Rehabilitacin y Mejoramiento de laCarretera XDiseo de Pavimento Flexible

Estructura del Informe5.1. DISEO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO FLEXIBLE

5.1.1 Alcance5.1.2 Mtodo de Diseo5.1.3 Estimacin de las cargas de diseo (Wt18)5.1.3.1 Trnsito promedio diaria anual (TPDA) 5.1.3.2 Factores de equivalencia de carga5.1.4 Confiabilidad en el diseo (R)5.1.5 Variacin permisible en la Servicapacidad (Dpsi)5.1.6 Caracterizacin del material de la sub-rasante y definicin de la Unidad de Diseo5.1.7 Determinacin del Nmero Estructural (SN) en cada Unidad de Diseo5.1.8 Materiales y mezclas para las capas de la estructura del pavimento5.1.9 Alternativas de diseo5.1.10 Espesores de la estructura de pavimento para cada alternativa5.1.11 Alternativa final a ser seleccionada

1. Alcance del Proyecto de PavimentosAnlisis de las variables de diseo y materiales de construccin para definir la estructura de pavimento para la Rehabilitacin y Mejoramiento de la Carretera.

2. Mtodo de DiseoEl Mtodo seleccionado es el desarrollado por la Asociacin Americana de Administradores Estadales de Carreteras y Transporte (AASHTO)

Gua de diseo AASHTO-93Manual SIECAPrograma de diseo de pavimentos desarrollado por la Asociacin Americana de Pavimentos de Concreto (ACPA), versin WinPas, aplicacin para pavimentos flexibles (1993).

2.1 Ecuacin de diseoVariables independientes:

Wt18: Nmero de aplicaciones de cargas equivalentes de 80 kN acumuladas en el periodo de diseo (n).

ZR: Valor del desviador en una curva de distribucin normal, funcin de la Confiabilidad del diseo (R) o grado confianza en que las cargas de diseo no sern superadas por las cargas reales aplicadas sobre el pavimento.(Ecuacin 1)

2.1 Ecuacin de diseoSo: Desviacin estndar del sistema, funcin de posibles variaciones en las estimaciones de trnsito (cargas y volmenes) y comportamiento del pavimento a lo largo de su vida de servicio.

PSI: Prdida de Serviciabilidad (Condicin de Servicio) prevista en el diseo, y medida como la diferencia entre la planitud (calidad de acabado) del pavimento al concluirse su construccin (Serviceabilidad Inicial (po) y su planitud al final del periodo de diseo (Servicapacidad Final (pt).

MR: Mdulo Resiliente de la subrasante y de las capas de bases y sub-bases granulares, obtenido a travs de ecuaciones de correlacin con la capacidad portante (CBR) de los materiales (suelos y granulares).

2.1 Ecuacin de diseoVariable dependiente:

SN:Nmero Estructural, o capacidad de la estructura para soportar las cargas bajo las condiciones (variables independientes) de diseo.

3. Estimacin de las cargas de diseo (Wt18)Wt18=EEo*F (Ecuacin 2)

EEo = Cargas acumuladas en el primer ao del periodo de diseoF = Factor de crecimientoEEo =TPDA * %Vp * FC * fds * fuc * A * D F = {(1 + TC)^n 1} / TC TC = tasa de crecimiento interanualn = periodo de diseo

3. Estimacin de las cargas de diseo (Wt18)EEo = Cargas acumuladas en el primer ao del periodo de diseoEEo =TPDA * %Vp * FC * fds * fuc * A * D TPDA = Trfico Promedio Diario Anual, para el primer ao del periodo de diseo.%Vp = Porcentaje de vehculos de carga dentro del volumen de trfico totalFC = Factor Camin, o carga equivalente total por camin promediofds = factor de distribucin del trfico por sentido de circulacinfuc = factor de utilizacin del trfico total por sentido en el canal de diseoA = factor de ajuste por trfico desbalanceadoD = Das por ao en que circular por el canal de diseo el trfico definido por los trminos anteriores (365 das en este proyecto).

3.1 Valores de TPDA y TCFuente: Estudio de Trfico Carretera

3.2 Factores de equivalencia de cargasFuente: Gua AASHTO-93, para SN = 4.0 y pt = 2.5

3.2 Factores de equivalencia de cargas (ejes simples)Fuente: Gua AASHTO-93, para SN = 4.0 y pt = 2.5

3.2 Factores de equivalencia de cargas (ejes dobles)Fuente: Gua AASHTO-93, para SN = 4.0 y pt = 2.5

3.2 Factores de equivalencia de cargas (ejes triples)Fuente: Gua AASHTO-93, para SN = 4.0 y pt = 2.5

3.3 Factores camin por tipo de vehculo, para la combinacin de cargas sobre la va(Fuente: Estudio de Trfico, Aparte IV.4.1 y Gua AASHTO-93)

3.4 Cargas equivalentes acumuladas en el periodo de diseo (Wt18)CONSIDERACIONES:fds = 0.52 (Fuente: Estudio de Trnsito) fuc = 1.0 (Fuente: Gua AASHTO-93) A = 1.0 (Fuente: Gua AASHTO-93)RESUMEN:

Veh. Liv.Pesados de PasajerosPesados de CargaMBusBusC2 Liv.C2C3Otros

Totales 773 32 568 372 3,617 3,161 32 FE0.00030.48110.79630.05720.59751.26332.1035fds0.52DIAS 365.00fuc1.0A1.01.0REE 44 2,922 85,848 4,036 410,183 757,939 12,776 REEtotal 1273,748

VIDA UTIL (aos)Cargas de diseo201,273,748 1577966210415113

4 . Confiabilidad en el diseo (R)La Confiabilidad y el Factor de Seguridad

Valor de la ConfiabilidadZrSoFactor de seguridad50 0.0000.451.0060- 0.2531.3070- 0.5241.7275- 0.6742.0185- 1.0372.9395- 1.6455.50

5. Variacin permisible en la Servicapacidad(Dpsi)Servicapacidad inicial (po) = 4.2Condicin de servicio de un pavimento al concluir su construccinServicapacidad final (pt) = 2.00Condicin de servicio de un pavimento en una va rural principal al final de su vida de servicioAmbos valores son recomendados por el Manual SIECA y la Gua AASHTO-93Dpsi = 4.2 2.0 = 2.2

6. Caracterizacin del material de sub-rasanteFueron ensayadas 21 muestras del material de fundacin sobre la lnea.(Estudio de suelos para revisin de estructura de pavimentos, ASOCIO, enero 2009)

Estos resultados fueron analizados bajo el procedimiento del Instituto del Asfalto, para determinar el CBR de Diseo.

6. Caracterizacin del material de sub-rasante

6. Caracterizacin del material de sub-rasante

6. Unidades de diseo en funcin de los CBRCorrelacin entre valores de CBR y Mdulo Resiliente (MR)*

* Ecuacin de correlacin integrada dentro del Programa Winpas de la APCA

7. Nmero Estructural (SN/sr)* sobre la SR* Solucin de la Ecuacin AASHTO-93 para las diferentes variables independientesValores requeridos de Nmero Estructural (SN) sobre la sub-rasante

VIDA UTIL (aos)Cargas de diseoMR sub-rasante psiSN/sub-rasante201,273,748 4,211.73.82157796623.56104151133.24

8. Calidad de materiales para capas del pavimentosMaterial para sub-baseLos resultados de los ensayos ejecutados sobre los materiales encontrados en los bancos a lo largo del trazado, permiten concluir que no se encontrarn materiales aptos para ser empleados como sub-base granular, ya que, en los bancos analizados se han obtenido valores de CBR muy bajos.Con base en lo anterior se recomienda que el actual rodamiento se estabilice en 20 centmetros con cemento y sea considerada la subbase, en funcin de ello se estima un coeficiente estructural (a3) de 0.10 y un coeficiente de drenaje (cm3) de 1.0

asub-base = 0.10 y coeficiente de drenaje = 1.0

8. Calidad de materiales para capas del pavimentosMaterial para base granularComo material de base granular se recomienda una mezcla de materiales granulares, debidamente triturados y gradados, que resulten con un CBR mnimo de 80%. La correlacin PAS para este tipo de material arroja un MR de 38,971 psi. La Gua de Diseo AASHTO-93 asigna a estas mezclas un coeficiente estructural (a2) de 0.14 y un coeficiente de drenaje (cm2) de 1.00.aBase = 0.14 y coeficiente de drenaje = 1.00* Segn Ecuacin de correlacin del ACPA

8. Calidad de materiales para capas del pavimentosPara la capa asfltica debe emplearse mezcla de concreto asfltico densamente gradadas, mezcladas en planta en caliente, de las caractersticas que se indican en la Tabla 11, determinadas de acuerdo al Ensayo Marshall (AASHTO T-245)TABLA 11Requisitos de calidad de las mezclas asflticas

Mezclas asflticas para pavimentoarodamiento = 0.43 y coeficiente de drenaje = 1.0

CapaGranulometra TipoEstabilidad(lbs)Flujo(0.01 pulg)Vacos totales (%)VAM(%)Vacos llenados(VFA), (%)RodamientoTNM 12> 1.8008 143 5> 1365 - 75

9. Determinacin de los espesores de capasSN/i = erod * arod + eint * aint + ereciclado * ereciclado (Ecuacin 5)ESCENARIO 1: vida til de 20 aos

ALTERNATIVAEspesor capa de rodamiento (cm)Espesor capa de base granular (cm)Espesor capa de sub-base estabilizada con cemento (cm)MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE (MAC)10.025.020.0DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL ASFALTICO (DTS)0.0050.035.0ADOQUIN10 (MAS 5 CMS DE ARENA)25.020.0

9. Determinacin de los espesores de capasSN/i = erod * arod + eint * aint + ereciclado * ereciclado (Ecuacin 5)ESCENARIO 2: vida til de 15 aos

ALTERNATIVAEspesor capa de rodamiento (cm)Espesor capa de base granular (cm)Espesor capa de sub-base estabilizada con cemento (cm)MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE (MAC)8.525.020.0DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL ASFALTICO (DTS)0.0044.035.0ADOQUIN10 (MAS 5 CMS DE ARENA)19.020.0

9. Determinacin de los espesores de capasSN/i = erod * arod + eint * aint + ereciclado * ereciclado (Ecuacin 5)ESCENARIO 3: vida til de 10 aos

ALTERNATIVAEspesor capa de rodamiento (cm)Espesor capa de base granular (cm)Espesor capa de sub-base estabilizada con cemento (cm)MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE (MAC)6.525.020.0DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL ASFALTICO (DTS)0.0038.035.0ADOQUIN10 (MAS 5 CMS DE ARENA)15.017.5

9. Determinacin de los espesores de capasESCENARIO 4: Espesores de pavimento Alternativa de concreto. Espesores de pavimento. Alternativa de concreto.

VIDA UTIL (aos)Espesores de diseo (cm)Losa de concretoBase estabilizada con cementoSub-base estabilizada con cemento2015.0015201514.0015201012.001520

12. Alternativa recomendadaEl anlisis de la informacin anterior, en cuanto a espesores y tipos de materiales, conjuntamente con los precios unitarios estimados para cada tipo de material, permitir la seleccin de la alternativa ms conveniente para el tramo