proyecto de pavimento
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL
U.N.E.F.A.
NÚCLEO PORTUGUESA SEDE GUANARE
DISEÑO DE PAVIMENTO
BACHILLERES:
-VELASQUEZ LUIS C.I 24.907.552
-GOMEZ DIANA C.I 24.537.114
-LOPEZ THOMAS C.I 24.506.293
-ABREU LUIS C.I 24.543.224
-GONZALES RICARDO C.I 24.507.516
ASIGNATURA: PAVIMENTO
TUTOR: ING. MAURIELO RODRIGUEZ
SEMESTRE: INTENSIVO 2015
ING.CIVIL
AGOSTO DEL 2015
ÍNDICE GENERAL:
Capítulo V . . . . . . . . 05
5 La Propuesta Tecnológica . . . . . . 05
5.1 Especificaciones Técnicas de Construcción . . . 05
5.2 Cómputos Métricos . . . . . . 31
5.5 Memoria Técnica Descriptiva . . . . . 34
6 Conclusiones . . . . . . . 36
7 Recomendaciones . . . . . . . 37
2
TABLA DE CUADROS:
Cuadro 1: Valores promedio del factor camión para las diferentes entidades
Del país . . . . . . . . 07
Cuadro 2: Nomenclatura de tránsito pesado . . . . 8-9
Cuadro 3: Factor de distribución por sentido. . . . 09-10
Cuadro 4: Factor de utilización por canal . . . . 10
Cuadro5: Tasa de crecimiento . . . . . 11
Cuadro 6: Periodo de diseño . . . . . 11-12
Cuadro 7: Valor relativo de soporte critico estimado en porcentajede
Pavimentopara sub-rasante compactible 95% . . . 14
Cuadro 8: Valores de confiabilidad con diferentes clasificaciones
Funcionales . . . . . . . 18-19
Cuadro 9: Propiedades Marshall exigidas para el diseño de mezclas
En laboratorios . .. . . . . 23
Cuadro 10: Relaciones de clima en Venezuela . . . 27
Cuadro 11: Capacidad de drenaje para remover la humedad . 28
Cuadro 12: Valores recomendados para coeficientes estructurales de capa
de bases y sub-rasantes, en pavimento flexible . . . 28
Cuadro 13: Datos para el diseño de pavimento . . . 29
Cuadro 14: Espesores mínimos en pulgadas en función de los ejes
Equivalentes . . . . . . . 30
3
TABLA GRÁFICOS:
Fig. 1 Tipos de suelos en Venezuela . . . . 13-14
Fig. 2 Coeficiente estructural de la carpeta asfáltica . . . 24
Fig. 3 Coeficiente estructural de la capa base . . . 25
Fig. 4 Coeficiente estructural de la capa sub-base . . . 26
Fig. 5 Zona climática de Venezuela . . . . 27
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CAPÍTULO V
5. La Propuesta Tecnológica.
5.1 Especificaciones Técnicas de Construcción.
Propuesta de Pavimento Flexible para la Optimización de la Vialidad en el Sectorlos
próceres calle 4 URB. José A, Páez Del Municipio Guanare Estado portuguesa.
Datos.
- La vía es Urbana
- Carretera de 1 canal por sentido.
- Periodo de diseño: de 15 a 25 años.
Tránsito de Diseño
Un conteo se realiza en un lapso ideal de un (1) año, de esta manera se elimina cualquier
error por condiciones estacionales del flujo de vehículos. Cuando el conteo se realiza en
estaciones de cobertura 1, o en peajes, automáticamente al correr del año se va registrando el
volumen acumulado de vehículos. En otras ocasiones o puntos de medición, no es ni práctico
ni económico, el que se disponga de este lapso de tiempo. Lo ideal entonces, es realizar una
medición de un mes continuo. En caso de que esto tampoco sea posible, la medición debería
ser de una (1) semana completa, en forma tal que se obtenga un registro de lunes a domingo.
Si tampoco esto fuese posible, debería al menos disponerse de un registro de un día laboral y
de un día de fin de semana (sábado o domingo). Si en alguno casos ni siquiera esto fuese
posible, el conteo debe ser realizado en un día (24 horas) continuas, preferiblemente en un día
laborable. Pudiera darse el caso de que ni aún pudiese contarse en un lapso de 24 horas; en
este caso debe irse a un conteo de doce horas. Si ni aun pueden contarse en estas 12, debe irse
a ocho (8) horas, y a veces solo podrá contarse durante una hora.
El conteo se llevó a cabo de una manera visual; Aun cuando lo ideal es que el conteo
vehicular –clasificado o no– se realice mediante el empleo de equipos, en el caso de que esto
no sea posible, por razones de tiempo o carencia de recursos, siempre se podrá recurrir al
sistema de contar los vehículos mediante la simple observación visual del paso del flujo
vehicular. El conteo visual permite no solo determinar el total de vehículos que circulan por
el punto de medición, sino que se obtiene un “conteo clasificado” ya que se contabiliza el
número de cada tipo de vehículo que pasa por esa sección durante el tiempo de la medición.
Por lo tanto, tomando en cuenta las especificaciones, se procedió a analizar el tránsito de la
5
vía similar a la vía en estudio, puesto que el tránsito a obtener será el equivalente cuando
exista la vía consolidada en el sector los próceres.
Obtenido el conteo vehicular, se procede a determinar el promedio diario de tránsito
(PDT) y con ello poder apreciar el promedio diario de tránsito en el año inicial (PDTo), con
la ecuación prescrita de la siguiente manera:
PDTo=2223+2101+2218+2315+2589+2850+2441 7 =
167377
PDTo=2391 vpd
Calculo de las Repeticiones de los Ejes Equivalentes.
Son las cargas equivalentes totales en el periodo de diseño que se requieren para realizar
un diseño de pavimento. El método actual contempla los ejes equivalentes sencillos de
18,000 lb (8.2 ton) acumulados durante el período de diseño, por lo que no ha habido grandes
cambios con respecto a la metodología original de AASHTO. El diseño de transito gira en
base a dos ecuaciones que son:
Ecuación 1:
REE=EEo× F
Donde:
REE: Son las repeticiones de ejes equivalentes o cargas equivalentes totales.
EEo: Cargas equivalentes en el año inicial.
F: Factor de crecimiento.
Ecuación 2:
EEo=PDTo ×%Vp × FC × fd × fc × Nd
Dónde:
EEo: Cargas equivalentes en el año inicial.
PDTo: Promedio diario de tránsito en el año inicial.
%Vp: Porcentaje de vehículos pesados.
FC: Factor camión.
fd: Factor de distribución por sentido.
fc: Factor de utilización de canal.
6
Nd: días del año.
Calculo del Factor Camión.
El siguiente cuadro nos permite estimar el Factor Camión ponderado total por estado, y la
cual es muy útil cuando se realizan estimaciones de inversión en planes regionales de
pavimentación, o en cualquier otro trabajo de planificación.
Cuadro 1 Valores promedio del factor camión para las diferentes entidades del país
Entidad
Factor Camión promedio
ponderado
Amazonas 1.29
Anzoátegui 2.05
Apure 1.42
Aragua 3.77
Barinas 1.42
Bolívar 6.69
Carabobo 3.93
Cojedes 1.42
Delta Amacuro 1.29
Dto. Federal 3.61
Falcón 3.03
Lara 1.42
Mérida 1.29
Miranda 3.61
Monagas 2.05
Nueva Esparta 1.25
PORTUGUESA 1.42
Sucre 2.05
Trujillo 1.47
Fuente: II Taller “Evaluación y clasificación de la Red Vial Principal”, Caracas, 1993.
Ministerio de Transporte y Comunicaciones, Dirección General Sectorial de la Vialidad
Terrestre, Dirección de Conservación Vial.
Según cuadro N° 3 se asume un Fc para el estado Portuguesa de 1.42
Porcentaje de Vehículos Pesados.
7
Este se obtiene mediante el volumen de tránsito pesado (VTP), que en nuestro caso es la
sumatoria de todos los vehículos que se consideran pesados, que van seleccionados como
todos aquellos que poseen seis ruedas, es decir desde aquellos.
Vehículos con un eje trasero de cuatro ruedas, y/o tres o más ejes individuales. Se
clasifican de acuerdo a diferentes categorías señaladas en la siguiente Tabla, donde se indica
tanto la nomenclatura que utiliza la Oficina de Planificación del Transporte Terrestre
(O.P.T.T) del Ministerio de Infraestructura, como la establecida en la Norma COVENIN
2402-86:
Cuadro 2. Nomenclatura de Tránsito Pesado
8
Fuente: COVENIN 614-1997
El porcentaje de vehículos pesados me lo arroja la planilla en Excel, junto con el (PDT) para
este caso mi porcentaje de vehículos pesado es:
%Vp=0.2%
Factor de Distribución por Sentido ( fd)
Es el que nos permite medir el total del tránsito que circulará en el sentido de diseño,
y sus valores son los que se indican en el siguiente cuadro:
Cuadro 3. Fd
Modo de medición del PDT Valor del fd
En ambos sentidos 0,50
Por sentido de circulación 1,00
Fuentes: NCHRP Project 1-32: Pavement Design Tools, Eres Consultants, Inc. 1998.
Por tal motivo, analizando el tránsito en los dos sentido de circulación se debe tomar
el valor correspondiente de la tabla, en este caso es de fd= 0.5
Factor de Utilización por Canal (fc)
Es el que nos permite asignar al canal de diseño, la fracción del total de vehículos que
circulará por este canal y su valor se selecciona de acuerdo al siguiente cuadro, en Venezuela
tradicionalmente sus valores han sido los siguientes para el tránsito ya asignado al sentido de
circulación. Por lo tanto, para el diseño propuesto se incluirá el valor de fc= 100, que en
porcentaje seria fc= 1.00.
Cuadro 4.Fc
Nº de carriles en cada
sentido
Porcentaje de w18 en el
carril de diseño
1 100
2 80 – 100
3 60 – 80
4 o más carriles 50 – 75
Fuentes: NCHRP Project 1-32: Pavement Design Tools, Eres Consultants, Inc. 1998.
Días del año
Se tomaran todos los días del año que en total suman 365 días.
9
Luego de encontrar los datos de la ecuación número dos, resolvemos de la siguiente
manera para encontrar los ejes equivalentes en el año inicial de diseño:
EEo=PDTo ×%Vp × FC × fd × fc × Nd
EEo=2391 ×0.2100
×1.42 ×0.50 × 1.00× 365
EEo= 1239.25
Con este resultado podemos calcular las repeticiones de ejes equivalentes que se muestran
en la ecuación uno son:
REE=EEo× F
Como bien podemos observar, calculamos de manera individual el factor de crecimiento
(F) con la siguiente fórmula:
F= [(1 + r)n ] - 1 Ln (1+r)
Donde:
r: Tasa de crecimiento. Incremento anual del volumen de transito de una vía.
n: Periodo de diseño.
La tasa de crecimiento interanual (r), permite constituir el crecimiento del tránsito a lo
largo del período de diseño, y en el caso de que no pueda ser obtenido de los registros
históricos de tránsito, pueden emplearse los resultados de mediciones para diseños que
arrojan los resultados que se presentan en el siguiente cuadro:
Cuadro 5. Tasa de Crecimiento
Criterio estadístico Valor
Promedio 4,20%
Desviación estándar 1,80%
Valor mínimo 0,24%
Valor máximo 8,28%
10
Fuente: Corredor, G.: V Jornadas de Vialidad y Transporte, Valencia.
Basándonos en estos resultados, tomamos el criterio estadístico promedio, el cual
contiene una tasa de crecimiento de r= 4,20.
Por otra parte, el periodo de diseño (n) se toma basado en los siguientes valores del cuadro
9, que resume los periodos de diseño recomendados por la Asociación Americana de
Administradores de Carreteras y Transporte (AASHTO) y la correspondiente a la tipología de
la red vial nacional:
Cuadro 6. Periodo de Diseño
Tipo de vía según
AASTHO
Según nomenclador vial
venezolano
Periodo de diseño (años)
Principal Autopista urbana o rural de alto
volumen y vía troncal
30-50 (30 en autopistas
urbanas)
Secundaria Vía local 20-50
Terciaria Vía ramal, sub-ramal o agrícola 15-25, con mínimo de 10
años
Fuente: Asociación Americana de Administradores de Carreteras y Transporte (AASHTO)
El “Período de Diseño” no debe ser confundido con la “Vida Útil” del pavimento, ni con
el Período de Análisis; este último puede comprender varios Períodos de Diseño, como en el
caso de la pavimentación por etapas. La vialidad en estudio entra en la categoría de vía
terciaria, es decir, con periodos de diseño entre 15 a 25 años. Para efectos de diseño, el
período de diseño seleccionado para la primera vida útil del pavimento, fue de 20 años.
Debido a esta información determinamos el factor de crecimiento:
F=(1 + 0,042)20 - 1 Ln (1+0,042)
=31.04
Luego introducimos los valores en la ecuación 1 para obtener los resultados de las
repeticiones de los ejes equivalentes del diseño de pavimento flexible:
REE=1239.25 ×31.04
REE=38466.32 EE
11
El CBR para las Capas del Pavimento.
El CBR de un material está en función de su densidad, textura, humedad de compactación,
humedad después de la saturación, su grado de alteración y su granulometría. Estos valores
nos permitirán conocer el número estructural de cada capa según sea sus especificaciones.El
CBR comúnmente se calcula mediante ensayos de suelo, como mínimo cinco ensayos por
unidad de diseño, pero teniendo en cuenta las limitaciones de la investigación se utilizaran
valores basados en características del terreno y materiales, así como de climas, nivel freático
y precipitación pluvial, tomando en consideración estimaciones mínimas bajo las normas para
efectos de diseño.
Capacidad de Soporte del Suelo de Fundación (CBRSR).
Tomando en cuenta lo antes expuesto, para determinar la capacidad de soporte de la sub-
rasante nos basaremos en valores de soportes críticos para las condiciones previamente dadas
debido a la zona en estudio por medio del tipo de suelo y el nivel freático. En primer lugar
obtendremos el tipo de suelo según la región en que se encuentra ubicada la vía. Venezuela
posee una gran variedad de suelos, entre otros factores, de la diversidad de climas, relieves,
rocas y especies vegetales que la caracterizan. Por esta razón, se han realizado en el país
diversos estudios para establecer su caracterización y según este sistema, Venezuela cuenta
con 9 de los 12 tipos de suelos contemplados que son: entisoles, inceptisoles, vertisoles,
olisoles, ultisoles, oxisoles, aridisoles, histosoles y alfisoles, como lo muestra el siguiente
gráfico:
12
Grafico1. Tipos de Suelos en Venezuela. Fuente: Geografía de suelos y geotecnia
(2004)
En el grafico se puede apreciar que la región de portuguesa está constituida por los colores
amarillo y verde los cuales corresponden a tipos de suelos inceptisoles y vertisoles
respectivamente. Los inceptisoles son los suelos proporcionalmente maduros y rocosos.
Por otro lado, los suelos vertisoles. Tienen un alto grado de fertilidad y son buenos para el
pastoreo. Dado su alto contenido de arcilla.
De esta manera, el estado PORTUGUESA posee una combinación de suelo inceptisole –
vertisole, lo cual lo hace un suelo rocoso maduro y arcilloso, quiere decir que está en una
proporción de arena no plástica y arcilla activa que presentan unos parámetros de valores de
soporte críticos que se pueden apreciar en la siguiente tabla
13
Cuadro 7. Valor relativo de soporte critico estimado en porcentajes de pavimentos
para sub- rasantes compactadas 95%
Fuente: Adaptación de suelos sub-rasantes de “Road Note 31”, tercera edición, Transporte
and Road ResearchLaboratory,HerMajesty’sStationery Office, Londres, 1977 (ref. 8).
De acuerdo con la variación estacional debe elegirse el nivel freático más alto para
efectos de cálculo por ser el más desfavorable, que será el de 0,6 metros, así pues, a través de
este nivel freático se determina un promedio de los porcentajes mínimos tolerables a la
compactación del 95% en sub-rasantes de las categorías de arena no plástica y arcilla activa
de valor de soporte relativo obteniendo lo siguiente:
Arena no plástica= 8 -10
Arcilla activa= 2 – 3
Promedio=8 + 22
=5=¿CBRSR=5 %
Según estudio de suelo elaborado por la gobernación del estado portuguesa (INVITRA) en
el sector mencionado (urbanización José A Páez) según planilla a continuación.
14
DENS.hi
=5 cm
. SECA
Golpes
PRIMERA ULTIMA
Kg/M3po
rLECTURA LECTURA 0,02
50,050
0,075
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,10"
0,20"
0,10"
0,20"
Wi %
Wf %Cap
a0,01 MM
0,01 MM
0,01 mm
%
56
0 0 0 0,00
32
108
215
368
886
1.402
1.771
2.049
610
1092
61,04
72,77
12,15
14,74
1.8102
50 0 0 0,0
047
108
215
307
703
947
1.146
1.192
436
790
43,62
52,65
12,63
14,99
1.7741
20 0 0 0,0
07 3
259
93
230
368
459
581
183
298
18,31
19,86
12,73
18,69
1.687
8,37
10,63
12,57
14,42
16,421.78
41.799
1.814
1775
1.7131.81
5
PENETRACION EN PULGADAS
CARGACORREGIDA
DENS. M. S.:
H.O.%:
12,40
% HUMEDADDENS. SECA Mayo
2012
ENSAYO DE RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA (C.B.R.)
HINCHAMIENTOCARGA DE PENETRACION EN LBS/PULG.2 CBR
CORR. HUMEDAD
Difer.
Hinch.
DESPUES DE CUATRO DIAS DE INMERSION
ASTM D 1557-91 (A) OBRA
: Los próceres calle 4 . Guanare Edo. Portuguesa
Material
: c-4 subrasante
020
1.700
1.725
1.750
1.775
1.800
1.825
1.850
7 9 11
13
15
17
19%
Humedad
D e n si d a d S e c a (k g/ m 3 )
0
500
1000
1500
2000
2500
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5Penetración
(Pulg.)
C a r g a d e P e n e tr a ci ó n (L b s/ P ul g. 2 )
1.600
1.650
1.700
1.750
1.800
1.850
0 1 2 3 4 5% C.B.R
D e n si d a d S e c a ( K g/ M 3 )
Capacidad de soporte de la sub-base (CBRSB).
Para efectos de diseño se puede usar el porcentaje mínimo de CBR que según Hugo A.
Wallace y J. Rogers Martin en su libro AsphaltPavementEngineer, recomiendan un CBR
mínimo de 20% para las capas de sub-base, sin embargo, experiencias en nuestro país han
demostrado que una sub-base granular con materiales apropiados y construida de manera
adecuada dan como resultado valores de CBR superiores a 30%, como lo indica la norma
COVENIN 1124-11. Por consiguiente, se propone un CBR mínimo de 30% para la capa de
sub-base.
CBR= 30%
Capacidad de Soporte de la Base (CBRBS).
15
Para la base granular se puede utilizar en la estructura de pavimento un CBR mínimo de
80% para una densidad mínima del 95% según lo indicado en la norma COVENIN 1124-11
0-07 para bases y sub-bases, recalcando que para efectos de diseño debemos trabajar con
valores mínimos establecidos.
CBR= 80%
Cálculos de los Módulos Resilentes para las Capas del Pavimento.
El método AASHTO 93 establece ecuaciones correlativas para determinar el módulo
resiliente de cada capa de la estructura del pavimentoen función del CBR y esto debido a la
ausencia del manejo de equipos en muchos países para la determinación de este parámetro.
Estas ecuaciones para el caso del suelo de fundación fueron corregidas por el Dr. Augusto
Jugo para ser aplicadas en Venezuela.Por lo tanto, se lleva a cabo con las siguientes
ecuaciones del método AASTHO:
MóduloResilente del Suelo de Fundación (Sub-rasante).
CBR≤ 7.2 %
Mr .=1500 × CBR
7 ,2%<CBR ≤20 %
Mr .=3000× CBR0,65
CBR>20%
Mr .=4326 × ln (CBR)+241
A modo de diseño se determinó anteriormente que el CBR de la sub-rasante debe ser 5%,
por ser el valor del resultado del estudio de suelo y por consiguiente tenemos que la ecuación
a usar será la del CBR≤ 7,2% como se muestra a continuación:
Mr .=1500 × CBR
Mr .=1500 × 5
Mr .SR=7500 psi
Módulo Resilente para Bases y Sub-bases.
Para un CBR menor a 80%:
16
CBR<80 %=¿ Mr .=385,08 ×CBR+8660
Para un CBR mayor o igual al 80%
CBR≥ 80 %=¿ Mr .=321,05× CBR+13327
Por consiguiente efectuando las evaluaciones correspondientes según sea el caso tenemos
los siguientes resultados:
Mr. Sub-base
Mr .SB=321.05 ×76+13327
Mr .SB=37726.8 psi
Mr. Base
Mr .BS=385.08 ×27+8660
Mr .BS=19057.16 psi
Ecuación AASTHO para el Diseño del Pavimento Flexible.
La ecuación para el diseño de la sección estructural de los pavimentos se deriva de la
información obtenida empíricamente por AASTHO ROAD TEST. Para resolver esta
ecuación metodológicamente empírica se deben hallar otras variables importantes que se
muestran a continuación.
Desviación Normal del Error Estándar (So).
Es la combinación en la estimación de los parámetros de diseño y el comportamiento del
pavimento, por lo cual este parámetro está ligado directamente con la Confiabilidad ®;
17
habiéndolo determinado, en este paso deberá seleccionarse un valor So “Desviación Estándar
Global”, representativo de condiciones locales particulares, que considera posibles
variaciones en el comportamiento del pavimento y en la predicción del tránsito. Valores de
“So” en los tramos de prueba de AASHO no incluyeron errores en la estimación del tránsito;
sin embargo, el error en la predicción del comportamiento de las secciones en tales tramos,
fue de 0,25 para pavimentos rígidos y 0,35 para los flexibles, lo que corresponde a valores de
la desviación estándar total debidos al tránsito de 0,35 y 0,45 para pavimentos rígidos y
flexibles respectivamente. En Venezuela se tiene una estimación para pavimentos flexibles
según el método AASTHO de:
0,40<So<0,50 se recomienda usar 0,45
Confiabilidad del Diseño (R).
La confiabilidad de un pavimento es la probabilidad de que una sección diseñada se
comportara satisfactoriamente bajo las condiciones de tránsito y ambientales durante el
periodo de diseño. Con el parámetro de Confiabilidad “R”, se trata de llegar a cierto grado de
certeza en el método de diseño, para asegurar que las diversas alternativas de la sección
estructural que se obtengan, durarán como mínimo el período de diseño. Se consideran
posibles variaciones en las predicciones del tránsito en ejes acumulados y en el
comportamiento de la sección diseñada.
El actual método AASHTO para el diseño de la sección estructural de pavimentos
flexibles, recomienda valores desde 50 y hasta 99,9 para el parámetro de confiabilidad, con
diferentes clasificaciones funcionales, notándose que los niveles más altos corresponden a
obras que estarán sujetas a un uso intensivo, mientras que los niveles más bajos corresponden
a obras o caminos locales y secundarios.
Cuadro 8. Valores de confiabilidad con diferentes clasificaciones funcionales
Clasificación funcional Nivel recomendados por AASTHO
para carreteras
Interestatal o autopista 80 – 99,9
Red principal o federal 75 – 95
18
Red secundaria o estatal 75 – 95
Red rural o local 50 – 80
Fuente: Guía AASHTO para diseño de carreteras.
Por ser la vialidad en estudio una red vial urbana por lo tanto se toma la relación entre50 –
80, por lo tanto para efectos de diseño tomamos la menor confiabilidad R= 50%.
Índice de Servicialidad (∆PSI).
La servicialidad es la condición de un pavimento para proveer un manejo seguro y
confortable a los usuarios en un determinado momento. La mejor forma de evaluarla es a
través del índice de servicio presente el cual varía desde 0 hasta 5. La filosofía básica del
diseño es el concepto del comportamiento y capacidad de servicio, el cual proporciona un
medio para diseñar un pavimento con base en un volumen especifico de transito total, y con
un nivel mínimo de servicialidad deseado, al final del periodo de diseño.Se sugiere que el
criterio para definir el índice de servicio terminal o mínimo de rechazo esté en función de la
aceptación de los usuarios de la carretera. El cambio o pérdida en la calidad de servicio que la
carretera proporciona al usuario, se define en el método con la siguiente ecuación: ∆PSI= Po
– Pt
Po=Índice de servicio inicial (4,5 para pavimentos rígidos y 4,2 para flexibles).Cada entidad
podrá elegir un valor apropiado para sus condiciones, por lo tanto, en Venezuela debido al
exceso de cargas que no se pueden controlar, está entre 3,80 y 4,00.
Pt= Es el índice más bajo que pueda tolerarse antes de realizar una medida de rehabilitación.
Se define como el índice de servicio terminal, para el cual AASHTO maneja en su
versión1993 valores de 3,0; 2,5 y 2,0, recomendando 2,5 o 3,0 para caminos principales y 2,0
para secundarios, siendo este último el correspondiente a la vía del sector los próceres.
Calculo del Numero Estructural (SN).
El SN es un número abstracto que expresa la resistencia estructural de un pavimento
requerido, para una combinación dada del soporte del suelo (Mr.), del tránsito total (W18), de
la servicialidad terminal y de las condiciones ambientales. Para el diseño del pavimento
flexible se deben tener los datos para identificar el número estructural, donde este se obtiene
mediante un tanteo simultáneo para verificar que:
W18/REE≥ 1 tomando una tolerancia de 1 a 1,20
19
Tomando en consideración esta base teórica que inculca el método AASTHO
podemos resumir de manera técnica y estratégica lo siguiente:
W18/REE≥ 1 Despejando W 18 ≥ REE
W 18=REE
De esta manera podemos introducir directamente el valor de las repeticiones de los ejes
equivalentes calculados anteriormente usando el programa de la ecuación AASTHO (1993),
desarrollado por el Ingeniero Civil Manizales en el año 2004, para que arroje de forma
definitiva y exacta el numero estructural por cada escalón de la superestructura multicapa sin
necesidad de realizar tanteos alternativos y de esta manera conservar la pureza logística del
diseño.
Números Estructurales de las Capas del Pavimento.
SN de la Base.
El número estructural de la capa base se calcula con el módulo resilente de la base:
El número estructural de la base es: 1.06
Este número estructural se calcula consecutivamente con el módulo resilente de la sub-base,
quedando evidencia de esto en la siguiente demostración:
20
El dato obtenido es de SNSB= 0.74
Luego se procede a calcular de igual manera el número estructural para el suelo de
fundación o sub-rasante.
SN de la sub-rasante.
Al igual que los demás números estructurales, el de la sub-rasante se obtiene
introduciendo el valor del módulo resilente correspondiente obtenido del mismo suelo de
fundación, como se puede notar:
21
El valor que se obtuvo es de SNSR= 1.60
Así de esta manera, se puede proceder a realizar los cálculos de los espesores de las capas
del pavimento propuesto en la investigación.
Calculo de Espesores de las Capas del Pavimento.
Luego de obtener el número estructural SN para la sección estructural del pavimento,
utilizando la ecuación general básica de diseño, donde se involucraron los parámetros
anteriormente descritos(tránsito, R, So, MR , ΔPSI ), se requiere ahora determinar una
sección multicapa que en conjunto provea de suficiente capacidad de soporte equivalente al
número estructural de diseño original. La siguiente ecuación puede utilizarse para obtener los
espesores de cada capa, para la superficie de rodamiento o carpeta, base y sub-base,
haciéndose notar que el actual método de AASHTO, versión 1993, involucra coeficientes de
drenaje particulares para la base y sub-base. Para el cálculo de los espesores de las capas el
método AASTHO propone la siguiente ecuación:
SN = a1D1m1 + a2D2m2 + a3D3m3
Donde:
22
a1, a2 y a3 = Son coeficientes estructurales de capa representativos de carpeta asfáltica, base
y sub-base respectivamente.
D1, D2 y D3 = son los espesores de la carpeta asfáltica, base y sub-base respectivamente, en
pulgadas.
m1, m2 y m3 =son los coeficientes de drenaje para la carpeta asfáltica, base y sub-base,
respectivamente.
Empezaremos a determinar cada variable de la ecuación para poder introducirlos en la
misma.
Coeficiente estructural de la carpeta asfáltica.
Se determina a través de la Estabilidad Marshall en libras, la cual se obtiene mediante el
ensayo de la estabilidad Marshall de la mezcla asfáltica, tomando en consideración distintas
propiedades de la misma. La estabilidad es una de las propiedades más importantes que debe
buscarse en una mezcla asfáltica, ya que de ella dependerá en gran parte el que la mezcla que
se diseñe logre un comportamiento adecuado en obra, garantizando una mezcla que no se
deforme o desplace ante las cargas pesadas, y que sea resistente ante el efecto de la repetición
de cargas (REE o Wt18) a la cual un pavimento se ve sometido durante su vida deservicio. En
vista de no poseer con los recursos necesarios para realizar los ensayos de la Estabilidad
Marshall, el cuadro 12 resume los criterios de la Norma INVEAS 2002 en cuanto a las
propiedades que debe cumplir una mezcla asfáltica densa:
Cuadro 9. Propiedades Marshall Exigidas para el Diseño de Mezclas en Laboratorio
Fuente: Norma INVEAS 2002
23
En vista de esto, para efectos de diseño se toma un valor mínimo exigido de estabilidad
Marshall para transito bajo de 1600. Con este valor se consigue el coeficiente a1 interceptado
en el nomograma proporcionado por el método AASTHO para estimar el coeficiente
estructural de la carpeta asfáltica de la siguiente manera:
Grafico 2.Coeficiente Estructural de la carpeta asfáltica. Fuente: AASTHO 93
Se observa que el coeficiente a1 equivale aproximadamente a 0,40.
Coeficiente Estructural de la Capa Base.
Este coeficiente se determina por medio de la capacidad de soporte de la base
(CBRBS) y para conseguir el valor del coeficiente debemos utilizar el grafico que se
presenta:
24
Grafico 3.Coeficiente Estructural de la Capa Base Fuente: AASTHO 93
Para un CBR de 80% se obtiene aproximadamente un valor de coeficiente a2 de 0,12.
Coeficiente Estructural de la Capa Sub-base (A3).
Se determina mediante la capacidad de soporte de la sub-base(CBRSB), impuesta para
este diseño y para ello se utiliza el siguiente gráfico:
25
Grafico 4.Coeficiente Estructural de la Capa Subbase (A3).Fuente: AASTHO 93
Para un CBR de 30% se obtiene aproximadamente un valor de coeficiente a3 de 0,10.
Coeficiente de Drenaje (m).
Para la obtención de los coeficientes de drenaje, m2 y m3, correspondientes a las capas de
base y sub-base respectivamente, el método actual de AASHTO se basa en la capacidad del
drenaje para remover la humedad interna del pavimento, por lo que se refiere a un valor “m”
de acuerdo a la calidad del drenaje y el tiempo en el año durante el cual se espera que el
pavimento este normalmente expuesto a niveles de humedad cercanos a la saturación. Estos
factores se determinan según la zona climática, Calidad del drenaje del material usado en la
base y/o Sub-base y el porcentaje del tiempo con la estructura próxima a la saturación. Para
determinar el coeficiente “m” se debe manejar la siguiente información:
26
Grafico 5. Zonas Climáticas de Venezuela
De acuerdo a este gráfico, Barinas se encuentra en el punto VI y esto se traduce en lo
siguiente:
Cuadro 10. Relaciones de Clima en Venezuela
Zona
climática
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Meses de
condició
n seca
2 6 3 4 6 5,5 6 7 10 7 5 12
Meses de
cond.
Húmeda
2 4 3 4 2 3 3 3 1,5 4 5 0
Meses de
cond.
Saturada
8 2 6 4 4 3,5 3 2 0,5 1 2 0
Fuente: Hidrosfera de Venezuela (2002)
Para la calidad del drenaje del material y la capacidad para remover la humedad nos
basaremos en los siguientes parámetros.
Calidad del
drenaje del
material usado en
la base y/o
Porcentaje del tiempo al cual está expuesta la estructura del
pavimento a niveles de humedad próxima a la saturación
del 1% 1 – 5% 5 – 25% al 25%
Región del país
27
subbase
XII IX II, VII, VIII,
X, XI
I, III, IV, V, VI
Excelente 1,20 1,20 1,20 1,20
Bueno 1,20 1,20 1,10 1,00
Regular 1,20 1,10 0,90 0,80
Pobre 1,10 0,90 0,80 0,80
Muy pobre 1,00 0,85 0,80 0,80
Cuadro 11. Capacidad del Drenaje para Remover la Humedad
Calidad del drenaje Tiempo en que el agua es removida
Excelente 2 horas
Bueno 1 día
Regular 1 semana
Pobre 1 mes
Malo Agua no drena
Fuente: Asociación Americana de Administradores de Carreteras y Transporte (AASHTO).
Para efectos de diseño usaremos la calidad del drenaje regular. En el cuadro 15 se
presentan los valores recomendados para m2 y m3 en función de la calidad del drenaje y el
porcentaje del tiempo a lo largo de un año, en el cual la estructura del pavimento pueda estar
expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación:
Cuadro 12. Valores Recomendados para Coeficientes Estructurales de Capa de Bases y
Sub-bases, en Pavimentos Flexibles
Fuente: (AASHTO 86-93).
Como se puede notar la zona VI del mapa en función del clima se encuentra en el nivel de
porcentaje de tiempo mayor al 25%, por lo tanto tomamos el valor de la calidad del drenaje
regular de m= 0,80 para base y sub-base, puesto que la carpeta obtiene el 100% de la calidad
del drenaje que equivale a 1.
Para calcular los espesores de las capas del pavimento el método AASTHO asemeja la
estructura en una posición superpuesta desde la primera capa hasta la última, usando el valor
abstracto del número estructural de cada capa. Para ello se recopilaron en orden los resultados
obtenidos en el siguiente cuadro:
Cuadro 13. Datos para el Diseño de Pavimento
28
NOMBRE NOMENCLATURA VALOR
Numero Estructural de la Base SNBS
Numero Estructural de la Subbase SNSB
Numero Estructural de la Subrasante SNSR 1.60
Coeficiente Estructural de la Carpeta
Asfáltica
a1 0,40
Coeficiente Estructural de la Base a2 0,12
Coeficiente Estructural de la Subbase a3 0,10
Coeficiente de Drenaje de la Carpeta
Asfáltica
M1 1,0
Coeficiente de Drenaje de la Base M2 0,80
Coeficiente de Drenaje de la Subbase M3 0,80
Fuente: Grupo 3.
Espesor de la Carpeta Asfáltica
Se calcula con el número estructural de la base de la siguiente manera:
SNBS=a 1×m1 × D 1
D 1= 1,060 , 40 ×1
=2.65∈×2 , 54=6.73 cm≈ 7
Ahora recalculamos el número estructural de la base y tenemos:
D 1= 72,54
=2.76∈¿
SNBS∗¿0,40 ×1,0 ×2.76∈¿1.10
Espesor de la Base
Se calcula con el número estructural de la sub-base:
SNSB=SN BS∗+a2× m2 × D 2
D 2= 0.74 –1,100 , 12× 0 ,80
=3.75∈× 2,54 cm=9,52cm ≈ 10
Luego calculamos el nuevo número estructural para la sub-base para equilibrar la
ecuación:
D 2=10 cm2,54
=3.93
SNSB∗¿1,10+0,12 ×0,80 ×3,93=1 ,47
SNSB∗¿=1,47 – 1,10=0,37
29
7 cm
10 cm
Espesor de la Sub-base
Se calcula tomando el número estructural de la sub-rasante o suelo de fundación, de la
siguiente manera:
SNSR=SNBS∗+SNSB∗+a3 ×m 3× D 3
D 3=1.60−1.10−0,370 ,10 × 0 ,80
=1.63∈× 2,54=4.14 cm ≈ 4
De esta manera hemos obtenido el diseño de los espesores del pavimento que se
pueden apreciar en la siguiente gráfica:
Grafico 12. Modelo grafico de los espesores de las capas del pavimento. Fuente: Grupo 3
Guanare (2015)
Después de obtener el diseño comparamos los valores de los espesores con los valores
mínimos en función de las repeticiones de los ejes equivalentes para determinar si estamos en
el parámetro normativo indicado en el siguiente cuadro:
Cuadro 14. Espesores Mínimos en Pulgadas en Función de los Ejes Equivalentes
Tránsito en ejes equivalentes
(ESAL`s)
Carpetas de Concreto
Asfaltico Bases granulares
Menor de 50.000 1,0 o T.S 4,0
50.001 – 150.000 2,0 4,0
150.001 – 500.000 2,5 4,0
500.001 – 2.000.000 3,0 6,0
2.000.001 – 7.000.000 3,5 8,0
Mayor de 7.000.000 4,0 10,0
Fuente: INVEAS (2002)
Se puede observar en el cuadro de valores tabulados por el instituto nacional del asfalto
(INVEAS), que los valores en pulgadas correspondientes a la carpeta asfáltica y a las bases
granulares del pavimento diseñado se mantienen en un margen elevado del estimado mínimo
que deben poseer los mismos correspondientemente, es decir, la carpeta asfáltica calculada
obtuvo un espesor de 8 centímetros que serían 3,15 pulgadas, el cual comparándolo con la
tabla, el mínimo según norma para un tráfico de ejes equivalentes de 150.001 – 500.000 es de
30
4 cm
2,5 pulgadas u 0,98 cm, lo cual indica que el cálculo se encuentra regido dentro de los
parámetros.
Lo mismo sucede con la suma de las bases granulares que en total serian 27 centímetros y
el espesor mínimo según norma para cuya cantidad de ejes equivalentes antes mencionada es
de 8 pulgadas que en conversión son 20,32 centímetros.
5.2 Cómputos Métricos
Excavación para banqueos en cualquier tipo de material, con empleo de tractores. (M3)
Ml de vías: 200m
Largo (m) Ancho (m) Espesor (m) Total (m3)
200 12.2 0.10 244
Ya que el terreno está relativamente conformado, solo se excavo 10cm para remover
cualquier capa vegetal.
Construcción de base de granzón natural. Sin incluir transporte del material. (M3)
Largo (m) Ancho (m) Espesor (m) Total (m3)
200 12.2 0.10 244
Construcción de base de grava estabilizada, con material integral, de cm. De espesor, sin
incluir el transporte del material. (M3)
Largo (m) Ancho (m) Espesor (m) Total (m3)
200 12.2 0.10 244
Imprimación asfáltica empleando material asfaltico tipo RC-250. Incluyendo los
materiales. (M2)
Largo (m) Ancho (m) Espesor (m) Total (m2)
200 12.2 2440
31
Suministro en boca de planta de mezcla asfáltica tipo IV, incluyendo el transporte de los
agregados.(Ton)
Largo (m) Ancho (m) Espesor (m) Ton. Total (Ton)
200 12.2 0.07 2.33 397.96
Colocación de mezcla asfáltica en caliente tipo IV, suministrada en boca de planta, sin
incluir el suministro ni el transporte de la mezcla asfáltica. (Ton)
Largo (m) Ancho (m) Espesor (m) Ton. Total (Ton)
200 12.2 0.07 2.33 397.96
Transporte de maquinaria pesada para movimiento de tierra, bases, asfalto, preparación
del sitio, drenajes, con peso de 10 a 30ton. Por máquina. Se pagara un viaje de ida y de
regreso por máquina y no se reconocerá cuando una maquina se sustituye por otra. (Viaje)
Patrol
Vibro
Ballena
Finesher
Vibro Neumatico
Barredora
Payloader
Por tal motivo son 7 viajes.
Transporte urbano de mezcla en caliente para la construcción de pavimento a distancia
entre 15-25Km. (m3/km).
Material (m3) Distancia (km) Total (m3/km)
385.36 20 7.707,2
Transporte urbano de materiales para la construcción de sub-bases y/o bases. A distancia
comprendidas entre 15-25Km. (m3/km).
32
Material (m3) Distancia (km) Total (m3/km)
488 11 5368
33
MEMORIA DESCRIPTIVA
Propuesta de Pavimento Flexible para la Optimización de la Vialidad en el Sector los
próceres del Estado Portuguesa.
La vialidad en estudio se encuentra ubicada en el Sector los próceres del Estado
Portuguesa, donde su importancia radica en el hecho de que por el crecimiento de la
población deforma no organizada no cuenta con un buen servicio de la misma.
En el presente estudio se detectó la necesidad de analizar muy a fondo las anomalías
existentes para el diseño de la vialidad señalada, determinándose que allí no existe una
estructura de pavimento adecuada y a su vez, tampoco cuenta con una carpeta asfáltica para
el avance de la fluidez del tráfico. Se puede destacar que en tiempos de invierno el tránsito se
hace aún más difícil para concurrir puesto que el terreno se vuelve fangoso por ser el mismo
una carretera destapada.
El procedimiento del diseño tiene lugar en la investigación de forma tangencial, puesto
que se necesita cuestionar alternativas para llegar a una solución estable que pueda proponer
con firmeza una categórica respuesta a la problemática. En primer lugar se procedió a
estudiar los diferentes métodos analíticos para resolver la estructura superpuesta de un
pavimento asfaltico de tal manera que se pudiera establecer un modelo práctico empírico para
calcular las secciones estructurales del pavimento.
La propuesta utilizada se basó en el método AASTHO 86- 93. Luego después de analizar
el método se procedió a diseñar el análisis del tránsito realizando un conteo vehicular, luego
de cálculo con una serie de parámetros establecidos las cargas equivalentes del diseño.
seguido se procedió a determinar la capacidad de soporte del suelo de fundación, siendo esta
la primordial para alcanzar los objetivos del diseño, así como también la capacidad soporte de
las demás capas del pavimento junto a otras series de factores como por ejemplo la
confiabilidad y el índice de servicialidad del diseño.
Obtenido los resultados anteriores se procede a usar el programa de la ecuación AASTHO
para calcular los números estructurales para cada capa del pavimento. Luego se procede a
ubicar los coeficientes de las capas así como los coeficientes de drenaje que conlleva la
34
ecuación de los espesores del pavimento para obtener cada uno de estos y así presentar el
diseño completo de las capas superpuestas del pavimento flexible que puede aplicarse en la
vialidad en estudio para solucionar el problema analizado
35
CONCLUSIÓN
Siendo la construcción de carreteras una de las obras más importantes de un país, ya que
es un parámetro indicativo de desarrollo socio-económico de una región. La Urb. José A Páez
aún no cuenta con este beneficio, limitando a los integrantes de la zona a una baja calidad de
vida.
En busca de una solución, el desarrollo de nuestra propuesta de diseño vial, se logra cubrir
una de las exigencias prioritarias de la comunidad. Garantizándoles una mejor calidad de vida
e incentivándolos al progreso y consolidación del Sector.
En el proceso de desarrollo de este trabajo se analizaron según diferentes métodos
analíticos y los problemas que afectan a esta entidad ya sus arterias viales no están
consolidados. En vista de esto se diseñó un servicio de alta calidad aplicando el método
AASTHO 86- 93 con el que garantiza una vida útil de 20 a 25 años. Las ventajas de este
método es que en él, se evalúan los volúmenes de tránsito, el crecimiento poblacional y
velocidad entre otros y a la vez con las características topográficas del camino, cumpliendo
así con las exigencias mínimas requeridas. Abordando la seguridad, efectividad y eficiencia
del corredor vial ya que por ser una zona urbana es menos vulnerable a los impactos
negativos y aumentado la capacidad de generar beneficios al sector integrándolos al resto de
la comunidad de la Zona.
36
RECOMENDACIONES.
Tomar en Cuenta el tránsito vehicular Futuro para el cálculo de la vialidad y así poder
evitar fallas futuras en la estructura de la misma.
Tener en cuenta la topografía, ya que de ella depende el diseño de la estructura.
Tomar en Cuentas Las Normativas Covenin y el Método AASHTO para vialidad.
Tomar en Cuenta el drenaje del terreno ya que este va ser fundamental en la vida útil
del pavimento.
37