UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS

Expediente Técnico

“Pavimento Rígido de la Carretera Cajay - Huayochaca”

DOCENTE : Ing. Eddy Scipión Piñella.

GRUPO N° 01 : Cerna Francisco, Wilson Oswaldo.

Dueñas Galdós, Marco Antonio.

BARRANCO, FEBRERO DEL 2010.

INDICE GENERAL

1.0 MEMORIA DESCRIPTIVA.

2.0 ESTUDIO DE TOPOGRAFIA Y DISEÑO GEOMETRICO.

3.0 ESTUDIO DE TRAFICO.

4.0 ESTUDIO DE SUELOS.

5.0 DISEÑO DEL PAVIMENTO RIGIDO.

6.0 DRENAJE.

7.0 SEÑALIZACION Y SEGURIDAD VIAL

8.0 METRADOS.

9.0 ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS.

10.0 PRESUPUESTO BASE.

11.0 CALENDARIOS

12.0 REQUERIMIENTOS.

13.0 ESPECIFICACIONES TECNICAS.

14.0 PLANOS.

CAPITULO 3

ESTUDIO DE TRÁFICO1.0 GENERALIDADES

1.1 Objetivo

Nos permitirá clasificar y conocer el volumen de los vehículos que se movilizan por la carretera en la actualidad, así como estimar el origen – destino de los mismos, elemento indispensable para la evaluación económica de la carretera y la determinación de las características de diseño de la vía.

El tráfico se define como el desplazamiento de bienes y/o personas en los medios de transporte; mientras que el tránsito viene a ser el flujo de vehículos que circulan por la carretera, pero usualmente se denomina tráfico vehicular.

Se realizará la determinación del Índice Medio Diario (IMD), el cual será definido en base al conteo de vehículos que usualmente atraviesan la vía y a la realización de encuestas.

1.2 Importancia

La información del tráfico, a obtener en campo, nos permitirá desarrollar y calibrar modelos de simulación de demanda de transporte, lo que es importante en la etapa de planeamiento, a fin de determinar y cuantificar:

El volumen de tráfico y compararlo con otras vías existentes rehabilitadas de iguales características geomorfológicas, a efectos de asignarle correctamente las características geométricas.

Justificación económica de las inversiones en las que el tráfico puede intervenir como variable.

Establecimientos de señalización.

Asignaciones de tráfico a futuro.

Itinerarios de rutas de empresas de transportes.

Determinación de las necesidades de infraestructura.

a. Diseño de Puentes.b. Rehabilitación de la carretera.c. Construcción de nuevas carreteras.d. Diseño del tipo de superficie de rodadura.e. Mejoramiento de carreteras.f. Mantenimiento de carreteras.

2.0 METODOLOGIA

El desarrollo del estudio se ha realizado en tres etapas claramente definidas:

Recopilación de la información,

Tabulación de la información,

Análisis de la información y obtención de resultados.

2.1 Recopilación de la Información

La información básica para la elaboración del estudio procederá de dos tipos de fuentes diferentes: referenciales y directas.Las fuentes referenciales existentes a nivel oficial, son las referidas respecto a la información del IMD y Factores de Corrección, existentes en los documentos oficiales del Ministerio de Transportes, Comunicaciones y de otras instituciones como ONGS, Municipios, etc.Sin embargo, con el propósito de contar con información primaria y además actualizar, verificar y complementar la información secundaria disponible, la Consultora efectuó los Conteos de Tráfico y las Encuestas de Origen – Destino. Estas labores exigieron una etapa previa de trabajo de gabinete, además del reconocimiento del tramo para identificar la estación de conteo y finalmente realizar el trabajo de campo.

2.1.1 Trabajo de Gabinete

El trabajo de gabinete consistió en el diseño de los formatos para el Conteo Volumétrico de Tráfico y la Encuesta Origen / Destino (O/D) a ser utilizados en las estaciones de control preestablecidas en el trabajo de campo.El formato del Conteo Volumétrico de Tráfico, considera la toma de información correspondiente a la estación de control preestablecido, la hora, día y fecha del conteo, para cada tipo de vehículo según eje.El formato correspondiente a la Encuesta Origen – Destino, contiene la identificación de la estación de control, la fecha y hora en que se llevó a cabo la encuesta; información básica referente al vehículo, que incluyen número de ejes, tipo, marca, el combustible utilizado, peso seco del vehículo; carga útil, el origen y destino, tipo de carga transportada y motivo de viaje de los pasajeros.

2.1.2 Trabajo de Campo

Antes de realizar el trabajo de campo y con el propósito de identificar y precisar in situ la estación predeterminada, se realizó el reconocimiento de toda la carretera en estudio; para luego definir y ubicar el punto estratégico para la estación necesaria para la aplicación del conteo de vehículos, la encuesta origen – destino y la obtención de los pesos por vehículo.Durante el reconocimiento del tramo en estudio, considerando el nivel de tráfico existente se identificó la siguiente estación para la toma de información.

Estación de Control EP-1:

La Estación Principal de control EP–1: fue ubicada en medio del tramo. El conteo volumétrico y la encuesta Origen – Destino se efectuó durante 7 días consecutivos desde el jueves 4 de Febrero hasta el miércoles 10 de Febrero del 2010.

2.1.3 Tabulación de la Información

La tabulación de la información corresponde íntegramente al trabajo de gabinete, la misma que fue procesada en Excel mediante hojas de cálculo.

Los conteos de tráfico obtenidos en campo han sido procesados en formatos de resumen, por día y según el sentido.

3.0 CONTEO DE TRAFICO VEHICULAR

Luego de la consolidación y consistencia de la información recogida de los conteos, se obtuvo los resultados de los volúmenes de tráfico en la vía, por día, tipo de vehículo, por sentido, y el consolidado de ambos sentidos.

Los resultados obtenidos del conteo de vehículos serán expresados en términos de IMD Anual, corregidos por su factor correspondiente.

3.1 Cálculo del IMD

Los conteos volumétricos realizados tienen por objeto conocer los volúmenes de tráfico que soporta la carretera en estudio, así como su composición vehicular y variación diaria.Para convertir el volumen de tráfico obtenido del conteo, en Índice Medio Diario (IMD), se utilizó la siguiente fórmula:

IMD=5⋅PL+S+D7

⋅FC

Donde:PL: Promedio de volumen de tránsito de días laborablesS: Volumen de tránsito del sábado D: Volumen de tránsito del domingoFC: Factor de Corrección Estacional.

3.2 Factor de Corrección Estacional

Como los volúmenes de trafico varían cada mes debido a las estaciones del año ocasionados por las épocas de cosecha, lluvias, ferias semanales, festividades, etc., es necesario afectar los valores obtenidos durante un periodo de tiempo, por un factor de corrección que lleve estos al promedio diario anual. El factor utilizado es 1.0.

3.3 IMD Anual

Del conteo de tráfico realizado y corregido por el factor de corrección estacional se obtuvo el IMD anual, que representa el tráfico actual en la carretera, materia del presente estudio.

Ver tablas de Excel.

3.4 Clasificación Vehicular Promedio

Para el análisis de los vehículos se han clasificado en vehículos ligeros y vehículos pesados. En el primero se incluye autos, camionetas, micros y entre los vehículos pesados se incluyen solo camiones de 2E y 3E. A continuación se presenta la clasificación vehicular:

Ver tablas de Excel.

4.0 Proyecciones del Tráfico

Para efectuar las proyecciones del tráfico se tomarán en cuenta diversos indicadores, tales como: las tasas de crecimiento del tráfico, las variables macroeconómicas como el PBI, la población y el PBI per cápita de todos los departamentos que contribuyen en la generación y recepción del flujo de vehículos por la carretera en estudio. La tasas obtenidas serán ponderadas en función a la estructura porcentual de su participación, registrada en las encuestas origen / destino, que se realizó para la carretera en estudio. Los resultados obtenidos por tipo de vehículo serán multiplicados por las elasticidades correspondientes.

Los resultados finales de la proyección del tráfico serán utilizados para el horizonte del planeamiento establecido en los términos de referencia.

4.1 Tráfico del Tráfico Normal

La proyección del tránsito de los vehículos en el área de influencia para cada carretera vecinal en estudio corresponderá para un horizonte de planeamiento de 10 años, establecido para este tipo de proyectos y expresado en términos de Índice medio Diario IMD.

4.2 Proyecciones del Tráfico Generado

En la proyección del trafico generado, se ha estimado que por la ejecución del proyecto se dará un impacto en la actividad económica de relativo orden de importancia, que impulsará a la población a incrementar sus áreas de cultivos disponibles, que le permitirá tener un excedente exportable mayor a la situación actual, pero que no amerita un análisis del método del excedente del productor. Además, la zona es turística y minera, por lo que se considera un incremento del orden del 100.00 % del tráfico normal para un horizonte de 10 años.

5.0 Análisis de Tráfico

En el diseño de un pavimento moderno es de primera importancia evaluar las cantidades y los pesos de las cargas por eje supuestos a aplicarse al pavimento durante un periodo de tiempo dado. Las investigaciones nos muestran que el efecto sobre el comportamiento del pavimento, de una carga por eje de mayor masa, puede representarse por una cantidad equivalente a 8.2 t de aplicación de carga por eje simple.

El procedimiento de análisis de tráfico es importante y puede variar de acuerdo a la metodología empleada, sin embargo los resultados deben ser compatibles de acuerdo con la cantidad de vehículos de diferente tipo que transitarán por la vía, que para el presente caso se prevé sean camionetas, microbuses, omnibuses, camiones y traylers.

El EAL se calcula con la siguiente expresión:

CAPITULO 4

ESTUDIO DE SUELOS

1.0 GENERALIDADES

1.1 Objetivo

Entre los principales objetivos para la ejecución del proyecto tenemos:

Evaluar los procesos de geodinamica externa y la estabilidad de estructuras.

Evaluación cualitativa del estado de la plataforma existente.

Clasificar los suelos a lo largo del camino, basado en un programa de exploración de campo y ensayos de laboratorio, determina el C.B.R para tramos típicos.

Clasificar los materiales constituyentes de las Canteras y cuantificar la potencia bruta y neta que poseen, así como determinar la calidad del agua que Interviene en el proceso constructivo.

Determinar el espesor de la estructura del pavimento a nivel de afirmado, tramos de mejoramiento de la subrasante

2.0 ESTUDIO DE SUELOS

2.1 Investigaciones Geotécnicas

Trabajos de Campo

Con la finalidad de caracterizar el terreno de fundación de la vía, se realizó un programa de exploración de campo, las cuales citamos a continuación:

Excavación Manual a Cielo Abierto (Calicatas) y Muestreo, 1.50m profundidad

Inmediatamente después de realizada la excavación se procedió a extraer las muestras representativas por cada estrato, las cuales serán reducidas mediante el cuarteo, en una cantidad suficiente para realizar los diversos ensayos de laboratorio

CUADRO Nº1

Calicata Progresiva (Km)

C-01 00+020 km

C-02 00+390 km

C-03 00+758 km

Ensayos de Laboratorio

Los ensayos de laboratorio a ejecutarse para la caracterización de los materiales en la vía se tomara en base al Manual de Ensayo de Materiales para carreteras del MTC (2010), la cual será complementada con la Norma del American Society for Testing and Materials (ASTM).Entre los ensayos a realizarse tenemos los siguientes:

Contenido de Humedad Natural

Es la determinación de la cantidad de agua presente en la muestra, comparada con respecto a su peso seco, nos sirve para obtener la humedad in-situ del momento en el cual se realizaron las exploraciones geotécnicas, debido al efecto importante que tiene este contenido de agua en la influencia de la resistencia mecánica.

Análisis Granulométrico por Tamizado

Consiste en determinar el tamaño promedio de los granos que conforman la masa de suelo, en el laboratorio se realiza este ensayos con el material desde 0.0745mm (Nº200) hasta de 3”.

Limites de Consistencia (Límite Líquido y Plástico)

El límite Líquido y Plástico, consiste en determinar el contenido de agua en la muestra que son los límites entre los estados líquido-plástico y plástico-no plástico. El ensayo de realiza con el material menor a la malla Nº40.

Clasificación de SuelosLas muestras extraídas se clasificaron mediante el método de la AASHTO y SUCS.

CBRPara determinar la capacidad de soporte del suelo de la subrasante se realizo el ensayo de CBR (California Bearing Ratio), para las muestras más representativas a lo largo de la vía.A continuación se muestra el cuadro con los resúmenes de los ensayos estándar de laboratorio efectuados:Cuadro Nº2

Nº Calicata Progresiva (Km) SUCS AASHTO HUMEDAD

(%)

Limites de CBR95%MD

SConsistencia (%)

LL LP IP (%)

1 C-01 00+020 km GM A-1-b (0) 6.7 18.00 N.T. NP 31.00

2 C-02 00+390 km SP A-1-b (0) 5.1 18.00 N.T. NP 37.03

3 C-03 00+758 km GP A-1-a (0) 5.50 19.00 --. 2.00 50.60

CAPITUL O 5

DISEÑO DEL PAVIMENTO RIGIDO

Se procede a diseñar por el método ASSHTO 93, de dos modos:

1. Manual (Hola de cálculo Excel)2. Uso de programa de CEMEX

1.- MODO MANUAL ASSHTO 93

Datos de diseño:

Vía de dos carrilesPeriodo de diseño: 10 años (ver nota)ESAL = 17’000,000 (del estudio de tráfico)

Definimos cada parámetro:

DESVIACION ESTANDAR COMBINADO (So)

Seleccionamos So = 0.35

DESVIACION NORMAL ESTANDAR (Zr)

Definimos el Nivel de Confiabilidad (R)

Para Arterias Principales elegimos R = 80%

Con R = 80%, seleccionamos de la tabla, Zr = - 0.841

TRÁFICO DE DISEÑO (E18)

E18 = ESAL x DL x FS

E18 : Tráfico de Diseño FC : Factor de distribución Carril. FS : Factor de Seguridad.

Para dos carriles elegimos FC = 0.5

Para So= 0.35 y R = 80%, ya definidos obtenemos un FS = 1.97

Reemplazando:

E18 = 17’000,000 x 0.5 x 1.97 = 16’745,000

E18 = 16’745,000

Nota: Para el tipo de vía de alto volumen de tránsito corresponde según tabla, un período de diseño mínimo de 30 años. Solo hemos considerado 10 años como se indico en clase.

Clasificación de la Vía Periodos de Análisis(años)

Urbana de Alto Volumen de tráfico 30-50

Rural de Alto Volumen de Tráfico 20-50

Pavimentada de Bajo Volumen de Tráfico 15-25

No pavimentada de Bajo Volumen de Tráfico 10-20

SERVICIALIDAD FINAL (Pf )

Seleccionamos Pf = 2.0, por ser carretera.

DIFERENCIA DE SERVICIALIDAD (∆ PSI )

Seleccionamos Po = 4.5

∆ PSI=Po−Pf=4.5−2.0=2.5

∆ PSI=2.5

COEFICIENTE DRENAJE (Cd)

Seleccionamos con calidad de drenaje Bueno y % del tiempo que la estructura estaría expuesta a la humedad cercana a la de saturación 5% - 25%, el coeficiente de drenaje = 1.05.

Cd = 1.05

COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CARGA (J)

Para ESAL = 17’000,000, usamos pasa juntas con soporte lateral, con lo que seleccionamos J = 2.7.

MÓDULO DE RUPTURA (Sc)

Para carreteras seleccionamos Sc = 682.70 psi

MÓDULO DE ELASTICIDAD (Ec)

Ec = 6750 x 682.7 = 4’608,225 psi

Ec = 4’608,225 psi

MÓDULO DE REACCIÓN (K)

De los tres CBR, solo diseñaremos para el menor que corresponde al suelo GM, cuyo CBR = 31 al 95%MDS.

De la tabla obtenemos K = 340.6

2.- USO DE PROGRAMA de CEMEX

El diseño del espesor del pavimento rígido se hizo por el método ASSHTO-93, usando el programa de la página web de CEMEX, htt://www.cemexmexico.com, el que compararemos con el calculado manualmente.

Los datos ingresados son similares al usado con el método manual, seleccionando los que se adecuan a nuestro diseño.

Terreno de Fundación.-El suelo de fundación (o sub-rasante) está conformado en por tres tipos de sulos GM grava limosa, GP grava mal graduada y SP arena mal graduada. El estrato será escarificado, mejorado con 30% de material de subbase y compactado en un espesor de 0.30 m. al 95% de la Máxima Densidad Seca (MDS) del ensayo Proctor Modificado, retirando previamente las partículas mayores de 2” y otros elementos excedentes, tales como desechos orgánicos (restos de ladrillos, cascotes de concreto, plásticos, papeles, cerámica, etc.). El corte y relleno se ejecutara según tabla siguiente:

.Sub-Base.-

Este material será un afirmado compactado al 98% de la MáximaDensidad Seca del ensayo Proctor Modificado, el mismo que será colocado en una(01) capa de 0.20 m. (8”) de espesor y deberá contar con las siguientes especificaciones:

i. La granulometría definitiva que se adopte dentro de estos límites tendrá una gradación uniforme de grueso a fino.

ii. La fracción del material que pase la malla Nº 200 no deberá exceder de ½ y en ningún caso de los 2/3 que pase el tamiz Nº 40.

iii. iii. La fracción del material que pase el tamiz Nº 40 deberá tener un límite líquido no mayor de 25% y un índice de plasticidad inferior o igual a 6%, determinados de acuerdo a los métodos T-89 y T-91 de la AASHTO.

Carpeta de Rodadura.-

Serán losas de concreto de 8” de espesor, las cuales serán colocadas de acuerdo a las especificaciones técnicas generales de construcción vigentes, considerando el Mr = 682.70 psi (modulo de ruptura a la flexión) se usara un concreto de resistencia mínima f’c = 280Kg/cm².Las losas de concreto tendrán un largo de 5.00 m y un ancho de 3.30 m con barras de traspaso de cargas.