Evaluación de Pavimentos de Concreto Asfáltico e Hidráulico 01193-CON-N

ii

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

SISTEMA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO

Evaluación Técnica Económica de Pavimentos de Concreto Asfáltico e Hidráulico en la Carretera Santa Rita – Izapa.

Tesina sometida a la consideración de la Comisión del Programa de Estudios de Postgrado en Ingeniería del Transporte para optar al grado de Master. Autor: Ing. José Joaquín Guevara Arce Tutor: Ing. Noel D. Heredia Veranes, Msc., PT

Universidad Nacional de Ingeniería Nicaragua

2003

Tesis de Maestría Económica de Pavimentos de Concreto Asfáltico e Hidráulico en la Carretera

Santa Rita - Izapa

iii

DEDICATORIA

La presente Tesina “ Evaluación Técnico Económica de Pavimentos de Concreto

Asfáltico e Hidráulico en la Carretera Santa Rita – Izapa. Se llevó a cabo por la

fortaleza y capacidad que Dios me ha dado a través de mi vida, es dedicada con

mucho cariño a:

- Ángela Arce, mi recordada Madre (Q.E.P.D)

- Ernesto Guevara, mi Padre (Q.E.P.D)

Mis Hermanos

- Rafael Guevara

- Cristóbal Guevara

- Delfina Guevara

- Silvia Guevara

- Lázaro Guevara

A mis Sobrinos

- Cristóbal Rafael Guevara

- Claudia Delfina Guevara

- Ángeles Marcela Guevara


Santa Rita - Izapa

iv

AGRADECIMIENTOS

Agradezco de manera muy especial a las personas e instituciones que me

apoyaron para llevar a cabo la presente tesina:

- Ministerio de Transporte e Infraestructura (MTI)

-

- Ing. Noel D. Heredia Veranes, Msc (Tutor Académico)

- Ing. Rafael García

- Ing. Antonio Espinoza

- Lic. Nelda Hernández

- Ing. Thelma Zambrano

- Sra. María José García R.


Santa Rita - Izapa

v

Hoja de Aprobación “ Esta Tesina fue aceptada por la Comisión del Programa de Estudios de Postgrado en Ingeniería del Transporte de la Universidad Nacional de Ingeniería, como requisito parcial para optar al agrado de Master”. ___________________________ ______________________________ ___________________________ ______________________________

_____________________________________


Santa Rita - Izapa

vi

INDICE

DEDICATORIA iii AGRADECIMIENTOS iV HOJA DE APROBACION V INDICE vi RESUMEN Ix SUMMARY X LISTA DE TABLAS Xi LISTA DE ILUSTRACIONES xii INTRODUCCION 1 OBJETIVOS 2 HIPOTESIS 3 Capitulo.1 Valoración del Estado actual de la Carretera

Santa Rita- Izapa

4

1.1 Caracterización de la Carretera.

4

1.2 Resumen y Evaluación de las características de la Carretera.

5

1.3 Evaluación del pavimento existente y caracterización de la Subrasante.

7

1.4 Investigaciones Geotécnicas realizadas para la rehabilitación de la Carretera Santa Rita – Izapa.

8

1.5 Investigaciones Geotécnicas en la vía actual

9

1.5.1 Resultados de los ensayes de clasificación, humedad y limites.

11

1.5.2 Resultados de las pruebas de CBR. 11 1.6 Investigación Geotécnicas para bancos de

materiales.

12

1.7 Diseño de la estructura de pavimento flexible para la reconstrucción de la carretera Santa Rita – Izapa.

15

1.8 Predicción del Tráfico.

16

1.8.1 Periodo inicial de diseño.

17


Santa Rita - Izapa

vii

1.8.2 Tránsito Promedio Diario Anual (TPDA) inicial en dos sentidos.

17

1.8.3 Porcentaje de vehículos livianos, medianos y pesados.

18

1.8.4 Porcentaje de tráfico en la dirección de diseño.

18

1.8.5 Número de carriles y porcentaje de tráfico en el carril de diseño.

19

1.8.6 Tasa de crecimiento anual de volumen de tráfico.

19

1.8.7 Tasa de crecimiento anual de ejes equivalentes por tipo de vehículo.

20

1.8.8 Factor de ejes equivalentes por tipo de vehículos.

20

1.9 Cálculo de ejes equivalentes

23

Capitulo 2 Diseño de alternativas de estructuras de pavimento Flexible para la carretera Santa Rita – Izapa.

24

INTRODUCCION

24

Método de Diseño

25

Variables de Diseño 25

2.1 Diseño de alternativa No. 1 26

2.2 Diseño de alternativa No. 2 33

2.3 Diseño de alternativa No. 2

40

Capitulo 3 Diseño de alternativa de pavimento rígido de la Carretera Santa Rita – Izapa

47

3.1 Información Básica 47

3.2 Método de Diseño 47

3.3 Variables de Diseño 47


Santa Rita - Izapa

viii

3.4 Diseño de alternativa 48

Análisis de fatiga de concreto

53

Capitulo 4 Comparación económica de las variantes de estructuras de pavimentos

58

4.1 Introducción 58

4.2 Costos de alternativas 58

4.2.1 Alternativas de concreto asfáltico en caliente 58

4.2.2 Alternativa de concreto hidráulico. 60

4.3 Resumen de costos de alternativas 61

4.4 Ventajas y Desventajas técnicas económica de las alternativas de concreto asfáltico e hidráulico.

61

Conclusiones

63

Recomendaciones 64

BIBLIOGRAFIA

65

Anexos 67

Anexo 1 68

Anexo 2 69

Anexo 3 70

Anexo 4 71

Anexo 5 72


Santa Rita - Izapa

ix

Resumen

La presente tesis contiene en su primera parte una valoración del estado actual de

la carretera, la que presenta grandes baches y en otras la desaparición de algunos

tramos del rodamiento asfáltico, así mismo se describe los procedimientos que se

utilizaron para el cálculo de los ejes equivalentes. seguidamente se describe los

procedimientos utilizados y los resultados obtenidos en el diseño de tres

alternativas de estructura de pavimento flexibles, estas son:

Mezcla asfáltica en caliente, base triturada y material existente como sub

base.

Mezcla asfáltica en caliente, base estabilizada con cemento y material

existente como subbase.

Mezcla asfáltica caliente, base asfáltica y material existente como subbase.

Presenta también el Diseño de una alternativa de concreto hidráulico utilizando

concreto de alta resistencia y el material existente como subbase, no se

estudiaron otras alternativas ya que sus altos costos no admiten comparación con

los pavimentos flexibles.

Se calcularon y se tomo como base los costos unitarios de un kilómetro de vía

para las variantes resultantes del estudio, tanto para concreto asfáltico como para

concreto hidráulico, resultando que los pavimentos flexibles tienen menores costo

de construcción

Se concluye que las alternativas de concreto asfáltico son más idóneas de aplicar,

dado su menor costo y su buen comportamiento ante las exigencias del trafico

automotor. El concreto hidráulico tiene costos mayores , durabilidad excelente y

requiere poco mantenimiento.


Santa Rita - Izapa

x

Summary

This thesis holds back in his first splits an evaluation of the actual status of the

highway, the one that it presents big holes and in another the disappearance of

some stretches of the asphaltic bearing, in like manner it describes himself the

procedures that they utilized for the calculation of the equivalent axis. Straight

away it describes himself the procedures utilized and the aftermath obtained in the

design of three alternatives of structure of flexible pavement, these are:

Asphaltic mixture in hot, ground base and existent material like sub base.

Asphaltic mixture in hot, stabilized base with cement and material existent like sub

base.

Asphaltic mixture in hot, asphaltic base and material existent like sub base.

It presents also the Design of an alternative of concrete hydraulic utilizing concrete

of high resistance and existent the material like sub base, This thesis do not study

another alternatives due to his high costs do not admit comparison with the flexible

pavements.

they calculated themselves and himself take like base the unitary costs of a

kilometer of road for the variants ensuing of the studio, as much as for concrete

asphaltic like for concrete hydraulic, resulting that the flexible pavements have

minor cost of construction.

it concludes himself that the alternative ones of concrete asphaltic are more

suitable of applying, given his minor cost and his good behavior before the

exigencies of the automotive traffic. Hydraulic concrete has higher costs, durability

excellent and it requires little maintenance.


Santa Rita - Izapa

xi

Lista de Tablas

Tabla1 Tipo y cantidad de ensayes ejecutados

10

Tabla 1.1 Tráfico promedio diario actual

18

Tabla 1.2 Porcentaje de vehículos livianos, medianos y pesados.

18

Tabla 1.3 Factores de tráfico en el carril de diseño

19

Tabla 1.4 Tasa de crecimiento anual

20

Tabla 1.5 Peso promedio por tipo de vehículo

21

Tabla 1.6 – 1.9 Determinación de ejes equivalentes

22

Tabla 1.10 Ejes equivalentes para los años

24

Cuadro 2 Espesores Mínimos AASHTO-93

26

Lista de Ilustraciones y Figuras - Espesores resultante Alternativa No. 1

32

- Espesores resultante Alternativa No. 2

39

- Espesores resultante Alternativa No. 3

45

- Espesor resultante Alternativa de concreto hidráulico

57

Tesis de Maestría PAG 1

Evaluación Técnica Económica de Pavimentos de Concreto Asfáltico e Hidráulico en la Carretera Santa

Rita - Izapa

Elaborado por: Ing. José Joaquín Guevara Arce

Evaluación Técnica – Económica de Pavimentos de Concreto Asfáltico e

Hidráulico para la Carretera Santa Rita - Izapa.

Introducción

De acuerdo al Ministerio de Transporte e Infraestructura (MTI), la red vial de

Nicaragua tiene una extensión de aproximadamente 19038 Km., distribuidos de la

siguiente manera:

Tipo de Camino Longitud

km

Pavimentado 2,018

Revestido 2,380

Todo Tiempo 6,299

Estación Seca 8,341

_______

Total 19,038

De la red vial pavimentada el 35% de esta ha sido reconstruida a partir de 1995

con estructuras con carpetas de rodamiento de concreto asfáltico en caliente. El

resto del pavimento está tan dañado y sujeto a tantas reparaciones, bacheos y

recarpeteos, que es imposible distinguir entre los diferentes tipos de pavimentos

que originalmente fueron colocados, como por ejemplo, tratamiento superficial,

concreto asfáltico, etc.

Entre los tramos de esta red vial se encuentra la carretera Santa Rita-Izapa la cual

forma parte de un Corredor Natural. Fue reconstruida durante los años 1992-1994,

con financiamiento del BCIE, sin embargo, la calidad de los suelos de fundación,

la deficiencia del drenaje, la falta de mantenimiento, el alcance de la rehabilitación,



Rita - Izapa


el tráfico pesado, la pluviosidad durante la construcción y fallas constructivas

contribuyeron a dañar la carretera de tal manera que se presentaron deficiencias

graves después de finalizadas las obras con un elevado índice de perdidas

económicas. Durante el año 1996, se ejecutaron reparaciones mayores en el

tramo, no obstante actualmente la carretera se encuentra en muy mal estado

ocasionando por consiguiente retrasos en los tiempos de traslado de los usuarios

de la vía así como un alto deterioro del tráfico automotor y por lo tanto un alto

costo en la operación vehicular.

Es por lo anteriormente enunciado que para la investigación que en el presente

trabajo se desarrolla se hayan definido los siguientes objetivos:

General:

Obtener un documento con parámetros Técnico-Económicos de Alternativas de

Pavimentos con carpetas de concreto asfáltico e hidráulico, que permita orientar

hacia la selección del pavimento más optimo para un determinado tipo de

carretera.

Específicos:

Obtener diversas estructuras de pavimentos, con carpetas de rodamiento de

concreto asfáltico e hidráulico, utilizando datos de tráfico y CBR, para la

carretera Santa Rita – Izapa.

Determinar costos unitarios de las estructuras de pavimentos a evaluar, con

carpetas de rodamientos de: concreto asfáltico en caliente y concreto hidráulico

para la rehabilitación y mejoramiento de la carretera Santa Rita – Izapa.



Rita - Izapa


Determinar ventajas y desventajas desde el punto de vista técnico - económico

de cada estructura de pavimento obtenida para la carretera antes mencionada.

Finalmente, con el objetivo de alcanzar la solución del problema que se aborda en

este trabajo, se planteó verificar la veracidad de la presente hipótesis:

Hipótesis

Si a partir de la aplicación de los métodos actuales de diseño y construcción de

estructura de pavimentos flexibles y rígidos se demuestra que la estructura

definitiva propuesta; para alguna de las variantes de reconstrucción analizadas,

resultara ser más cómoda, segura y económica en las condiciones actuales de

Nicaragua para la carretera Santa Rita-Izapa, entonces se puede definir la

ejecución de una estructura de pavimento que garantice el plazo de servicio

requerido considerando el crecimiento del transito, el confort y seguridad del

usuario de la vía y los factores económicos asociados.



Rita - Izapa


CAPITULO 1 VALORACIÓN DEL ESTADO ACTUAL DE LA CARRETERA SANTA RITA – IZAPA. 1.1 Caracterización general de la carretera Esta carretera se localiza al oeste de la ciudad de Managua, tiene una longitud de

35.5 kilómetros, aproximadamente, atravesando los poblados de El Quebracho,

Ojo de Agua, y El Tamarindo

La ubicación geográfica del proyecto es la siguiente :

Latitud: Entre los 12º04” y los 12º16” en el Hemisferio Norte

Longitud: Entre los 86º29” y los 86º44” en el Hemisferio Occidental

Su alineamiento tanto horizontal como vertical es sobre terrenos planos, con 9

curvas horizontales amplias, o sea un promedio de una curva cada 4 kilómetros,

de las cuales todas tienen radios iguales o mayores de 1000 m, excepto dos que

tienen curvas de 800 m de radio una y otra de 610 m de radio, por lo que todas

son adecuadas para una velocidad de diseño de 70 km/h con pendientes que en

general no superan el 4% con predominio de pendientes menores de 1% . El clima

en esta zona se clasifica como de sabana tropical, que se caracteriza por ser

bastante cálido y seco. La temperatura media fluctúa entre los 25º y los 42º grados

Celcius y la precipitación media anual varia entre los 1000 y 1600 mm.

Actualmente, la ruta presenta una sección de 6.30 metros, cuenta con bahías de

paradas de buses, lo que evita la obstaculización del tráfico en el carril

correspondiente en el momento de subir o bajar los pasajeros.

El drenaje menor existente se aprecia en buen estado. Por otra parte, las obras de

drenaje mayor están conformadas por los siguientes siete puentes de dos vías:

San Lorenzo, Fátima, Río Seco, Trapichon, El Empalme, El Tamarindo y Pacifico.



Rita - Izapa


En forma general, se aprecian en buen estado, por lo que no se prevén trabajos

de reemplazo ni reforzamiento de estas estructuras.

Este tramo fue inicialmente construido entre 1953 y 1958, dentro del primer grupo

de proyectos viales financiados por el Banco Mundial como parte del proyecto

Managua – León, su localización, diseño y construcción fueron directamente

efectuados por el Departamento de Carreteras del entonces Ministerio de Fomento

y Obras Publicas.

En septiembre de 1992, con financiamiento del BCIE, se inició la rehabilitación y

mejoramiento del pavimento y el drenaje, concluyendo en febrero de 1994.El

diseño del pavimento fue de 5cm de carpeta asfáltica en frío y una base de

material gravo- arenoso de color marrón con desgaste del 56%. Este diseño tuvo

un mal comportamiento durante su explotación lo cual se demuestra en el

deplorable estado que presenta la carretera en la actualidad.

(Ver fotos de Anexo.5)

1.2 Resumen y Evaluación de las Características de la Carretera

El resumen de las características del pavimento existente de la carretera actual es

el siguiente:

- Carpeta

La carpeta tiene un espesor que oscila entre 4 a 15 centímetros; está

compuesta de mezcla asfáltica.



Rita - Izapa


Base

La base tiene un espesor que oscila entre 10 y 94 centímetros; está

compuesta de diferentes tipos de materiales; en algunos sectores este

material se clasifica como A-1-a y A-1-b, que tienen excelente

comportamiento mecánico y bajos valores de plasticidad y humedad. En

otros sectores los materiales de la base se clasifican como A-2-4, A-2-6, y

A-2-7, que presentan índices de plasticidad que oscilan entre 7 y 14%;

estos materiales tienen un comportamiento mecánico muy deficiente.

Macroscópicamente, la base está compuesta de una grava areno arcillosa

de baja plasticidad y grava arenosa producto de trituración con un diámetro

promedio de 1”, con plasticidad baja a media.

- Subbase

Tiene un espesor promedio que oscila entre 9 a 84 centímetros y una

granulometría similar a la de la base; los valores de humedades oscilan

entre 9 y 27%. El material que compone la subbase se clasifica como A-1-a,

A-1-b, A-2-4, A-2-5, A-2-6, y A-2-7 con baja a alta plasticidad. Al igual que la

base, el material A-1-a y A-1-b tiene un excelente comportamiento, en

cambio el resto tiene un comportamiento mecánico pobre, con un alto

porcentaje de índice de plasticidad.

- Terracería

La terracería tiene un espesor que varía entre 10 a 77 cm. Los materiales

que la componen se clasifican como A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-6, A-2-7, A-4,

A-5, A-6, A-7-5 y A-7-6. Macroscópicamente, está compuesta de gravas

arenosas y arcillosas de color café claro. En la estación 63+800 se encontró

un material arcilloso de alta plasticidad de color oscuro.



Rita - Izapa


Es necesario mencionar, que en las estaciones 35+000, 35+400, 52+800,

54+600, 59+800, 54+800, 55+200, 57+800. 58+400, 58+600, 58+800,

59+000, 59+800 y 63+500 se encontró roca a menos de 1.0 m de

profundidad. Por otra parte, en la estación 65+600 se encontró la napa

freática a 1.0 m de profundidad.

1.3 Evaluación del Pavimento Existente y Características de la Subrasante

El paquete estructural existente está conformado por una carpeta asfáltica

construida en frío con asfalto diluido, cuyo espesor varía de 4 a 10 cm. La base

granular, con un espesor que oscila entre 10 y 94 cm, en algunas secciones se

trata de un material de buena calidad (A1-a A1-b) y en otras secciones registra

una plasticidad que varía entre 7 y 14%, (A2-6 y A2-7), valores elevados para una

base, por tratarse de una zona que presenta un período de lluvias copiosas

durante varios meses y un sistema de drenaje que muestra una absoluta falta de

mantenimiento. La subbase está conformada por materiales similares a los de la

base; parcialmente registra suelos tipo A1-a y A1-b y por sectores se presentan

suelos de alta plasticidad (A2-6 y A2-7). La terracería está conformada por una

grava arenosa y arcillosa, que si bien no presenta un hinchamiento elevado, en

algunos sectores presenta un elevado LL (>50%), acompañado de un alto Ip.

Del análisis de los resultados de los ensayos efectuados sobre material de

terracería, surge que los suelos de inferior calidad se ubican entre las estaciones

31+800 a 34+500; 36+100 a 37+900; 38+800 a 40+800; 49+200 a 49+800 y

51+400 a 53+000. Por otro lado, los materiales de las capas superiores (base y

subbase) que registran un comportamiento mecánico de regular a malo para dicho

nivel (CBR=30%) se ubican entre las estaciones 41+000 y 66+000.

La condición del estado superficial de esta carretera refleja el deficiente

comportamiento estructural del pavimento. Es decir, existe una deficiencia de



Rita - Izapa


aportes de alguna o de varias de las capas que conforman el paquete, situación

que trae aparejado un reducido valor estructural remanente del camino existente.

El pavimento presenta fisuración tipo piel de cocodrilo (sobre huellas), anchas

grietas perpendiculares al eje y ubicadas sobre los bordes (interfase calzada-

hombro); profundos y grandes baches, donde ha desaparecido la carpeta de

rodamiento.

Por la extensión de los daños, estos provienen de la desintegración de un área

afectada por fisuración tipo piel de cocodrilo y no de un problema localizado de

reducidas dimensiones (tipo potholes).

En lo que concierne al drenaje, es necesario eliminar rápida y eficientemente las

aguas superficiales y/o subterráneas, ya que constituyen uno de los principales

agentes contribuyentes a la degradación del pavimento.

1.4 Investigaciones Geotecnicas realizadas para la Rehabilitación de la

Carretera Santa Rita - Izapa

Dentro de los estudios requeridos para realizar el rediseño de la estructura del

pavimento para su rehabilitación y mejoramiento del tramo de carretera Santa Rita

- Izapa, desde el punto de vista geotécnico, se efectuaron voluminosas y

exhaustivas investigaciones que abarcaron dos temas específicos:

Determinación de la capacidad soporte de los materiales a lo largo de la

vía, a través de la ejecución de estudios geotécnicos que permitieron

caracterizar cada uno de los elementos de dicho tramo.



Rita - Izapa


Estudio de materiales de bancos de préstamo para fines de conformar el

paquete estructural del pavimento

La carretera se encuentra localizada en los Departamentos de Managua y León, y

abarca las hojas topográficas No. 2852-I Nagarote y 2852 II El Tránsito. Tiene una

longitud aproximada de 35 kilómetros y un ancho promedio de 6.3 metros.

El pavimento actual está estructuralmente conformado por los siguientes

elementos: carpeta, base, subbase y terracería.

1.5 Investigaciones geotécnicas en la vía actual.

El muestreo de campo se inició con la ejecución de 8 sondeos manuales que

fueron espaciados cada 5 kilómetros, de los cuales se obtuvieron un total de 35

muestras alteradas, sobre las que se practicaron los respectivos ensayes de

laboratorio.

Sobre el pavimento y a lo largo del tramo se realizaron 173 sondeos adicionales,

los cuales fueron distribuidos en la parte central, derecha e izquierda de la

carretera. Estos sondeos fueron ubicados con un espaciamiento de 200 metros

entre pozo y pozo. De los mismos se obtuvieron un total de 913 muestras

alteradas representativas de las capas de carpeta, base, subbase y terracería. La

profundidad de cada sondeo fue de 1 metro, suficiente para obtener muestras de

cada componente de la carretera.

Todas las muestras alteradas obtenidas de los sondeos manuales se clasificaron,

rotularon y trasladaron al laboratorio para su posterior evaluación y ensayo de

acuerdo a los procedimientos y normas establecidas.



Rita - Izapa


De acuerdo con los resultados preliminares obtenidos de los ensayos de

laboratorio, se decidió realizar 10 sondeos adicionales en las siguientes

estaciones: 42+000, 52+400, 53+200, 54+400, 56+600, 57+600, 60+000, 61+400,

63+800, y 65+200. A través de estos sondeos, se pudo hacer una mejor

correlación de los resultados obtenidos, y así definir con mayor precisión cada uno

de los elementos componentes de la carretera y corregir deficiencias del muestreo

de línea.

Ensayes de Laboratorio

En el Tabla 1.0 se presenta el resumen de los ensayes de laboratorio realizados y

las normas aplicadas.

No. Tipo de Ensaye Cantidad Norma

1 Granulometría 213 ASTM D-422

2 Humedad 578 ASTM D-2216

3 Límite Líquido 213 ASTM D-423

Límite Plástico e Índice de

Plasticidad

426 ASTM D-424

4 Clasificación 213 AASHTO

5 CBR 28 AASHTO T-180 y T-99

Total de Ensayes 1671

Tabla 1.0 Tipo y Cantidad de Ensayes Ejecutados

En total se ejecutaron 1671 ensayes. Es preciso señalar que a cada muestra de

CBR reflejada en la tabla le corresponden 3 ensayes con diferentes niveles de

compactación, de acuerdo al procedimiento de laboratorio recomendado.



Rita - Izapa


1.5.1 Resultados de los Ensayes de Clasificación, Humedad y Límites

Se ensayaron un total de 213 muestras alteradas tomadas durante los sondeos

manuales, sobre los que se realizaron ensayes granulométricos y determinación

de límites líquido y plástico, lo que permitió clasificar las capas de base, subbase,

terracería y suelo natural.

Se practicaron un total de 578 ensayes de humedades de las muestras alteradas

tanto de material de base, subbase, terracería y suelo natural ( ver anexo 1 ). Es

importante señalar que la muestras correspondientes al tramo fueron recolectadas

entre los meses de julio y agosto del 2000, que es época de lluvias.

1.5.2 Resultados de las Pruebas de CBR

Con el objetivo de hacer una caracterización completa de los componentes del

pavimento, se procedió a obtener muestras para CBR en grupos cada 5

kilómetros, de la siguiente manera:

Para la capa de base se formó un grupo de muestras para la

clasificación A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-6, y A-2-7.

Para la capa de subbase se formaron dos grupos de muestras para las

clasificaciones A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5, A-2-6, y A-2-7.

Para la terracería se procedió a formar dos grupos de muestras para las

clasificaciones A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-6, A-2-7, A-4, A-5, A-6, A-7-5 y

A-7-6.



Rita - Izapa


En total se prepararon 28 grupos de muestras sobre los que se ejecutaron los

ensayes de CBR ( ver anexo 1 ). Para compactar las muestras, la energía aplicada

para base y subbase se hizo de acuerdo a la norma AASHTO T-180 y para la

terracería según la norma AASHTO T-99; asimismo, los grados de compactación

investigados fueron de 90, 95 y 100%. En total para cada muestra se ejecutaron 3

pruebas de CBR.

1.6 Investigación geotécnica para bancos de materiales

El trabajo de investigación de bancos de materiales para la carretera en estudio se

inició con la revisión de información disponible en el Ministerio de Transporte e

Infraestructura (MTI). De esta labor, se obtuvo información de seis bancos, cuatro

de los cuales se encuentran en la carretera Izapa - León, uno en el tramo en

estudio; el sexto no se estudió porque se encuentra a 15 Km. desde la carretera

Izapa - León, con un camino de acceso en muy mal estado. Los cinco bancos

analizados fueron explotados y se encuentran agotados.

Paralelamente, se revisaron las hojas geológicas del INETER correspondientes a

Nagarote y El Tránsito, donde se identificaron dos cuerpos intrusivos del tipo

básico, uno de los cuales se incluye en este informe (El Guayabal), pues el otro no

pudo ser localizado en campo.

Adicionalmente, como resultado de recorridos de campo se identificaron otros

cuatro bancos, dos de los cuales fueron descartados por presentar un alto

contenido de material arcilloso. Los otros dos se incluyen en este informe, uno de

los cuales presenta excelentes características para carpeta y base (El Tránsito).

Debido a que existen pocos bancos aprovechables en este tramo, se recomienda

tener en consideración el banco de material rocoso ubicado en el Km. 104+120 de



Rita - Izapa


la carretera León - Chinandega, conocido como la Pedrera, y que fue utilizado

para la construcción del tramo Izapa - León.

El resumen de los bancos estudiados es el siguiente:

El Tránsito

La Pedrera

El Guayabal

La Vega

A continuación se presenta una descripción de cada uno de ellos.

Banco El Tránsito

Se ubica en el Km. 44+250 de la carretera Santa Rita-Izapa, a 12 Km. hacía El

Tránsito y a 1 Km. a la izquierda del Cerro Tío Goyo. Se encuentra en explotación

y su acceso se presenta en regular estado. Se trata de una roca

sólida basáltica; el macizo se presenta ya descapotado. Su volumen aprovechable

es de 150,000 m3 y su explotación se debe efectuar mediante explosivos. El

material proveniente de esta cantera se puede utilizar para base y para carpeta

asfáltica con ciertas reservas (Desgaste “Los Ángeles” = 23%, durabilidad en SO4

NA2 = 16,2%, valor que supera al límite permitido, absorción = 5%, valor que

refleja una alta porosidad del agregado).



Rita - Izapa


Banco La Pedrera

Se ubica del lado derecho, en el Km. 104+120 de la carretera León-Chinandega.

Se encuentra en explotación y su acceso se presenta en buen estado. El macizo

rocoso está conformado por una andesita basáltica. Su destape se puede estimar

en 1,00 m. Su volumen aprovechable es de 360,000 m3, y su explotación se debe

efectuar mediante explosivos.

El material proveniente de esta cantera se podrá utilizar para base y para carpeta

asfáltica (Desgaste “Los Ángeles” = 18%, durabilidad en SO4 NA2 = 2,3%,

absorción < 0,5%).

Banco El Guayabal

Se ubica en la estación 48+000 de la Carretera Santa Rita-Izapa, lado derecho,

entrada a El Guayabal. Se encuentra en explotación y su acceso amerita un

mejoramiento cerca del banco en sí. Se trata de una grava limo arcillosa (A-2-4).

Su descapote oscila en 1,50 m., siendo su volumen aprovechable de 100,000 m3.

La explotación se puede efectuar mediante tractor y/o excavadora.

El material proveniente de este banco se puede utilizar para subbase,

seleccionando los frentes a explotar.

Banco Finca La Vega

Se ubica a 3,400 m del Empalme El Tránsito (lado izquierdo), sobre la ruta Izapa-

Santa Rita. Se encuentra en explotación y su acceso se presenta en buen estado.

Se trata de una riolita alterada. El destape es del orden de unos 0,80 m., siendo su

volumen aprovechable de 15,000 m3. Su explotación se puede efectuar mediante

tractor y excavadora.



Rita - Izapa


El material proveniente de este banco se puede utilizar para terracería (Desgaste

“Los Angeles” = 40%, elevada absorción y reducido peso específico).

1.7 Diseño de la Estructura de Pavimento Flexible para la Reconstrucción

de la Carretera Santa Rita - Izapa

Consideraciones Generales

Los pavimentos flexibles están formados por una serie de capas con la más

resistente de ellas en la superficie. En un pavimento flexible bajo la aplicación de

una carga simple se produce una deformación simétrica y los esfuerzos decrecen

con la profundidad debido a la distribución de la carga. Por lo general, la capa

superior es construida con mezcla asfáltica en caliente (MAC) y la base es de

grava o piedra triturada, pudiendo tener una subbase granular o de suelo

modificado. Si las capas de la base son también de MAC o de otro tipo de mezcla

asfáltica colocada directamente, entonces se considera un pavimento MAC de

espesor completo.

El diseño estructural del pavimento está basado en la Guía de la AASHTO de

1993 ajustada a las condiciones específicas de Nicaragua. Este proceso de diseño

incluye varias actividades importantes, desde una evaluación de los defectos del

pavimento, adquisición de información de los materiales (ensayos de suelos,

ensayos no destructivos), hasta el análisis del trafico, que conducen desarrollar

alternativas de diseño. Estas alternativas fueron analizadas y comparadas con

respecto a sus costos y beneficios.

El método de la AASHTO para pavimentos flexibles requiere información sobre la

capacidad de soporte de la subrasante (el módulo resiliente o elástico, MR), la



Rita - Izapa


confiabilidad (confiabilidad deseada y la desviación estándar), el tránsito (en

ESAL’s), y las propiedades de los materiales de cada capa representadas por los

coeficientes estructurales. La desviación estándar del sistema toma en cuenta las

variaciones en las ecuaciones, las mediciones y los materiales. Se selecciona un

nivel de confiabilidad para determinar con qué confianza se espera que el

pavimento dure el periodo de tiempo para el que fue diseñado.

En un pavimento existente, cuando se necesita mejorar la capacidad estructural, el

recapado debe de ser calculado tomando en consideración la resistencia del

pavimento actual y el tránsito previsto. En el caso de una reconstrucción, cuando

se conserva parte del pavimento, se recicla otra parte y se agrega material virgen,

los mismos procedimientos de diseño de recapados pueden ser utilizados. El

espesor del pavimento actual se reduce de acuerdo a la cantidad removida y se

deben determinar las propiedades del material reciclado y el número estructural

efectivo.

1.8 Predicción del Tráfico

La predicción del tráfico es uno de los parámetros más críticos para diseñar

pavimentos, debido al efecto que éste tiene en el cálculo de los espesores de la

estructura. Los diferentes tipos de vehículos que circulan por la vía presentan un

rango amplio de variaciones en carga y configuración de ejes. El método de la

AASHTO requiere que el número de cargas anticipada que serán aplicadas al

pavimento durante su vida útil de diseño sea convertida en ejes simples

equivalentes de 82 kN (ESAL’s)

La AASHTO sugiere dos métodos para calcular el número de ESAL’s: uno se

refiere como “el riguroso” y el otro “el simple”. En este estudio se utiliza el método



Rita - Izapa


riguroso modificado, ya que se agrupa el tráfico mixto en tres tipos de vehículos:

livianos, medianos y pesados. Los valores requeridos incluyen:

1) Periodo Inicial de Diseño

2) Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) inicial en los dos sentidos

3) Porcentaje de vehículos livianos, medianos y pesados

4) Porcentaje de tráfico en la dirección de diseño

5) Número de carriles en una dirección y porcentaje de tráfico en el carril de

diseño

6) Tasa de crecimiento anual del volumen de tráfico

7) Tasa de crecimiento anual de ejes equivalentes por tipo de vehículo

8) Factor inicial de ejes equivalentes por tipo de vehículo

De acuerdo a lo detallado en el Capítulo II de las normas AASHTO –93, Estudio

de Tráfico, se optó por agrupar como tráfico liviano a los vehículos desde motos

hasta pickup, como tráfico mediano a buses, camiones simples y con remolque, y

como pesados a los camiones articulados y vehículos especiales.

1.8.1 Período Inicial de Diseño

Como lo define la AASHTO, ésta es la vida de diseño de la estructura del

pavimento en años. En este estudio se utilizó un periodo de diseño de 20 años.

1.8.2 Tránsito Promedio Diario Anual (TPDA) Inicial en dos Sentidos

Esta variable es el tránsito promedio diario anual que se anticipa, contado en un

período de 24 horas en dos direcciones cuando la carretera es abierta al tráfico en

el primer año de explotación. En este caso, el año inicial es el 2003, con el tráfico

homogéneo para toda la carretera Santa Rita - Izapa que se muestran en el Tabla

1.1.



Rita - Izapa


Localidades Estaciones TPDA

Santa Rita – Izapa 0+000 – 35+450 3,600

Tabla 1.1 Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) Inicial en dos Sentidos de

circulación. Fuente MTI, año 2000

1.8.3 Porcentaje de Vehículos Livianos, Medianos y Pesados

Es el porcentaje del tránsito promedio diario que corresponde a los tres tipos de

vehículos. Este porcentaje varía de sitio a sitio, por lo que se recomienda su

cálculo con datos específicos del lugar. A través del estudio de tráfico, se

determinó la composición de tráfico para el año inicial según se muestra en el

Tabla 1.2.

Tipo de Vehículo (en porcentaje de TPDA)

Estaciones Liviano Mediano Pesado

0+000 – 35+450 67 23 10

Tabla 1.2 Porcentaje de Vehículos Livianos, Medianos y Pesados. Fuente MTI, año 2000

1.8.4 Porcentaje de Tráfico en la Dirección de Diseño Este es un factor de distribución direccional que se aplica al TPDA para incluir

cualquier variación del volumen de tránsito de camiones o cargas por dirección. En

circunstancias normales, el factor de distribución direccional está cerca del 50%,

pero en casos especiales donde una dirección de tránsito tiene mayor volumen o

vehículos más pesados, este efecto se debe de incluir en el porcentaje de

camiones en la dirección de diseño.

En el presente proyecto, según fue determinado en el estudio de tráfico, este

factor de distribución direccional es relativamente equilibrado, por lo que se adopta

el 50%.



Rita - Izapa


1.8.5 Número de Carriles y Porcentaje de Tráfico en el Carril de Diseño

Este parámetro expresa el % de vehículos pesados en el carril mas cargado o

carril de diseño en una carretera con carriles múltiples, los camiones circulan en

todos los carriles, pero en el diseño del pavimento el carril con la mayoría del

tránsito de camiones o cargas es de vital interés, y se designa como el “carril de

diseño.” El porcentaje de tráfico en el carril de diseño es el factor de distribución

por carril que toma en consideración el porcentaje de tráfico en ese carril. La guía

de diseño de pavimentos de la AASHTO recomienda los factores mostrados en

Tabla 1.3.

Número de

Carriles en Cada

Dirección

Porcentaje de Tráfico en

el Carril de Diseño

1 100

2 80-100

3 60-80

4 50-75

Tabla 1.3 Factores de tráfico en el carril de diseño

recomendados por AASHTO-93

En el presente proyecto, se prevé la construcción de dos carriles (uno por cada

dirección de circulación). Por lo tanto, se adopta un factor de tráfico de 1.0.

1.8.6 Tasa de Crecimiento Anual de Volumen de Tráfico

Esta tasa se expresa en porcentaje, definiendo el crecimiento anual anticipado del

volumen de tráfico. En este estudio se han utilizado tasas de crecimiento que se

muestran en la Tabla 1.4, para las tres categorías de tráfico consideradas.



Rita - Izapa


Tasa de Crecimiento (en porciento)

Progresiva Liviano Mediano Pesado

0+000 – 35+450 5 4 3

Tabla 1.4 Tasa de Crecimiento Anual de Volumen y Ejes Equivalentes

1.8.7 Tasa de Crecimiento Anual de Ejes Equivalentes por Tipo de Vehículo

Así como el número de vehículos que usan la carretera tienden a aumentar con el

tiempo, también sus cargas se incrementan. La tasa de crecimiento anual de ejes

equivalentes por vehículo es el dato que se utiliza para tomar en cuenta el

incremento de las cargas en los vehículos a través del tiempo. Esta tasa se

expresa en porcentaje, donde un rango típico está entre el 0 a 4 por ciento por

año. Esta tasa puede causar un dramático incremento en el crecimiento de los

ESAL’s sobre la vida de la estructura del pavimento. La predicción de esta tasa de

crecimiento es una función de planificación, por cuanto existe una

correspondencia entre ella y el crecimiento del PIB de un país.

En este estudio se utilizó una tasa de crecimiento del uno por ciento anual, que ya

se encuentra implícitamente considerado dentro de las tasas de crecimiento del

volumen de tráfico.

1.8.8 Factor de Ejes Equivalentes por Tipo de Vehículo (ESAL’s/tipo de

vehículo)

Esta es una representación del número de aplicaciones de 82 kN ESAL causada

por el paso de un vehículo promedio. Este factor varía de sitio a sitio y se

recomienda su cálculo con datos específicos del lugar.



Rita - Izapa


Los vehículos pesados están compuestos por camiones T3S2, T3S3 y T2S2; de

éstos, los camiones T3S2 representan más del 95% del tráfico de esta categoría.

Por otra parte, los vehículos medianos están compuestos por buses y camiones

C2, C3, C2R3 y C3R3; de estos cinco tipos de vehículos, los buses, los camiones

C2 y los camiones C3 son los que componen la mayor parte del tráfico de

vehículos medianos.

En la Tabla 1.5 se presenta el peso promedio por tipo de vehículo. Los pesos

promedio por tipo de vehículo fueron obtenidos del Cuadro “Índices de Utilización

de la Capacidad de los Vehículos de Carga” del estudio de tráfico y del “Diagrama

de Cargas Permisibles, Pesos Máximos Permisibles por Tipo de Vehículos”

publicada por el Ministerio de Transporte e Infraestructura (MTI).

Tipo de Vehículo Peso Máximo Permisible (ton) Peso Promedio (ton)

C2 13.5 10.1

C3 21 18

T3S2 37 32.8

T3S3 41 35.6

T2S2 30 25.1

C2R3 26.5 22.2

C3R3 34.7 29.4

Tabla 1.5 Peso Promedio por tipo de vehículo Fuente: Estudio de tráfico MTI

A partir de lo anterior, en las Tablas de 1.6 a la 1.9 se presenta el proceso de

determinación de los factores de ejes equivalentes por tipo de vehículo (ESAL’s /

tipo de vehículos) para el diseño del pavimento.



Rita - Izapa


Peso Promedio por Eje (ton)

Tipo de Vehículo

1 Eje (ton)

2 Eje (ton)

3 Eje (ton)

4 Eje (ton)

Suma (ton)

C2 4.5 (s) 5.6 (s) 10.1

C3 5.0 (s) 13 (t) 18.0

T3S2 5.0 (s) 13.75(t) 13.75(t) 32.8

T3S3 5.0 (s) 13.6 (t) 17.0 (tr) 35.6

T2S2 5.0 (s) 7.3 (s) 12.8 (t) 25.1

C2R3 4.5 (s) 6.1 (s) 5.8 (s) 5.8 (s) 22.2

C3R3 4.5 (s) 6.5 (s) 6.5 (s) 11.9 (t) 29.4

(s) de un eje (t) de dos ejes (tr) de tres ejes

Factores de Equivalencia (LEF)

LEF por Eje

Tipo de Vehículo

1 Eje 2 Eje 3 Eje 4 Eje ESAL’s

C2 .118 .25 0.368

C3 .174 .595 0.769

T3S2 .174 .726 .726 1.626

T3S3 .174 .703 .46 1.337

T2S2 .174 .664 .55 1.388

C2R3 .118 .36 .27 .27 1.018

C3R3 .118 .365 .365 .6 1.448



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Tipo de Vehículo ESAL’s/veh. No. de veh. En categoría

Vehículos Pesados

T3S2 1.626 447

T3S3 1.337 8

T2S2 1.388 1

Total 456

ESALs / Veh. Pes. = (447*1.626+8*1.337+1*1.388+3)/456 1.62

Vehículos Medianos

Buses 0.700 847

C2 0.368 694

C3 0.769 225

C2R2 1.018 3

C3R3 1.448 4

Total 1773

ESALs/V. Med = (847*0.7+694*0.368+225*.769+ 3*1.018+4*1.448)/1773

0.58

Tabla 1.8 Cálculo de Factores de ESAL por Tipo de Vehículo

Los valores del Tabla 1.9 corresponden a una representación del número de

aplicaciones de 82 kN ESAL causada por el paso de un vehículo promedio de

cada categoría.

Tipo de Vehículo ESAL/Tipo de

Vehículo

Liviano 0.0003

Mediano 0.58

Pesado 1.62

Tabla 1.9 Resumen Factores ESAL / Tipo Vehículo

1.9. Cálculo de Ejes Equivalentes (ESAL’s)

Sobre la base de lo descrito en los párrafos anteriores, se determinan los valores

finales de los ESAL’s para el proyecto.



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En la Tabla 1.10 a continuación se presenta el resumen del tráfico para una vida

de 20 años, expresado en ESAL’s, para efectos del diseño de la estructura del

pavimento.

Localidades Progresivas TPDA No.

Carriles ESAL’s

Santa Rita - Izapa 0+000 – 35+450 3,600 2 5,150,000

Tabla 1.10 Ejes Equivalentes para 20 Años por Sección

Capitulo 2. Diseño de Alternativas de Estructuras de Pavimento Flexible

para la Carretera Santa Rita Izapa.

Introducción

A los efectos del presente trabajo, el diseño de alternativas de estructura de

pavimento flexible para la rehabilitación de la carretera Santa Rita – Izapa

contempló tres tipos básicos, teniendo en cuenta el material de base a usar, ellos

fueron:

- Base granular

- Base de suelo estabilizado con cemento

- Base de suelo estabilizado con asfaltó

Parte de la información básica para el diseño de las alternativas de pavimento de

concreto asfáltico consistente en la calidad del material de subrasante de la vía

(CBR) y el número de ejes equivalentes de 82 kN en el período de diseño

(ESALS) ha sido obtenida de los estudios y diseños elaborados por la firma

consultora Louis Berger las cuales fueron realizadas en el 2001.



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Método de Diseño

Las alternativas de pavimentos de concreto asfáltico en caliente se realizaron

mediante la aplicación del método de la American Association of State Highway

and Transportation Officials (AASHTO) en su version 1993.

Variables de Diseño

Este método considera un conjunto de variables independientes de diseño que

permiten la determinación de los espesores de las capas a emplear en las

estructuras de pavimentos, esas variables son:

- Cargas provenientes del paso de los vehículos de carga (Wt18) o tráfico

acumulado en el período de diseño.

- Condición de servicios de pavimento al inicio del servicio (Po)

- Condición de servicio de pavimento al final del periodo de diseño (Pt)

- Confiabilidad en el diseño (R) y desviación estándar para el nivel de

confiabilidad adoptada (So).

- Calidad del material de fundación (MR)

Espesores Mínimos Prácticos sugeridos por la guía de la AASHTO

En general no es practico ni económico colocar capas de pavimento que no

tengan un espesor mínimo, por otra parte, también el tráfico a que será sometido

el pavimento dicta la colocación de espesores mínimos de las capas por razones

de estabilidad y durabilidad. En la Tabla No. 2 a continuación, se muestran los

valores sugeridos por el manual de la AASHTO para los espesores mínimos de

carpeta asfáltica y base granular con varias condiciones de tráfico.



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Tráfico ESALS ESPESORES MINIMOS

CA (mm)

Base Granular (mm)

Menos de 50,000 25 100

50,000 – 150,000 50 100

150,001 – 500,000 64 100

500,001 – 2000,000 76 150

2000,001 – 7000,000 90 150

Mas de 7000,000 100 150

Cuadro No. 2 Espesores Mínimos para la CA y Base Granular (AASHTO 1993)

2.1 Diseño de Alternativa No.1: Base Granular

En la primera alternativa la estructura de pavimento flexible está compuesta de

una carpeta de rodamiento de mezcla asfáltica en caliente, (MAC), sobre una base

de agregados triturados, la cual a su vez se apoya sobre una sub base existente.

Variables

a) Cargas de Diseño: Las cargas obtenidas en el estudio de trafico se indican en

el Capitulo I y son: 5.16 x 106 ESALS.

b) Condiciones de Servicio de Pavimento:

a) Inicio del periodo de diseño (Po)

El método AASHTO–93 recomienda asignar a esta variable independiente

un valor de 4.2, en el caso de pavimentos flexibles, valor este que será



Rita - Izapa


empleado en la solución de la evaluación de diseño para todas las

alternativas estudiadas.

c) Condición de Servicio de Pavimento al Final del Periodo (Pt)

El método AASHTO-93 recomienda asignar a esta variable independiente un valor

de 2.5 en el caso de pavimentos flexibles.

d) Confiabilidad en el Diseño (R) y Desviación Estándar (So).

La Confiabilidad se define como la probabilidad que la serviciabilidad de la

carretera pueda mantenerse en adecuados niveles desde el punto de vista del

usuario dentro del periodo de diseño de la vía. La confiabilidad que la AASHTO-

93, recomienda para este tipo de vía se encuentra entre 80 y 99% y para nuestro

diseño se tomo una Confiabilidad de 90% por lo que acuerdo a este manual ZR =

- 1.282 que será el valor requerido para la stimación de la desviación standard a

tener en cuenta en el diseño.

No obstante, el valor de la desviación estándar ” So”, por otra parte, es sugerido

por el propio método AASHTO-93, el cual puede ser 0.35, en opción a un

laborioso análisis de varianza de todos los factores involucrados en el diseño.

Es conveniente recordar sin embargo, que los valores de R y So, no son otra cosa

que un “factor de seguridad FS” introducido en el diseño, el cual para un 90% de

Confiabilidad y un 0.35 de desviación estándar significa un FS de 2.81.



Rita - Izapa


e) Módulos de Resilencia

De la subrasante

El CBR de la subrasante determina mediante sondeos de suelo( ver Anexo 1 ) fue

de 6.5 % para un percentil del 87.5%, entonces:

MR = 1,500 x CBR (psi)

= 1,500 x 6.5

= 9750 psi

De la base ( Granular)

CBR = 100 %

De Grafico 2.6, parte II, AASHTO –93 ( anexo 2 )

tenemos que MR= 30,000 psi y a2 = 0.14

De la Sub- Base

CBR = 20 %

De Grafico 2.7, parte II, AASHTO –93 ( anexo 2 ) tenemos que MR = 12500

entonces a3 = 0.094

Coeficiente Estructural Concreto Asfáltico.

Coeficiente Estructural: 0.39 se obtiene del Gráfico: 2.5, parte II, Manual AASHTO

–93 ( anexo 2 ), con un módulo de elasticidad: 350,000 psi.



Rita - Izapa


Resumen de Variables

∆PSI = Po – Pt = 4,2 – 2,5 = 1.7

R = 100 entonces Zr = - 1.282

So = 0.35

ESAL’ = 5.15 X 106

MR subrasante = 9750 psi

Mr sub base = 12500 psi

Mr base = 30,000 psi

Para calcular el número estructural (SN) para cada capa de pavimento se utilizó la

figura 3.1 del AASHTO –93 ( anexo 2 )

Obtuvimos

SN = 3.92

SR

SN = 3.57

Sb

SN = 2.55

Base



Rita - Izapa


Cálculo de Capas de Pavimento

Para calcular los diferentes espesores de las capas de pavimento utilizamos la

formula del AASHTO-93, se utilizaran coeficientes de drenaje ( m2 y m3 ) de 1.15,

considerando que la calidad del drenaje es buena y que el pavimento esta

expuesto a niveles de humedad de un 25 %, ver figura 2.4 ( anexo 2 )

SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3

Cálculo de Carpeta

SN = a1 D1

D1 = 2.55/ .39 = 6.53” = 17 cm

Cálculo de SN corregido sobre la Base Granular

SN = .39x17 / 2.54 = 2.61

Cálculo de Base

SN = a1 x D1 + a2 x D2 x m2

3.57 = 2.61 +.14 x D2 x 1.15

entonces D2 = 3.57 – 2.61/ .161

D2 = 5.65” = 15 cm



Rita - Izapa


Cálculo de SN corregido sobre la sub base

SN = 2.61 + .14X15X1.15 / 2.54 = 3.56

Cálculo de Sub base

SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3

3.92 = 3.56 + ( 0.094) ( 1.15) ( D3 )

D3 = 3.92– 3.56 = 3.33” = 9 cm, utilizaremos el mínimo 15 cm

0.1081

Composición de la estructura

CA 17 cm

BG 15 cm

SB 15 cm

De acuerdo al calculo de diseño de paquete estructural, la carpeta de concreto

asfáltico tendrá un espesor de 17 cm, la base granular (CBR= 100% AASTHO T-

180) tendrá un espesor de 15 cm, la sub base, conformada con el material que

actualmente conforma la capa de rodamiento y la base existente, será escarificada

y mezclada, las que una vez conformada y compactada tendrá un espesor de 15

cm.



Rita - Izapa


Carpeta Asfáltica en Caliente

(17 cm. de Espesor)

Sub-base existente

Escarificada y compactada al 100%

(15 cm. de Espesor)

Base Granular

(15 cm. de Espesor)

Lc

3.50 m 1.80 m 1.80 m

2:1 1:1

Suelo Natural

ALTERNATIVA I

3.50 m



Rita - Izapa


2.2 Diseño de Alternativa No.2

En la segunda alternativa la estructura de pavimento flexible está compuesta de

una carpeta de rodamiento de mezcla asfáltica en caliente, (MAC), sobre una base

de agregados triturados mezclada con cemento, la cual a su vez se apoya sobre

una sub base existente.

Variables

a) Cargas de Diseño: Las cargas obtenidas en el estudio de tráfico se indican en

el capitulo I y son: 5.16 x 106 ESALS.

b)Condiciones de Servicio de Pavimento

Inicio del periodo de diseño (Po). Se tomó idem a la alternativa 1 (ver)

c) Condición de Servicio de Pavimento al Final del Periodo (Pt). Se tomo idem a la

alternativa 1 (ver)

d)Confiabilidad en el Diseño (R) y Desviación Estándar del Sistema de Pavimento

(So).

Se tomó el idem a la alternativa 1 (Ver)

e)Modulo de Resilencia

De la subrasante

El CBR de la subrasante determinado mediante sondeos de suelo ( ver Anexo.1)

fue de 6.5%. , idem a alternativa 1.



Rita - Izapa



= 1,500 x 6.5

= 9750 psi

De la base ( Granular mezclada con cemento)

CBR = 100 %

De Grafico 2.8 parte II AASHTO –93 ( anexo 2 )

Tenemos que MR= 710,000 psi y a2 = 0.192

De la Sub- Base

CBR = 20 %

De tabla 2.7 parte II AASHTO –93 tenemos que MR = 12500 entonces a3 = 0.094


Coeficiente estructural: 0.39 se obtiene de Grafico: 2.5 parte II Manual AASHTO –

93, ( anexo 2 ) modulo de elasticidad: 350,000 psi.


∆PSI = Po – Pt = 4.2 – 2.5 = 1.7

R = 100, entonces Zr = - 1.282

So = 0.35



Rita - Izapa


ESAL’ = 5.15 X 106

MR Subrasante = 9750 psi

Mr sub base = 12,500 psi

Mr base = 710,000 psi

Para calcular el número estructural (SN) para cada capa de pavimento se utilizó la

formula del AASHTO –93. La cual se definió antes en la alternativa 1

Sustituyendo los diferentes parámetros en la misma se obtiene que:

SN = 3.92

SR

SN = 3.57

Sb

SN = .58

Base


Idem fórmula que la alternativa anterior

Cálculo de Carpeta

SN = a1 D1

D1 = .58/ .39 = 1.48” = 4 cm, utilizaremos el espesor mínimo de 10 cm




Rita - Izapa


SN = .39x10 / 2.54 = 1.53

Cálculo de Base

SN = a1 D1 + a2 D2 m2

3.52 = 1.53 +.192D2x1.15

entonces D2 = (3.57 – 1.53 )/ .22

D2 = 9” = 23 cm


SN = 1.53 + .192X23x1.15 / 2.54 = 3.52


SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3

3.92 = 3.52 + ( 0.094) ( 1.15) (D3 )

D3 = 3.92– 3.52 = 3.51” = 9 cm, utilizaremos el mínimo 15 cm

0.1081



Rita - Izapa



CA 10 cm

BSC 23 cm

SB 15 cm

De acuerdo al cálculo de diseño de paquete estructural, la carpeta de concreto

asfáltico tendrá un espesor de 10 cm, la base granular mezclada con cemento,

tendrá un espesor de 23 cm, la sub base, conformada con el material que

actualmente conforma la capa de rodamiento y la base existente, será escarificada

y mezclada, la que una vez conformada y compactada tendrá un espesor de 15

cm.

Chequeo a la tensión tangencial actuando en la base de suelo cemento por

la tensión tangencial.

Este chequeo se realizará a través de programa Alize III. Ver sus resultados en

anexo 2.

Se debe cumplir que la tensión horizontal en la parte interior de la capa de base

estabilizada (tensión admisible) debe ser mayor que la tensión horizontal que

obtenemos del programa Alize III (Análisis Tensional).

σH admisible > σH alize



Rita - Izapa


Donde la tensión admisible la obtenemos del modelo de deterioro siguiente:

σH adm=A * RF

donde:

σH adm= Tensión Radial de Tracción en la fibra inferior de la capa

N= Número admisible de repeticiones de carga

A= Parámetro que depende del material, para suelo-cemento se utiliza 0.5446

RF = Resistencia a la flexotracción

N = 5.15 x 106

A = 0.5446

RF =0.22R

R=42.2 Ksi

σH adm= 0.5446 5.15 x 106 * (0.22 x 42.2)

106

σH adm = 4.41 > -0.4504

De acuerdo a lo anteriormente calculado, la tensión radial de tracción en la fibra

inferior de la capa, excede considerablemente a los resultados del análisis

tensional realizado por el programa ALIZE III. Esto significa que la estructura grava

– cemento diseñada, no tendrá agrietamiento por fatiga para el numero de

aplicaciones de cargas estimadas en el periodo de diseño.

N

106

-1/12



Rita - Izapa


-1/12

Carpeta Asfáltica en Caliente

(10 cm. de Espesor)

Sub-base existente


(15 cm. de Espesor)

Base Granular

Mezclada con Cemento

(23 cm. de Espesor)

Lc

3.50 m 1.80 m 1.80 m

2:1 1:1

Suelo Natural

ALTERNATIVA II

3.50 m



Rita - Izapa


2.3 Diseño de Alternativa No.3

En la tercera alternativa la estructura de pavimento flexible está compuesta de una

carpeta de rodamiento de mezcla asfáltico en caliente, (MAC), sobre una base de

agregados triturados mezclada con asfalto(base negra), la cual a su vez se apoya

sobre una sub base existente.

Variables

a) Cargas de Diseño: Las cargas obtenidas en el estudio de tráfico se indican en

el capitulo I y son: 5.16 x 106 ESALS.

b) Condiciones de Servicio de Pavimento Inicio del periodo de diseño (Po)

Se tomó idem a alternativas 1 y 2

c) Condición de Servicio de Pavimento al Final del Periodo (Pt)


d) Confiabilidad en el Diseño (R) y Desviación Estándar del Sistema de Pavimento

(So).

Se tomó idem a alternativas 1 y 2 (Ver)

e) Modulo de Resilencia



Rita - Izapa


De la subrasante

El CBR de la subrasante determinando mediante sondeos de suelo,



= 1,500 x 6.5

= 9750 psi

De la base ( Granular mezclada con asfalto)

CBR = 100%

De grafico 2.9 parte II AASHTO –93 ( anexo 2 )

Tenemos que MR= 175,000 psi y a2 = 0.20

Con estabilidad Marshal de 800 Lbs

De la Sub- Base

Idem alternativas 1 y 2


Idem alternativas1 y 2




Rita - Izapa


Usando el mismo procedimiento de alternativa 1 y 2 se obtuvieron los siguientes

números estructurales:

SN = 3.92

SR

SN = 3.57

Sb

SN = 1.24

Base


Para calcular las capas de pavimento utilizamos la formula del AASHTO-93

SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3

Cálculo de Carpeta

SN = a1 D1

D1 = 1.24/ .39 = 3.17” = 8.07 cm , utilizaremos el mínimo 10 cm


SN = .39x10 / 2.54 = 1.53



Rita - Izapa


Cálculo de Base

SN = a1 D1 + a2 D2 m2

3.57 = 1.53 +.20x D2 x1.15

entonces D2 = (3.52 – 1.53)/ .23

D2 = 8.86” = 23 cm


SN = 1.53 + (.20X23x1.15) / 2.54 = 3.66


SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3

3.92 = 3.66 + ( 0.094) ( 1.15) (D3)

D3 = 3.92 – 3.66 = 2.4” = 6 cm, utilizar el mínimo 15 cm

0.1081


CA 10 cm



Rita - Izapa


BG 23cm

SB 15 cm

De acuerdo al calculo de diseño de paquete estructural, la carpeta de concreto

asfáltico tendrá un espesor de 10 cm, la base granular mezclada con asfalto,

tendrá un espesor de 23 cm, la sub base, conformada con el material que

actualmente forma la capa de rodamiento y la base existente, será escarificada y

mezclada, las que una vez conformada y compactada tendrá un espesor de 15

cm.



Rita - Izapa


Concreto Asfáltico en Caliente

(10 cm. de Espesor)

Sub-base existente


(15 cm. de Espesor)

Base Asfáltica

(23 cm. de Espesor)

Lc

3.50 m 1.80 m 1.80 m

2:1 1:1

Suelo Natural

3.50 m

ALTERNATIVA III



Rita - Izapa


A continuación se presenta un resumen de las alternativas resultantes de

pavimento flexible con rodadura de concreto Asfáltico en caliente.

Espesor en

cm

Alternativa Tipo de Base Carpeta de

Rodamiento

Base Sub

Base

1 Grava 17 15 15

2 Grava Cemento 10 23 15

3 Grava Asfalto 10 23 15

Las tres alternativas resultantes tendrán comportamientos adecuados en

Nicaragua. La alternativa no 2 de grava- cemento dada su alta capacidad a la

fisuracion por fatiga resulta ser la mas viable . sin embargo la valoración

económica de una alternativa u otra , será la que defina la variante que finalmente

será utilizada.



Rita - Izapa


CAPITULO 3 DISEÑO DE ALTERNATIVA DE PAVIMENTO RIGIDO

DE LA CARRETERA SANTA RITA – IZAPA

3.1 Información Básica

Parte de la información básica para el diseño de las alternativas de pavimento de

concreto hidráulico ha sido obtenida de los estudios y diseños elaborados por la

firma consultora Norteamérica Louis Berger en el 2001, esta información es: CBR

de sub rasante y determinación de los ejes equivalentes (ESALS).

3.2 Método de Diseño

Las alternativas de pavimentos de concreto hidráulico se realizará mediante la

aplicación del método de la American Association of State Highway and

Transportation Officials (AASHTO) en su version 1993.

3.3 Variables de Diseño

Este método considera un conjunto de variables independientes de diseño que

permitirán la determinación de los espesores de las capas a emplear en las

estructuras de pavimentos, esas variables son:

a) Cargas provenientes del paso de los vehículos de carga (Wt18)

b) Condición de servicio del Pavimento al inicio del período de servicio (Po)

c) Condición de servicio del Pavimento al final del periodo de diseño (Pt)

d) Confiabilidad en el diseño (R) y desviación estándar del sistema de pavimentos

(So).

e) Calidad del material de fundación (MR)



Rita - Izapa


f) Calidad del concreto para la losa del pavimento( t ) y de la capa base

g) Coeficiente de transferencia de carga ( j )

a) Coeficiente de drenaje ( m)

b) Módulo de reacción de la sub rasante ( k )

3.4 Diseño de Alternativa

En la alternativa la estructura de pavimento rígido está compuesta de una carpeta

de rodamiento de concreto hidráulico, sobre una sub base de materiales

existentes escarificada y compactada.

Variables

a) Cargas de Diseño: Las cargas de diseño para un periodo de 30 años son: 8.13

x 106 ESALS.

b) Condiciones de Servicio del Pavimento al Inicio del Periodo de Diseño (Po)

El método AASHTO–93 recomienda asigne un valor de 4.5, en el caso de

pavimentos rígidos, valor este que será empleado en la solución de la

ecuación de diseño.

c) Condición de Servicio del Pavimento al Final del Periodo de Diseño (Pt)

El método AASHTO-93 recomienda asignar a esta variable independiente un valor

de 3.0 o de 2.5 tanto en el caso de pavimentos rígidos como de flexibles.



Rita - Izapa


En el análisis de esta alternativa de concreto rígido se empleará un valor de 3.0.

d) Confiabilidad en el Diseño (R) y Desviación Estándar del Sistema de Pavimento

(So).

La Confiabilidad que la AASHTO –93 recomienda para este tipo de vía se

encuentra entre 80 y 99 %, la confiabilidad a utilizar para el diseño será de 90%

por lo que acuerdo a tabla 4.1 de AASHTO, ZR = - 1.282 .

El valor de la desviación estándar ” So”, por otra parte, es sugerido por el propio

método AASHTO-93 es de 0.35. Para el caso de diseño de un nuevo pavimento

rígido, este valor será en consecuencia, empleado en la solución de la ecuación

de diseño de la AASHTO.

Es conveniente recordar sin embargo, que los valores de R y So, no son otra cosa

que un “factor de seguridad FS” introducido en el diseño, el cual para un 90% de

Confiabilidad y un 0.35 para desviación estándar significa un FS de 2.81.

e) Calidad del Material de Fundación ( MR )

El CBR de la sub rasante determinado mediante sondeos de suelos fue de 6.5% (

ver anexo 1).

MR = 1,500 (6.5) = 9750 psi

f) Calidad del concreto para la losa del pavimento y de la capa base (S´C)



Rita - Izapa


Para el pavimento rígido a diseñar se considerará un concreto hidráulico de 350

kg/cm2 de resistencia por lo que la resistencia a tracción por flexión de la losa o

módulo de rotura que se escogerá será equivalente al 15% de esta, por lo que S’c

= MR = 52.5 kg/cm2.

g) Coeficiente de transferencia de carga ( j )

El tipo de pavimento de concreto seleccionado es de losas sin refuerzo estructural,

sin empleo de pasadores en las juntas transversales ( juntas trabajando por

fricción ) de manera que el J = 2.7

h) El coeficiente de drenaje se le asigna un valor de 1.05 ya que la base se

considera con drenaje bueno.

i) Calidad del Concreto ( Ec)

Otra de las variables de diseño está asociada directamente con la calidad del

concreto hidráulico con que se constituirá la losa del pavimento. Según el

AASHTO –93 el Módulo Elástico del Concreto se determinará por EC = 57,000 (

F’ c) 0.5 y con una resistencia a la compresión de 5000 psi, tenemos un modulo de

elástico de EC = 57000 (5000) 0.5 = 4,030,510 psi.

j) Módulo de reacción de sub rasante ( k)

La otra variable independiente considerada en la ecuación de diseño del método

AASHTO – 93, corresponde al módulo de reacción de la sub rasante ( k ), el

cual depende de:



Rita - Izapa


Espesor y calidad de capa de base sobre la cual se construirá la base del

pavimento. En nuestro caso se ha seleccionado el empleo de los materiales

locales encontrados a lo largo de la vía los que se corresponden

fundamentalmente en algunos sectores con suelos del tipo: A-1-a, A-1-b, con baja

plasticidad. En otros sectores los materiales contienen A-2-4, A-2-6, A-2-7 con

índices de plasticidad que oscilan entre 7-14%, que pueden ser estabilizados con

cemento Pórtland en un tenor tal que resulte con una resistencia a la compresión

simple de 25 kg/cm2 a los 7 días, con porcentajes de 5 al 7% solo en aquellos

sectores o longitudes que aparecen. Para esta calidad de suelo cemento, el

Método AASHTO –93 sugiere un módulo resilente

en el orden de 590,000 psi. El espesor de la sub base seleccionado es de 15 cm.

El módulo resiliente del material de fundación es de 9750 psi ya indicado en el

inciso (e) anterior 3.

Perdida del valor soporte de suelo. Dado que no se prevé erosión potencial

en el material de sub base, se selecciona un valor (LS = 1)

Profundidad hasta una fundación rígida, en este aspecto se estudiarán dos

casos:

a) En la mayor parte de la longitud total de la carretera, la profundidad de la roca

es mayor de 3 metros por lo que de acuerdo a lo que recomienda el Método

AASHTO –93, la superficie del estrato de roca no tendrá efecto en el diseño.

Para determinar el módulo efectivo de reacción de la sub rasante que es el

utilizado en el método, se tiene en cuenta el análisis siguiente para un espesor de

subbase asumidos para el tanteo:



Rita - Izapa


(1) (2) (3) (4) (5) (6)

Periodo Modulo de

Elasticidad de la

sub rasante MR

(psi)

Modulo de

Elasticidad

de la sub

base

(psi)

Valor

K

(pci)

Valor K en el

suelo rígido

Daño relativo

Ur

9,750 12500 460 - 0.70

El valor de la columna 4 se obtuvo de la siguiente manera:

En la figura 3.3 del Manual AASHTO –93 anexo 3 y utilizando los datos:

Espesor propuesto de sub base: 15 cm y modulo resilente de la sub

rasante:9750 psi, nos da el módulo compuesto de reacción de la sub rasante,

considerando una profundidad infinita de una capa rígida (K∞), este valor fue de

460 pci.

En la columna (5) no se realizó corrección en este caso ya que la profundidad

del suelo rígido es mayor de 3 mts.

En la columna (6), se determino el daño relativo (Ur), utilizando la figura 3.5 del

Manual AASHTO –93 (anexo No.3) con los datos: Módulo compuesto de

reacción de la sub rasante K = 460 pci y el espesor de losa

proyectado(asumido): 9”:

Como el periodo a tener en cuenta no se dividió en etapas, no es necesario

determinar el daño relativo promedio, por lo tanto el valor del módulo efectivo de

reacción de la sub rasante K será es determinado en la columna (4), este valor

debe ser corregido debido a la perdida potencial de soporte utilizando la figura 3.6

del Manual AASHTO –93 ( anexo 3 ), utilizando como dato el valor efectivo del



Rita - Izapa


módulo de la reacción de la sub rasante (K) = 460 pci con valor LS= 0 obtenemos

K= 160 pci.


∆ PSI= Po – Pt = 4.5 – 3.0 = 1.5

R = 90% entonces Zr = - 1.282

So = 0.35

ESALS = 8.1 x 10

S’ c = 745 psi

J = 2.7

C1 = 1.05

K2 = 160 pci

Ec = 4,030,510 psi

Utilizando el ábaco de la figura 3.7 ( ver anexo 3 ) del Manual AASHTO –93

obtenemos un espesor de losa de concreto hidráulico de 8”. (20 cm)

Análisis de Fatiga del Concreto:

Las tablas y gráficos empleados son los mismos, tanto para pavimentos de

concreto simple, con pasadores o sin ellos, como para pavimentos con refuerzo

continuo. La única diferencia la establece el tipo de berma que tenga el pavimento.

En el caso del presente trabajo usaremos con berma de concreto y le corresponde

usar la tabla 6.3 y la figura 6.6 (ver anexo.4 ).



Rita - Izapa


Los pasos que se siguieron son los siguientes:

Las cargas provienen de los pesajes de vehículos que se realizaron en la

carretera, esto se pueden ver en el capitulo uno en los estudios de tráfico.

(columna 1 de la pagina siguiente).

Factor de seguridad de carga (F.S.C)

El método de diseño exige que las cargas reales esperadas se multipliquen por

unos factores de seguridad de carga, de acuerdo a:

Portland Cement Asociation (PCA)

La P.C.A, recomienda lo siguiente:

Para transito pesado, F.S.C = 1.2 (columna 2)

Columna (3)

En este caso en Nicaragua no se dispone de información detallada acerca del

números de ejes por tipo y rango de cargas por lo que se estimó de acuerdo a

porcentajes del volumen de tráfico proyectado a los 30 años.

Columna (4)

Utilizando la tabla 6.3 y los valores de la columna (2) y el factor de relación de

esfuerzo nos da que las repeticiones admisibles son ilimitados debido a que las

cargas utilizadas son bajas y no repercutirán en este diseño.



Rita - Izapa


Columna (5)

Estos valores resultan de la división de la columna tres con la columna cuatro,

resultado un porcentaje de fatiga “0”.

Revisión por fatiga

Espesor de Losa “8”

MR = 745.5 PSI = 5.14 Mpa

KC= 160 PCI = Mpa/m

Eje sencillo

Esfuerzo equivalente: 1.430 (Tabla 1.6 de Montejo)

Relaciones de esfuerzo: 1.43/5.14 = 0.28

Cargas por

Eje KN

(1)

Cargas por

Eje x F.S.C

(2)

Repeticiones

Esperadas

(3)

Análisis de Fatiga

Repeticiones

Admisibles

(4)

Porcentaje de

Fatiga

(5)

70 84 229,591 Ilimitado 0

65 78 256,000 Ilimitado 0

60 72 310,640 Ilimitado 0

55 66 336,000 Ilimitado 0

50 60 431,520 Ilimitado 0

45 54 1,350,800 Ilimitado 0



Rita - Izapa


Eje Tandem

Relación de Esfuerzo: 1.23/5.14 = 0.23

Cargas por

Eje KN

(1)

Cargas por

Eje x F.S.C

(2)

Repeticiones

Esperadas

(3)

Análisis de Fatiga

Repeticiones

Admisibles

(4)

Porcentaje de

Fatiga

(5)

138 165.6 651,360 Ilimitado 0

130 156 664,000 Ilimitado 0

120 144 684,320 Ilimitado 0

De acuerdo a los resultados anteriores, se observa que las repeticiones de carga

admisibles es ilimitado por lo que el diseño propuesto no tendrá problemas de

agrietamiento por fatiga, ya que los ejes que circularan durante la vida útil de este

que es de 30 años no producirán esfuerzos dañinos a la estructura del pavimento

rígido. No se analizaron otras alternativas , tales como grava- asfalto y grava-

cemento ya que sus costos son excesivamente altos y por lo tanto no son

comparables desde el punto de vista de costos.



Rita - Izapa


ALTERNATIVA DE CONCRETO HIDRÁULICO

Losa de Concreto Hidráulico

De F´c = 5000 Psi

(20 cm. de Espesor)

Sub-base existente


(15 cm. de Espesor)

Lc

3.50 m 1.80 m 1.80 m

2:1 1:1

Suelo Natural

3.50 m



Rita - Izapa


CAPITULO.4 COMPARACIÓN ECONÓMICA DE LAS VARIANTES DE

ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO.

4.1 Introducción

La comparación económica de cada alternativa de concreto Asfáltico e Hidráulico,

se realizará en unidades de un (1) Km. de pavimento, utilizando costos unitarios

presentados al Ministerio de Transporte e infraestructura por las Empresas

Contratistas licitantes para la reconstrucción de la carretera Chinandega –

Guasaule en el presente año 2003.

4.2 Costos de Alternativas

4.2.1 Alternativas de Concreto Asfáltico en Caliente.

Las actividades que se contemplan son las que directamente están relacionadas

con el paquete estructural de pavimento, como son:

- Carpeta Asfáltica en caliente

- Base

- Sub base existente



Rita - Izapa


Alternativa No. 1

Actividad Unidad de

Medida

Cantidad Costo Unitario

U.S$

Costo Total

U.S$

Concreto

Asfáltico en

Caliente

M3 1658 100.69 166,944

Base de

Agregados

Triturados

M3 1650 19.55 32,257.5

Sub Base

Carificada

Compactada

M3 1800 3.65 6570

Total 205,771.5

Alternativa No. 2

Concreto

Asfáltico en

Caliente

M3 916 100.69 92,232.04

Base de

Agregados

Triturados

Estabilizados

M3 2,530 36.97 93,534.1

Sub Base

existente

escarificada y

compactada

M3 1800 3.65 6570

Total 192,336.14

Alternativa No. 3



Rita - Izapa


Concreto

Asfáltico en

Caliente

M3 916 100.69 92,232.04

Base Negra M3 2,530 76.37 193,216.1

Sub Base

existente

escarificada y

compactada

M3 1800 3.65 6570

Total 292,018.4

4.2.2 Alternativa de Concreto Hidráulico

Las actividades que se involucran son las que directamente están relacionadas

con el paquete estructural de este pavimento como son:

- Concreto Hidráulico

- Sub Base existente

Actividad Unidad de

Medida

Cantidad Costo Unitario

U.S$

Costo Total

U.S$

Concreto

Hidráulico

M3 2120 156 330,720

Sub-base

escarificación

y

compactacion

M3 1800 3.65 6570

Total 337,290



Rita - Izapa


4.3 Resumen de Costos de Alternativas

Alternativa Años de Vida Util Costo por Km. U.S$

Alternativa No.1

Concreto Asfáltico

20 205,771.5

Alternativa No.2 de

Concreto Asfáltico

20 192,336.14

Alternativa No.3 de

Concreto Asfáltico

20 292,018.4

Alternativa de Concreto

Hidráulico

30 337,290

De acuerdo al cuadro 4.3 , resumen de costos de alternativas, la variante No 2 de

concreto asfáltico con base grava-cemento es la que presenta menores costos por

Km.

La alternativa de concreto hidráulico resulto ser la de mayor costo, la cual excede

en aproximadamente un 16% a la alternativa de mayor costo de pavimento

flexible que es la No 3 o de base asfáltica, sin embargo el pavimento de concreto

presenta un diseño con 10 años mas de vida útil que los pavimentos flexibles así

como menores costos de mantenimiento, factores que podrían justificar en cierta

medida su aplicación en un proyecto.

4.4 Ventajas y Desventajas Técnicas Económicas de las Alternativas de

Concreto Asfáltico e Hidráulico.

Las ventajas y desventajas de las alternativas corresponden concretamente a una

comparación entre ambos tipos, son las siguientes:



Rita - Izapa


A) Concreto Asfáltico

Ventajas

- Posee el índice de regularidad (IRI) mas bajo de todos los pavimentos, oscilan

entre 1.5 –2, lo que permite un excelente confort y seguridad al usuario.

- Debido a que tiene un índice de regularidad bajo los costos de operación

vehícular son menores.

- Una vez vencida su vida útil se puede reutilizar los materiales asfálticos

mediante el reciclaje de estos, lo que permite un ahorro en los costos.

- Los costos iniciales de construcción son más bajos.

Desventajas

- Mayores costos de mantenimiento

- No resiste los ataques químicos (aceites, grasas, combustibles)

- La durabilidad de estas estructuras es menor.

B) Concreto Hidráulico

Ventajas

- Mantiene integra la superficie de rodadura y no la afecta la intemperie.

- Mejor distribución de las presiones a la fundación.

- Mayor vida útil.

- Necesita poco mantenimiento y conservación.

- Menor afectación ambiental.

- Resisten los ataques químicos.



Rita - Izapa


Desventajas

- Mayor costo inicial de construcción

- No se tiene experiencia en Nicaragua, lo que puede incrementar

excesivamente los costos de construcción.

Conclusiones

Al confrontar los resultados anteriormente obtenidos de los respectivos

pavimentos flexibles y rígidos, se extraen las siguientes conclusiones.

1. De los resultados de la evaluación técnica económica, se desprende que

las alternativas de pavimentos flexibles, ofrecen opciones adecuadas para

una buena construcción de carreteras, ya que presentan menores costos en

su inversión inicial, confort, calidad y seguridad para los usuarios.

2. La variante de concreto asfáltico con base de grava cemento es la que

presenta mejores condiciones para ser usada, ya que tiene menores costos

y buen comportamiento ante las exigencias del tráfico.

3. Así mismo estas alternativas de pavimentos concreto asfáltico son opciones

que en países como Nicaragua y que dependen de financiamiento externo

limitado para su ejecución, permiten dar una respuesta adecuada que con

mantenimiento permanente preservan la inversión por el periodo de diseño

previsto.

4. El pavimento rígido empieza a resultar preferente a medida que la vida útil

de proyecto es mayor, ya que su durabilidad es excelente y requiere poco

mantenimiento.



Rita - Izapa


Recomendaciones

- En futuros proyectos, debe realizarse el debido estudio en los costos de

conservación y de operación del transporte. Este puede arrojar resultados para

una buena toma de decisión

- Para tráficos de vida útil de 30 años o mas, el pavimento rígido puede

implementarse ya que es una opción más conveniente ya que requieren de

acciones de conservación mayor mas espaciadas.

- En cada caso, debe realizarse un análisis particular que permita tomar en

cuenta la disponibilidad de material, así como el precio del petróleo. Para cada

caso, puede resultar más conveniente uno u otro.

- Se debe evitar dejar deteriorar excesivamente la vía ya que los costos de

Rehabilitación y Mejoramiento son mayores en la medida que pasa el tiempo.

- Adoptar secciones estructurales de pavimentos resistentes apropiadas de

amplio horizonte, que conduzca a costos de conservación menores en la vida

del pavimento, y por lo tanto a menores costos de operación. Lo que nos

permitirá crecer únicamente por sucesivas adiciones, pero aprovechando

siempre lo construido.

- El resultado de este estudio es una buena herramienta que puede ser utilizada

por el Ministerio de Transporte e Infraestructura para la definición de una

estrategia de rehabilitación y mejoramiento de la carretera Santa Rita- Izapa.



Rita - Izapa


BIBLIOGRAFIA

- Corredor - M. Gustavo: "Apuntes de Pavimentos", Volumen I, II, III,

Venezuela. - Gutiérrez Oscar: "Geotecnia Vial", Nicaragua, 2001. - Bonifica : "Informe sobre diseño del pavimento", Carretera Santa Rosa –

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"Design of Pavement Structures" EEUU, 1993. - Ministerio de la Construcción "Red Vial Pavimentada de Nicaragua"

Nicaragua, 1979. - Cisconco Ingenieros Consultores: Informe Final de Diseño", Carretera

Nejapa - Izapa, Nicaragua, 1989. - Londoño: "Diseño, Construcción y Mantenimiento de Pavimentos de

Concreto" Colombia, 2001. - Frederick S. Merritt : " Manual del Ingeniero Civil" USA, 1983. - Montejo Alfonso : "Ingeniería de Pavimentos para Carreteras" Colombia,

1998. - Louis Berger : " Informe Final de Diseño", Carretera Santa Rita – Izapa,

Nicaragua, 2001. - SIECA : " Manual Centroamericano para Diseño de Pavimentos",

Guatemala, 2002. - Instituto Mexicano del Transporte: "Algunos Aspectos Comparativos entre

Pavimentos Flexibles y Rígidos", México, 1998. - Guido R. : "Ingeniería de Transito" EEUU.



Rita - Izapa


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Argentina, 1995. - AVITIA G.R. : "Pavimentos de Concreto", México, 1971. - Bolzan Pablo: "Pavimentos Perpetuos, Conceptos y Aplicaciones",

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1982. - SIECA : " Manual Centroamericano para la Construcción de Carreteras y

Puentes Regionales", Guatemala, 2001. - Ministerio de Transporte e Infraestructura: " Plan Nacional de Transporte,

Nicaragua, 2000. - Ministerio de Transporte e Infraestructura: "Ofertas Económicas para la

Construcción de la Carretera Chinandega – Guasaule. Alternativas de Pavimento Flexible y Rígido. Nicaragua, 2003.

- ICPC : " Construcción de Pavimentos de Adoquines de Concreto",

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Nicaragua, 2001. - M Y S Internacional, S.A.: " Actualización del Diseño de Pavimento: "

Proyecto Nejapa – Apopa – Troncal Norte. El Salvador, 2002. - * Ing. Luis Medina Rodríguez “Comprobación Estructural de las secciones

de firme de la instrucción de carreteras” 6.1 y 6.2 I. C



Rita - Izapa


ANEXOS

Anexo.1

Anexo.2

Anexo.3

Anexo.4

Anexo.5



Rita - Izapa


ANEXO.1

Resultados de Suelos

RES

ULT

ADO

S D

E EN

SAYE

S D

E SU

ELO

SC

liente

Min

iste

rio d

e T

ransport

e e

Infr

aestr

uctu

raE

labora

do p

or:

Pro

yecto

Santa

Rita -

Izapa

Revis

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or:

Sondeos

Desde la e

sta

ció

n31+

000

hasta

la e

sta

ció

n66+

000

Fecha:

- -

Po

rcen

taje

qu

e p

asa p

or

Tam

iz

1½

"1"

3/4

"1/2

"3/8

"#4

#10

#40

#200

31+

000

80 a

631

Carp

(A

sf)

31+

000

86 a

100

32

100%

97%

92%

86%

82%

69%

54%

27%

9%

-

-

-

A-1

-b (

0)

31%

60%

9%

9,0

%

31+

200

90 a

534

-

-

Carp

(A

sf)

31+

200

95 a

16

35

100%

89%

83%

77%

70%

50%

40%

23%

10%

31,0

0

26,0

0

5,0

0

A

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Lbs

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Rita - Izapa


ANEXO.2

Gráfica 2.4 Gráfica 2.5 Gráfica 2.6 Gráfica 2.7 Gráfica 2.8 Gráfica 2.9 Figura 3.1 Resultados ALIZE III



Rita - Izapa


ANEXO.3

Figura 3.3 Figura 3.4 Figura 3.5 Figura 3.6 Figura 3.7



Rita - Izapa


ANEXO.4

Figura 6.3 Figura 6.6



Rita - Izapa


ANEXO.5

Fotografía del Estado Actual de la Carretera

Evaluación de Pavimentos de Concreto Asfáltico e Hidráulico 01193-CON-N

Documents

Transcript of Evaluación de Pavimentos de Concreto Asfáltico e Hidráulico 01193-CON-N