proyecto pavimento flexible
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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER
POPULAR PARA LA DEFENZA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LA
FUERA ARMADA
U.N.E.F.A.
1
PROYECTO DE DISEÑO DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE PARA UNA FUTURA VIA EN EL SECTOR. URB. LA GRANAJA. MUNICIPIO
GUANARE ESTADO PORTUGUESA.
AUTORES:MELIAN OBRYAN C.I: 25.771.431.
MENDOZA ARMANDO C.I: 24.018.475.RIVAS MARIALBYS C.I:. 25.825.014
TUTOR:ING. MAURIELO RODRIGUEZ
ING.CIVIL.6TO SEMESTRE. SECCION ‘’A’’
GUANARE, SEPTIEMBRE 2015.
Índice General
Capítulo V . . . . . . . . 60
5 La Propuesta Tecnológica . . . . . . 60
5.1 Especificaciones Técnicas de Construcción . . . 60
6 Anexos . . . . . . . . 115
7 Conclusiones . . . . . . . 120
8 Recomendaciones . . . . . . . 121
9 Referencias Bibliográficas . . . . . 122
2
Tabla de cuadros
Cuadro 1: Valores promedio del factor camión para las diferentes entidades
del país . . . . . . . . 63
Cuadro 2: Nomenclatura de tránsito pesado . . . . 65
Cuadro 3: Factor de distribución por sentido. . . . 66
Cuadro 4: Factor de utilización por canal . . . . 67
Cuadro5: Tasa de crecimiento . . . . . 69
Cuadro 6: Periodo de diseño . . . . . 70
Cuadro 7: Valor relativo de soporte critico estimado en porcentaje de
Pavimento para sub-rasante compactable 95% . . . 73
Cuadro 8: Valores de confiabilidad con diferentes clasificaciones
Funcionales . . . . . . . 78
Cuadro 9: Propiedades Marshall exigidas para el diseño de mezclas
en laboratorios . .. . . . . 84
Cuadro 10: Relaciones de clima en Venezuela . . . 90
Cuadro 11: Capacidad de drenaje para remover la humedad . 91
Cuadro 12: Valores recomendados para coeficientes estructurales de capa
de bases y sub-rasantes, en pavimento flexible . . . 92
Cuadro 13: Datos para el diseño de pavimento . . . 94
Cuadro 14: Espesores mínimos en pulgadas en función de los ejes
Equivalentes . . . . . . . 97
3
Tabla Gráficos
Fig. 1 Encuesta . . . . . . . 53
Fig. 2 Encuesta . . . . . . . 54
Fig. 3 Encuesta . . . . . . . 55
Fig. 4 Encuesta . . . . . . . 56
Fig. 5 Encuesta . . . . . . . 57
Fig. 6 Curva granulométrica . . . . . 59
Fig. 7 Tipos de suelos en Venezuela . . . . 72
Fig. 8 Coeficiente estructural de la carpeta asfáltica . . . 85
Fig. 9 Coeficiente estructural de la capa base . . . 86
Fig. 10 Coeficiente estructural de la capa sub-base . . . 87
Fig. 11 Zona climática de Venezuela . . . . 89
Fig. 12 Modelo grafico de los espesores de las capas del
Pavimento . . . . . . . 96
4
CAPÍTULO V
5. La Propuesta Tecnológica.
5.1 Especificaciones Técnicas de Construcción.
Propuesta de Pavimento Flexible para la Optimización de la Vialidad en La Urb.
La Granja. 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.
5
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 vía similar a la vía en estudio,
puesto que el tránsito a obtener será el equivalente cuando exista la vía consolidada en
La Urb. La Granja.
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=1367+1422+1465+1475+1511+1300+731 7 =
92717
PDTo= 1324,42 vpd = 1324 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:
6
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.
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
7
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
Dtto. 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
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
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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
9
Fuente: COVENIN 614-1997
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 Valor del fd
10
PDT
En ambos sentidos 0,50
Por sentido de circulación 1,00
Fuente: 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
11
4 o más carriles 50 – 75
Fuente: 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.
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= 1324 ×0.3100× 1.42 × 0.50 × 1.00 × 365
EEo= 1.029,34
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
12
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%
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
13
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= 1.029,34× 31.04
REE= 31.950,71 EE
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
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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:
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Grafico7. 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
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Cuadro 7. Valor relativo de soporte critico estimado en porcentajes de
pavimentos para subrasantes compactadas 95%
Fuente: Adaptación de suelos subrasantes de “Road Note 31”, tercera edición,
Transport and Road Research Laboratory,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 subrasantes 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
Capacidad de soporte de la sub-base (CBRSB).
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Para efectos de diseño se puede usar el porcentaje mínimo de CBR que según
Hugh A. Wallace y J. Rogers Martin en su libro Asphalt Pavement Engineer,
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).
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 pavimento en 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:
Módulo Resilente del Suelo de Fundación (Sub-rasante).
18
CBR ≤ 7,2%
Mr = 1500 × CBR d.
7,2% < CBR d. ≤ 20%
Mr = 1500 × CBR6 %
Mr = 9000 psi
A modo de diseño se determinó anteriormente que el CBR de la sub-rasante
debe ser 3.5%, 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× 6
MrSR= 9000psi
Módulo Resilente para Bases y Sub-bases.
Para un CBR menor a 80%:
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:
MrSub-base
MrSB= 385,08 × 77% + 8660
MrSB= 38.311,16psi
19
Mr Base
MrBS= 321,05 × 27% + 13327
MrBS=
21.995,35psi
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 ®; habiéndolo determinado, en este paso deberá seleccionarse un valor
20
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 < 0,50S e 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.
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Cuadro 10. 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
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 Serviciabilidad (∆PSI).
La serviciabilidad 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 serviciabilidad 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.
22
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 de la Urb. La Granja.
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 serviciabilidad 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:
W18REE ≥ 1 tomando una tolerancia de 1 a 1,20
Tomando en consideración esta base teórica que inculca el método AASTHO
podemos resumir de manera técnica y estratégica lo siguiente:
W18REE ≥ 1 despejando W18 ≥ REE
W18 = 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.
23
El número estructural de la capa base se calcula con el módulo resilente de la
base:
El dato obtenido es de SNBS= 0,95
Este número estructural se calcula consecutivamente con el módulo resilente de la sub-
base, quedando evidencia de esto en la siguiente demostración:
24
El dato obtenido es de SNSB= 0,70
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:
25
El valor que se obtuvo es de SNSR= 1,43
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:
26
SN = a1D1m1 + a2D2m2 + a3D3m3
Donde:
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 de servicio. 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 11. Propiedades Marshall Exigidas para el Diseño de Mezclas en
Laboratorio
27
Fuente: Norma INVEAS 2002
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 8.Coeficiente Estructural de la carpeta asfáltica. Fuente: AASTHO
93
Se observa que el coeficiente a1 equivale aproximadamente a1 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:
28
Grafico 9.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 Subbase (A3).
Se determina mediante la capacidad de soporte de la subbase(CBRSB),
impuesta para este diseño y para ello se utiliza el siguiente gráfico:
29
Grafico 10.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
30
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:
Grafico 11. Zonas Climáticas de Venezuela
De acuerdo a este gráfico, PORTUGUESA se encuentra en el punto VI y esto se
traduce en lo siguiente:
Cuadro 12. Relaciones de Clima en Venezuela
Zona
climática
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Meses de
condición
seca
2 6 3 4 6 5,5 6 7 10 7 5 12
Meses de
31
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.
Cuadro 13. 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
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
32
Pavimento pueda estar expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación:
Cuadro 14. Valores Recomendados para Coeficientes Estructurales de Capa de Bases
y Sub-bases, en Pavimentos Flexibles
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 15. Datos para el Diseño de Pavimento
NOMBRE NOMENCLATURA VALOR
Numero Estructural de la Base SNBS 0,95
Numero Estructural de la Subbase SNSB 0,70
Numero Estructural de la Subrasante SNSR 1,43
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
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Coeficiente de Drenaje de la Subbase M3 0,80
Fuente: Grupo Francisco Castillo, Domingo Nieves.
Espesor de la Carpeta Asfáltica
Se calcula con el número estructural de la base de la siguiente manera:
SNBS= a1 × m1 × D1
D1=0.95
0 , 40 ×1= 2,37 in × 2, 54 = 6.019 cm ≈
Ahora recalculamos el número estructural de la base y tenemos:
SNBS:
D1=6
2,54 = 2,36in
SNBS* = a1 x m1 x D1
SNBS*= 0,40 × 1,0 ×2.36 = 0,944
Espesor de la Base
Se calcula con el número estructural de la sub-base:
34
6 cm
SNSB= SNBS* + a2 × m2 × D2
D2= 0,70−0.95
0 ,12 × 0 ,80 = 2.60 in × 2,54 cm = 6,604 cm ≈
D2= 7 cm2,54 = 2,76 in
Luego calculamos el nuevo número estructural para la sub-base para equilibrar
la ecuación:
SNSB* = SNBS* + a2 x m2 x D2
SNSB*= 0.95+ 0,12 × 0,80 × 2,76 = 1,21
SNSB**=0,70 – 0.95 = 0,25
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 × m3 × D3
D3 =1.43−0.95−1.20
0 , 10 ×0 , 80 = 9in × 2,54 = 22,86cm ≈
35
7cm
23cm
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 N.8 UNEFA
Guanare (2015)
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Carpeta Asfáltica = 6 cm
Base = 7 cm
Sub- Base=23 cm
ANEXOS
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
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CONCLUSION
Una vialidad de buena calidad brinda una mejor calidad de vida a los ciudadanos,
cuando falta; desmejora la calidad de vida de un sector haciendo que fallen otros
sistemas de la sociedad como lo son el tránsito, el acceso al sector, la referencia y el
aspecto. Notando que la urbanización la granja carece de 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 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 25 a 30 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.
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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.
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