunde Terry Km“00 + 000” desde el Jr. Ricardo Palma hasta el Jr. Pedro Ruiz Gallo “00+405.128” , el sexto tramo a pavimentar inicia en el Jr. Virgen de Fátima Km“00 + 000” desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. Fernando Belaunde Terry Km “ 00+167.55 ”, el séptimo tramo a pavimentar inicia en el Jr. Ricardo Palma Km“00 + 000” desde el Jr. Fernando Belaunde Terry hasta el Jr. San Martin Km “00+054.68”, el octavo tramo a pavimentar inicia en el Jr. Espinar Km“00 + 000” desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. San Martin Km “00+276.07”, el noveno tramo a pavimentar inicia en el Jr. Huallaga Km“00 + 000” desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. San Martin Km“00+ 288.32 ”, el décimo tramo a pavimentar inicia en el Jr. Carlos Honores Km“00 + 000” desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. Fernando Belaunde Terry Km“00 + 254.33”, el undécimo tramo a pavimentar inicia en el Jr. Pedro Ruiz Gallo Km“00 + 000” desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. Fernando Belaunde Terry Km“00 + 269.65”.


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4.

ESTUDIO DE TRÁFICO Y CARGAS

4.1

VOLUMEN Y CLASIFICACIÓN VEHICULAR (AÑO 2014)

4.1.1 Trabajo de Campo El trabajo de campo para determinar el volumen y clasificación vehicular en los tramos a pavimentar de la Av. Fernando Belaunde; se ha ejecutado en la intersección entre esta vía arterial y los Jr. Andrés Avelino Cáceres y Miguel Grau; el cual nos da que el Índice medio diario IMD de las vías del proyecto es de 556 veh./día entre unidades ligeras y pesadas, además de 737 veh./día entre unidades menores o livianos, como motokar y motos lineales. Evidentemente es notorio que el medio de transporte público más utilizado es el motokar y motos lineales, seguido de automóviles y camionetas. Seguidamente, se muestra el Índice Medio Diario IMD vehicular que se estima sobre la base de los conteos de tráfico efectuados durante 7 días por 16 horas diarias. TRAFICO VEHICULAR ACTUAL ZONA DE ESTUDIO TIPO DE VEHICULO

IMD

DISTRIBUCION

%

VEHICULOS MENORES

737

0.5699

56.99%

737

0.5699

56.99%

MOTOKAR / MOTO LINEAL

556

0.4301

43.01%

AUTOMOVIL

VEHICULOS MAYORES

204

0.1575

15.75%

CAMIONETA

172

0.1328

13.28%

OMNIBUS MEDIANO

0

0.0000

0.00%

OMNIBUS GRANDE

0

0.0000

0.00%

CAMION 2E

101

0.0778

7.78%

CAMION 3E

80

0.0621

6.21%

0

0.0000

0.00%

1,293

1.0000

100.0%

ARTICULADO

TOTAL

FUENTE: CONTEO DE TRAFICO EN LA ZONA

4.1.2 Trabajo en gabinete En gabinete se procesó y validó el trabajo de campo, obteniendo el volumen diario y la clasificación vehicular de los días de conteo, obteniendo el IMDs del mes que se efectúo el Conteo, según la siguiente formula: Estación E1 IMDs = [dl1 +...... + dl 5 + ds +dd]/7 Donde: IMDs = Volumen vehicular Promedio Diario del mes que se efectúa el conteo dl1-5 = Día laborable (lunes, martes, miércoles, jueves, viernes) ds = Día sábado dd = Día domingo


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Para expandir el volumen Promedio de la semana (IMDs), al Volumen Promedio Anual (IMD), se debe corregir el IMDs por el Factor de Corrección mensual u el Factor Estacional; del cual se obtiene que el IMD para la zona a pavimentar es de 556 veh/día. 4.2

ESTUDIO DE VELOCIDAD

4.2.1 Ejecución en el campo del estudio de velocidad. El trabajo del campo comprendió dos etapas: - Se ubicó y marcó el tramo - Se realizaron las observaciones. 4.2.2 Ubicación de los tramos En la Av. Fernando Belaunde, para el Estudio de Velocidad, se escogió un (1), punto de control en una plataforma de rodadura a nivel de afirmado. Al Punto de Control se le asigno 300 mts, ubicándose una Estación de observación en cada extremo. Se ubicó la Estación (V1), en la marca del Kilómetro 0+100 y en el Kilómetro 0+400. El Tramo en el cual se ha efectuado la Estación del Estudio tiene una superficie de rodadura de afirmado, pero el tramo está en muy mal estado. 4.2.3 Observaciones en el campo Las observaciones en el campo estuvieron a cargo de dos brigadas compuestas cada una por un observador y un anotador. En la estación (V1), se colocó dos observadores, los que provistos del formato necesario y de relojes cronometrados anotaban la placa y características de los vehículos y la hora minutos y segundos que cruzaban la primera y segunda marca, esta operación se realizó simultáneamente en cada sentido de tráfico en lapsos de dos horas. 4.3

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN En primer lugar se cruzó la información obtenida en cada una de las Estaciones, se ubicó cada vehículo en las dos estaciones, luego se efectuó el cálculo de la velocidad para cada uno de los vehículos. Posteriormente se analizó la consistencia de la información, eliminando datos con errores de observación y/o anotación.

4.4

VELOCIDADADES HALLADAS PARA CADA TIPO DE VEHICULO El análisis estadístico se ha efectuado para cada tipo de vehículo, comprendiendo el cálculo de la velocidad máxima mínima, desviación standard y error típico Para cada tipo de vehículo la velocidad mínima y la velocidad máxima han sido obtenidas del trabajo de campo. Para el cálculo de la velocidad promedio, se ha utilizado la media aritmética de todos los vehículos dentro de su grupo.


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5.

El tratamiento estadístico de los datos ha comprendido el cálculo de la Desviación Standard como medida de la dispersión de los valores individuales alrededor del valor promedio de la muestra; el cálculo del error standard como medida de la exactitud de la muestra. Para el cálculo de la desviación standard y el error típico se han utilizado las fórmulas estadísticas correspondientes. ESTUDIO GEOTECNICO – GEOLOGICO Y ESTABILIDAD DE TALUDES

5.1

GEOLOGIA El área del Proyecto se halla inicialmente en la faja sub-andina Oriental y la llanura Amazónica cuya forma y moldeado son efecto de la fase Plio-Cuaternaria Continental, durante la cual, se levantaron los Andes incluyendo también la región sub-andina. Se observan procesos de erosión y, en las llanuras, procesos de acumulación. Todo el territorio que pertenece a las áreas limítrofes a las vías a pavimentar existentes, está moldeado en rocas sedimentarias y probablemente está relacionado al desarrollo estructural emergente del área y posterior ocurrencia de procesos físicos - geológicos.

5.2

ESTRATIGRAFIA - FORMACIONES SEDIMENTARIAS Las unidades lito-estratigráficas expuestas y visibles en las cuadras a pavimentar, tienen edades que van del Neogene al Cuaternario, los dos últimos sistemas de la era Cenozoica. Las principales unidades en las cuales se hallan los terrenos de la pavimentación estudiada, es la siguiente: - Formación San Martín (NQ-u) A continuación se describe la característica y la ubicación de la Formación San Martín.

5.2.1 Formación San Martín ( NQ-u) Esta unidad geológica se expone como una secuencia de arcillas arenosas, gravas con cantos rodados pequeños, con estratificación también caótica y sesgada. En algunos sitios se observan como capas de conglomerados en forma de estratos sub-horizontales que se diferencian claramente de las otras unidades sobre las cuales descansan. La coloración de los estratos varía de un lugar a otro, desde gris a marrón, inclusive marrón amarillento. Eventualmente puede observarse rasgos de color oscuro probablemente de materia orgánica. En algunos taludes de corte expuestos a la intemperie ocurre como mezcla mal gradada de gravas con matriz de finos limo-arcillosos y limo-arenosos. Los bancos están bien consolidados y los clastos son de forma sub-redondeada y probablemente están rellenando antiguos causes y quebradas.


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5.2.2 Columna Estratigráfica A A

M E SI

UNIDADES

E R

SERIE

T

LITOESTRATIGRAFICAS

COLUMNA

S

O I R A N R E T A U C

A C I O Z O

DEPOSITOS ALUVIALES

Qh - al2

DEPOSITOS FLUVIALES

Qh - fl

PLEISTOCENO

FORMACION UCAYALI

NQ - u

PLIOCENO

FORMACION IPURURO

N - i

MIOCENO

FORMACION CHAMBIRA

PN - ch

HOLOCENO

N E C

5.3

O N E G O E N

GEOLOGIA ESTRUCTURAL

5.3.1 Tectónica Las principales deformaciones que han ocurrido en el área del Proyecto, han afectado las rocas sedimentarias del Cenozoico. Estas estructuras se han desarrollado como efecto de la Fase Incaica de la Tectónica Andina. Hay que destacar que en el trazo de las vías a pavimentar no se observa alguna estructura característica, sin embargo existen algunos cambios morfológicos y de alineamiento de las capas que coinciden con las conocidas deformaciones regionales en el centro del país y en el área del estudio. 5.3.2 Fallamientos y plegamientos


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Se encuentran afectando las formaciones Ipururo, Chambira y en forma eventual a la formación San Martín. Los plegamientos afectan las rocas de las formaciones Ipururo y Chambira con dimensiones variables: la mayoría de ellos coinciden con la alineación de los Fallamientos. Se caracterizan por ser de bajo ángulo medido en los taludes que han resultado de las excavaciones de la carretera existente. 5.4

SISMICIDAD La actividad sísmica en el oriente del Perú donde se ubica este proyecto está relacionada a la geología regional que está moderadamente deformada por los diversos procesos tectónicos que han ocurrido, principalmente durante la Fase incaica De acuerdo a la zonificación sísmica del país, el área de Yarinacocha se ubica en la zona IV, cuyas características corresponden a zona de moderada actividad sísmica; con esta zonificación también coincide E. Deza y C. Carbonell quienes prevén posibles sismos con intensidades de hasta grado VIII en la escala de Mercalli Modificada (MM). El mapa de regionalización sísmica del Instituto Geográfico del Perú, incluye el área de Estudio como un área donde las manifestaciones sísmicas son moderadas, con focos a profundidades mayores a 33 km. Los principales sismos que han ocurrido en el país y que han tenido incidencia en el área del Estudio son los siguientes: - 01 Noviembre de 1947

Terremoto de Satipo; con profundidad mayor a 60 km; la Intensidad en el área osciló de V a VI MM.

- 29 Octubre de 1956

Sismo Huánuco – Tingo María; en el área del Estudio, tuvo una intensidad menor a IV MM.

- 31 Mayo de 1970

Sismo catastrófico en la costa del Perú; en Tingo María se alcanzó una intensidad de IV MM.

- 10 Junio de 1974

Sismo en el centro del país: se asume que en Tingo María y Huánuco, tuvo una intensidad menor a IV MM.

- 17 Noviembre de 1974

Fuerte sismo en el centro del país, en Tingo María se sintió con IV MM, se asume que en el área de Pucallpa la intensidad fue menor.

En relación a estos sismos ocurridos y a los mas recientes, se tiene conocimiento que el área no ha estado afecta a sismos mayores a IV MM, que es considerada de moderada actividad. Se asume que hacia el oriente disminuyen las intensidades, sin embargo, se hace notar que los sismos del área de Satipo (Cerro de Pasco) son los más cercanos a tener influencia en el área de Yarinacocha. En la región no se producen sismos, los que se perciben localmente son aquellos cuyos focos se producen en fallas activas lejanas de ella, generando por ampliación aceleraciones de gravedad


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entre 0.12 g y 0.18 g, para lo que se considera conveniente considerar y adoptar para el diseño de las obras coeficientes de aceleración de gravedad de 0.20 g; bajo a moderado.


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6.

ESTUDIO DE SUELOS Y PAVIMENTOS, EVALUACION DEL ESTADO ESTRUCTURAL, PROSPECCION DE MATERIALES Y DISEÑO ESTRUCTURAL

6.1

EVALUACION DEL ESTADO ESTRUCTURAL ACTUAL DEL PAVIMENTO La evaluación del estado estructural actual del pavimento se efectuó haciendo referencia a métodos de investigación directa e indirecta: realización de calicatas para evaluar los espesores de las capas de la sub-rasante, extracción de muestras para los ensayos de identificación y soporte (CBR).

6.1.1 El Pavimento Existente: Materiales y Espesores El pavimento a realizar en el Jr. Purús, tiene una longitud de 2478.84 ml, el Primer tramo a pavimentar Jr. Modesto Pérez Cdras. 2 Km“00 + 000”, desde el Jr. Virgen de Fátima hasta el Jr. Sargento Lorez Km “00+090.126”, el Segundo tramo a pavimentar inicia en el Modesto Pérez Cdras. 2, 4, 5, 6 y 7 Km“00 + 000”, desde el Jr. Ricardo Palma Km “00+090.126” hasta el Jr. Pedro Ruiz Gallo Km “00+492.25” , el Tercer tramo inicia en el Jr. Huayranga Km“00 + 000” desde el Jr. Huallaga hasta el Jr. Pedro Ruiz Gallo Km “00+180.92”. el cuarto tramo a pavimentar inicia en el Jr. Fernando Belaunde Terry Km“00 + 000” desde el Jr. Virgen de Fátima hasta el Jr. Sargento Lores Km“00 + 089.942” , y el quinto tramo a pa vimentar inicia en el Jr. Fernando Belaunde Terry Km“00 + 000” desde el Jr. Ricardo Palma hasta el Jr. Pedro Ruiz Gallo “00+405.128” , el sexto tramo a pavimentar inicia en el Jr. Virgen de Fátima Km“00 + 000” desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. Fernando Belaunde Terry Km “ 00+167.55”, el séptimo tramo a pavimentar inicia en el Jr. Ricardo Palma Km“00 + 000” desde el Jr. Fernando Belaunde Terry hasta el Jr. San Martin Km “00+054.68”, el octavo tramo a pavimentar inicia en el Jr. Espinar Km“00 + 000” desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. San Martin Km “00+276.07”, el noveno tramo a pavimentar inicia en el Jr. Huallaga Km“00 + 000” desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. San Martin Km“00+288.32”, el décimo tramo a pavimentar inicia en el Jr. Carlos Honores Km“00 + 000” desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. Fernando Belaunde Terry Km“00 + 254.33”, el undécimo tramo a pavimentar inicia en el Jr. Pedro Ruiz Gallo Km“00 + 000” desde la carretera Marginal de La Selva hasta el Jr. Fernando Belaunde Terry Km“00 + 269.65”.

Ambos sectores de las vías a intervenir actualmente cuenta con la capa de afirmado, pero en mal a pésimo estado, lo cual imposibilita el tránsito en la zona en épocas de lluvia. Se ejecutaron cuatro (4) calicatas profundas entre 1,50 m y 2.00 m; y 5 pozos de sondeo. La calicata N°01 en la progresiva 0+240 lado izquierdo en el Jr. Fernando Belaunde Terry, la calicata N°02 en la progresiva 0+040 lado izquierdo del Jr. Modesto Pérez, la calicata N°03 en la progresiva 0+050 lado derecho del Jr. Purús, la calicata N°04 en la progresiva 0+080 lado derecho del Jr. Pedro Ruiz Gallo, se extrajeron muestras de las diferentes capas (base, subrasante, relleno/fundación) para los diferentes ensayos de laboratorio: - Ensayos granulométricos, límites de Atterberg, contenido de humedad natural, Proctor Modificado y CBR y ensayos de corte directo a fin de poder determinar el ángulo de cohesión del suelo y así determinar su capacidad portante. - Sobre la base de los resultados obtenidos, los diferentes materiales están clasificados de conformidad con las disposiciones de la norma AASHTO 145-91.


6.1.1.1 Sub-Rasante / Fundación En la zona del proyecto existe un predominio de los suelos arcillosos de alta plasticidad (tipo CH. La presencia de suelos granulares encima de los suelos finos se debe al mejoramiento recibido por sectores por motivo de la transitabilidad de la vía; estas capas granulares son variables y no guardan uniformidad, existiendo sectores donde la superficie de rodadura es únicamente arcilla. Asimismo también se observa que algunos espesores granulares solamente alcanzan 0.10 m, lo que prácticamente no puede ser considerado como mejoramiento para el tipo de suelo de la sub-rasante. De acuerdo a los resultados en el laboratorio de Mecánica de Suelos Geotécnica E.I.R.L., se tiene que los C.B.R. para las muestras enviadas son: CALICATA C-01

Av. Fernando Belaunde

CLASIFICACIÓN SUCS CH AASHTO A-7-6(14) RESULTADOS DE CBR (PENETRACION A 2")  CBR para el 100% de M.D.S. 10.30%  CBR para el 95% de M.D.S. 6.40% Por lo que el menor valor corresponde al C.B.R. de la calicata N°05 ubicada en el Jr. Leoncio Prado igual al 5.80% al 95% de la MDS y 8.70% al 100% de la MDS con el que se realizara el diseño del Pavimento. 6.2

ESTADO ACTUAL DEL PAVIMENTO Mediante el análisis de los resultados de los ensayos de laboratorio y de campo se pueden sacar las conclusiones siguientes: - sub-rasante / Fundación Al nivel de sub-rasante / fundación se encuentran 30 % de suelos finos (limos-arcillas) y 70 % de suelos granulares (gravas-arenas) con grado de compactación generalmente insuficiente capacidad de soporte heterogénea (CBR 90% desde 2,50; CBR 95% desde 3.50). El hinchamiento lineal promedio de los suelos finos es igual a 5 % (suelos expansivos). El estado de deterioro de las vías existentes es consecuencia principalmente de la fatiga estructural y de la disminución de la capacidad de soporte de los suelos limosos-arcillosos que se encuentran al nivel de la sub-rasante durante la temporada de las lluvias: la superficie es muy permeable y permite la saturación de la sub-rasante limoso-arcillosa durante la temporada de las lluvias. La calidad y el estado de los materiales de sub-rasante/fundación de las calles de la Urbanización Túpac Amaru y la baja capacidad de soporte insuficiente, hinchamiento elevado, humedad natural elevada, compactación insuficiente, requiere de operar al nivel de la sub-


rasante existente con una estabilización para eliminar el hinchamiento e incrementar la capacidad de soporte. El pavimento nuevo podrá ser reconstruido con materiales de cantera (base granular y capa de rodadura en concreto simple) y materiales de recuperación: el material escarificado de la capa de base existente podrá ser reutilizado para la construcción de la sub-base. Las características de los materiales que se emplearon para la construcción de la base existente satisfacen las Especificaciones Técnicas Generales para sub-base referentes a la capacidad de soporte y a la plasticidad. La granulometría de los materiales utilizados en la capa de base/afirmado no satisfacen las Especificaciones Técnicas Generales para sub-base: los materiales han sido utilizados en su estado natural sin chancado y zarandeado. Para limitar los costos de la nueva sub-base y poder emplear los recursos naturales a disposición (materiales escarificados de la capa de base/afirmado existentes) se podrían confirmar las Especificaciones Técnicas Generales de plasticidad (Índice Plástico  6) y de capacidad de soporte (índice CBR 100%  40) y en lo referente a la granulometría se deberían limitar las Especificaciones Técnicas al requerimiento que los materiales para sub-base pertenecientes a la clase A-1 con tamaño máximo 50 mm. 6.3

PROSPECCIÓN DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Generalmente el ambiente de la selva se caracteriza por la escasez de materiales granulares adecuados para la construcción de carreteras. En el Distrito de Nuevo Progreso no existen materiales granulares para las capas del pavimento y agregados para el concreto, se encuentran solamente fuera del distrito en los cauces de los ríos. Estos depósitos son explotados cada año durante el estiaje y en la sucesiva temporada de las lluvias, a cada crecida, los depósitos aluviales se reconstituyen. Por consiguiente su explotación, si se realiza razonablemente, no deja huellas permanentes en el medio ambiente. Es importante tomar en cuenta que dichos depósitos aluviales pueden explotarse solamente durante el estiaje entonces es necesario realizar el acopio del material que será utilizado posteriormente. Generalmente el porcentaje de materiales disponibles con diámetro superior a 50 mm es bajo y no permite una producción elevada de partículas chancadas por lo tanto es preferible hacer referencia a los husos de diámetro máximo reducido que se encuentran en las Especificaciones Técnicas: Capa Huso Especificac. 37,5 mm 25 19 12,5 9,5 4,75 2,0 0,425

1” ½ 1” ¾” ½” 3/8”

4 10 40

Concr Asfalt MAC-2 410 100 80 – 100 79 – 88 51 – 68 38 – 52 17 – 28

Base BG-3 305 100 97 – 100 67 – 79 47 – 59 30 – 45 12 – 21


0,18 80 0,075 200 1 cara fracturada > 2 caras fracturadas >

8 – 17 4 – 8 85 % 80 %

4 – 8 80 % 40 %

Se evaluara la calidad de los materiales de cantera tomando en cuenta las características requeridas en las Especificaciones Técnicas. 6.3.1 Identificación de las canteras Un depósito aluvial de grava arenosa rodada ha sido identificado en la cantera del Rio Uchiza y el Ligante de Progreso. Se ejecutaron calicatas según una malla de 45m x 45m (5 calicatas por hectárea) para delimitar los estratos a explotar y se hizo el cálculo volumétrico: el volumen global alcanza 472.428 m 3. En 10 calicatas se extrajeron las muestras para los ensayos de calidad El valor promedio de los distintos ensayos que están indicados en las Especificaciones Generales para materiales de sub-base, base y pavimento de concreto es el siguiente:

Promed 10 ens. Espec. MAC-2 Espec. BG-3 Espec. SB-2

Adhesiv Agr. Grueso > 95

Riedel Weber Agr. Fino 5

Indice Plástico

Equiv. Arena

Los Angeles Durabilidad

NP

85

24

9

> 95

4 min

NP 4 Max 6 Max

50 min 35 min 25 min

40 Max 40 Max 50 Max

12 Max 12 Max 12 Max

La calidad del material de la cantera es conforme con la calidad requerida para los materiales de sub-base, base y concreto armado. El huso granulométrico promedio (10 ensayos) del material que pasa al tamiz de 50 mm es el siguiente: mm 50,8 37,5 25 19 9,5 4,75 2,0 0,42 0,075

Pulg. 2” 1” ½ 1” ¾” 3/8”

4 10 40 200

% que pasa 100 89 71 61 44 35 26 13 3,8


El material que pasa al tamiz de 50 mm se clasifico como A 1-a. El porcentaje de material grueso (50 mm – 250 mm) alcanza 20 - 25 %. El huso granulométrico natural no cumple con las Especificaciones Generales para sub-base, base y concreto armado. Se hizo 20 ensayos de soporte CBR: diez para el material natural de diámetro inferior a 50 mm y diez para el material de base tipo BG-3 reconstruido en laboratorio según las Especificaciones Generales. Los valores promedio son los siguientes:

atural ase BG –3

Dens Proctor 2,160 2,135

W% opt. 6,7 8,3

CBR 100 % 57 114

Hincham. 0% 0%

Espec. CBR 100 % sub-base 40 min Base 100 min

El material natural cumple con las Especificaciones de plasticidad y soporte para sub-base. El material reconstruido tipo BG-3 cumple con todas las Especificaciones para base. Finalmente los agregados de la cantera Curimana se pueden utilizar para la preparación de materiales de base y concreto armado mediante chancado y zarandeado. No necesita utilizar aditivos de adhesividad. En el caso que el volumen del material recuperado de la capa de base/afirmado existente no sea suficiente para la reconstrucción de la sub-base, se podrá utilizar el material de cantera en su estado natural, mediante zarandeado para eliminar los elementos de diámetro superior a 50 mm. 6.3.2 Identificación de las fuentes de agua No se identificaron fuentes de agua de calidad cercanas a la obra, sin embargo existe agua potable por encontrarse en la zona Urbana, recomendándose el uso de Agua Potable para la mezcla de concreto. 6.4

DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO (20 años) Tomando en cuenta las consideraciones hechas, para el cálculo del pavimento para el periodo de diseño de 20 años, que es el mínimo según el manual para diseño de Pavimento Rígido del MTC 2013, se hace referencia a los métodos de diseño de pavimentos nuevos. El diseño estructural del pavimento ha sido calculado tomando como referencia el método propuesto por la AASHTO-93. De acuerdo con los Términos de Referencia se consideraron los siguientes parámetros de referencia: - Periodo de diseño : 20 años. - Índice de serviciabilidad inicial :4 - Índice de serviciabilidad final :2

6.4.1. TRAFICO Para el diseño del Pavimento Rígido tendremos en cuenta el trafico actual y a futuro que tendrán las vías a pavimentar lo que asegurara su tiempo de diseño y vida útil, para ello se


realizo el conteo durante varios días sobre las características técnicas de los diferentes vehículos que transitan por la Av. Fernando Belaunde, producto del cual se pudo determinar el siguiente cuadro: TRAFICO VEHICULAR ACTUAL ZONA DE ESTUDIO TIPO DE VEHICULO VEHICULOS MENORES MOTOKAR / MOTO LINEAL

VEHICULOS MAYORES

IMD

DISTRIBUCION

%

737

0.5699

56.99%

737

0.5699

56.99%

556

0.4301

43.01%

AUTOMOVIL

204

0.1575

15.75%

CAMIONETA

172

0.1328

13.28%

OMNIBUS MEDIANO

0

0.0000

0.00%

OMNIBUS GRANDE

0

0.0000

0.00%

CAMION 2E

101

0.0778

7.78%

CAMION 3E

80

0.0621

6.21%

0

0.0000

0.00%

1,293

1.0000

100.0%

ARTICULADO

TOTAL

En ese sentido a continuación se muestran los pesos y medidas máximas permitido por el Reglamento Nacional de Vehículos:

Cuadro Nº A. PESOS Y MEDIDAS MÁXIMAS PERMITIDAS (Reglamento Nacional de Vehículos)







(1) Conjunto de ejes con un eje direccional (2) Vehículos con facilidad de distribución de peso por ejes (3) Conjunto de ejes separados compuesto por dos ejes simples donde la distancia entre centros de ruedas es superior a 2,40 m (4) Eje direccional (5) Carga máxima para conjunto de ejes direccionales compuestos por dos ejes simples donde la distancia entre centros de ruedas es superior a 1,70 m

De los datos del estudio de tránsito, reordenando y clasificándolos de acuerdo tipo de vehículo que manda la norma del MTC, los valores del tipo T3S3 han sido asumidos tomando como referencia experiencias locales que presuponen que por el lugar transitaran dichos vehículos, se tiene el cuadro siguiente:

IMDA

Ligeros Automóvil Camioneta 204 172

TABLA IMDA del Estudio Vial Buses B2 B3 0 0

Camiones C2 101

C3 80

Articulados T3S3 40

Es un pavimento de dos calzadas con ancho de 7.20 m cada una, con separador central más estacionamientos a ambos lados, con cuatro carriles dos por sentido, por donde pasan actualmente 597 vehículos, 376 ligeros (62.98%), como transito normal. Adicionalmente las mejoras en esta vía prevén un incremento en el año cero para todos los vehículos del orden del 15%. No hay transito derivado. ESTIMACION DEL ESAL DE DISEÑO El ESAL de diseño, se calcula multiplicando el número de vehículos de cada clase de peso por su Factor Camión apropiado, multiplicando además por los demás factores que se indican en la siguiente ecuación: y sumando los productos:


ESAL = (∑(Número de vehículos de cada clase x Factor Camión))(G)(D)(L)(Y)(365)

Donde: G

=

Factor de crecimiento.

D

=

Factor de distribución direccional que normalmente se asume que es 0.5, cuando el tráfico es en dos sentidos.

L

=

Factor de distribución de vía que varía con el volumen de tráfico y el número de vías.

Y

=

Período del diseño en años.

A continuación describimos nuestras variables. FACTOR DE CRECIMIENTO DEL TRÁFICO (Gjt ) El pavimento debe ser diseñado para servir adecuadamente la demanda del tráfico durante un periodo de años. El crecimiento de tráfico (positivo o negativo) debe ser anticipado cuando se determinen los requerimientos estructurales del pavimento. El factor de crecimiento (G) está en función de la tasa de crecimiento anual del tráfico (r). En la tabla B, se muestran estas relaciones para periodos de diseños de 20 y 40 años. La tasa de crecimiento (r) es un valor muy importante, que está en función de los siguientes factores:     

Tráfico atraído o desviado: Es el incremento sobre el tráfico existente, debido al mejoramiento de un camino existente. Crecimiento normal de tráfico: Es el incremento debido al aumento del número y uso de vehículos motorizados. Edad de la vía siendo r grande cuando la vía es joven. Tráfico generado: Es el incremento debido a la llegada de los vehículos motorizados, que no se hubiera realizado si no se hubieran construido los nuevos servicios. Desarrollo del tráfico: Es el incremento debido al cambio de uso del suelo por la construcción de los nuevos servicios.

En ocasiones se puede usar el Factor de Crecimiento Acumulado (G jt ), para un periodo de diseño determinado (n) considerando una tasa anual de crecimiento (r), lo que representa en la Tabla C.


Si diseñamos el pavimento para 20 años, tendremos que hacer la estimación con la proyección anual. Asumimos 3% para todos los vehículos, ya sean relativos a transito normal o generado por el nuevo pavimento. De la Tabla C para n = 20 años y r = 3% se obtiene G jt = 26.87. FACTOR DE DISTRIBUCION DIRECCIONAL (FD) Existiendo tránsito en dos sentidos, se toma igual a 0.5 para distribuir en tráfico en dos partes.


FACTOR DE DISTRIBUCIÓN POR CARRIL (FC) Cuando existen dos carriles en una dirección, este factor debe estar entre 0.8 a 1.0. En nuestro caso se proyecta dos calzadas con separador central, con dos carriles por calzada.

De la Tabla obtenida del Manual de Carreteras – Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos del MTC 2013 se obtiene un F c = 0.80 con un Factor Ponderado para carril de diseño de 0.40. FACTOR CAMION Para expresar el daño que produce el tráfico, en términos del deterioro que produce un vehículo en particular, hay que considerar la suma de los daños producidos por cada eje de ese tipo de vehículo. De este criterio nace el concepto del Factor Camión, que se define como el número de ESAL’s por número de vehículo. Este factor puede ser calculado para cada tipo de camiones, o para todos los vehículos como un promedio de una determinada configuración de tráfico. Para el caso del tránsito y del diseño de pavimentos rígidos, en el manual de diseño MTC 2013, se definen las fórmulas para el cálculo del Factor Camión.


De esta manera estos valores se pueden tomar como representativos y con la premisa que no se supere los límites de carga establecidos por ley.  B3 : 3.071  C2 : 3.529  C3 : 3.406  T3S3 : 6.390 El efecto de los vehículos ligeros es despreciable en el diseño de espesores. OBTENCION DEL ESAL FINAL Calculo de ESAL’s para el Periodo de Diseño (20 Años) Tipo Vehículo Ligeros A Ligeros C C2 C3 T3S3

Conteo (A) 204

Generados (15%) (B) 31

Acumulado (A+B)=(C) 235

Anual (c) x365 85,775

F Camión (E) 0.001

FD (F) 0.5

FC (G) 0.8

Fca (H) 26.87

ESAL (J) 921.91

172

26

198

72,270

0.001

0.5

0.8

26.87

776.76

101 80 40

15 12 6

116 92 46

42,340 33,580 16,790

3.529 3.406 6.390

0.5 0.5 0.5

0.8 0.8 0.8

26.87 26.87 26.87

1,605,943.16 1,229,286.16 1,153132.50 3,990,060.49

ESAL’s (20 años) = 3’990,060.49, carril de diseño. Este pavimento está dentro del rango de 1’000,001 EE hasta 30’000,00 0 EE propuesto por el

MTC 2013 por lo que se podrá emplear los ábacos de diseño recomendados por la Norma.

6.4.2. SUELO En el estudio de suelos de cimentación, la subrasante se caracteriza por un valor de CBR de 5.80% al 95% de la M.D.S. valor cercano pero inferior al 6% recomendado como materiales aptos para las capas de la subrasante del manual del MTC 2013. Por lo tanto y según recomendación del estudio de Mecánica de Suelos se procederá a reemplazar 0.20 m de la subrasante, cambiar por el mismo espesor con arena limosa con gravas (SW – SM), obtenido de la cantera La Charapita con un CBR al 98% de la M.D.S. de 48.2%. Se prevé colocar una subbase granular de 15 centímetros de espesor con un CBR 71% al 100% de la M.D.S., valor superior al mínimo de 40% al 100% de la M.D.S. establecido por el manual del MTC 2013 para un tráfico menor al 15x10 6 EE. El material de subbase será obtenido de la cantera La Charapita siendo un suelo de arena limosa con gravas (SW – SM).


Con los datos indicados anteriormente se procederá a calcular el Modulo de Reacción Combinado (Kc) que se utilizara para el diseño del espesor del pavimento. En tal sentido se considerara las siguientes ecuaciones: CBR > 10% → K1 = 46 + 9.08 (Log CBR) 4.34 MPa/m Ko (Subrasante) = 132.96 MPa/m K1 (Subbase) = 177.49 MPa/m

13.58 kg/cm 3 18.12 kg/cm3

Entonces el Modulo de Reacción Combinado se obtiene de la siguiente ecuación tomada del manual del MTC 2013: Kc = ((1 + (h/38)2 x (K1/K0)2/3)1/2 x K0 Donde h = 15 cm (espesor de la subbase) Kc (Combinado) = 144.98 MPa/m

14.80 kg/cm3

Con lo expresado en el estudio de suelos: subrasante reemplazada caracterizada por un CBR de 48,2%; y una subbase granular de 15 centímetros con un CBR de 71%; se obtiene un valor de K combinado de 144.98 MPa/m que será empleado en la formula empírica de diseño AASHTO 93.

6.4.3. SERVICIABILIDAD El manual MTC 2013 recomienda que la Serviciabilidad Inicial para el caso de Trafico tipo T P7 sea de 4.30. Asimismo adopta, para el mismo tipo de tráfico, la Serviciabilidad Final de 2.50.

6.4.4. CONFIABILIDAD La confiabilidad adoptada por el proyecto será de 85% por tratarse de una vía con trafico vehicular tipo T P7 según el manual del MTC 2013.

6.4.5. DESVIACION ESTANDAR (So) El rango típico sugerido por AASHTO está comprendido entre 0.30 < So < 0.40, el Manual del MTC 2013 recomienda un So = 0.35; el cual se adoptara para diseño.

6.4.6. RESISTENCIA A FLEXOTRACCION DEL CONCRETO (Mr) Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión es que se introduce este parámetro en la ecuación AASHTO 93.


El Modulo de Rotura (Mr) del concreto se correlaciona con el módulo de compresión (f`c) del concreto mediante la siguiente regresión:

Donde los valores de “a” varían entre 1.99 y 3.18. Adoptando un f’c de 210 kg/cm 2 se obtiene un Mr de 37.53 kg/cm 2 que se empleara para el

diseño.

6.4.7. MODULO ELASTICO DEL CONCRETO AASHTO 93 indica que el modulo elástico puede ser estimado usando una correlación, precisando la correlación recomendada por el ACI:

Para un f’c de 2,983.37 PSI se obtiene un módulo elástico de 3’113, 353.36 PSI equivalente a

218,890.53 kg/cm2.

6.4.8. DRENAJE (Cd) Las condiciones de drenaje representan la probabilidad de que la estructura bajo la losa de concreto mantenga agua libre o humedad por un cierto tiempo. Para un proyecto en Tocache, y que el material es caracterizado como Regular, se adopta conservadoramente Cd = 1.00.

6.4.9. TRANSFERENCIA DE CARGAS (J) Es un parámetro empleado para el diseño de pavimentos de concreto que expresa la capacidad de la estructura como transmisora de cargas entre juntas y fisuras. Se adopta el valor de J = 2.8, con pasadores pero con berma de concreto hidráulico.

6.4.1.- DISEÑO DEL PAVIMENTO MEDIANTE EL METODO AASHTO – 93 En el presente estudio se utilizará el Método de Diseño AASHTO-93 (Pavimentos de Concreto) para diseñar el espesor del pavimento, en concordancia con los Términos de Referencia, dado a que sigue una metodología racional que se adecua a nuestros propósitos y a la zona en que brindará el servicio el Pavimento.


La Guía del diseño para el pavimento de concreto hidráulico se desarrolló al mismo tiempo que para los pavimentos de concreto asfáltico y se publicó en el mismo manual. El plan es basado en las ecuaciones empíricas obtenidas de la “AASHTO Camino de Prueba con Modificaciones Varias”, basadas en la teoría y experiencia. Las ecuaciones básicas desarrolladas por la “AASHTO Camino de Prueba para los Pavi mentos Rígidos” están en el mismo formulario como aquellos para los pavimentos flexibles pero con

valores diferentes para las constantes de la regresión. Las ecuaciones fueron modificadas posteriormente para incluir muchas variables no consideradas en la AASHTO Camino de Prueba. Las ecuaciones de la regresión son:  ( PSI )    (4.5  1.5) 

Log  LogW 18  Z R S o  7.35 Log ( D  1)  0.06  1

1.624 x10 7 ( D  1) 8.46

      S ' cCd ( D 0.75  1.132)  (4.22  0.32 p t ) log   18.42  215.63 J  D 0.75     ( Ec / K ) 0.25    

Donde: W18 = (ESAL).

Número previsto de aplicaciones de carga por eje simple equivalente a 18 Kip

ZR

=

Desviación estándar normal (Que depende de la confiabilidad R).

So

=

Desviación estándar total

D

=

Espesor (en pulgadas) de la losa de pavimento.

ΔPSI

=

Diferencia entre el índice de serviciabilidad inicial de diseño (pO) y el índice de serviciabilidad terminal de diseño (pt ).

S’c

=

Módulo de rotura (psi) del concreto de cemento portland usado en un proyecto específico.

J

=

Coeficiente de transferencia de carga usado para adaptarse a características de transferencia de carga de un proyecto específico.

Cd

=

Coeficiente de Drenaje.

Ec

=

Módulo de elasticidad (psi) del concreto de cemento Portland.

las


k

=

Módulo de reacción de la subrasante (pci).

A continuación se determinan cada uno de los parámetros señalados para proceder luego a la obtención del espesor del pavimento. 6.4.2- PARAMETROS DE DISEÑO 6.4.2.1.-

NUMERO PREVISTO DE APLICACIONES DE CARGA W 18 (ESAL)

Está determinado por el número de repeticiones de pasadas de un eje estándar de 18000 lb sobre la sección del pavimento diseñado. Resulta de la conversión en el futuro de todos los ejes de carga en su equivalente del eje estándar. Este valor fue obtenido en el capítulo anterior, con el dato de 1.17 106. Para los efectos de diseño se tomará 1.17x 10 6 para todo el tramo de la vía. 6.4.2.2.-

DESVIACION ESTANDAR NORMAL ( ZR )

La desviación estándar normal es un parámetro que depende de la confiabilidad R, que a su vez depende de varias consideraciones. Una definición resumida de R se encuentra en la Guía AASHTO, que dice “La confiabilidad de un proceso de diseño-comportamiento de un pavimento, es la probabilidad de que una sección del pavimento, diseñada usando el proceso, se comportará satisfactoriamente bajo las condiciones de tráfico y medio ambiente, durante el período de diseño”

Es decir que para definir la confiabilidad es preciso tener presente varios factores como son el mantenimiento, las condiciones ambientales, el tráfico y el período de diseño. Una vez establecida R se puede tomar un valor de Z R del Cuadro Nº 6.01 Cuadro Nº 6.01 Desviación Estándar Normal correspondiente a diferentes niveles de confiabilidad (Fuente AASHTO) Confiabilidad R (%) Desviación Estándar Normal ZR 50 -0.00 60 -0.253 70 -0.524 75 -0.674 80 -0.841 85 -1.037 90 -1.282 91 -1.34 92 -1.405 93 -1.476 94 -1.555 95 -1.645 96 -1.751 97 -1.881 98 -2.054 99 -2.327 99.9 -3.090


99.99

-3.750

En nuestro caso, considerando que podrían fallar el mantenimiento y el tráfico podría ser excedido, como también las condiciones ambientales sufran procesos extraordinarios, se tomará un R de 90%, correspondiéndole un Z R de -1.282. 6.4.2.3.-

DESVIACION ESTANDAR TOTAL ( S0 )

Depende de la precisión o extensión de la evaluación del factor tráfico para el futuro y de otras variantes asociadas con los modelos de comportamiento de pavimentos. El rango de valores S 0 estimado con la Carretera Experimental AASHTO y los modelos de comportamiento del pavimento original presentados en las Guías de Diseño previas en 1972 y 1981 para pavimentos rígidos es: 0.30 a 0.40. El extremo más bajo corresponde a una evaluación de datos realizado con un programa poco extenso, mientras que el extremo más alto define a una valoración del tráfico con mayor tiempo y precisión. En el estudio se ha realizado con un tiempo relativamente corto, por consiguiente se tomará un valor incluso menor al límite inferior para S 0, es decir igual a 0.25. 6.4.2.4.-

PERDIDA DE SERVICIABILIDAD ( ΔPSI )

Representa la perdida de capacidad de servicio debido a las fallas de la estructura del pavimento y desgaste de la capa de rodadura. Numéricamente resulta de restar al índice de serviciabilidad inicial (po) el índice de serviciabilidad terminal o presente (pt ). El AASHTO considera para pavimentos de concreto hidráulico un índice inicial de 4.5 y un índice terminal de 2.5 Por lo tanto la pérdida de serviciabilidad será 2.0, lo que quiere decir que la máxima posibilidad de deterioro de la capacidad de servir con eficiencia del pavimento será en esa magnitud, luego del cual se decidirá por una nueva obra. 6.4.2.5.-

MODULO DE ROTURA DEL CONCRETO ( Sć )

El módulo de rotura del concreto (Sć) es representado por la resistencia del concreto a la flexión, que para efectos de diseño el procedimiento es mediante el criterio de fatiga, que controla el agrietamiento por la repetición de las cargas en el período de diseño. El módulo de rotura se obtiene mediante ensayos de carga sobre vigas. Estos ensayos son dificultosos y consumen tiempo. Por este motivo existen correlaciones con la resistencia a la compresión a los 28 días de fabricado el concreto (fć): Sć = 0.20 fć. Tomando fć= 210 Kg/cm2, resulta un Sć=42 Kg/cm2 = 625 psi. 6.4.2.6.-

COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA ( J )

Trata sobre la eficiencia de la transferencia de cargas entre losas adyacentes, que se produce cuando la rueda de un vehículo pasa de un lado hacia el otro, para evitar las deflexiones que pueden dar origen a los procesos de bombeo y erosión del material de base. Con esta finalidad de realizan las juntas de contracción que dan origen al trabazón de agregados, adicionalmente se pueden incluir también los dowels y las barras de amarre en las juntas longitudinales.


Cuando se han tomado las previsiones indicadas, el AASHTO recomienda usar el Cuadro Nº 6.02. De donde para una pavimentación de concreto simple o reforzado, que contará con sardineles de concreto y dowels en las juntas, se escoge un coeficiente J igual a 3.0. Cuadro Nº 6.02. Coeficientes de transferencia de cargas recomendado para varios tipos de pavimento y condiciones de diseño (AASHTO). SARDINELES DE CONCRETO TIPO DE PAVIMENTO De concreto simple o reforzado, con junta Pavimento de concreto continuamente reforzado, sin junta

6.4.2.7.-

BERMAS DE ASFALTO ELEMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CARGA SI NO 3.2 3.8 a 4.4 2.9 a 3.2

N/A

ELEMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CARGA SI NO 2.5 a 3.1 3.6 a 4.2 2.3 a 2.9

N/A

COEFICIENTE DE DRENAJE ( Cd )

El coeficiente de drenaje Cd corresponde a las capacidades de evacuación del agua superficial a través de la estructura de la losa de concreto. Depende de la calidad de drenaje y del porcentaje de tiempo de retención de las aguas. El AASHTO recomienda usar el Cuadro Nº 6.03. De allí obtenemos para un porcentaje de tiempo mayor del 25% que la estructura del pavimento que estará sometido a niveles de humedad cercanos a la saturación y una calidad de drenaje, un Cd igual a 1.00. Cuadro Nº 6.03. Coeficientes de drenaje recomendados para el diseño de pavimentos (AASHTO).

CALIDAD DE DRENAJE Excelente Bueno Regular Pobre Muy pobre

6.4.2.8.-

PORCENTAJE DE TIEMPO EN QUE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO ES EXPUESTA A NIVELES DE HUMEDAD CERCANAS A LA SATURACION Menos del 1 1a5 5 a 25 Mayor de 25 1.25 a 1.20 1.20 a 1.15 1.15 a 1.10 1.10 1.20 a 1.15 1.15 a 1.10 1.10 a 1.00 1.00 1.15 a 1.10 1.10 a 1.00 1.00 a 0.90 0.90 1.10 a 1.00 1.00 a 0.90 0.90 a 0.80 0.80 1.00 a 0.90 0.90 a 0.80 0.80 a 0.70 0.70

MODULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO ( Ec )


El valor típico del módulo de elasticidad del concreto es 5x10 6 psi. 6.4.2.9.-

MODULO DE REACCION DE LA SUBRASANTE ( k )

La capacidad de soporte para soportar la exigencia de las cargas se evalúa mediante el coeficiente de reacción de la subrasante k llamado también el balasto de la subrasante. El mismo que se puede obtener por medio de ensayos de carga sobre placa que se realizan in situ. Pero también se pueden obtener de correlaciones con otras propiedades de la subrasante como son el Módulo Resilente (Mr) y el CBR. Con esta finalidad la Guía AASHTO propone las siguientes ecuaciones de correlación: Suelos Finos C.B.R.  7 % : Mr (lb/pulg 2) = 1,500 C.B.R. Suelos Finos C.B.R. > 7  15 % : Mr (lb/pulg 2) = 2,555 C.B.R. 0.64 : Mr (lb/pulg2) = 1,941 C.B.R. 0.6845 : Mr (lb/pulg2) = 3,205 C.B.R. 0.55 : Mr (lb/pulg2) = 3,000 C.B.R. 0.65 Suelos Granulares C.B.R. > 15 % : Mr (lb/pulg2) = 4,326 Ln C.B.R. + 241 Para todos los casos : k = Mr/19.4 En el siguiente cuadro Nº 6.04 se presenta un resumen de las características mecánicas de la subrasante para nuestro proyecto, donde el CBR corresponde al 95% de la máxima densidad seca para una penetración de 0.1”, obtenido en el estudio de mecánica de suelos.

Cuadro Nº 6.04. Conversión de los CBR en su equivalente k CALICATA C-01 Jr. Fernando Belaunde Terry 0+240 Lado izquierdo 0+240

CBR (%)

Mr (lb/pul2)

K (lb/pul3) (pci)

3,50

5,250.00

270.62

A su vez cuando se colocan capas de base sobre la subrasante y se pueden adicionar geosintéticos para mejorar la resistencia o utilizar como elementos de filtro, los valores del k anterior serán mejorados. Asimismo se presentarán pérdidas en la capacidad de soporte (Ls) por efectos ambientales La Pórtland Cement Association recomienda usar el Cuadro Nº 6.05 para evaluar el mejoramiento del k del conjunto subrasante – subbase. Cuadro Nº 6.05. Efecto de una subbase no tratado sobre el valor k de la subrasante VALOR k DE LA SUBRASANTE (pci)

50 100

VALOR k DEL CONJUNTO SUBRASANTE – SUBBASE (pci) Subbase Subbase Subbase Subbase 4 pul 6 pul 9 pul 12 pul

65 130

75 140

85 160

110 190


200 300

220 320

230 330

270 370

320 430

Como se observa, para una subrasante con un k=200 pci y una sub base de 6 ” el valor k del conjunto interpolando es 230, incremento de la capacidad de soporte es 40%. En este proyecto se colocará una sub base de similar espesor, pero el k de la subrasante es mayor a 200. Por estas consideraciones e interpolando tomaremos un mejoramiento del 20.70% para calcular el nuevo k, que se realiza en el Cuadro Nº 6.06 Cuadro Nº 6.06. Nuevo k por efecto de la sub base CALICATA C-01 Jr. Fernando Belaunde Terry 0+240 Lado izquierdo 0+240

k inicial (lb/pul3)

K mejorado (lb/pul3)

270.62

326.67

Asimismo el AASHTO considera para suelos naturales de grano fino de la subrasante cuyo módulo elástico es menor a 40,000 psi, pero que ha sido mejorado por una sub base, que la pérdida de soporte (Ls) está entre 1 a 3. Usando el coeficiente 1 en la Figura Nº 6.01, con la flecha de color roja, se logra obtener los coeficientes k definitivos para la progresivas en el Cuadro Nº 6.07 Cuadro Nº 6.07. k definitivo aplicando la pérdida de soporte (Ls) CALICATA C-01 K Jr. Fernando Belaunde K definitivo mejorado (lb/pul3) Terry 0+240 Lado (lb/pul3) izquierdo 0+240 326.67 100 Para nuestro diseño se usará el valor de 100 pci 6.5.-

DISEÑO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO El espesor de la losa de concreto se obtiene usando la fórmula propuesta por el AASHTO que se indica en el numeral 6.1. El proceso podría realizarse mediante la aplicación de programas de cómputo o mediante la utilización de nomogramas como las mostradas en las figuras Nº 6.02 y 6.03. Las flechas rojas indican el proceso de cálculo del espesor del pavimento, resultando una losa de concreto de 8”.

Figura Nº 6.01. Correlación del módulo corregido k de la subrasante y el módulo definitivo afectado por el potencial de pérdida de soporte


Figura Nº 6.02. Carta de diseño para pavimentos de concreto hidráulico, basada en valores medios de cada parámetro (segmento 1). Fuente Guía AASHTO


Figura Nº 6.03. Continuación - Carta de diseño para pavimentos de concreto hidráulico, basada en valores medios de cada parámetro (segmento 2)


6.6.-

SECCIONES TIPICAS DE PAVIMENTACION En base a las secciones existentes en la vía y el tráfico de diseño futuro se plantean las diferentes soluciones para cada tramo. Para ello se tendrá en cuenta el espesor de la losa obtenida (0.20 m), el espesor de la base (0.20 m).

6.7.-

REFUERZO DEL PAVIMENTO Con la finalidad de evitar la posibilidad de fisuras o grietas se deberá considerar el acero mínimo de temperatura necesario para este fin:


As = 0.002 b x d b = 100 cm. d = 14.0 cm. As =2.5 cm2. S = Av x 100 / As = 0.71 x 100 / 2.5 = 28.40 cm. Sobre la base compactada se colocará la losa de concreto de 0.20 m. de espesor con una resistencia a la Compresión Axial de f'c=210 kg/cm2, la misma que llevará refuerzo de acero, consistente en una malla de fierro corrugado de 3/8" y espaciado cada 0.25 m. colocado a 5 cm. del nivel de la plataforma de rodadura (Rasante). 6.8.-

PROTECCION DEL PAVIMENTO Para garantizar la operatividad y serviciabilidad del Pavimento se ha considerado como elementos de protección del Pavimento los diversos tipos de juntas lo cual garantizará que estos tengan la flexibilidad necesaria al momento de estar expuesto al intenso tráfico; estos elementos son los siguientes:

6.8.1.- JUNTAS LONGITUDINALES Son aquellas que se construyen paralelas al eje del camino con el fin de permitir los movimientos relativos de las diversas losas. Tendrán un espaciamiento no mayor de 4.00 metros ó colocadas en las líneas divisorias que limitan los carriles de tránsito, y llevarán barras de unión que impidan la separación de sus bordes. La profundidad de la ranura será de 40 mm, con espesores de 6 mm, el cual será sellado con mortero asfáltico. Se emplearán barras de fierro corrugado de 1/2 ” de f’ y=4200 kg/cm2 de 0.60 metros de longitud y espaciadas cada 0.70 metros. A continuación realizamos los cálculos de estimación. Para el cálculo de las barras de anclaje, se debe tomar en cuenta lo siguiente:  Las barras de anclaje no se diseñan para trasmitir cargas verticales ni momento flector.  El área de acero a utilizar es: As = b x f x w f’s

As = área de acero por unidad de longitud de junta (cm2/m). b = distancia entre la junta en consideración y el borde libre del pavimento (m). Corresponde normalmente al ancho del carril. f = coeficiente de fricción entre losa y suelo (para una base granular se toma generalmente como 1,5). w = peso de losa por unidad de área (Kg. /m2). f’s = esfuerzo de trabajo del acero (Kg. /cm2); se toma igual a 0.40 f’y, siendo f’y el esfuerzo de fluencia del acero. Reemplazando, tenemos:


As = As =

4.00 x 1.50 x 480 1680

1.71 cm2 / m

Sólo sería necesario Ø 1/2”, cada 0.60 m; pero debido a que con la losa adyacente se conforma una junta de construcción. La longitud de las barras de anclaje debe ser tal que el esfuerzo de adherencia a cada lado de la junta iguale al esfuerzo de trabajo del acero; se calcula de la siguiente manera: L=

2 x A x f’s

axp L A

= longitud total de la barra de anclaje (cm.) = área transversal de una barra de anclaje (cm2). f’s = esfuerzo de trabajo del acero (Kg. /cm2); se toma igual a 0.50 f’y, siendo f’y el esfuerzo de fluencia del acero. a = esfuerzo de trabajo por adherencia. Para acero corrugado, se permite el 10% del valor de la resistencia a compresión del concreto; sin embargo, “a” no debe exceder de 24.5

p

Kg. /cm2 = perímetro de una varilla (cm.)

Reemplazando, tenemos: L=

2 x 1.21 x 2100 21 x 3.99

L=

60.65 cm.

La longitud a utilizar será de 70 cm. En resumen, se utilizará Ø 1/2” @ 0. 60 m, de 0.70 m de longitud. 6.8.2.- JUNTAS TRANSVERSALES DE CONTRACCION Son las usadas para evitar los esfuerzos debidos a la disminución del volumen. Se construirán entre las juntas transversales de expansión, pudiendo ser de dos a tres paños de 4.00 metros a fin de obtener un satisfactorio control de agrietamientos. Las juntas transversales serán de una profundidad de ranura de 40 mm, con espesor de 6 mm. Según se detalla en los planos de juntas empleando para ello madera aserrada o perfil de acero del espesor requerido colocado sobre el paño recién vaciado. Será convenientemente sellado con mortero asfáltico.

6.8.3.- JUNTAS LONGITUDINALES DE ARTICULACION


Se utilizarán estas juntas para conectar ó articular la calzada con la berma, las mismas que se vaciaran de manera conjunta. Llevarán barras de unión suspendidas con alambre Nº 16 de la malla de la calzada y berma respectivamente que impidan la separación de sus bordes. La profundidad de la ranura será de 40 mm, con espesores de 6 mm, el cual será sellado con mortero asfáltico. Se emplearán barras de fierro corrugado de 5/8” de f’y=4200 kg/cm2 de 0.70 metros de

longitud y espaciadas cada 0.60 metros. 6.8.4.- JUNTAS TRANSVERSALES DE DILATACION Son las usadas para evitar los esfuerzos debidos a la disminución del volumen. Se construirán cada 3 paños de 4.00 metros en el sentido longitudinal, intercaladas con las juntas transversales de contracción a todo lo ancho de la losa, con tecknopor de e=1/2” y barras pasadores lisas con la mitad engrasada embutida en un casquillo de PVC de manera que permita la expansión. La armadura consistirá en fierro liso de 1” de 0.4 5 metros de longitud y espaciadas cada 0.30 metros. La primera varilla se colocará a una distancia mínima de 45 cm. del borde interior del pavimento. Esta junta tendrá una abertura de 12.7 mm. y una profundidad de 40 mm., el mismo que luego de fraguado el concreto deberá ser debidamente rellenado con mortero Los Dowels, son dispositivos mecánicos que se utiliza para transmitir cargas de una losa a la vecina. La funcion fundamental del sistema de dowels a lo largo de las juntas transversales es garantizar la transmision de cargas entre losas vecinas; además, garantizan la continuidad de la rasante al mantener los dos bordes de las juntas prácticamente al mismo nivel. Espesor de la losa:

8.00 Pulg.

20.3

SEGÚN LASRECOMENDACIONES DE LA AASHTO TABLA 5.00.

Espesor para la selección de los pasadores de carga.

1.-

Con la Tabla 5.00, para un espesor de 8.00 pulg igual a 200 mm. De la tabla se obtiene en el rango de 6 - 8 pulg. Lo siguiente : Diametro del pasador : 1 pulg el cual es comercial en el mercado

2.3.-

Longitud Total del Dowel : 18 pulg.= 45 cm. Separacion entre centros de Dowel : 12 pulg. = 30 cm. Colocar Dowels de ø 1" y L=45 cm @0.30m.

Memoria de Calculo -Pavimento

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