ANEXO B EJEMPLOS ILUSTRATIVOS DE DISEÑO DE PAVIMENTO EN VIAS DE BAJO VOLUMEN

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Jesús Camacho Vega
hace 7 años
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1 ANEXO B EJEMPLOS ILUSTRATIVOS DE DISEÑO DE PAVIMENTO EN VIAS DE BAJO VOLUMEN Se presentan a continuación dos ejemplos para ilustrar el procedimiento de diseño desarrollado para vías de bajo volumen, o sea aquellas en las que se esperen menos de 2 millones de Ejes Equivalentes (EE) en el periodo de diseño. El primero para una vía extraurbana y el segundo para una vía urbana. Caso 1: Vía extraurbana Variables de diseño consideradas: Suelo de subrasante: Se supone un suelo tipo A-7-6 con CBR saturado 3.2 %, lo que clasifica la subrasante como Pobre. Zona climática o condiciones de saturación: Se considera que la subrasante estaría sometida a niveles de saturación durante 6 meses al año, zona semi-húmeda. Tráfico: El nivel de tráfico será determinado mas adelante, con la finalidad de ilustrar mejor uno de los posibles procedimientos de obtener la información. Materiales de construcción disponibles: Con la finalidad de presentar distintas alternativas e ilustrar la versatilidad del procedimiento se consideran los siguientes materiales: Material Coeficiente Estructural (ai) Concreto Asfáltico 0.40 Arena asfalto en caliente 0.28 Piedra integral (CBR: 55%) 0.12 Grava (CBR: 34%) 0.10

2 Análisis de Tráfico: Los resultados de un conteo manual clasificado, realizado durante 8 hrs (8 am a 4 pm) en un sentido, por 3 días (jueves, viernes y sábado) arrojaron los siguientes resultados: Día Conteo manual de tráfico. Duración: 8 am a 4pm. Factor: Total Vehículos en 8 hr 2RD Bus Vehículos pesados % 2RD Liviano 2RD Pesado O3E Jueves Viernes Sábado Promedio 3 días % 6.5% 14.1% 1.8% De esta información se deduce: PDT ~ 292 / = 579 vph % camiones ~ 26.5 % El procedimiento para la determinación del FC se detalla en la siguiente Tabla. 2

3 Tipo de vehículo 2RD Bus 2RD Liviano 2RD Pesado O3E Estimación de Factor Camión % Vehi FCi Factor Camión (FC) (% Vehi x FCi) / Factor Camión: EE/cam El siguiente paso es la determinación del número de EE esperados en el periodo de diseño: Número de EE en el año inicial, EEo: EEo ~ 579 x 26.5/100 x x 360 = EE De esta forma, el número estimado de EE (REE) en el período de diseño de 10 años, para una tasa de crecimiento de 4 % es: REE = x ~ EE Lo que clasifica el tráfico de la vía como: MEDIO Finalmente, se decide emplear un factor de confiabilidad de 60 %. Con esta información, mediante el empleo de la Tabla 8, se determina el Número Estructural (Total) requerido sobre la subrasante, el cual esta en el rango: SN = 2.95 a

4 NOTA: Acá el proyectista debe seleccionar un SN dentro de este rango, para ello compara las variables de diseño con las establecidas en el procedimiento. Por ejemplo: CBR 3.2 vs 3.0; REE vs , y el uso de un Factor de Confiabilidad de 60 %, que incorpora un pequeño factor de seguridad en el diseño. Estas consideraciones inducen a emplear un valor bajo dentro del rango indicado. De esta forma seleccionamos un SN = 3.00 para la estructura del pavimento. Determinación de Espesores de capas: Con la finalidad de ilustrar la flexibilidad del procedimiento se presentan 4 alternativas empleando los materiales que se consideran para la construcción del pavimento, estos son: Material Coeficiente Estructural (ai) Concreto Asfáltico () 0.40 Arena asfalto en caliente (AAC) 0.28 Piedra integral (CBR: 55%) (PI) 0.12 Grava (CBR: 34%) (GR) 0.10 ALTERNATIVA A: Considera el uso de Concreto Asfáltico () y Piedra integral (PI) como capa base: El espesor mínimo de, seleccionado, de la Tabla 10 es de 12.5 cm. El espesor de la capa 2, de base se determina mediante la ecuación: Donde: e2 = 2.5 ((SNT 0.16 x emin) / a2) e2 = espesor requerido de base granular (cm) SNT = Número Estructural Total emin = espesor mínimo seleccionado de, Tabla 10 (cm). a2 = coeficiente estructural del material granular, Tabla 6. Con el siguiente resultado: 4

5 e2 = 2.5 (( x 12.5) / 0.12 = 20.8 cm de PI ALTERNATIVA B: Considera el uso de Concreto Asfáltico () y la Grava (GR) como capa base: El espesor mínimo de, es de 13.5 cm. El espesor de la capa 2, empleando el mismo procedimiento de la alternativa anterior es: e2 = 2.5 (( x 13.5) / 0.10 = 21 cm de GR ALTERNATIVA C: Considera el uso de Arena Asfalto en Caliente (AAC) como capa asfáltica inferior y 4 cm de Concreto Asfáltico () como capa de rodamiento, además de la Grava (GR) como capa base granular: En este caso el espesor de GR se mantiene en 21 cm. Para reemplazar parte del espesor de por la AAC se emplea la siguiente ecuación: Donde: ema = (emin e ) x (0.40/ ama) ema = espesor requerido de la mezcla seleccionada para sustituir (cm) emin = espesor mínimo de según tabla 10 en cm. e = espesor de a emplear en cm. Así el espesor de AAC es: ema = ( ) x (0.40/ 0.28) = 13.6 cm (con rodamiento de 4 cm de ) ALTERNATIVA D: 5

6 Considera el uso de Arena Asfalto en Caliente (AAC) como capa asfáltica en toda la estructura, además de la Grava (GR) como capa base granular: En este caso el espesor de es 0. Empleando la misma ecuación obtenemos el espesor requerido si sólo se usa AAC. eaac = ( ) x (0.40/ 0.28) = 19.3 cm de AAC La siguiente figura muestra las soluciones prácticas de las distintas alternativas consideradas. Alternativa A B C D AAC 13.5 AAC 19 PI 20 GR 20 GR 20 GR 20 Subrasante CBR 3.2 % : Concreto Asfáltico AAC: Arena Asfalto Caliente PI: Piedra Integral G: Grava Espesores en cm Soluciones prácticas: Casos ilustrativos. 6

7 Caso 2: Vía urbana Variables de diseño consideradas: En este caso se considera una avenida en la que se espera un importante volumen de tráfico. Sin embargo debe considerarse que las vías urbanas tienen, por lo general, reducido porcentaje de vehículos de carga. Suelo de subrasante: Se supone un suelo tipo A-7-6 con CBR saturado 2.6 %, lo que clasifica la subrasante como Muy Pobre. Zona climática o condiciones de saturación: Se considera que la subrasante estaría sometida a niveles de saturación durante 4 meses al año, zona semi-seca. Materiales de construcción disponibles: Se consideran los siguientes materiales: Material Coeficiente Estructural (ai) Concreto Asfáltico 0.40 Piedra integral (CBR: 62%) 0.12 Grava (CBR: 28%) 0.08 Tráfico: El nivel de tráfico se determina en base al siguiente análisis. Análisis de Tráfico: Los resultados de un conteo manual clasificado, arrojaron los siguientes resultados: PDT = vph por sentido 7

8 El procedimiento para esta determinación del FC se detalla en la siguiente Tabla. Tipo de vehículo Automóviles Autobuses 2RD Liviano 2RD pesado Estimación de Factor Camión % Vehi % 50% 16% FCi Factor Camión (FC) (% Vehi x FCi) / Determinación del número de EE esperados en el periodo de diseño: Número de EE en el año inicial, EEo: EEo ~ x 7.6/100 x x 360 = EE Se considera un periodo de diseño de 12 años, y una tasa de crecimiento de 4 %, a lo que corresponde un factor de crecimiento, Fcr = De esta forma, el número estimado de EE (REE) en el período de diseño es: REE = x ~ EE Lo que clasifica el tráfico de la vía como: ALTO Finalmente, se decide emplear un factor de confiabilidad de 70 %. Con esta información, mediante el empleo de la Tabla 9, se determina el Número Estructural (Total) requerido sobre la subrasante, el cual esta en el rango: SN = 3.63 a

9 En este caso se selecciona un SN = 3.63 para la estructura del pavimento. Determinación de Espesores de capas: Se presentan 3 alternativas empleando los materiales que se consideran para la construcción del pavimento, estos son: Material Coeficiente Estructural (ai) Concreto Asfáltico () 0.40 Piedra integral (CBR: 62%) (PI) 0.12 Grava (CBR: 28%) (GR) 0.08 ALTERNATIVA 1: Considera el uso de Concreto Asfáltico () y Piedra integral (PI) como capa base: En este caso el espesor mínimo de, seleccionado, es de 12.0 cm (Tabla 10). El espesor de la capa 2, de base se determina mediante la ecuación: Donde: e2 = 2.5 ((SNT 0.16 x emin) / a2) e2 = espesor requerido de base granular (cm) SNT = Número Estructural Total emin = espesor mínimo seleccionado de, Tabla 10 (cm). a2 = coeficiente estructural del material granular, Tabla 6. Con el siguiente resultado: e2 = 2.5 (( x 12.0) / 0.12 = 35.6 cm de PI 9

10 ALTERNATIVA 2: Considera el uso de Concreto Asfáltico () y la Grava (GR) como capa base: El espesor mínimo de, es de 14.0 cm. El espesor de la capa 2, empleando el mismo procedimiento de la alternativa anterior es: e2 = 2.5 (( x 14.0) / 0.08 = 41.7 cm de GR ALTERNATIVA 3: En este caso se ilustra una alternativa en la se incrementa el espesor de, por encima del mínimo indicado, y la consecuente reducción de la capa base granular. Se decide modificar la alternativa 1, llevando el espesor de a 15 cm, por lo que el espesor de Base granular puede calcularse empleando este nuevo espesor, en la ecuación usada para determinar el espesor e2: e2 = 2.5 ((SNT 0.16 x emin) / a2) Sólo que el espesor emin es reemplazado por espesor realmente usado. Así, si se decide emplear 15 cm de, en lugar de los 12 cm antes considerados, el espesor de base de PI se reduce a: e2 = 2.5 (( x 15) / 0.12 = 25.6 cm de PI Las soluciones prácticas de las distintas alternativas analizadas se ilustran en la siguiente figura. 10

11 Alternativa PI 35 GR 40 PI 25 Subrasante CBR 2.6 % : Concreto Asfáltico PI: Piedra Integral GR: Grava Espesores en cm Soluciones prácticas: Casos ilustrativos. 11

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