Trabajo Final Pavimentos Rigidos

U.M.S.N.H.UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLAS DE HIDALGO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

Pavimentos Rígidos

Diseño de tramo carreteroCarretera Morelia-Jiquilpan (salida a Quiroga)

km 13+100 a 14+100

Alumnos:

Díaz Almaraz francisco Gerardo

Linares Rocha Baltazar

Madrigal Ramírez Jorge Luis

Moreno Mendoza Jacinto

Oseguera Mendoza Jonathan Yair

Rojas López salvador

Profesor: Dr. Jorge Alarcón Ibarra

OCTAVO SEMESTRE

Pavimentos Flexibles

SECCION 01

Junio-12

Diseño de Pavimentos Página 1


ContenidoIntroducción.......................................................................................................................................3

Descripción de la Zona en Estudio......................................................................................................4

Localización....................................................................................................................................4

Límites municipales........................................................................................................................4

Temperatura promedio máxima....................................................................................................4

Precipitación media anual..............................................................................................................4

Vientos...........................................................................................................................................4

Proyecto.........................................................................................................................................5

Estudio Geotécnico............................................................................................................................6

Bancos de Materiales.....................................................................................................................6

Terraplén....................................................................................................................................7

Subrasante.................................................................................................................................8

Base Hidráulica.........................................................................................................................10

Materiales................................................................................................................................13

Análisis de Transito..........................................................................................................................15

Tasa de Crecimiento.....................................................................................................................16

Métodos de Diseño..........................................................................................................................17

Diseño mediante el catálogo Español...........................................................................................17

Objeto......................................................................................................................................17

Ámbito de aplicación................................................................................................................17

Categoría del tráfico pesado....................................................................................................17

Explanada.................................................................................................................................18

Secciones de firme...................................................................................................................21

Selección de los materiales......................................................................................................23

Resumen de Capas...................................................................................................................23

MÉTODO DE LA ASOCIACION DEL CEMENTO PORTLAND (PCA)...................................................23

FACTORES DE DISEÑO..............................................................................................................23

NUMERO DE REPETICIONES ESPERADAS PARA CADA EJE........................................................26

Factor de Seguridad de Carga...................................................................................................31

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO...................................................................................................31



Análisis por Fatiga....................................................................................................................32

Análisis por Erosión..................................................................................................................35

RESUMEN DE CAPAS.................................................................................................................39

MÉTODO AASHTO........................................................................................................................40

Introducción.............................................................................................................................40

Desarrollo del Método.............................................................................................................41

Descripción de las variables de diseño.....................................................................................42

RESUMEN DE CAPAS.................................................................................................................59

Análisis Comparativo de Costos.......................................................................................................60

Para los materiales pétreos......................................................................................................60

Para la mezcla asfáltica............................................................................................................60

Para las secciones tipo..............................................................................................................60

Conclusiones....................................................................................................................................65

Bibliografía.......................................................................................................................................66



Introducción

En el transcurso de éste curso de Pavimentos Rígidos se han estudiado un sin fin de normas de los organismos operadores encargados de la construcción de infraestructura vial; a pesar de que ha llegado a ser tediosa ésta situación; se han aprendido igual cantidad de normas.

En este trabajo se presentan las normas aprendidas, así mismo podemos verificar que todas esas hojas leídas han valido la pena, transformándose en un diseño de un tramo carretero en la carretera Morelia-Guadalajara, más específicamente, en la sección Morelia-Jiquilpan 3+100 a 4+100.

Los métodos aprendidos en clase; el Método del Catálogo Español, el Método de la PCA(Portland Cement Asociation) y el Método AASTHO, son los utilizados en este proyecto para el diseño de la sección vial.

La idea de utilizar tres métodos diferentes en un solo trabajo y en la misma sección de camino, es principalmente; la comparación, y con ello saber que método es el mejor; y a pesar de que en México no se construya una infraestructura vial adecuada, con los resultados arrojados en éste proyecto, es posible hacer esa comparación con el fin de saber; en base de la zona, el clima, TDPA y algunos otros cuantos factores, cual es el mejor método a emplear, así como que materiales serían los mejores; para así poder romper con ese círculo vicioso de construcción-conservación-gastos de operación, recordando que éste último es el más caro y por lo tanto el que hay que disminuir con una mejor calidad en la infraestructura vial.



Descripción de la Zona en Estudio

LocalizaciónLa Ciudad de Morelia está situada:

En la región centro-norte del estado de Michoacán

Latitud: 19° 42’10’’ Norte.

Longitud: 101° 11’ 32’’ Oeste.

Altura: de 1921 msnm.

Límites municipalesNorte Tarímbaro, Copándaro, Chucándiro y Huaniqueo. Sur Acuitzio, Madero y Tzitzio Oriente Charo Poniente Coeneo, Quiroga, Tzintzuntzan, Lagunillas, Huiramba y Pátzcuaro • 315 Km. De la Cd. De México • 290 Km. De Guadalajara. • 280 Km. Del Puerto Lázaro Cárdenas. Occidente de la República. • 180 Km. De León, Guanajuato. • 291 Km. De Aguascalientes. • 160 Km. De Querétaro.

Temperatura promedio máximaLa temperatura promedio máxima en Morelia se presenta en el mes de Abril , siendo esta de 33º C, y el promedio mínima es de 5.5º C en el mes de enero . La temperatura se mantiene entre los 15.5º C y 22.6º C promedio, dando como resultado una temperatura confortable en gran parte del año.

Precipitación media anualLos meses en los que más llueve son Junio, Julio y Agosto, teniendo éstos 3, un promedio de 22 lluvias por mes. A lo largo del año se presentaron 111 lluvias promedio y una precipitación pluvial de 229 mm3.

VientosLos vientos dominantes no son muy importantes en cuanto a intensidad ya que Morelia está rodeado de áreas montañosas que la protegen de vientos intensos, pero si es importante en cuanto a la dirección de la que vienen para cuestiones de diseño en la circulación del aire a través de la edificación para lograr un sistema natural de enfriamiento .

Durante los meses de Enero a Mayo los vientos vienen del Sur y Suroeste, y van cambiando su temperatura de frío a caliente en ese periodo. Durante Junio a Octubre se presenta un periodo más o menos estable en cuanto a la dirección e intensidad de los vientos. En estos meses los vientos vienen del Norte y Noreste, y en Noviembre y Diciembre vienen del Sur y Noreste respectivamente. Promedio anual de los vientos dominantes: vientos del Sur a una velocidad de 5.04 Km. /hr.

Vientos Dominantes: Los vientos que dominan la mayor parte del año vienen del suroeste con una velocidad promedio de 1.88m/s teniendo su mayor velocidad en el mes de abril. SO a NE m/s Enero 1.55m/s Febrero 1.85 m/s Marzo 1.96m/s Abril 2.37m/s Mayo 1.98m/s Junio 2.20m/s Noviembre



1.24m/s Diciembre 1.23m/s Dir/Var m/s julio 2.13m/s agosto 2.13m/s septiembre 1.81m/s octubre 2.19m/s

ProyectoEl proyecto arranca de la parte este de la ciudad de Morelia, se puede considerar como una prolongación de la avenida madero que parte a la ciudad en dos partes.

La principal actividad productiva es el turismo, así como la industria, por lo que se tiene tráfico de tipo ligero como son vehículos particulares, y con respecto a la industria se tiene tráfico pesado que incluye los tipos C2, C3, T3-S2, T3-S2-R4. Y autobuses que son el tipo B2.

Para el caso de nuestro proyecto el vehículo que más afectaría es el T3-S2-R4.

También se tomó en cuenta que a unos cuantos kilómetros de la ciudad se tiene el banco de materiales nombrado cerrito, por lo cual hay flujo de volteos que solo de venida pasan llenos con materiales del banco, por esta razón se tendrá que hacer consideraciones en el carril de regreso.



Estudio Geotécnico

Bancos de Materiales

El tramo carretero elegido para el diseño de pavimento es la carretera libre Morelia-Guadalajara en el tramo Morelia-Jiquilpan 3+100 a 4+100; para esto y con un estudio previo de la zona con respecto al Inventario de Bancos de materiales de la SCT (IBM-SCT2010), se pudieron localizar tres bancos cercanos.

Tomando en cuenta la cercanía con el tramo 3+100 a 4+100, el Banco 53 (San Lorenzo) es el más cercano, pero aun así los mejores materiales los para construcción de las secciones que necesitamos las tienen los bancos 2 (Joyitas) y 3 (Cerritos).



Descripción de materiales

Terraplén

Los materiales para terraplén son suelos y fragmentos de roca, producto de los cortes o de la extracción en bancos, que se utilizan para formar el cuerpo de un terraplén hasta el nivel de desplante de la capa subyacente.

La clasificación de los suelos y fragmentos a que se refiere esta Norma, se describe en el Manual M·MMP·1·02, Clasificación de Fragmentos de Roca y Suelos.

Requisitos de calidad

Los materiales que se utilicen para la formación de terraplenes cumplirán con los requisitos de calidad que se establecen en la Tabla 1 de esta Norma, a menos que exista un estudio previamente aprobado por la Secretaría, que justifique el empleo de materiales con características distintas. En ningún caso se utilizarán materiales altamente orgánicos como turba (Pt), ni materiales producto de despalmes.

Requisitos de calidad de materiales para terraplén1

1 Fuente: N-CMT -1-01/02. Libro: Características de los materiales. Parte: Materiales para terracerías. Título: Materiales para terraplén. Pág. 2.



Característica Valor

Límite líquido; %, máximo 50Valor Soporte de California (CBR)

[1]; %, mínimo 5

Expansión; %, máxima 5Grado de compactación

[2]; % 90 ± 2

[1] En especímenes compactados dinámicamente al porcentaje de compactación indicado en esta Tabla, con un contenido de agua igual al del material en el banco a 1,5 m de profundidad.

[2] Respecto a la masa volumétrica seca máxima obtenida mediante la prueba AASHTO Estándar, del material compactado con el contenido de agua óptimo de la prueba, salvoque el proyecto o la Secretaría indiquen otra cosa. Cuando el material sea no compactable, de acuerdo con lo indicado en el Manual M·MMP·1·02, Clasificación de Fragmentos de Roca y Suelos, se colocará en capas del espesor mínimo que permita el tamaño máximo del material y se bandeará, previa aplicación de un riego de agua a razón de 150 L/m

3, dando como mínimo tres pasadas en toda la superficie en cada capa, con un tractor de

36,7 t con orugas.

Subrasante Los materiales para la capa subrasante son los suelos naturales, seleccionados o cribados, producto de los cortes o de la extracción en bancos, que se utilizan para formar dicha capa inmediatamente encima de la cama de los cortes, de la capa subyacente o del cuerpo de un terraplén cuando ésta última no se construya, para servir de desplante a un pavimento.

La clasificación de los suelos a que se refiere esta Norma, se describe en el Manual M·MMP·1·02, Clasificación de Fragmentos de Roca y Suelos.

Requisitos de calidad.

Los materiales que se utilicen para la formación de la capa subrasante, en función de sus características y de la intensidad del tránsito esperada en términos del número de ejes equivalentes de ocho coma dos (8,2) toneladas, acumulados durante la vida útil del pavimento (ΣL), cumplirán con lo que se indica a continuación, a menos que exista un estudio previamente aprobado por la Secretaría, que justifique el empleo de materiales con características distintas. En ningún caso se utilizarán materiales altamente orgánicos como turba (Pt).

Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea igual a un (1) millón de ejes equivalentes o menor, el material cumplirá con las características granulométricas y con los requisitos de calidad que se establecen en la Tabla 1 de esta Norma y tendrá un espesor mínimo de veinte (20) centímetros.

Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea de un (1) millón a diez (10) millones de ejes equivalentes, el material cumplirá con los requisitos de calidad que se establecen en la Tabla 1 de esta Norma y tendrá un espesor mínimo de treinta (30) centímetros.

Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea mayor de diez (10) millones de ejes equivalentes, la capa subrasante será motivo de diseño especial.

Si la capa subrasante se desplanta directamente sobre el terreno de cimentación y su espesor es menor que el señalado en las Fracciones D.1. o D.2. de esta Norma, según corresponda, cuando el material del terreno de cimentación no cumpla con los requisitos establecidos en la Tabla 1, se excavará una caja hasta la profundidad necesaria para completar el espesor mínimo



Transporte y almacenamiento de materiales para subrasante

Cuando el material para subrasante sea producto de los cortes, se podrá transportar utilizando tractores o motoescrepas.

Requisitos de calidad de materiales para capa subrasante2

Característica Valor

Tamaño máximo; mm 76Límite líquido; %, máximo 40Índice plástico; %, máximo 12Valor Soporte de California (CBR)

[1]; %, mínimo 20

Expansión máxima; % 2Grado de compactación

[2]; % 100 ± 2

[1] En especímenes compactados dinámicamente al porcentaje de compactación indicado en esta Tabla, con un contenido de agua igual al del material en el banco a 1,5 m de profundidad.[2] Respecto a la masa volumétrica seca máxima obtenida mediante la prueba AASHTO Estándar, del material compactado con el contenido de agua óptimo de la prueba, salvo que el proyecto o la Secretaría indiquen otra cosa.

Cuando el material para subrasante sea extraído de bancos o sea necesario almacenarlo para su posterior utilización en la obra, se tendrá cuidado en su transporte y almacenamiento, con el propósito de evitar la alteración de sus características, atendiendo los siguientes aspectos:

El material se almacenará en un sitio específicamente destinado para tal propósito. Cuando en dicho sitio no se cuente con un firme, previamente a su utilización se deberá:

• Remover la materia vegetal y limpiar la superficie.

• Conformar, nivelar y compactar la superficie, dejando una sección transversal uniforme que permita el drenaje.

Los materiales constituidos por partículas de diferentes tamaños que se almacenen en los depósitos, tienden a segregarse, por lo que será necesario que al cargar el material para llevarlo al frente de trabajo, se tome desde la parte baja del depósito.

Los materiales se cargarán y transportarán al frente de trabajo, en vehículos con cajas cerradas o protegidas con lonas, que impidan la contaminación del entorno o que se derramen.

Base Hidráulica

Son materiales granulares, que se colocan normalmente sobre la subbase o la subrasante, para formar una capa de apoyo para una carpeta asfáltica o para una carpeta de concreto hidráulico.

2 Fuente: N-CMT -1-03/02. Libro: Características de los materiales. Parte: Materiales para terracerías. Título: Materiales para Subrasante. Pág. 3.



Estos materiales, según el tratamiento que recibieron, pueden ser:

Materiales cribados

Son las arenas, gravas y limos, así como las rocas alteradas y fragmentadas, que al extraerlos quedan sueltos o pueden disgregarse mediante el uso de maquinaria. Una vez extraídos y, en su caso, disgregados, si contienen entre el cinco (5) y el veinticinco (25) por ciento de partículas mayores de setenta y cinco (75) milímetros (3”) y no más de veinticinco (25) por ciento de material que pase la malla con abertura de cero coma cero setenta y cinco (0,075) milímetros (N°200), para hacerlos utilizables requerirán de un tratamiento mecánico de cribado, con el equipo adecuado, para satisfacer la composición granulométrica.

Materiales parcialmente triturados

Son los poco o nada cohesivos, como mezclas de gravas, arenas y limos, que al extraerlos quedan sueltos o pueden ser disgregados, que contienen de veinticinco (25) a setenta y cinco (75) por ciento de partículas mayores de setenta y cinco (75) milímetros (3”), que para ser utilizables, requieren un tratamiento mecánico de trituración parcial y cribado, con el equipo adecuado, para satisfacer la composición granulométrica.

Materiales totalmente triturados

Son los materiales extraídos de un banco o pepenados, que requieren un tratamiento mecánico de trituración total y cribado, con el equipo adecuado, para satisfacer la composición granulométrica.

Materiales mezclados

Son los que se obtienen mediante la mezcla de dos o más de los materiales a que se refieren las Fracciones B.1. a B.3., en las proporciones necesarias para satisfacer los requisitos de calidad establecidos en esta Norma.

En cada caso la elección del tratamiento más conveniente corresponderá al Contratista de Obra, asegurándose que se cumplan los requisitos de calidad de esta Norma.

Requisitos de calidad para bases de pavimentos asfálticos y de pavimentos de concreto hidráulico

El material cribado, parcialmente triturado, totalmente triturado o mezclado, que se emplee en la construcción de bases para pavimentos asfálticos o para pavimentos de concreto hidráulico, cumplirá con los requisitos de calidad que se indican a continuación:

El material para la base hidráulica será cien (100) por ciento producto de la trituración de roca sana, cuando el tránsito esperado durante la vida útil del pavimento (L) sea mayor de diez (10) millones de ejes equivalentes acumulados de ocho coma dos (8,2) toneladas; cuando ese tránsito sea de uno (1) a diez (10) millones, el material contendrá como mínimo setenta y cinco (75) por ciento de partículas producto de la trituración de roca sana y si dicho tránsito es menor un (1) millón, el material contendrá como mínimo cincuenta (50) por ciento de esas partículas.


MallaPorcentaje que pasaAbertura

mm Designación

37,5 1½” 10025 1” 70 - 10019 ¾” 60 - 1009,5 ⅜” 40 - 100

4,75 N°4 30 – 802 N°10 21 – 60

0,85 N°20 13 – 440,425 N°40 8 – 310,25 N°60 5 – 230,15 N°100 3 – 17

0,075 N°200 0 – 10


Cuando inmediatamente después de la construcción de la base se coloque una carpeta de concreto hidráulico, el material para la base tendrá las características granulométricas que se establecen en la Tabla.1 y se muestran en la Figura 1, con los requisitos de calidad que se indican en la Tabla 2 de esta Norma.

Requisitos de granulometría de los materiales para bases de pavimentos con carpetas de concreto hidráulico3

Zona granulométrica recomendable de los materiales para bases de pavimentos con carpetas de concreto hidráulica.

Requisitos de calidad de los materiales para bases de pavimentos con carpetas de concreto hidráulico4

CaracterísticaValor

%

Límite líquido[1], máximo 25Índice plástico[1], máximo 6Equivalente de arena, mínimo [1] 40Valor Soporte de California (CBR), mínimo [1, 2] 80Desgaste Los Ángeles, máximo [1] 35Partículas alargadas y lajeadas, máximo 40Grado de compactación [1, 3], mínimo 100

[1] Determinado mediante el procedimientos de prueba que corresponda, de los Manuales que se señalan en la Cláusula C.

3 Fuente: N-CMT -4-02-002/04. Libro: Características de los materiales. Parte: Materiales para pavimentos. Título: Materiales para Subbases y Bases. Capítulo 2: Materiales para Bases Hidráulicas. Pág. 3 y 4.4 5 Fuente: N-CMT -4-02-002/04. Libro: Características de los materiales. Parte: Materiales para pavimentos. Título: Materiales para Subbases y Bases. Capítulo 2: Materiales para Bases Hidráulicas. Pág. 4 y 5.



de esta Norma. [2] Con el grado de compactación indicado en esta Tabla. [3] Respecto a la masa volumétrica seca máxima obtenida mediante la prueba AASHTO Modificada, salvo que el proyecto o la Secretaría indiquen otra cosa.

Cuando inmediatamente después de la construcción de la base se coloque una carpeta de mezcla asfáltica de granulometría densa, ya sea en caliente o en frío, el material para la base tendrá las características granulométricas que se establecen en la Tabla 3 y se muestran en la Figura 2, con los requisitos de calidad que se indican en la Tabla 4 de esta Norma, en función de la intensidad del tránsito en términos del número de ejes equivalentes acumulados, de ocho coma dos (8,2) toneladas, esperado durante la vida útil del pavimento .

Almacenamiento

Con el propósito de evitar la alteración de las características de los materiales antes de su utilización en la obra, debe tenerse cuidado en su almacenamiento, atendiendo los siguientes aspectos:

El material, una vez tratado mecánicamente, se almacenará en un sitio específicamente destinado para tal uso. Cuando dicho sitio no cuente con un firme, previo a su utilización:

Se removerá la materia vegetal y se limpiará la superficie;

Se conformará, nivelará y compactará la superficie dejando una sección transversal uniforme que permita el drenaje y se colocará, compactará y mantendrá sobre el terreno, una capa de quince (15) centímetros de espesor como mínimo, utilizando el mismo material por almacenar, para evitar la contaminación del material que se coloque encima.

Durante el almacenamiento se evitará la circulación de vehículos sobre los montículos de materiales, pero en caso de que esto sea estrictamente necesario, se colocará un camino de tablas para evitar la contaminación y degradación del material o bien se usara una banda transportadora.

Para evitar que se mezclen los diferentes materiales de distintos montículos, estos estarán lo suficientemente alejados uno del otro o separados entre sí por barreras colocadas con tal propósito.

Cuando el material no vaya a usarse por un periodo prolongado, será recomendable cubrirlo con lonas para protegerlo de la intemperie.

Materiales

Zahorra.- Es el material formado por áridos no triturados, suelos granulares, o una mezcla de ambos, cuya granulometría es de tipo continuo. Los materiales usados para su elaboración son áridos no triturados procedentes de graveras o depósitos naturales, o bien suelos granulares, o una mezcla de ambos.

Su designación completa es zahorra natural y difiere de la zahorra artificial por proceder esta última de machaqueo en plantas de tratamiento de áridos. Es muy utilizado como capa de firme.



Suelo cemento.- O también conocido como suelo estabilizado con cemento es una mezcla en seco de suelo o tierra con determinadas características granulométricas, cemento Portland y, en su caso, aditivos. A la mezcla se le adiciona una cierta cantidad de agua para su fraguado y posteriormente se compacta.

Regularmente, el porcentaje de cemento portland puede variar entre el 7 al 12% dependiendo del tipo de suelo. Al producto ya curado o fraguado se le exigen unas determinadas condiciones de susceptibilidad al agua (impermeabilidad, insolubilidad), resistencia, durabilidad y apariencia.

Se distinguen dos métodos de construcción, según el lugar en que se efectúe la mezcla de suelo-cemento:

Mezcla en obra. Mezcla en planta a distancia.

Dado que es usual utilizar el suelo-cemento en pequeñas obras de autoconstrucción o en construcciones con fines sociales nos limitaremos a esta.

El Suelo Cemento es una mezcla de tierra tamizada (malla de 0.5 cm aproximadamente), arena común y cemento Portland, de modo que la relación volumétrica entre los primeros dos sea 2:1.Los dosajes de cemento se calculan como porcentaje en peso del material seco. La humedad de la tierra durante el apisonamiento puede ser del 18 % base húmeda. La combinación ideal del suelo es:

70-80% de arena. 20 a 30% de limo. 5 a 10% de arcilla.

Si los suelos son muy arenosos, van a requerir la incorporación de más cemento y a los arcillosos hay que agregarles más arena. Los suelos limosos con un 50 % de arena se estabilizan con un 10% de cemento.

La humedad debe ser similar a la que tenía el suelo antes de ser excavado, entre el 8 y 16%. La forma práctica para ver si ya posee la consistencia adecuada consiste en tomar una porción de material en la mano y apretarla. Debe cohesionarse sin ensuciar la palma de la mano y se puede partir en dos. A este método se le conoce como "Medición de la Humedad Óptima en Campo".

Hormigón magro.- Se utiliza como capa de base en firmes con pavimento bituminoso que han de soportar un tráfico pesado. Es un material similar a la Gravacemento, tanto en su concepción como en su puesta en obra, pero con la diferencia de que tiene un mayor contenido de cemento, del 6 al 9% sobre la masa seca de los áridos. Esto produce unas resistencias a compresión a los 7 días mayores, comprendidas entre los 8 y 15 MPa. Actualmente, este material se denomina hormigón magro compactado.

Otro uso del hormigón magro es bajo los pavimentos de hormigón vibrado en un espesor de 15 cm, denominándose este material hormigón magro vibrado. En comparación con la gravacemento, el hormigón magro tiene una mayor resistencia a la erosión y en su fabricación y puesta en obra se pueden



utilizar la misma central y la misma pavimentadora que en el hormigón del pavimento. Por el contrario, el mayor contenido en cemento hace que este material sea más caro.

En España, las especificaciones establecen que en la fabricación de hormigones magros vibrados pueden utilizarse áridos rodados, con un tamaño máximo no superior a 40 mm. La dosificación de cemento no debe ser inferior a 140 kg/m3 de hormigón, con relaciones agua/cemento entre 0,75 y 1,1. La resistencia mínima a compresión simple a los 7 días debe ser de 8 MPa.



Análisis de TransitoAforos obtenidos de la SCT, Tramo: Carretera México Jiquilpan 3+100 a 4+100 m

Año 2011KM TE SC IMDp TDPA A B C2 C3 T3S2 TES3 T3S2R4 OTROS A B C K' D Latitud Longitud3.1 3 1 1506 10110 85.1 4.1 4.9 3.2 1.5 1.1 0 0.1 85.1 4.1 10.8 0.072 0.502 19.697581 -101.256163

Número de Vehículos 8604 415 495 324 152 111 0 10 8604 415 10923.1 3 2 1452 10016 85.5 4.1 4.6 3.2 1.4 1.1 0 0.1 85.5 4.1 10.4 0.075 0.502

Número de Vehículos 8564 411 461 321 140 110 0 10 8564 411 1042

Año 2010KM TE SC IMDp TDPA A B C2 C3 T3S2 TES3 T3S2R4 OTROS A B C K' D Latitud Longitud3.1 3 1 2036 9696 79 4 6.5 3.4 3.3 2.1 1 0.7 79 4 17 0.07 0.502 19.697581 -101.256163

Número de Vehículos 7660 388 630 330 320 204 97 68 7660 388 16483.1 3 2 2052 9772 79 4.1 6.6 3.2 3.4 2.1 1 0.6 79 4.1 16.9 0.069 0.502


Año 2009KM TE SC IMDp TDPA A B C2 C3 T3S2 TES3 T3S2R4 OTROS A B C K' D3.1 3 1 1890 9002 79 4 6.5 3.4 3.3 2.1 1 0.7 79 4 17 0.082 0.514

Número de Vehículos 7112 360 585 306 297 189 90 63 7112 360 15303.1 3 2 1996 9503 79 4.1 6.6 3.2 3.4 2.1 1 0.6 79 4.1 16.9 0.08 0.514


Año 2008KM TE SC IMDp TDPA A B C2 C3 T3S2 TES3 T3S2R4 OTROS A B C K' D3.1 3 1 1976 9594 79.4 4.5 5.9 3.1 3.4 2.1 1 0.6 79.4 4.5 16.1 0.077 0.501

Número de Vehículos 7618 432 566 297 326 201 96 58 7618 432 15453.1 3 2 1878 9631 80.5 3.9 6 2.8 3.2 2 0.9 0.7 80.5 3.9 15.6 0.084 0.501


Año 2007KM TE SC IMDp TDPA A B C2 C3 T3S2 TES3 T3S2R4 OTROS A B C K' D3.1 3 1 1691 8012 78.9 7.6 6.6 2.6 1.3 1.5 0.5 1 78 8 14 0.105 0.5

Número de Vehículos 6321 609 529 208 104 120 40 80 6249 641 11223.1 3 2 1770 7834 77.4 7.8 6.5 3.4 1.4 1.8 0.5 1.2 77 8 15 0.115 0.5


T. Izquierdo Periferico Morelia










Número de Vehículos Ubicación



Ubicación

UbicaciónNúmero de Vehículos

Número de Vehículos Clasificación Vehícular En porciento

Clasificación Vehícular En porciento




TE= tipo de estación (1 antes del punto generador, 2= en el punto, 3= después del punto generador)

SC= Sentido de la circulación (0=ambos sentidos, 1= Sentido en que crece el cadenamiento del camino; 2= Sentido en que decrece el cadenamiento del camino)



TC=Tramo carretero; T DER= tramo derecho; T IZQ= Tramo izquierdo, KM= Kilómetro, TDPA= Tránsito diario promedio anual; IMDp= Intensidad media Diaria de tránsito pesado.


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Tasa de CrecimientoNúmero de VehículosIMDp TDPA

2007 1 1691 80122008 2 1976 95942009 3 1890 9002 1.06%2010 4 2036 96962011 5 1506 10110

Tasa de crecimiento

T .Crecimiento=TDPA del periodo final (2010 )−TDPA del periodo incial (2008 )

TDPA del periodoincial (2008 )x100

Para la determinación de la tasa de crecimiento se tomó en cuenta que la carretera ha sufrido de varias remodelaciones y construcciones de obras aledañas, por lo que se usaron los aforos que se ven con más correlación, siendo que en éstos el transito se muestra constante y proporcional al año. Sin embargo el aforo final del 2011 muestra una reducción del IMDp que podría ser ocasionada por la desviación del tránsito pesado y que podría ser permanente debido a la construcción de vías alternas. Dicho aforo se ha propuesto como base para el periodo de diseño, que en este caso será de 20 años. Por lo que tenemos el siguiente incremento en el tránsito.

Año Periodo IMDp TDPA2011 Actual 1506 101102012 1 1522 102172013 2 1538 103262014 3 1555 104362015 4 1571 105472016 5 1588 106592017 6 1605 107722018 7 1622 108872019 8 1639 110032020 9 1656 111202021 10 1674 112382022 11 1692 113572023 12 1710 114782024 13 1728 116002025 14 1746 117232026 15 1765 118482027 16 1784 119742028 17 1803 121012029 18 1822 122302030 19 1841 123602031 20 1861 12491


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Métodos de Diseño

Diseño mediante el catálogo Español

ObjetoEl objeto de este método es establecer los criterios básicos que deben de seguirse para el proyecto de los firmes de carreteras nuevas, mediante una metodología de proyecto que simplifica la labor del ingeniero proyectista.

Entre las secciones estructurales especificadas se deben seleccionar en cada caso la más adecuada, dependiendo de las técnicas constructivas y de los materiales disponibles, así como los aspectos funcionales y de seguridad de la vía. Además se deberá incorporar un estudio de los costos de construcción y conservación y relacionados con protección ambiental.

Ámbito de aplicaciónEsta norma es aplicable a los proyectos de firmes de carreteras de nueva construcción y de acondicionamiento de las existentes. No es aplicable a pavimentos sobre puentes o túneles ni en proyectos de rehabilitación superficial o estructural de firmes y pavimentos de las carreteras en servicio.

En los proyectos de carreteras situadas a una altitud superior a 1,500m se comprobará que la explanada y el drenaje subterráneo son adecuados para evitar la formación de lentejones de hielos debajo del firme.

Categoría del tráfico pesadoLa estructura del firme deberá adecuarse a la acción prevista del tráfico, principalmente del más pesado, durante la vida útil del firme. Para esto, la sección estructural del firme dependerá en primer lugar de la intensidad media diaria de vehículos pesados (IMDp) que se prevea en el carril de proyecto en el año puesto en servicio. Esta categoría se utiliza para seleccionar la categoría de tráfico pesado.

Para la evaluación de la categoría se parte a partir de los aforos y de la proporción de los vehículos pesados.

De acuerdo a los aforos presentados y a su tasa de crecimiento se tiene que la intensidad de tránsito al final del periodo de diseño es:

Año Perido IMDp TDPA2031 20 1861 12491

La intensidad de tránsito en los meses siguientes de puesta en servicio se considerará la del 2012 es:

Año Perido IMDp TDPA2012 1 1522 10217

Los datos fueron obtenidos del aforo del tramo en estudio en un sentido y se les aplico la tasa de crecimiento correspondiente. El tramo en estudio cuenta con dos carriles por sentido por lo que se considerará el carril exterior por donde circulan los vehículos pesados.


Categoría de explanada E1 E2 E3

EV2 (MPa) ≥ 60 ≥ 120 ≥ 300

PAVIMENTOS RÍGIDOS

TABLA 1A

Categorías de tráfico pesado T00 a T2

Categoría de tráfico pesado T00 T0 T1 T2

IMDp(vehículos pesados/día) ≥4000 < 4000

≥2000< 2000≥ 800

< 800≥200

TABLA 1B

Categorías de tráfico pesado T3 y T4

Categoría de tráfico pesado T31 T32 T41 T42

IMDp(vehículos pesados/día)

< 200≥ 100

< 100≥ 50

<50≥25

< 25

Como en este caso nuestro IMDp es igual a 1522 vehículos pesados en el año que se espera se ponga en servicio se encuentra dentro de la categoría T1.5

ExplanadaFormación de la explanada

Para definir la estructura del firme en cada caso se establecen tres categorías de explanada, estas se determinan mediante el módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga (Ev2) obtenido con la NLT-357 “Ensayo de Carga con placa”. Los valores posibles son los siguientes:

TABLA 2

Módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga

En la siguiente figura se muestra las distintas categorías de formación de la explanada.

5 Fuente: BOE núm. 297.


PAVIMENTOS RÍGIDOS

6

Para el proyecto se considera que se tienen 2 metros de espesor del terraplén, las características de este material se despliegan a continuación:7

Haciendo una comparación con los materiales para la formación de explanadas del catálogo español observamos lo siguiente:

6 Fuente: BOE núm. 297. 7 Fuente: N-CMT -1-01/02. Libro: Características de los materiales. Parte: Materiales para terracerías. Título: Materiales para terraplén. Pág. 2.


PAVIMENTOS RÍGIDOS

El valor relativo de soporte (CBR)8 es mayor o igual a cinco lo que corresponde al material con el que contamos que es material para terraplén.

Por lo que de acuerdo a la clasificación de tipo de suelos de la explanación tenemos que se usará la clasificación de suelos adecuados.

Como para cada nivel se utiliza una categoría de explanada. Se considerará una Explanada tipo E2 suponiendo que se realizó el ensayo de carga con placa y su módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de cargo fue mayor a 120 MPa pero menor a 300 MPa. Por lo tanto las opciones que se presentan son 3:

55 cm de espesor de suelo seleccionado de acuerdo al Art. 330 del PG-3 25 cm de espesor de suelo estabilizado en situ. Art. 512 PG-3 35 cm de espesor de suelo seleccionado de acuerdo al Art. 330 del PG-3

Siendo que la primera opción es suelo seleccionado tipo 2 y la tercera es un suelo seleccionado tipo 3 no se considerarán porque las especificaciones del proyecto no lo permiten para los suelos seleccionados. Así que la capa seleccionada es de 25 cm de espesor del suelo tipo S-EST2 de acuerdo al Art. 512 del PG-3.

Consideraciones importantes sobre la selección de explanada:

1. Todos los espesores que se indican son los mínimos especificados para cualquier punto de la sección transversal de la explanada.

2. Los materiales empleados han de cumplir las prescripciones contenidas en los correspondientes artículos del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales (PG-3), además de las complementarias recogidas en la tabla de materiales para la formación de terraplenes.

3. La figura se estructura según el tipo de suelo de la explanación en el caso de los desmontes, o de la obra de tierra subyacente en el caso de los rellenos (terraplenes, pedraplenes o rellenos todouno). Se consideran los siguientes tipos: inadecuados y marginales (IN), tolerables (0), adecuados (1), seleccionados (2), seleccionados con CBR » 20 en las condiciones de puesta en obra (3) y roca (R). A los efectos de aplicación de esta norma, los pedraplenes (artículo 331 del



PAVIMENTOS RÍGIDOS

PG-3) y los rellenos todo-uno (artículo 333 del PG-3), salvo que se proyecten con materiales marginales de los defi- nidos en el artículo 330 del PG-3, serán asimilables a los suelos tipo 3.

4. Para poder asignar a los suelos de la explanación o de la obra de tierra subyacente una determinada clasificación deberán tener un espesor mínimo de un metro (1 m) del material indicado en la figura. En caso contrario, se asignará la clasificación inmediatamente inferior.

5. Salvo justificación en contrario, será preceptivo proyectar una capa de separación (estabilización in situ con cal en 15 cm de espesor, geotextil, membrana plás- tica, etc.) entre los suelos inadecuados o marginales con finos plásticos y las capas de suelo adecuado o seleccionado, para la formación de explanadas del tipo E2 y E3 en las categorías de tráfico pesado T00 a T2.

6. Los espesores prescritos en la figura no podrán ser reducidos aunque se recurra al empleo de materiales de calidad superior a la especificada en cada una de las secciones.

A los efectos del control de ejecución de las explanadas y para las categorías de tráfico pesado T00 a T2, el Proyecto deberá exigir una deflexión patrón máxima (ver anexo 3 de la Norma 6.3 IC de Rehabilitación de firmes), de acuerdo con lo indicado en la siguiente tabla:

Deflexión patrón*

Categoría de explanada E1 E2 E3

Deflexión patrón(10--2 mm) ≤ 250 ≤200 ≤125

* Valor probable de la capacidad de soporte de la explanada, dentro del campo de variación debido a los cambios de humedad.9

Como se observa, para nuestra explanada según las condiciones correspondería un valor de mayor o igual a 200 x 10-2 mm.

Secciones de firmeEl dimensionamiento de las secciones de firme es el generalizado por las Administraciones de Carreteras. Se basa en las relaciones entre las intensidades de tráfico pesado y los niveles de deterioro admisibles al final de la vida útil.

Las posibles soluciones son las siguientes y se debe seleccionar la más adecuada técnica y económicamente:



PAVIMENTOS RÍGIDOS

Las posibles opciones para el firme son:

Mezclas bituminosas sobre capa granular. Mezclas bituminosas sobre suelocemento. Mezclas bituminosas sobre gravacemento construida sobre suelocemento. Pavimento de hormigón (losas de concreto).

Para nuestro caso de acuerdo a la categoría de tráfico pesado tenemos las siguientes opciones:

De estas opciones escogeremos solamente aquella en la que se utilice un firme de hormigón (concreto) y una base de hormigón magro vibrado.

Excepcionalmente se podrá recurrir al dimensionamiento analítico, siempre que se disponga de los correspondientes módulos y leyes de fatiga, cuya idoneidad para el caso en estudio debe ser detalladamente justificada.



PAVIMENTOS RÍGIDOS

Selección de los materialesPara la elección del tipo de material a utilizar, los materiales deben de incluir las características señalas en el apartado correspondiente de este trabajo.

Resumen de Capas

Capa Espesor (cm)Hormigón de Firme 25

Hormigón Magro VibradoSuelo estabilizado in situ

1525

Terraplén 200

Las equivalencias de estas capas son: Hormigón de Firme se refiera a las losas de concreto como capa superior, es decir, capa de rodadura. Hormigón Magro Vibrado es un material de base y el suelo estabilizado in situ con cemento, corresponde a material de subrasante, el cual tiene que ser de este tipo, para poder utilizar esta solución.

La representación de la sección tipo será representada en la sección del análisis de costos.

MÉTODO DE LA ASOCIACION DEL CEMENTO PORTLAND (PCA).

FACTORES DE DISEÑO.

Resistencia a la Flexión del Concreto.

La consideración de la resistencia a la flexión del concreto es aplicable en el procedimiento de diseño para el criterio de fatiga, que controla el agrietamiento del pavimento bajo la repetición de cargas.

Los esfuerzos y la resistencia a la flexion del concreto se pueden determinar por medio de varios métodos ya sea aplicando la carga en cantiliver, punto medio ó en 3 puntos.

El valor determinado por el método de aplicación de carga de 3 puntos (American Society for Testing and Materials, ASTM C78) es el empleado en este método de diseño.

En este procedimiento de diseño los efectos de las variaciones en la resistencia del concreto de punto a punto del pavimento y el incremento de resistencia con el paso del tiempo están incorporados en las gráficas y tablas de diseño. Para el diseño no se aplican directamente estos efectos, sino que simplemente se ingresa el valor de la resistencia promedio a los 28 días, que en nuestro país se recomienda como mínimo 41 kg/cm2 (583 psi) y como máximo 50 kg/cm2 (711 psi).

CEMEX recomienda valores de MR para distintas zonas. En este caso el proyecto se sitúa en una zona Urbana principal por lo que de acuerdo a lo recomendado se tomará un valor de MR de 640 psi.


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Pavimento Módulo de Ruptura

Kg./Cm2 psi Autopistas 48.00 682.7 Carreteras 48.00 682.7 Zonas industriales 45.00 640.1 Urbanas principales 45.00 640.1 Urbanas secundarias 42.00 597.4

Fuente: www.cemexmexico.com/pavimentos/datosGrales/popups/ruptura.asp?pca=1

Terreno de Apoyo ó Base.

El terreno de apoyo esta definido en términos del módulo de reacción de la subrasante de Westergaard (k). Es igual a la carga en libras por pulgada cuadrada de un área cargada (un plato de 30” de diámetro) dividido entre la deformación en pulgadas que provoca dicha carga. Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada (psi/in) ó más comúnmente, por libras por pulgada cúbica (pci).

Dado que la prueba de placa lleva tiempo y dinero, los valores de k son usualmente estimados mediante una correlación a pruebas más simples como la del VRS. El resultado es válido ya que valor k no afecta significativamente los requerimientos del espesor del pavimento.


http://www.cemexmexico.com/pavimentos/datosGrales/popups/ruptura.asp?pca=1

PAVIMENTOS RÍGIDOS

Relación aproximada entre las clasificaciones del suelo y sus valores de resistencia.Fuente:11

Para este caso la capa subrasante cuenta con un VCR de 20 que sirve para entrar a la tabla para obtener el valor de “k”. El valor correspondiente de k es de 250pci.

El contar con una sub-base permite incrementar en parte el valor de k del suelo que deberá usarse en el diseño de espesor. Para el caso del camino que se esta diseñando no cuenta con una sub-base, solo con una capa de base.

11 Manual de CEMEX


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Incremento en el valor de k del suelo, según el espesor de una base granular

Se supondrá una base de 6” o 15cm, y se cuenta con un valor de k = 250 pci por lo que el valor de k de la base se encuentra entre 230 y 330.

Periodo de diseño

Dado que el tráfico muy probablemente no puede ser supuesto con precisión por un período muy largo, el período de diseño de 20 años es el comúnmente empleado en el procedimiento de diseño de pavimentos.

NUMERO DE REPETICIONES ESPERADAS PARA CADA EJE.

Para conocer el número de repeticiones esperadas durante todo el período de diseño de cada tipo de eje se emplea toda la información referente al tráfico. Para poder conocer estos valores se tendrán que conocer varios factores referentes al tránsito como lo es el tránsito promedio diario anual (TPDA), el % que representa cada tipo de eje en el TPDA, el factor de crecimiento del tráfico, el factor de sentido, el factor de carril y el período de diseño.

Re = TPDA x %Te x FS x FC x Pd x FCA x 365

Donde:

TPDA = Tránsito Promedio Diario Anual. % Te = % del TPDA para cada tipo de eje. FS = Factor de Sentido. FC = Factor de Carril. Pd = Período de Diseño. FCA = Factor de Crecimiento Anual. 365 = días de un año.


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Tránsito promedio diario anual. (TPDA) A continuación se especifica la composición de este tráfico, es decir detalles del tráfico por tipo de vehículo, para de esta manera se pueda identificar los tipos y pesos de los ejes que van a circular sobre el pavimento.

para este caso se realizó un aforo por sentido por lo que para el diseño se utilizará el TDPA más crítico que tiene un valor de 10110 vehículos.

Año 2011KM TE SC IMDp TDPA A B C2 C3 T3S2 TES3 T3S2R4 OTROS A B C K' D Latitud Longitud3.1 3 1 1506 10110 85.1 4.1 4.9 3.2 1.5 1.1 0 0.1 85.1 4.1 10.8 0.072 0.502 19.697581 -101.256163

Número de Vehículos 8604 415 495 324 152 111 0 10 8604 415 10923.1 3 2 1452 10016 85.5 4.1 4.6 3.2 1.4 1.1 0 0.1 85.5 4.1 10.4 0.075 0.502




Número de Vehículos Clasificación Vehícular En porciento

Factor de Crecimiento Anual (FCA) Para conocer el factor de crecimiento anual se requiere únicamente del período de diseño en años y de la tasa de crecimiento anual. Se puede obtener a partir de la siguiente fórmula:

Donde:

FC = Factor de Crecimiento Anual. n = Vida útil en años. g = Tasa de crecimiento anual, en %

Tasa de Crecimiento

Número de VehículosIMDp TDPA

2007 1 1691 80122008 2 1976 95942009 3 1890 9002 1.06%2010 4 2036 96962011 5 1506 10110

Tasa de crecimiento


TDP A del periodo incial (2008 )x100

Para la determinación de la tasa de crecimiento se tomó en cuenta que la carretera ha sufrido de varias remodelaciones y construcciones de obras aledañas, por lo que se usaron los aforos que se ven con más correlación, siendo que en éstos el transito se muestra constante y proporcional al año.


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Utilizando los valores de las variables:

n = 20 años y

g = 1.06%

el valor de el factor de crecimiento anual es 1.107

Factor de Sentido.El factor de sentido se emplea para diferenciar las vialidades de un sentido de las de doble sentido, de manera que para vialidades en doble sentido se utiliza un factor de sentido de 0.5 y para vialidades en un solo sentido un factor de 1.0.

En este caso como se cuanta con un aforo por sentido se va a considerar un factor de sentido de 1.0.

Factor de Carril.El factor de carril sirve para obtener el porcentaje de vehículos que circulan por el carril de la derecha, que es el carril con más tráfico. Este factor depende del número de carriles por sentido ó dirección del tráfico y del tránsito promedio diario anual en un solo sentido.

Para este caso se cuenta con un TDPA de 10110

Porcentaje de camiones en el carril de diseño en una carretera de varios carriles12

12 Fuente: guía de diseño de estructuras de pavimentos, AASHTO; 1993


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Entrando a la tabla con el valor del TDPA y teniendo en cuenta que se cuentan con 2 carriles en una dirección se obtiene un valor de FC = 0.81

NUMERO DE REPETICIONES ESPERADAS PARA CADA EJE

Re = TPDA x %Te x FS x FC x Pd x FCA x 365

FS = 1FC = 0.81Pd = 20FCA = 1.107

Tipos de ejeA |---| |---|B |---| ||---||

C2 |---| ||---||

C3||---|| ||---||

|---|

T3S2||---|| ||---||

||---|| ||---||

|---|

T3S3||---|| ||---|| ||---||

||---|| ||---||

|---|

T3S2R4||---|| ||---||

||---|| ||---||

||---|| ||---||

||---|| ||---||

|---|

Tipo APorcentaje Re por eje

|---| |---| 100% 56316573Peso Eje 1 1

Kips 2.2 2.2Tipo B

|---| ||---|| 50% 1356628Peso Tn 5.5 10

Kips 12.1 22

|---| ||---|| 50% 1356628Peso Eje 3.5 7

Kips 7.7 15.4Tipo C2

|---| ||---|| 50% 1621335Peso Eje 2.5 6.8

Kips 5.5 14.96

|---| ||---|| 50% 1621335Peso Eje 1.5 2.7


||---|| 50% 1058831

Peso EjeKips 39.6 12.1

||---|| 50% 1058831

Peso Eje 4.5 4Kips 9.9 8.8

Tipo T3S2

|---| 50% 496328

Peso Eje 18 18 5.5Kips 39.6 39.6 12.1

|---| 50% 496328

Peso Eje 4 4 4Kips 8.8 8.8 8.8

Cargado

Vacío

Cargado

Cargado

Vacío


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Tipo ARe por eje

|---| |---| 100% 56316573Peso Eje 1 1

Kips 2.2 2.2Tipo B

|---| ||---|| 50% 1356628Peso Tn 5.5 10

Kips 12.1 22

|---| ||---|| 50% 1356628Peso Eje 3.5 7


|---| ||---|| 50% 1621335Peso Eje 2.5 6.8

Kips 5.5 14.96

|---| ||---|| 50% 1621335Peso Eje 1.5 2.7


||---|| ||---||

||---|| 50% 1058831

Peso Eje 18 5.5Kips 39.6 12.1

||---|| ||---||

||---|| 50% 1058831

Peso Eje 4.5 4Kips 9.9 8.8

Tipo T3S2

||---|| ||---||

||---|| ||---||

|---| 50% 496328

Peso Eje 18 18 5.5Kips 39.6 39.6 12.1

||---|| ||---||

||---|| ||---||

|---| 50% 496328

Peso Eje 4 4 4Kips 8.8 8.8 8.8

Cargado

Vacío

Cargado

Vacío

T3S3

||---|| ||---|| ||---||

||---|| ||---||

|---| 50% 363974

Peso Eje 22.5 18 5.5Kips 49.5 39.6 12.1

||---|| ||---|| ||---||

||---|| ||---||

|---| 50% 363974

Peso Eje 5 4 4Kips 11 8.8 8.8

Cargado

Vacío


PAVIMENTOS RÍGIDOS

RESUMEN REPETICIONES ESPERADAS PARA CADA TIPO DE EJE

Sencillos Repeticiones2.2 1126331463.3 16213355.5 1621335

5.94 16213357.7 13566288.8 1919133

12.1 327576114.96 162133515.4 135662822 1356628

Tandem Repeticiones8.8 13566309.9 1058831

39.6 2415461

Tridem Repeticiones11 363974

49.5 363974

Factor de Seguridad de Carga.

Una vez que se conoce la distribución de carga por eje, es decir ya que se conoce cuantas repeticiones se tendrán para cada tipo y peso de eje, se utiliza el factor de seguridad de carga para multiplicarse por las cargas por eje.

Los factores de seguridad de carga recomendados son:

1.3 Casos especiales con muy altos volúmenes de tráfico pesado y cero mantenimiento.

1.2 Para Autopistas ó vialidades de varios carriles en donde se presentará un flujo ininterrumpido de tráfico y altos volúmenes de tráfico pesado.

1.1 Autopistas y vialidades urbanas con volúmenes moderados de tráfico pesado.

1.0 Caminos y calles secundarias con muy poco tráfico pesado.

Se diseña una vialidad urbana con volúmenes moderados de trafico pesado, por lo que, se acuerdo a lo anterior, le corresponde un valor al factor de seguridad de carga de 1.1.

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO.

Una vez que se obtienen los números de repeticiones esperadas para cada tipo de eje durante el periodo de diseño se entrará a el método que se describe a continuación. Se requiere de conocer algunos factores de diseño, como:

• Tipo de junta y acotamiento.

• Resistencia a la flexión del concreto (MR) a 28 días.

• El valor del módulo de reacción K del terreno de apoyo.


PAVIMENTOS RÍGIDOS

• Factor de seguridad de la carga (LSF)

• Número de repeticiones esperadas durante el período de diseño, para cada tipo y peso de eje.

El método considera dos criterios de diseño:

• Fatiga

• Erosión

El Análisis por fatiga (para controlar el agrietamiento por fatiga) influye principalmente en el diseño de pavimentos de tráfico ligero (calles residenciales y caminos secundarios independientemente de si las juntas tienen ó no pasajuntas) y pavimentos con tráfico mediano con pasajuntas en las juntas.

El análisis por erosión (el responsable de controlar la erosión del terreno de soporte, bombeo y diferencia de elevación de las juntas) influye principalmente el diseño de pavimentos con tráfico mediano a pesado con transferencia de carga por trabazón de agregados (sin pasajuntas) y pavimentos de tráfico pesado con pasajuntas.

El diseño del espesor se calcula por tanteos. Los pasos en el procedimiento de diseño son como siguen: primero se cargan los datos de entrada que se presentan en la tabla (columna 1 a la 3), los datos de la columna 2 son las cargas por eje multiplicadas por el factor de seguridad de carga.

Análisis por Fatiga

Como no se cuenta con apoyo lateral se utilizara la siguiente tabla y figura para correspondiente para calcular los esfuerzos equivalentes. Para calcular el esfuerzo equivalente se tuvo que interpolar para un valor de k = 250 pci. Para el ejemplo se entra con un espesor de losa de 9.5” y se toman los valores correspondientes a 200 y 300 pci, para hacer una interpolación y encontrar el valor necesario para este caso.


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Esfuerzo Equivalente para Pavimentos Con Apoyo Lateral

Dividir los valores de esfuerzo equivalente entre el módulo de ruptura del concreto, al resultado le llamamos relación de esfuerzos y vamos a obtener una para cada tipo de eje (sencillo, tándem y tridem).


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Llenar la columna de “repeticiones permisibles” obtenidas en la siguiente figura:

Análisis de fatiga (Repeticiones permisibles basadas en el factor de relación de esfuerzo, con ó sin apoyo lateral).

Para el ejemplo se entró con un valor de 24.2 kips y con un factor de relación de esfuerzo de 0.338 lo que la como resultado que las repeticiones permisibles sean ilimitadas.


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Para obtener el % de fatiga de cada eje se dividen las repeticiones esperadas entre las repeticiones permisibles por 100; esto se hace para cada eje y posteriormente se suman todos los porcentajes de daño por fatiga para obtener el porcentaje total de daño por fatiga.

Análisis por Erosión.

Como este pavimento no tendrá pasajuntas se emplea la siguiente tabla para encontrar los factores de erosión y la figura para encontrar las repeticiones de carga permisibles.

Para este caso se interpola para encontrar los valores correspondientes de k = 250 pci.


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Análisis de Erosión. (Repeticiones permisibles basadas en el factor de erosión, sin apoyo lateral).

Para el ejemplo se utiliza una carga de eje en kips para eje sencillo de 24.2 y un factor de erosion de 2.8. Con estos valores se obtiene un valor de 5000 000 repeticiones de cargas permisibles.

Procedimiento para el llenado del formato

1- Se anotan los valores de los factores de erosion obtenidos de las tablas adecuadas para cada tipo de eje.

2- Anotar las “repeticiones permisibles” para el análisis por erosión antes calculados.3- El porcentaje de daño por erosion para cada eje se calcula dividiendo las repeticiones

esperadas entre las repeticiones permitidas y multiplicando el resultado por 100, para posteriormente totalizar el daño por erosion.

4-


PAVIMENTOS RÍGIDOS

RESULTADOS PRIMERA ITERACIÓN

Proyecto:Espesor Inicial: 9.5 in Pasajuntas NoMódulo de Reacción k, de la subrasante: 250 pci Apoyo Lateral NoMódulo de Ruptura, MR: 640 psi Período de Diseño 20Factor de Seguridad de Carga, LSF: 1.1 Comentarios:

Repeticiones Permisilbes

% de FatigaRepeticiones permisibles

% de Daño

Esfuerzo equivalente 197.5 Factor de Erosión 2.785Factor de relación de esfuerzo 0.3086

Ejes Sencillos2.2 2.42 112633146 Ilimitadas 0 Ilimitadas 03.3 3.63 1621335 Ilimitadas 0 Ilimitadas 05.5 6.05 1621335 Ilimitadas 0 Ilimitadas 0

5.94 6.534 1621335 Ilimitadas 0 Ilimitadas 07.7 8.47 1356628 Ilimitadas 0 Ilimitadas 08.8 9.68 1919133 Ilimitadas 0 Ilimitadas 0

12.1 13.31 3275761 Ilimitadas 0 Ilimitadas 014.96 16.456 1621335 Ilimitadas 0 100000000 1.621335

15.4 16.94 1356628 Ilimitadas 0 80000000 1.69578522 24.2 1356628 Ilimitadas 0 5000000 27.13256

Subtotal 0 30.450

Esfuerzo equivalente 172 Factor de Erosión 2.97Factor de relación de esfuerzo 0.2688

Ejes Tandem8.8 9.68 1356630 Ilimitadas 0 Ilimitadas 09.9 10.89 1058831 Ilimitadas 0 Ilimitadas 0

39.6 43.56 2415461 Ilimitadas 0 3000000 80.5153667Subtotal 0 80.5153667


Ejes Tridem11 12.1 363974 Ilimitadas 0 Ilimitadas 0


TOTAL 0 117.031

Carga del eje, en kips

Multiplicada por LSF

Repeticiones Esperadas

Analisis de Fatiga Análisis de Erosión

Dado que los daños totales por fatiga son despreciables pero por erosión son superiores al 100%, el diseño es inadecuado. Por eso se deberá realizar otro tanteo con un espesor mayor al de este tanteo para revisar si los daños por fatiga y por erosión son ó no inferiores al 100%, es decir que se deben


PAVIMENTOS RÍGIDOS

hacer varios tanteos para optimizar el diseño del espesor, siendo el adecuado aquél espesor que provoque daños lo más cercano posible al 100% sin rebasarlo.

Se realizó otro tanteo con un espesor de 10" y se pudo conocer que con tal espesor los daños esperados por fatiga siguen siendo despreciables y los de erosión son mas cercanos al 100%.

Proyecto:Espesor Inicial: 10. in Pasajuntas NoMódulo de Reacción k, de la subrasante: 250 pci Apoyo Lateral NoMódulo de Ruptura, MR: 640 psi Período de Diseño 20Factor de Seguridad de Carga, LSF: 1.1 Comentarios:

Repeticiones Permisilbes

% de FatigaRepeticiones permisibles

% de Daño

Esfuerzo equivalente 170.5 Factor de Erosión 2.725Factor de relación de esfuerzo 0.2664

Ejes Sencillos2.2 2.42 112633146 Ilimitadas 0 Ilimitadas 03.3 3.63 1621335 Ilimitadas 0 Ilimitadas 05.5 6.05 1621335 Ilimitadas 0 Ilimitadas 0

5.94 6.534 1621335 Ilimitadas 0 Ilimitadas 07.7 8.47 1356628 Ilimitadas 0 Ilimitadas 08.8 9.68 1919133 Ilimitadas 0 Ilimitadas 0

12.1 13.31 3275761 Ilimitadas 0 Ilimitadas 014.96 16.456 1621335 Ilimitadas 0 Ilimitadas 0

15.4 16.94 1356628 Ilimitadas 0 Ilimitadas 022 24.2 1356628 Ilimitadas 0 80000000 1.695785

Subtotal 0 1.696


Ejes Tandem8.8 9.68 1356630 Ilimitadas 0 Ilimitadas 09.9 10.89 1058831 Ilimitadas 0 Ilimitadas 0



Ejes Tridem11 12.1 363974 Ilimitadas 0 Ilimitadas 0


TOTAL 0 65.722

Carga del eje, en kips

Multiplicada por LSF

Repeticiones Esperadas

Analisis de Fatiga Análisis de Erosión


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RESUMEN DE CAPAS

Capa Espesor (cm)Losa 24.5Base granular 15Subrasante 60Terracería 200


PAVIMENTOS RÍGIDOS

MÉTODO AASHTO

Introducción

El método de la AASHTO, describe con detalle los procedimientos para el diseño de la sección estructural de los pavimentos rígidos de carreteras.

Este método de diseño de pavimentos, se basa en una serie de pruebas, las cuales consisten en determinar relaciones significativas entre el comportamiento de varias secciones de pavimento y las cargas aplicadas sobre ellas, o bien para determinar las relaciones significativas entre un número de repeticiones de ejes con cargas, de diferente magnitud y disposición, y el comportamiento de diferente espesores de pavimentos, conformados con bases, colocados en suelos de características conocidas.

Una de las bases de este método es la capacidad de servicio, la cual es la medida del comportamiento de un pavimento en términos de su capacidad para soportar el tráfico con seguridad y comodidad.

Los factores que tuvieron mayor peso en la determinación de la capacidad de servicio fueron:

- Variaciones en el perfil longitudinal- Mediciones de la aspereza del pavimento en la dirección del movimiento.- Profundidad promedio de las roderas medida con regla de 1.20 m- Medidas de Agrietamientos severos- Medidas de Baches

Adicionalmente a los aspectos anteriores el método se basa para la determinación del comportamiento de las secciones, en el número de aplicaciones de carga sobre un eje, en el índice de capacidad de servicio de la sección en un momento determinado y en la tendencia hacia la capacidad de servicio vs la capacidad de servicio.


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Desarrollo del Método

En la aplicación de método AASHTO para el diseño de pavimentos, se hace uso de una gran cantidad de variables que a continuación se enumeran y se expresa la relación existente entre sí, para de este modo poder realizar diseños óptimos y confiables.

Variables integrantes del método AASHTO.13

El procedimiento de diseño es muy simple el primer paso es suponer un espesor de pavimento e iniciar a realizar tanteos, a continuación con el espesor supuesto, calcular los Ejes Equivalentes y posteriormente evaluar todos los factores adicionales de diseño, si se cumple el equilibrio en la ecuación el espesor supuesto es resultado del problema, en caso contrario se deberán seguir haciendo tanteos para tomando como valor semilla el resultado del tanteo anterior. La convergencia del método es muy rápida.

Las variables de diseño para pavimentos rígidos son las siguientes:

Espesor Serviciabilidad Tráfico Transferencia de Carga Propiedades del Concreto Resistencia de la Subrasante Drenaje Confiabilidad

13 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág.12


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Descripción de las variables de diseño

Diseño del espesor de un pavimento de concreto para una vialidad urbana secundaria de doble sentido y con 2 carriles por sentido. Los datos y los principales parámetros de diseño se detallan a continuación

Espesor

Es la variable a la cual queremos llegar con apoyo de las demás variables, las de las cuales dependerá al cien por ciento este valor. Errores mínimos en el dimensionamiento del espesor afectarían directamente la vida útil del pavimento diseñado.

Serviciabilidad

El método AASHTO permite predecir el porcentaje de pérdida de serviciabilidad (Δ PSI) para varios niveles de tráfico y cargas de ejes, esto se ve reflejado en el deterioro de la superficie de rodadura antes de fallar por completo el pavimento. Entre mayor sea el Δ PSI, mayor será la capacidad de carga del pavimento antes de fallar.

Esto se puede entender fácilmente con la figura 2.2, que representa la relación que existe entre la serviciabilidad y el número de ejes equivalentes que circulan durante la vida útil del pavimento.

Relación entre la serviciabilidad y el número de ejes equivalentes14

La serviciabilidad es la habilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico para el que fue diseñado, existen parámetros de medición en una escala del 0 al 5, como se puede observar en la figura siguiente:

14 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. 13


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Clasificación de los índices de servicio.15

La serviciabilidad inicial (Po) es la condición que tiene un pavimento inmediatamente después de la construcción del mismo. Los valores recomendados por AASHTO para este parámetro son:

- Para pavimento de Concreto = 4.5

- Para pavimento de Asfalto = 4.2

En nuestro caso estamos diseñando un pavimento de concreto, por lo tanto utilizaremos el valor de 4.5 de serviciabilidad inicial.

La serviciabilidad final (Pt) tiene que ver con la calificación que esperamos tenga el pavimento al final de su vida útil. Los valores recomendados de Serviciabilidad Final Pt para el caso de México, son:

Para Autopistas 2.5 Para Carreteras 2.0 Para Zonas Industriales 1.8 Pavimentos Urbanos Principales 1.8 Pavimentos Urbanos Secundarios 1.5

En nuestro caso, se tomará la serviciabilidad final de 1.8, ya que el camino a diseñar puede ser considerado como un camino urbano principal.

El cambio o pérdida en la calidad de servicio que la carretera proporciona al usuario, se define en el método con la siguiente ecuación:

ΔPSI = po - pt

PSI = Índice de Servicio Presente= Po- Pt

Dónde:

PSI = Diferencia entre los índices de servicio inicial u original y el final o terminal deseado.

15 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos. Pág. 14


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De acuerdo a este proyecto se obtiene lo siguiente:

Evaluación Índices Recomendado ValorPavimento Rígido Po 4.5 4.5Camino principal Pt 1.8 1.8

ΔPSI 2.7

-Valores de Po y Pt, para un camino principal de pavimento flexible.

Se ha elegido el valor medio de índice de servicio terminal.

Tráfico

El Tráfico es una de las variables más significativas del diseño de pavimentos y sin embargo es una de las que más incertidumbre presenta al momento de estimarse.

El método AASHTO considera la vida útil de un pavimento relacionada el número de repeticiones de carga que podrá soportar el pavimento antes de llegar a las condiciones de servicio final predeterminadas para el camino.

El método AASHTO utiliza en su formulación el número de repeticiones esperadas de carga de Ejes Equivalentes, es decir, que antes de entrar a las fórmulas de diseño, debemos transformar los Ejes de Pesos Normales de los vehículos que circularán por el camino, en Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips (8.2 Ton) también conocidos como ESAL’s.

De acuerdo con los aforos realizados en nuestro tramos de diseño, se obtuvieron 300,000 ESAL`s, ya que es un tramo con muy poco flujo vehicular.

La vida útil mínima con la que se debe diseñar un pavimento rígido es de 20 años, es común realizar diseños para 30, 40 ó más de 50 años. Adicionalmente se deberá contemplar el crecimiento del tráfico durante su vida útil, que depende en gran medida del desarrollo económico - social de la zona en cuestión.

16



PAVIMENTOS RÍGIDOS

Tasa de Crecimiento Anual

Dependiendo de muchos factores, tales como el desarrollo económico - social, la capacidad de la vía, etc. Es normal que el tráfico vehicular vaya aumentando con el paso del tiempo, hasta que llega a un punto tal de saturación en el que el tráfico se mantiene prácticamente sin crecer.

Es conveniente prever este crecimiento del tráfico, tomando en consideración una tasa de crecimiento anual con la que se calcula un factor de crecimiento del tráfico. La tasa de crecimiento pudiera variar de acuerdo a los tipos de vehículos, pueden crecer más unos tipos que otros.

A medida que un camino se va congestionando de tráfico su crecimiento se va haciendo más lento, este efecto debemos considerarlo pudiendo estimar una Tasa de Crecimiento Equivalente, para considerar las variaciones en el crecimiento durante la vida útil. Es importante investigar adecuadamente la tasa de crecimiento apropiada para el caso en particular que se esté considerando. A continuación se muestran algunos valores típicos de tasas de crecimiento, sin embargo estos pueden variar según el caso.

Para nuestro caso pudimos obtener una tasa de crecimiento del 1.06% la cual se muestra a continuación:

Número de VehículosIMDp TDPA

2007 1 1691 80122008 2 1976 95942009 3 1890 9002 1.06%2010 4 2036 96962011 5 1506 10110

Tasa de crecimiento


TDPA del periodoincial (2008 )x100

Para la determinación de la tasa de crecimiento se tomó en cuenta que la carretera ha sufrido de varias remodelaciones y construcciones de obras aledañas, por lo que se usaron los aforos que se ven con más correlación, siendo que en éstos el transito se muestra constante y proporcional al año. Sin embargo el aforo final del 2011 muestra una reducción del TDPA que podría ser ocasionada por la desviación del tránsito pesado y que podría ser permanente debido a la construcción de vías alternas.

Dicho aforo se ha propuesto como base para el periodo de diseño, que en este caso será de 20 años.


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Por lo que tenemos el siguiente incremento en el tránsito.

Año Periodo IMDp TDPA2011 Actual 1506 101102012 1 1522 102172013 2 1538 103262014 3 1555 104362015 4 1571 105472016 5 1588 106592017 6 1605 107722018 7 1622 108872019 8 1639 110032020 9 1656 111202021 10 1674 112382022 11 1692 113572023 12 1710 114782024 13 1728 116002025 14 1746 117232026 15 1765 118482027 16 1784 119742028 17 1803 121012029 18 1822 122302030 19 1841 123602031 20 1861 12491

Las tasas de crecimientos más comunes de acuerdo al Método AASHT de CEMEX son las siguientes:

Tasas de crecimiento.17

Por lo tanto obtuvimos una tasa de crecimiento de 1.06% lo cual observamos que tenemos un crecimiento normal.



PAVIMENTOS RÍGIDOS

Factor de Crecimiento del Tráfico.18

El factor de crecimiento del tráfico considera los años de vida útil más un número de años adicionales debidos al crecimiento propio de la vía.

Datos: g=1.06% n=20

Calculo de FCT = ((1+0.106)20-1)/0.106Por lo tanto

FCT=61.33

Módulo de Reacción

El terreno de apoyo está definido en términos del módulo de reacción de la subrasante de Westergaard (k). Es igual a la carga en libras por pulgada cuadrada de un área cargada (un plato de 30” de diámetro) dividido entre la deformación en pulgadas que provoca dicha carga. Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada (psi/in) ó más comúnmente, por libras por pulgada cúbica (pci).

Dado que la prueba de placa lleva tiempo y dinero, los valores de k son usualmente estimados mediante una correlación a pruebas más simples como la del VRS. El resultado es válido ya que valor k no afecta significativamente los requerimientos del espesor del pavimento.

18 7Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. 16 y 22


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Prueba de placa.19

Para este caso la capa subrasante cuenta con un VCR de 20 que sirve para entrar a la tabla para obtener el valor de “k”. El valor correspondiente de k es de 250pci.20

El contar con una sub-base permite incrementar en parte el valor de k del suelo que deberá usarse en el diseño de espesor. Para el caso del camino que se está diseñando no cuenta con una sub-base, solo con una capa de base.

Transferencia de Cargas

La transferencia de carga es la capacidad que tiene una losa del pavimento de transmitir fuerzas cortantes con sus losas adyacentes, con el objeto de minimizar las deformaciones y los esfuerzos en la estructura del pavimento, mientras mejor sea la transferencia de cargas mejor será el comportamiento de las losas del pavimento.

El método AASHTO considera la transferencia de cargas mediante el factor de transferencia de cargas J.

La efectividad de la Transferencia de Carga entre losas adyacentes depende de varios factores:

Cantidad de Tráfico Utilización de Pasajuntas Soporte Lateral de las Losas

19



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Una manera de transferir la carga de una losa a otra es mediante la trabazón de agregados que se genera en la grieta debajo del corte de la junta, sin embargo esta forma de transferir carga solamente se recomienda para vías con tráfico ligero.

La utilización de pasajuntas es la manera más conveniente de lograr la efectividad en la transferencia de cargas, los investigadores recomiendan evaluar dos criterios para determinar la conveniencia de utilizar pasajuntas. Utilizar pasajuntas cuando:

a) El tráfico pesado sea mayor al 25% del tráfico total. b) El número de Ejes Equivalentes de diseño sea mayor de 5.0 millones de Esal's.

El Coeficiente de Transferencia de Carga considera el esfuerzo de transferencia a través de la junta o grieta.

Transferencia de cargas.21

Soporte Lateral

El confinamiento que produce el soporte lateral contribuye a reducir los esfuerzos máximos que se generan en el concreto por efecto de las cargas. Un pavimento de concreto puede considerarse lateralmente soportado cuando tenga algunas de las siguientes características en su sección:

- Carril Ancho >= 4.0 m

- Confinamiento con Guarniciones o Banquetas

- Con Acotamientos Laterales



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Pasajuntas

Barra de acero redondo liso fy = 4,200 kg/cm2 la cual no se debe de adherir al concreto permitiendo el libre movimiento de losas longitudinalmente, pero si debe de transferir verticalmente parte de la carga aplicada en una losa a la adyacente. Se colocan perfectamente alineadas a la mitad del espesor de la losa.

El diámetro, longitud y separación de las pasajuntas está en función del espesor de las losas principalmente. Algunas recomendaciones prácticas para la selección de la Barra son las siguientes:22

En nuestro proyecto no se utilizaran pasajuntas y por lo tanto no tendrá apoyo lateral.

Coeficiente de transmisión de carga (J).

Este factor se utiliza para tomar en cuenta la capacidad del pavimento de concreto de trasmitir las cargas a través de los extremos de las losas, su valor depende de varios factores, tales como: Tipo de pavimento; el tipo de borde ú hombro. La colocación de elementos de trasmisión de carga.

En función de estos parámetros, se indican en las siguientes tablas los valores del coeficiente J:23

Se obtuvo un coeficiente de carga de 2.8 de acuerdo al promedio. Debido a que no tenemos refuerzo con juntas.

22 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. 2023 Manual Centroamericano para diseño de pavimentos. Cap. 7 Pág.59. Tabla 7-18


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Propiedades del Concreto

Son dos las propiedades del concreto que influyen en el diseño de un pavimento de concreto y en su comportamiento a lo largo de su vida útil:

- Resistencia a la tensión por flexión (S´c) ó Módulo de Ruptura (MR) - Módulo de Elasticidad del Concreto (Ec)

Módulo de Ruptura (MR)Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión es recomendable que su especificación de resistencia sea acorde con ello, por eso el diseño considera la resistencia del concreto trabajando a flexión, que se le conoce como resistencia a la flexión por tensión (S'c) o Módulo de Ruptura (MR) normalmente especificada a los 28días.

El módulo de ruptura se mide mediante ensayos de vigas de concreto aplicándoles cargas en los tercios de su claro de apoyo. Esta prueba está normalizada por la ASTM C78. Existe una prueba similar con la aplicación de la carga al centro del claro que genera resultados diferentes de resistencia a la flexión (aproximadamente 15% a 20% mayores) pero que no son los que considera AASHTO para el diseño.

Ensayo del Modulo de Ruptura.24

Los valores recomendados para el Módulo de Ruptura varían desde los 41 kg/cm2 (583 psi) hasta los 50 kg/cm2 (711 psi) a 28 días dependiendo del uso que vayan a tener. En seguida se muestran valores recomendados, sin embargo el diseñador deberá elegir de acuerdo a un buen criterio.



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Módulo de Ruptura Recomendado en México 25

Emplear un concreto con módulo de ruptura de 45 kg/cm2 (640.1 psi) esto para el tipo de Vialidad urbana principal que tenemos.

La metodología de diseño de AASHTO permite utilizar la resistencia a la flexión promedio, que se haya obtenido del resultado de ensayos a flexión de las mezclas diseñadas para cumplir la resistencia especificada del proyecto. Estos resultados dependen de las condiciones de control y calidad que tenga el fabricante del concreto en sus procesos. En todos los casos se recomienda que sea Concreto Premezclado Profesionalmente.

Módulo de Elasticidad

El Módulo de Elasticidad del concreto está íntimamente relacionado con su Módulo de Ruptura y se determina mediante la norma ASTM C469. Existen varios criterios con los que se puede estimar el Módulo de Elasticidad a partir del Módulo de Ruptura. Los dos más utilizados son:

Ec = 6,750 * MR Ec = 26,454 * MR ^ 0.77

Ec= 6,750*640.1= 4,320,675 psi.Ec=6,750*45= 303750 kg/cm2 = 30,375Mpa

Periodo de diseño

Dado que el tráfico muy probablemente no puede ser supuesto con precisión por un período muy largo, el período de diseño de 20 años es el comúnmente empleado en el procedimiento de diseño de pavimentos.



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Coeficiente de Drenaje (Cd)

En cualquier tipo de pavimento, el drenaje, es un factor determinante en el comportamiento de la estructura del pavimento a lo largo de su vida útil, y por lo tanto lo es también en el diseño del mismo. Es muy importante evitar que exista presencia de agua en la estructura de soporte, dado que en caso de presentarse esta situación afectará en gran medida la respuesta estructural del pavimento.

Aspectos que debemos de cuidar para evitar que el agua penetre en la estructura de soporte:

Mantener perfectamente selladas las juntas del pavimento. Sellar las juntas entre pavimento y acotamiento o cuneta. Colocar barreras rompedoras de capilaridad (en donde se requiera). Utilizar cunetas, bordillos, lavaderos, contra cunetas, subdrenajes, etc. Construir o aprovechar los drenajes pluviales en las ciudades.

Tener agua atrapada en la estructura del Pavimento produce efectos nocivos en el mismo, como pueden ser:

Reducción de la resistencia de materiales granulares no ligados. Reducción de la resistencia de la subrasante. Expulsión de finos Levantamientos diferenciales de suelos expansivos Expansión por congelamiento del suelo

Nuestro coeficiente de pavimento depende de la calidad de drenaje de la estructura de nuestro pavimento. Lo podemos definir de acuerdo a las siguientes tablas.26

Combinando todas las variables que intervienen para llegar a determinar el coeficiente de drenaje Cd se llega a los valores de la siguiente tabla:

27

26 Manual Centroamericano para diseño de pavimentos. Cap. 7 Pág.57. Tabla 7-1627 Manual Centroamericano para diseño de pavimentos. Cap. 7 Pág.58. Tabla 7-17


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Para este caso respecto al material, se considera que su capacidad de drenaje es buena, pues el agua es removida en 1 día, para el periodo de tiempo en que se encuentra sometida a la humedad, se considerara 6 mese húmedos y 6 meses secos del año, es decir más del 25 %.

Los valores recomendados para el coeficiente de drenaje deberán estar entre 1.0 y 1.10

Se suponen condiciones normales de drenaje en la vialidad, por lo que se emplea un coeficiente de drenaje igual a 1.0

El Parámetro de Confiabilidad “R”

Los factores estadísticos que influyen el comportamiento de los pavimentos son:

Confiabilidad R Desviación Estándar

La confiabilidad está definida como "la probabilidad de que un pavimento desarrolle su función durante su vida útil en condiciones adecuadas para su operación".

Otra manera de entender la confiabilidad, por ejemplo es: si se considera una confiabilidad "R" del 80% estaríamos permitiendo que el 20% de las losas del pavimento alcancen al final de su vida útil una serviciabilidad igual a la serviciabilidad final seleccionada en el diseño.

Confiabilidad recomendad por AASHTO.28

También podemos entender a la confiabilidad como un Factor de Seguridad y ante esa situación debemos reflexionar en los valores de confiabilidad que debemos utilizar en México, con el mejor de los criterios, al hacer un diseño para un pavimento.

Confiabilidad Recomendada para México

28 17Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. 25 y 26


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Confiabilidad recomendad para México.29

Por tratarse de una vialidad urbana secundaria se considera usar un valor de confiabilidad del 60%.

Desviación Normal Estándar Zr

Esta variable define que, para un conjunto de variables que intervienen en un pavimento, el tránsito que puede soportar el mismo a lo largo de u periodo de diseño sigue una ley de distribución normal con una media M y una desviación estándar So y por medio de la tabla siguiente con dicha distribución se obtiene el valor de Zr en función de un nivel de confiabilidad R, de forma que exista una posibilidad de que 1-R/100 del tránsito realmente soportado sea inferior a Zr x So.

29


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30

Se recomienda utilizar para So valores comprendidos dentro de los intervalos siguientes:

Para pavimentos rígidos 0.30-0.40En construcción nueva 0.35En sobre-capas 0.40

Como se menciona anteriormente la confiabilidad puede relacionarse con un Factor de Seguridad, a continuación se presentan los factores de seguridad aproximados a los que corresponde la confiabilidad. Estos factores de seguridad van asociados con la Desviación Estándar "So".

Para este caso utilizaremos el promedio de 0.35.

30 Manual Centroamericano para diseño de pavimentos. Cap. 7 Pág.55. Tabla 7-13


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Factor de seguridad.31

Ejes Equivalentes y Espesor de Losa

Sabemos que es necesario transformar los ejes de pesos normales de los vehículos que circularán sobre el camino, en ejes sencillo equivalentes de 18 kips (8.2 ton) para poder resolver la ecuación de diseño de espesores.

Para convertir a ejes equivalentes los ejes de pesos normales de los vehículos considerados se debe obtener en primera instancia el número de repeticiones en toda la vida útil de cada tipo de vehículo que va a circular sobre el pavimento (sencillo, tandem ó tridem) y dentro de cada tipo de eje, también se desglosa por peso del eje.

Con el Factor de equivalencia de carga calculado para cada tipo y peso de ejes se convierten el número de repeticiones esperadas de cada tipo de eje, en la vida útil del proyecto, en el número de repeticiones esperadas de ejes equivalente (ó ESAL’s).

Para la obtención del W82 resultados obtenidos.

W82 W82

16560000 36800000

En nuestro caso, nuestro resultado para elW82 es de 36.8 x 106

Una vez calculados los ejes equivalentes acumulados en el primer año, el diseñador deberá estimar con base en la tasa de crecimiento anual y el período de diseño en años, el total de ejes equivalentes acumulados y así contar con un parámetro de entrada para la ecuación general o para el nomograma.

Con los valores obtenidos se ingresa al siguiente nomograma para obtener el espesor de la losa.



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RESUMEN DE CAPAS

Capa Espesor (cm)Losa 24.5Base granular 15Subrasante 60Terracería 200


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Análisis Comparativo de CostosDespués de haber obtenido los espesores para las capas por los tres métodos se determinará su costo aproximado. Para tales fines se hicieron las siguientes consideraciones:

Para los materiales pétreosLos precios fueron obtenidos en el banco de joyitas para el caso de los materiales pétreos y se calcula que está a 8.5 km del lugar de proyecto.

Para la mezcla asfálticaPara determinar el costo de la mezcla asfáltica intervienen más factores que para los pétreos, como es la renta de trituradora para el material, el lugar de donde se trae el asfalto, entre otros. Por carecer de estos datos, se propondrá un aproximado, ya que este estudio es para comparar los resultados y observar cual es el más económico, la proporción que se guardará en todas será la misma.

Para las secciones tipoEn las secciones tipo se consideró un bombeo del 2%, un acotamiento de 0.5 m por lado. En la realidad no existiría ángulo para el talud, siendo que el camino se encuentra rodeado por otras calles y edificios, pero para motivos representativos se le asigno uno.


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Selección Tipo


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Resumen

Como se observa el método que resulto ser más económico fue el AASHTO 93. El más caro es el del catálogo español. Estos resultados se deben principalmente al mayor espesor de las capas aumentando considerablemente su costo.

La selección del método a desarrollar en construcción depende de su economía, aunque hay considerar otros factores para la selección más eficiente como el clima y los materiales empleados. En esta comparación se observa una variación considerable de precios, por lo que está a criterio de las autoridades determinar el mejor presupuesto y en las empresas en tratar de dar aquel que cumpla con todos los requisitos de la licitación y que además tenga un precio adecuado.


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Conclusiones

Para poder realizar de una manera adecuada el estudio de nuestro proyecto se tuvieron que tomar en cuenta todos los factores que influyen en el buen funcionamiento del mismo, así como los que facilitaran su desarrollo. Entre los que se encuentran: aforos vehiculares para tomar en cuenta el vehículo más pesado que suele transitar por la zona y saber cuál es el TDPA así como el IMDp en la zona de estudio, presión de inflado de llantas obteniéndose en varias vulcanizadoras cercanas, la temperatura máxima registrada en el mes más caluroso y la revisión de los bancos de materiales más cercanos para determinar a cual utilizar y así poder disminuir el costo generado por acarreos además de ubicar cuál de éstos tiene el material adecuado para cumplir con las necesidades del proyecto.

Es de vital importancia tomar en cuenta todas las características físicas de la zona, esto ayudara para conocer a qué condiciones se verá sometido el proyecto y acondicionarlo para que sea capaz de soportar estas adversidades y también saber que habrá factores que nos beneficiaran, un ejemplo claro de esto es en los cortes cuando el material es adecuado y es posible utilizar como material de terraplén.

Se tomaron en cuenta todas las normas establecidas por las dependencias reguladoras para la elaboración de nuestro proyecto con esto podemos asegurar que cumplirá con todas las especificaciones para un buen funcionamiento y también tendrá una buena relación costo- beneficio.

Como se observó al analizar los tres resultados de los costos al emplear los tres diferentes métodos, el método que resulto ser más económico fue el AASHTO. Y por el contrario, resultando como el más caro el método del catálogo español. Estos resultados se deben Estos resultados se deben principalmente al mayor espesor de las capas aumentando considerablemente su costo.

Por esta razón el método a emplear será el AASHTO. Ya que resulta ser el más económico y a su vez cumple con las condiciones de servicio necesarias para el buen funcionamiento de nuestro tramo carretero.


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Bibliografía

Secretaria de Comunicaciones y Transportes, Información técnica. Carreteras aforadas del Estado de Michoacán.

SCT. VOLÚMENES DE TRÁNSITO EN LA RED NACIONAL DE CARRETERAS PAVIMENTADAS

BOE núm. 83, abril, 2004 ANEJO 1 (Norma 6.1-IC)22787 ORDEN FOM/3460/2003, de 28 de noviembre, por la que se aprueba la norma 6.1-IC «Secciones de firme», de la Instrucción de Carreteras.

CENTRO S.C.T. MICHOACANUNIDAD GENERAL DE SERVICIOS TECNICOS INVENTARIO DE BANCOS DE MATERIALES, 2010

LIBRO: CTM. CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALESN–CMT -1-01-02N–CMT -1-02-02N–CMT -1-03-02N–CMT -4-02-002-04N–CMT -4-02-002-04N–CMT -4-04-08N–CMT -4-05-001-06N–CMT -4-05-003-08N–CMT -4-05-004-08


Trabajo Final Pavimentos Rigidos

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