paquete estrutural para vías de circulación vehicular, Resúmenes de Inglés

¡Descarga paquete estrutural para vías de circulación vehicular y más Resúmenes en PDF de Inglés solo en Docsity! L A P A Z , J U N I O 2 0 1 1 MEJ ORAMIENTO CARRETERA CHACHACOMANI – MILLIPAY A – CR. SORATA PAQUETE ESTRUCTURAL ESTADO PLURINACIONAL DE BOLIVIA DOCUMENTO FINAL DEL PROYECTO (TESA) TOMO IV DISEÑO FINAL DE INGENIERÍA GEOVIAL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ SERVICIO DEPARTAMENTAL DE CAMINOS GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ ÍNDICE DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................1 1.1 ANTECEDENTES.......................................................................................................................1 1.2 OBJETIVO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS..................................................2 1.5 DETERMINACIÓN DEL ÁREA DE INFLUENCIA DIRECTA......................................................7 1.6 ZONIFICACION DEL ÁREA DE INFLUENCIA...........................................................................8 2. VARIABLE ESTRUCTURAL........................................................................................10 2.1 CARACTERISTICAS GENERALES DEL PAVIMENTO FLEXIBLE..........................................10 2.2 SUPERFICIE ASFALTICA (CA)................................................................................................12 2.3 CAPA BASE GRANULAR (BS).................................................................................................14 2.4 CAPA SUBBASE GRANULAR (SB).........................................................................................15 2.5 SUBRASANTE.......................................................................................................................... 15 3. VARIABLE TRÁNSITO................................................................................................16 3.1 TRAFICO ACTUAL (TA 2010)..................................................................................................16 3.2 TRAFICO FUTURO (TF)...........................................................................................................20 3.3 CARGAS................................................................................................................................... 20 3.4 CARGA EQUIVALENTE DE EJE SIMPLE (ESAL)...................................................................21 3.5 NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES ACUMULADOS (W18).................................................22 4. ESTUDIO DE SUELOS................................................................................................26 4.1 TRABAJOS DE CAMPO...........................................................................................................26 4.2 ENSAYOS DE LABORATORIO................................................................................................26 4.3 LABORES DE GABINETE........................................................................................................27 4.4 VALOR DE SOPORTE DEL TERRENO DE FUNDACIÓN (CBR)............................................27 4.5 MATERIALES........................................................................................................................... 30 5. DISEÑO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE SEGÚN LA GUÍA AASHTO 93.....................32 5.1 VARIABLES DE TIEMPO.........................................................................................................32 5.2 TRÁNSITO................................................................................................................................ 33 5.3 CONFIABILIDAD...................................................................................................................... 33 5.4 SERVICIABILIDAD................................................................................................................... 35 5.5 COEFICIENTES DE DRENAJE................................................................................................37 5.6 NÚMERO ESTRUCTURAL.......................................................................................................38 5.7 COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE LAS CAPAS....................................................................39 5.8 MÓDULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE (MR)...............................................................44 5.9 CÁLCULO DE ESPESORES DE CAPAS DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTOS............45 5.10 ESPESORES DE LAS CAPAS DE PAVIMENTO FLEXIBLE...................................................46 5.11 MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE......................................................................................48 6. SUPERFICIE GRANULAR DE RODADURA...............................................................49 6.1 MÓDULO RESILIENTE LA SUBRASANTE (MR).....................................................................49 6.2 COEFICIENTE ESTRUCTURAL..............................................................................................49 6.3 CÁLCULO DEL ESPESOR DE LA CAPA DE RIPIO................................................................49 7. RESUMEN DE ESPESORES.......................................................................................52 Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL i GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES Atendiendo a lo requerido en las Bases de Licitación y Términos de Referencia para el desarrollo del proyecto “MEJORAMIENTO CARRETERA CHACHACOMANI – MILLIPAYA – CRUCE SORATA”, la Empresa GEOVIAL CONSULTORES S.R.L. Consultora, ha estructurado una oferta técnica, planteada que describe la concepción del consultor acerca del servicio requerido por el Gobierno Departamental de La Paz, el alcance y la metodología a ser aplicada en el desarrollo del servicio de consultoría, la programación de trabajos a realizar y finalmente, la descripción de la organización y asignación del personal, este último que cubre los requerimientos para el desarrollo del proyecto en sus distintas etapas. El tramo carretero Chachacomani – Millipaya – Cr Sorata tiene una longitud aproximada de 53.70 km., y se encuentra emplazado en las provincias de Los Andes (municipio Batallas), Omasuyos (municipio de Achacachi) y Larecaja (municipio de Sorata) del departamento de La Paz y ha sido considerado como parte de la Red Departamental de La Paz de acuerdo a la Ley N° 2514 promulgada el 24 de octubre de 2003. Con el proyecto se pretende reducir los costos y tiempos de operación actuales, ya sean estos públicos o privados, integrando socioeconómicamente las provincias del Departamento entre sí y con la ciudad de La Paz, facilitando el transporte de pasajeros y productos de cada región, de manera rápida, oportuna y segura, con ahorros de tiempo de viaje y evitar el despoblamiento de los pueblos y comunidades. Este informe contiene el Diseño de Estructuras de Pavimento del proyecto Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr Sorata y su desarrollo se enmarca dentro de las exigencias de los términos de referencia. Se ha considerado la estrategia de la Administradora Boliviana de Carreteras en lo concerniente al periodo de análisis para el diseño estructural de pavimento flexible (Concreto Asfaltico y Tratamiento Superficial Doble) definido en 20 años de vida útil, debido a los bajos volúmenes tráfico no fue necesario elaborar diseños en dos o más etapas. El diseño estructural se realizó a través del uso de planillas electrónicas, fundamentado en el método AASHTO 93 y se analizaron los siguientes paquetes estructurales de pavimento:  Pavimento flexible con capa de rodadura de Concreto Asfáltico.  Pavimento flexible con capa de rodadura de Tratamiento Superficial Doble Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 1 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ  Superficie Granular de Rodadura (Ripio) OBJETIVO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS El diseño estructural de pavimentos se enfoca en determinar el apropiado espesor y composición de cada capa, para que la misma brinde a los usuarios confort de circulación, seguridad y mantenga sus propiedades durante su periodo de vida útil. Los principales métodos de diseño en uso son a través de catálogos de diseño, métodos empíricos y métodos empírico-mecánicos. El método empírico emplea los resultados de la AASHO Road Test (Ottawa 1956-1961) para correlacionar parámetros medibles (i.e., módulo resiliente de la subrasante) e índices derivados (i.e. el número estructural y el índice de serviciabilidad del pavimento). Los métodos empíricos más empleados son: Instituto del Asfalto, California (de CALTRANS), PCA (pavimentos rígidos), Shell, AASHTO 93. 1.1 UBICACIÓN DEL PROYECTO El tramo carretero Chachacomani – Millipaya – Cruce Sorata, forma parte de la carretera que une las provincias (i.e., en dirección Sur – Norte) de Los Andes, Omasuyos y Larecaja del departamento de La Paz, como se muestra en la Figura 1.1. Dentro lo que representan las mencionadas provincias, el tramo carretero beneficiará a: 1. El municipio de Batallas (provincia Los Andes), en lo que es el Cantón Villa San Juan de Chachacomani cuyas comunidades son Chachacomani, Alto Cruz Pampa y Coroyo. 2. El municipio de Achacachi (provincia Omasuyos), representado por los cantones Villa Asunción de Corpaputo y Warisata, beneficiándose sus comunidades de Corpaputo, Casamaya, Casamaya Alta, Ocarani, Tacamara, Umapusa, Challuyo y Suñasivi. 3. El municipio de Sorata (provincia Larecaja), representado por sus cantones San Antonio de Millipaya y Sorata, donde las comunidades más beneficiadas serán: Millipaya, Alto Logena, Taypi Logena, Alto Caranavi, Marcamarcani, Cochiri, Chajhualla, Cochipata, Viacha A, Viacha B, Huarina, Choro, Cotaña y Comarca Coloni. El eje del proyecto de mejoramiento carretero circulará de manera directa entre las comunidades de Chachacomani, Corpaputo, Casamaya, Tacamara, Umapusa, Chaluyo, Millipaya, Chajhualla y Viacha. Estas comunidades serán beneficiadas de manera directa. La Figura 1.2 muestra un croquis de ubicación del proyecto junto con el trazo geométrico del proyecto carretero contrapuesto a una imagen satelital de fondo. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 2 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ Figura 1.1 Provincias Los Andes, Omasuyus y Larecaja y sus municipios correspondientes que forman parte del tramo carretero Chachacomani – Millipaya – Cr Sorata (el emplazamiento del tramo carretero se aprecia en color verde) Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 3 Z1 Z2 Z3 GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ GEOVIAL CONSULTORES SRL 1.2 DETERMINACIÓN DEL ÁREA DE INFLUENCIA INDIRECTA El área de influencia, es la superficie urbana y rural que puede absorber o generar demandas de transito usuarias del proyecto, por lo tanto, comprende dimensiones físicas y económicas. En la determinación práctica del área de influencia prevalecen, en cierta medida, las consideraciones físicas y económicas, como ya se indicó. Ello significa que un flujo puede preferir el uso de una determinada vía, si ella está a su alcance físico y además representa el menor costo económico para vincular los orígenes y destinos previstos. De planteamientos anteriores se desprende que la demarcación de esta área se relaciona con la demanda actual de modos de transporte, con el espacio geográfica en que se sitúa dicha demanda y las características de ella. La determinación de las fronteras del área consiste, por lo tanto, en poder vincular geográficamente, y basándose en consideraciones económicas y sociales, a varias zonas que originen y/o absorban dichas demandas – reales y potenciales – como posibles usuarias del proyecto. El Área de Influencia Indirecta para el Estudio Técnico, Económico, Social y Ambiental Mej. Carret. Chachacomani – Millipaya – Cruce Sorata, se circunscribe al departamento de La Paz, específicamente a los Municipios de Batallas, Achacachi y Sorata. 1.2.1 Características Generales del Municipio de Batallas Batallas, tercera sección de la provincia Los Andes del departamento de La Paz, se encuentra sobre la carretera asfaltada a Copacabana, muy próxima a la ciudad de El Alto (a 50 kilómetros), ubicada en la zona del altiplano norte lacustre. Su topografía es variada desde la Cordillera Oriental hasta las riberas del lago Titicaca, con un clima predominantemente frío. El municipio de Batallas se encuentra conformado por comunidades, cantones y centros poblados, los que ascienden a 44, según los datos del Censo del 2001. 1.2.2 Características Generales del Municipio de Achacachi Achacachi se encuentra a 96 km al noroeste de la ciudad de La Paz, en las riberas del lago Titicaca. Al norte y este limita con la provincia Larecaja, al sur y al oeste con el lago Titicaca, al noroeste con el municipio Ancoraimes. Este municipio constituye el nexo de la capital departamental con las poblaciones lacustres del norte, con una vía asfaltada desde La Paz, y a partir de ahí con rutas camineras de tierra. Achacachi se encuentra en el Altiplano, con un clima predominantemente frío. En el límite con la provincia Los Andes se encuentra el nevado Illampu (6.550 msnm), donde se origina Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 66 GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ GEOVIAL CONSULTORES SRL el río Keka, que atraviesa por casi toda la jurisdicción, con un caudal permanente. Las aguas de este rio son utilizadas principalmente para el riego de los cultivos. La población en su conjunto es de origen aymara, y es conocida por mantener vivas sus organizaciones ancestrales, en muchos casos convertidas en sindicatos agrarios, además por su afamada tradición "guerrera". Su fiesta principal es la de San Pedro, la misma que se constituye en una de las pocas expresiones originales en danzas y música prehispánica y folklórica. 1.2.3 Características Generales del Municipio de Sorata El municipio de Sorata ubicado en la provincia Larecaja del Departamento de La Paz. Su capital Sorata se encuentra al noroeste de la ciudad sede de gobierno y dista de ella aproximadamente 170 km por un camino asfaltado hasta Achacachi, 90 km y ripiado desde allí hasta Sorata. De acuerdo al censo de la Población y Vivienda del INE realizado el año 2001, el municipio de Sorata con 19204 habitantes, con una tasa de crecimiento de 1.92% anual, la densidad poblacional promedio es 9.6 Hab/km2. La topografía predominante en todo el municipio es accidentada con altitudes que van desde más de 4000 msnm hasta los 2000 msnm con un promedio de 3100 msnm , posee infinidad de quebradas y cañadones originados en los nevados de la cordillera oriental de los Andes y que a su vez generan profundos valles que atraviesan todo el municipio. La temperatura son muy variables desde promedios de 7ºC en la región cordillerana hasta 18º en los valles. La precipitación pluvial es muy variables durante todo el año con un promedio de 600 mm/año. DETERMINACIÓN DEL ÁREA DE INFLUENCIA DIRECTA El Área de Influencia Directa fue determinada mediante el método de la Influencia Geográfica y el Estudio de Origen y Destino realizado. El área de influencia directa, que abarca todas las unidades poblacionales atravesadas por la carretera, incluso en sus puntos de origen y destino, que por su proximidad al proyecto obtendrán un beneficio. Los municipios considerados dentro del área de influencia directa son los que se presentan a continuación. Tabla 1.1 Área de Influencia Directa: Comunidades Beneficiadas Provincia Municipio Cantón Comunidad Población Nº de Familias LOS ANDES BATALLAS VILLA SAN JUAN DE CHACHACOMANI Chachacomani 864 218 Alto Cruz Pampa 27 7 Coroyo 291 73 OMASUYUS ACHACACHI VILLA ASUNCIÓN DE CORPAPUTO Corpaputo 985 149 Chamaya 225 34 Chamaya Alta 504 76 Ocorani 379 57 Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 77 GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ GEOVIAL CONSULTORES SRL Provincia Municipio Cantón Comunidad Población Nº de Familias Tacamara 1.909 289 WARISATA Umupasa 769 116 Challuyo 760 115 Suñasivi 362 55 LARECAJA SORATA SAN ANTONIO DE MILLIPAYA Millipaya 143 33 Alto Logena 344 78 Taypi Logena 228 52 Alto Canaviri 108 25 Marcamarcani 249 57 Cochiri 129 29 Chajhualla 258 59 Cochipata 280 64 SORATA Viacha A 420 98 Viacha B Huarina Choro 269 63 Cotaña 248 58 Comarca Coloni 105 24 Total 9.856 1.828 Elaboración: En base al trabajo de campo (encuestas) y Planes de Desarrollo Municipales ZONIFICACION DEL ÁREA DE INFLUENCIA Los municipios de Batallas, Achacachi y Sorata se constituyen en zonas de influencia de carácter directo para el tramo carretero, razón por la cual recibirán la denominación de Zona 1 (Z1), Zona 2 (Z2) y Zona 3 (Z3) respectivamente. Estos municipios se encuentran ligados entre sí por el tramo carretero secundario objeto del estudio. Tabla 1.2 Zonificación del Área de Influencia Directa Zonificación Municipio ZONA 1 Batallas ZONA 2 Achacachi ZONA 3 Sorata Fuente: Elaboración Propia. El tramo carretero objeto de estudio, es una alternativa vial para llegar al poblado de Sorata, mismo que como se observa en la figura mencionada, tiene su origen en el ramal secundario que se desprende de la ruta N°2 en el poblado de Batallas y que pasa por el poblado de Peñas, continuando por Chachacomani, Millipaya y Cruce Sorata. De lo expuesto se concluye que las zonas de influencia indirecta para el área de estudio corresponderán a las especificadas en la Tabla 1.3. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 88 GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ GEOVIAL CONSULTORES SRL Figura 2.3 Esquema de los esfuerzos inducidos en un pavimento flexible En general, el pavimento flexible está caracterizado por tener en la parte superior, una capa bituminosa, apoyada sobre una o varias capas de gran flexibilidad (base granular y sub-base granular), las cuales transmiten los esfuerzos al terreno de soporte, mediante un mecanismo de disipación de tensiones que van disminuyendo en su magnitud, con la profundidad. Este tipo de pavimento, presenta las siguientes particularidades.  Las capas granulares, se colocan para disminuir el espesor de la carpeta asfáltica.  Se considera que los esfuerzos se han disipado, cuando el esfuerzo en un punto cualquiera, es menor que el 10% de la presión de contacto.  Las magnitudes normales de los módulos de elasticidad de las capas de esta clase de estructuras, están alrededor de:  Capa asfáltica 25000 Kg/cm²  Base granular 2000 Kg/cm² a 5000 Kg/cm²  Sub-base granular 1000 Kg/cm² a 3000 kg/cm² El pavimento flexible clásico es un pavimento que se compone de una serie de capas granulares, coronadas por una superficie de rodamiento bituminosa de alta calidad relativamente delgada. En estos pavimentos una matriz asfáltica proporciona la superficie de rodamiento; las cargas de los vehículos hacia las capas inferiores se distribuyen por medio de las características de fricción y cohesión de las partículas de los materiales; y la carpeta asfáltica se pliega en pequeñas deformaciones de las capas inferiores sin que su estructura se rompa. SUPERFICIE ASFALTICA (CA) Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 1111 GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ GEOVIAL CONSULTORES SRL El asfalto es un aglomerante resistente, muy adhesivo, altamente impermeable y duradero. Es una sustancia plástica que da flexibilidad controlable a las mezclas de áridos con las que se combina usualmente; además, es altamente resistente a la mayor parte de los ácidos, álcalis y sales. Aunque es una sustancia sólida o semisólida a temperaturas atmosféricas ordinarias, puede licuarse fácilmente por aplicación del calor, por la acción de disolventes de volatilidad variable por emulsificación. De esta forma se puede mezclar con los áridos necesarios para construir el material de la superficie de rodamiento. Esta superficie tiene características de resistencia y estabilidad, soporta la repetición de cargas; es impermeable y debe tener la textura y el color adecuados que permitan un tráfico seguro. La superficie de rodamiento debe ser capaz de resistir el uso y los efectos abrasivos de los vehículos en movimiento, y debe tener suficiente estabilidad para protegerla de posibles desplazamientos y surcos bajo las cargas del tráfico. Además, la capa de rodadura provee un útil servicio al prevenir la entrada de cantidades excesivas de agua de la superficie a la base y sub-rasante. La capa ó carpeta de rodadura está constituida por 2 elementos: agregados minerales y un producto bituminoso. El producto bituminoso más empleado para este tipo de obras es el asfalto. Su función principal es suministrar una superficie segura para el tránsito, libre de polvo y barro, ser resistente a los efectos destructivos del clima e impedir la infiltración de agua superficial a las sub-capas.1 La capa de rodadura o carpeta asfáltica tiene las siguientes funciones:  Da la resistencia a la tracción en la estructura.  Al ser “impermeable”, evita que el agua ingrese a la estructura del pavimento, junto con el bombeo y el peralte de la calzada.  Impermeabilizar el pavimento, para que las capas subyacentes puedan mantener su capacidad de soporte  Proporcionar una superficie uniforme, estable y segura al tránsito (desde la concepción del usuario) Tipos de Recubrimientos superficiales a) Cemento Asfáltico AC 1 Principios Básicos para el Diseño de Pavimentos Flexibles, ESSO S.A. Colombia, Segunda Edición, pp. 11-14. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 1212 GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ GEOVIAL CONSULTORES SRL Los cementos asfálticos son hidrocarburos semi-sólidos obtenidos después que los aceites lubricantes han sido removidos y se clasifican como sigue: + duro AC 40-50 AC 60-70 AC 85-100 AC 120-150 + blando AC 200-300 El empleo de uno u otro cemento asfáltico depende del tránsito previsto y de las condiciones climáticas. Se prefiere el más duro para tránsito pesado y clima cálido. El Instituto del Asfalto recomienda el uso de los cementos asfálticos que se observan en la Tabla 2.1. Tabla 2.4 Recomendaciones del Instituto del Asfalto TRANSITO CLIMA Cálido Cálido Húmedo Moderado Frío Pesado 60 – 70 60 – 70 60 – 70 85 – 100 Liviano 85 – 100 85 – 100 85 – 100 120 – 150 Por lo expuesto, se recomienda adoptar el cemento asfáltico AC 85-100. b) Asfaltos Líquidos (AC + Solvente) Los asfaltos líquidos son producidos al mezclar cemento asfáltico con un destilado liviano y volátil del petróleo para volverlo líquido. Son clasificados de acuerdo a su velocidad de curado, de esta manera se tienen: curado rápido RC, curado medio MC y curado lento SC. Tabla 2.5 Asfaltos líquidos Característica Según su Grado de Viscosidad Curado rápido AC + gasolina RC 70 RC 250 p/ riegos de imprimación RC 800 RC 3000 Curado medio AC + kerosén MC 70 MC 250 MC 800 MC 3000 Curado lento AC + lubricantes SC 70 SC 250 SC 800 SC 3000 Fuente: Elaboración propia. c) Emulsiones Asfálticas (AC + agua) Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 1313 GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ GEOVIAL CONSULTORES SRL VARIABLE TRÁNSITO El tráfico es una de las variables más significativas del diseño de pavimentos; la metodología AASHTO considera la vida útil de un pavimento relacionada con el número de repeticiones de carga por parte de un eje equivalente de 8.2 toneladas (18 kips) que podrá soportar el pavimento antes de llegar a las condiciones de servicio final predeterminadas para el camino. Los datos recolectados durante la campaña de encuestas, fueron depurados, se corrigieron las inconsistencias. Una vez depuradas y corregidas las inconsistencias se procedió a la codificación de las encuestas Origen y Destino y aforos vehiculares clasificados, con los códigos se conformó una base de datos y se utilizó planillas electrónicas para el manejo de los datos. TRAFICO ACTUAL (TA 2010) Con el propósito de conocer la composición actual del tráfico vehicular el Consultor programó el aforo vehicular clasificado y se recopilaron los datos del flujo vehicular durante 24 horas de aforo continuo diario durante una semana. Las Tablas 3.1 y 3.2 muestran un resumen de los datos registrados con el aforo vehicular clasificado en las estaciones Chachacomani (S1) y Cruce Sorata (S2) donde se observan la cantidad de vehículos por categoría vehicular en función del día de aforo. Por otra parte, las Figuras 3.1 y 3.2, ilustran la distribución del volumen vehicular en función a los días de aforo, mientras que las Figuras 3.3 y 3.4 ilustran la composición del flujo vehicular. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 1616 GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ GEOVIAL CONSULTORES SRL Tabla 3.8 Tránsito Semanal Total (TS) en la estación Chachacomani 1 Automóviles y Vagonetas 0 1 1 1 0 2 1 6 33,33 2 Camionetas 0 0 0 0 1 0 2 3 16,67 3 Minibuses 1 0 1 0 0 3 0 5 27,78 4 Microbuses 0 1 0 0 0 0 0 1 5,56 5 Buses Medianos 0 0 0 0 0 0 0 0 0,00 6 Buses Grandes 0 0 0 0 0 0 0 0 0,00 7 Camiones Medianos 0 0 0 1 0 1 1 3 16,67 8 Camiones Grandes (2 ejes) 0 0 0 0 0 0 0 0 0,00 9 Camiones Grandes (3 ejes) 0 0 0 0 0 0 0 0 0,00 10 Camiones Semiremolque 0 0 0 0 0 0 0 0 0,00 11 Camiones Remolque 0 0 0 0 0 0 0 0 0,00 12 Otros vehículos 0 0 0 0 0 0 0 0 0,00 1 2 2 2 1 6 4 18 100Total Cod. Nº Tipo de Vehículo Lu ne s 14 -0 6- 10 M ar te s 15 -0 6- 10 M ié rc ol es 1 6- 06 -1 0 Ju ev es 1 7- 06 -1 0 Vi er ne s 18 -0 6- 10 Sá ba do 1 9- 06 -1 0 D om in go 2 0- 06 -1 0 Total TS (Veh./sem.) Total % Fuente: Elaboración propia. Figura 3.4 Distribución del Flujo Vehicular en Función del día de aforo Estación Chachacomani Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 1717 GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ GEOVIAL CONSULTORES SRL Figura 3.5: Composición del Flujo Vehicular en la Estación Chachacomani Tabla 3.9 Tránsito Semanal Total (TS) en la estación Chachacomani 1 Automóviles y Vagonetas 2 2 2 2 3 3 1 15 25,42 2 Camionetas 2 1 0 2 3 1 1 10 16,95 3 Minibuses 1 0 1 2 0 1 0 5 8,47 4 Microbuses 1 1 0 0 2 0 1 5 8,47 5 Buses Medianos 0 0 1 0 0 0 0 1 1,69 6 Buses Grandes 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 Camiones Medianos 2 2 0 1 0 1 1 7 11,86 8 Camiones Grandes (2 ejes) 1 1 1 2 0 0 1 6 10,17 9 Camiones Grandes (3 ejes) 2 1 1 2 2 1 1 10 16,95 10 Camiones Semiremolque 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11 Camiones Remolque 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 Otros vehículos 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11 8 6 11 10 7 6 59 100Total Cod. Nº Tipo de Vehículo Lu ne s 14 -0 6- 10 M ar te s 15 -0 6- 10 M ié rc ol es 1 6- 06 -1 0 Ju ev es 1 7- 06 -1 0 Vi er ne s 18 -0 6- 10 Sá ba do 1 9- 06 -1 0 D om in go 2 0- 06 -1 0 Total TS (Veh./sem.) Total % Fuente: Elaboración propia. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 1818 GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ GEOVIAL CONSULTORES SRL Las cargas y el medio ambiente dañan al pavimento con el tiempo. Este daño es acumulativo durante la vida del pavimento y cuando llega a un valor máximo, se considera que el pavimento ha llegado al final de su vida útil de servicio. El diseño de la estructura del pavimento requiere la cuantificación de todas las cargas que el pavimento vaya a experimentar durante su vida de útil. Esta cuantificación se realiza de dos maneras: 1) cargas equivalentes de eje simple (ESALs) y 2) cargas por espectro (2002 Guide for Design of New and Rehabilitated Pavement Strutures, NCHRP 1-37A) que caracteriza las cargas directamente por el número de ejes, configuración y peso y no requiere la conversión a valores equivalentes. CARGA EQUIVALENTE DE EJE SIMPLE (ESAL) De acuerdo al método AASHTO los pavimentos se diseñan para que resistan una determinada cantidad de cargas durante su vida útil, estas cargas son producidas por una variedad de vehículos, de diferentes pesos y cantidad de ejes. Ante esta diversidad y a efectos de cálculo, el método propone el “carga equivalente de eje simple” cuyo peso patrón es 8.2 toneladas. Para la transformación de ejes simples, tándem y tridem de un determinado vehículo se aplican los “factores equivalentes de carga” (LEFs), según el método estos factores están en función del Peso de cada eje, Número estructural SN para Pavimento Flexible, Espesor de losa D para Pavimento Rígido y Serviciabilidad final PSI, tal como se presentan en las tablas D-1 a la D-18 de la Guía Diseño AASHTO, Apéndice D. Debido a que la solicitación de tránsito es producida por una variedad de vehículos, existe la necesidad de transformarlos a cargas equivalentes de eje simple a través del “factor camión” o “factor equivalente vehicular”. Para determinar los Factores de Equivalencia Vehicular (FEV) de los vehículos que solicitan un pavimento, es recomendable realizar un censo de pesos por eje para cada tipo de vehículo de una determinada configuración o aplicar otras metodologías que simulen las cargas que aplican los vehículos en una carretera. El Consultor revisó la bibliografía referida a estos factores de equivalencia vehicular, habiendo encontrado entre la información internacional y nacional un trabajo realizado por Administradora Boliviana de Carreteras (ABC), la cual se considera la más aplicable a nuestro medio y por consiguiente a nuestro proyecto. Según la información disponible, los resultados presentados en este informe responden a una campaña de censos de peso por eje realizados en las poblaciones de Achica Arriba y Conani, donde se registraron datos en ambos sentidos las 24 horas del día durante una semana en el mes febrero del 2000. A la fecha esta información es un documento oficial útil para el diseño de pavimentos en Bolivia. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 2121 GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ GEOVIAL CONSULTORES SRL En esa oportunidad, se habrían registrado los pesos por eje de acuerdo a la siguiente clasificación definida por la ABC en su estadística vial. Vehículos Livianos:  Automóviles  Camionetas y Vagonetas  Minibuses Vehículos Pesados:  Microbuses  Buses Medianos  Buses Grandes  Camiones Pequeños  Camiones Medianos  Camiones Grandes  Camiones Semiremolque  Camiones Remolque. La Tabla 3.4 presenta los factores de equivalencia vehicular para pavimento flexible y rígido determinados por la Administradora Boliviana de Carreteras. Tabla 3.11 Factores de Equivalencia Vehicular (FEVs) Código Tipo de Vehículos NE=4 cm NE=8 cm NE=12 cm D=18 cm D=24 cm D=30 cm 1 01 Automóviles y Vagonetas 0,00020492 0,00020492 0,00020492 0,00020492 0,00020492 0,00020492 2 02 Camionetas (hasta 2 Tn.) 0,00020492 0,00020492 0,00020492 0,00020492 0,00020492 0,00020492 3 03 Minibuses (hasta 15 pasajeros) 0,00020492 0,00020492 0,00020492 0,00020492 0,00020492 0,00020492 4 04 MB Microbuses (hasta 21 pasajeros; de 2 ejes) 0,132146 0,142815 0,132408 0,136231 0,132585 0,132085 5 B2 Buses Medianos (hasta 35 pasajeros; de 2 ejes) 1,694616 1,63423 1,617937 1,613144 1,649326 1,661552 6 B3 Buses Grandes (más de 35 pasajeros; de 3 ejes) 0,897383 0,952612 0,92345 1,385201 1,383924 1,384398 7 C2m Camiones Medianos (de 2,5 a 10,0 tn; de 2 ejes) 0,132146 0,142815 0,132408 0,136231 0,132585 0,132085 8 C2 Camiones Grandes (más de 10,0 tn; de 2 ejes) 1,046566 1,018211 1,003175 1,002418 1,021022 1,02782 9 C3 Camiones Grandes (más de 10,0 tn; de 3 ejes) 1,654853 1,66103 1,648199 2,654401 2,741238 2,775336 10 CSR Camiones Semiremolque 2,496063 2,452299 2,426188 3,507745 3,62337 3,669342 11 CR Camiones Remolque 3,13306 3,065405 3,03853 3,709313 3,805393 3,839728 12 12 Otros Vehículos 0 0 0 0 0 0 según la "Estadística Vial de la Pavimento de Asfalto Pavimento de Hormigón Administradora Boliviana de Carreteras" Serviciabilidad final = 2,0 Serviciabilidad final = 2,0 Fuente: Elaboración propia. NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES ACUMULADOS (W18) El número de ejes equivalentes acumulados W18 que solicitarán a la calzada durante n años se calculó tomando en cuenta el siguiente periodo de análisis: 2011 - 2013 Periodo de Licitación y Construcción 2014 - 2033 Periodo en servicio de la estructura de pavimento Con la ecuación que se muestra a continuación, es posible determinar W18 para cada año. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 2222 GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ GEOVIAL CONSULTORES SRL Donde: DS =Distribución de tráfico por sentido DC =Distribución de tráfico por carril TPDA =Tránsito promedio diario anual (sin vehículos livianos) FEV =Factor de equivalencia vehicular Las Tablas 3.5 y 3.6 muestran en detalle la estimación de los ejes equivalentes acumulados para periodos de vida útil de 15 y 20 años respectivamente, para pavimento flexible. En ambas tablas se puede apreciar que dado que la distribución vehicular por sentido es 58% para el carril de diseño se tiene que para una vida útil de pavimento de 15 años el valor estimado para el número de vehículos simples de eje equivalente es igual a 88626 Veh. Eq. Para una proyección a 20 años, el número de ejes equivalentes se estima igual a 141210 Veh. Eq. En el Anexo se muestra el detalle de obtención de los ESALs. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 2323 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ ESTUDIO DE SUELOS La metodología seguida para la ejecución del estudio de suelos comprendió básicamente una investigación de campo a lo largo del trazo donde se proyecta la carretera, a través de prospecciones de exploración a cielo abierto (obtención de muestras representativas), las que fueron objeto de ensayos en Laboratorio. Finalmente con los datos obtenidos en ambas fases se realizaron las labores de gabinete, para consignar luego en forma gráfica y escrita los resultados del estudio. A continuación se procede a describir el plan de trabajo desarrollado en cada una de las 3 etapas arriba indicadas. TRABAJOS DE CAMPO Con el objeto de determinar las características físico-mecánicas de los materiales existentes se llevaron a cabo prospecciones de estudio (calicatas) con una profundidad mínima de 1,50 m. De los materiales encontrados en los diversos estratos (capas) se tomaron muestras representativas, las que fueron descritas e identificadas mediante una tarjeta con la ubicación, número de muestra y profundidad, para luego ser colocadas en bolsas de polietileno y trasladadas al Laboratorio. ENSAYOS DE LABORATORIO Las muestras de suelos fueron clasificadas y seleccionadas siguiendo el procedimiento del A.S.T.M. D-2488, práctica recomendada para la descripción de suelos. Las muestras representativas fueron sometidas a los siguientes ensayos: Ensayos Estándar  Análisis granulométrico por tamizado (ASTM C-136)  Constantes físicas o Límite Líquido (ASTM D-4318) o Límite Plástico (ASTM D-4318) o Índice de Plasticidad  Clasificación SUCS (ASTM D-2487)  Clasificación AASHTO (ASTM D-3282) Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 26 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ  Contenido de Humedad (ASTM D-2216) Ensayos Especiales  Ensayo Proctor Modificado (ASTM D-1557)  Ensayo de C.B.R. (ASTM D-1883) LABORES DE GABINETE En base a la información obtenida durante los trabajos de campo y los resultados de los ensayos de laboratorio, se efectuó la clasificación de los suelos en los sistemas SUCS y AASHTO. Se efectúa también el análisis de los valores de Capacidad de Soporte que se han obtenido en la subrasante y la incidencia de cada tipo de suelo a fin de obtener un valor representativo del esfuerzo al corte por punzonamiento. VALOR DE SOPORTE DEL TERRENO DE FUNDACIÓN (CBR) En la Tabla 4.1 se observa que los suelos predominantes corresponden a los grupos A-1a(0) en el sistema AASHTO y GP y GP-GM en el sistema unificado con el 15.2% del total de los registros. El resumen de los registros de laboratorio obtenidos se muestra en el Anexo 1 así como el análisis estadístico de los suelos de traza. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 27 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ Tabla 4.14 Tipos de suelos por sub grupos, según la AASHTO y el Sistema Unificado, en la traza de estudio 100% 95% SM, GM A-4 (0) 66,55 41,55 2 1,90 SM, GM A-1b (0) 66,55 41,55 7 6,67 GP A-1a (0) 66,55 41,55 8 7,62 GM A-2-4 (0) 66,55 41,55 2 1,90 GM A-2-5 (0) 63,0 41,55 1 0,95 GP-GM A-1a (0) 63,15 41,25 2 1,90 SM-SC, GM A-1b (0) 63,15 41,25 2 1,90 SM A-4 (0) 63,15 41,25 1 0,95 GP-GM A-1b (0) 64,02 35,25 1 0,95 GP-GM A-1a (0) 64,02 35,25 8 7,62 SC A-4 (0) 64,02 35,25 1 0,95 SM A-2-4 (0) 57,5 32,02 1 0,95 SP A-1a (0) 57,5 32,02 4 3,81 GM A-1b (0) 57,5 32,02 1 0,95 GP-GM A-1a (0) 61,25 29,8 5 4,76 GM A-1b (0) 49,0 24,0 3 2,86 GP A-1a (0) 49,0 24,0 2 1,90 GM, GC, SM-SC A-2-4 (0) 30,95 17,55 3 2,86 GM A-1a (0) 30,95 17,55 1 0,95 SM A-2-5 (0) 30,95 17,55 1 0,95 SM A-1b (0) 30,95 17,55 1 0,95 SM, GM, SM-SC A-2-4 (0) 35,35 17,36 3 2,86 GM, SM A-1b (0) 35,35 17,36 3 2,86 CL-ML A-4 (0) 35,35 17,36 1 0,95 GM A-1a (0) 35,35 17,36 1 0,95 GP-GM A-1a (0) 25,8 16,24 4 3,81 SC, SM-SC, GC A-2-6 (0) 25,8 16,24 3 2,86 SM-SC A-2-4 (0) 25,8 16,24 1 0,95 SM-SC, GM A-2-4 (0) 36,00 16,0 4 3,81 SM-SC, SM A-1b (0) 36,00 16,0 3 2,86 SC A-2-6 (0) 36,0 16,0 1 0,95 GP-GM A-1a (0) 29,55 15,45 4 3,81 GM, SM-SC A-1b (0) 33,05 13,25 2 1,90 GM, SM-SC, SM A-2-4 (0) 33,05 13,25 4 3,81 GM A-1a (0) 33,05 13,25 2 1,90 SM A-1b (0) 23,15 12,55 1 0,95 ML A-5 (5) 23,15 12,55 1 0,95 GP-GM A-1a (0) 23,15 12,55 2 1,90 GP-GM A-1a (0) 31,25 11,35 1 0,95 SM, GM, SM-SC A-1b (0) 31,25 11,35 3 2,86 SM-SC A-4 (0) 31,25 11,35 1 0,95 SM-SC A-2-4 (0) 31,25 11,35 3 2,86 105,00 100,00 Sistema Unificado Sistema A.A.S.H.T.O. Cantidad % Total CLASIFICACIÓN CBR PARA 1" Fuente: Elaboración propia Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 28 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ Tipos de bancos de préstamo:  Longitudinales: son producto de los cortes.  Laterales: distancia al eje del camino de hasta 20 m. Se han definido los valores de CBR para los materiales de la capa de subbase y base los especificados como valores mínimos, es decir CBR para la capa base igual a 80% y CBR para la capa subbase igual a 40 %, recomendados en los Términos de Referencia del proyecto. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 31 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ DISEÑO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE SEGÚN LA GUÍA AASHTO 93 El método relaciona la estructura del pavimento con cargas aplicadas, vida útil y capacidad soporte del suelo (i.e., módulo resiliente MR). La ecuación básica ha sido desarrollada a partir de datos experimentales de la AASHO Road Test (Highway Research Board, 1961) la cual realizó ensayos en pavimentos con concreto cementado Portland PCC y concreto asfáltico AC. Donde: W18 = número estimado predecido de repeticiones de ejes equivalentes de eje simple ESALs de 18000 lb (8,2 Ton); ZR = desviación estándar normal (Anexo E-3) So = error combinado estándar de la predicción del tráfico y de la predicción del desempeño del pavimento; SN = número estructural o índice de espesor PSI = diferencia entre el índice de servicio inicial po y el terminal pt (4.5 y 3.0 respectivamente según Carey &Irick 1960); MR = módulo resiliente de la subrasante (psi) VARIABLES DE TIEMPO Hay dos variables de tiempo a tener en cuenta: período de análisis y vida útil del pavimento. La vida útil es el lapso de tiempo que media entre la construcción o rehabilitación del pavimento y el momento en que éste alcanza un grado de serviciabilidad mínimo. El período de análisis es el tiempo total que cada estrategia de diseño debe cubrir. Puede ser igual que la vida útil, pero en casos en que se prevén reconstrucciones a lo largo del tiempo, el período de análisis comprende varios períodos de vida útil, el del pavimento Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 32 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ original y el de los distintos refuerzos. La AASHTO recomienda los siguientes períodos de análisis: Tabla 5.16 Periodos de análisis recomendados Tipo de Camino Periodo de Análisis (años) Gran volumen de tránsito urbano 30 a 50 Gran volumen de tránsito rural 20 a 50 Bajo volumen pavimentado 15 a 25 Fuente: Washington State Department of Transportation WSDOT, Design Guide for Flexible Pavements AASHTO 93. TRÁNSITO AASHTO utiliza el número de repeticiones de ejes equivalentes de 18 kips (80 kN u 8,2 toneladas) denominados ESALs (Equivalent Simple Axial Load – Carga Equivalente de Eje Simple). La conversión de una determinada carga por eje a ESAL se hace a través de los LEF (load equivalent factor), en nuestro medio factor equivalente de carga FEV y descrito anteriormente en el apartado 3.4. En el capítulo Tránsito de la versión 1993, AASHTO incorpora una serie de tablas con LEFs variando en función a la carga aplicada, la serviciabilidad final y el SN del pavimento. Como ya fuera expresado anteriormente, las características del tránsito en Bolivia son diferentes a las consideradas por AASHTO, no solo en la composición vehicular sino también en lo referente a la magnitud de las cargas. CONFIABILIDAD En todos los diseños la incertidumbre siempre ha sido tenida en cuenta a través del uso de coeficientes de seguridad, surgidos en base a la experiencia. Cuando mayores eran las incertidumbres, mayores eran los coeficientes de seguridad. La AASHTO ha introducido el concepto de Confiabilidad, que es en última instancia un coeficiente de seguridad, cuyo propósito es tener en cuenta la incertidumbre y variabilidad en el diseño, construcción y cargas. De ésta manera, la confiabilidad es la probabilidad de que el sistema estructural que forma el pavimento cumpla su función prevista, dentro de la vida útil y bajo las condiciones (medio ambiente) que tienen lugar en ese lapso. Así una confiabilidad de 80 indica que hay un 20% de probabilidad que el pavimento comience a fallar antes de completar su período de diseño. En cambio, con una confiabilidad de 95 existirá solo un 5% de probabilidad que el pavimento falle antes de su vida de diseño. Por ello AASHTO advierte que “un nivel de confiabilidad alto implica un pavimento más costoso y por lo tanto mayores costos iníciales, pero también pasará más tiempo hasta que Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 33 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ Tabla 5.19 Índice de Servicialidad Presente Índice de Serviciabilidad presente (ISP) Calidad de Funcionamiento 4 – 5 Muy Buena 3 – 4 Buena 2 – 3 Regular 1 – 2 Pobre 0 – 1 Muy Pobre Fuente: Washington State Department of Transportation WSDOT, Design Guide for Flexible Pavements, AASHTO 93 1.3.1 Pérdida de serviciabilidad por tránsito D PSIt El concepto de serviciabilidad del pavimento, introducido también por AASHTO, es la capacidad del pavimento para brindar un uso confortable y seguro a los usuarios y se define mediante el Índice de serviciabilidad presente ISP (Present Serviceability Index, PSI), que califica a los pavimentos entre 0 (muy pobre) y 5 (muy bueno). En el diseño del pavimento el proyectista debe elegir la serviciabilidad inicial y la final. La inicial p0 es función del diseño del pavimento y de la calidad de la construcción, la final o terminal pt es función de la categoría del camino. La pérdida de serviciabilidad por tránsito D PSIt, será por lo tanto la diferencia entre po y pt. La AASHTO recomienda los siguientes valores de serviciabilidad: Serviciabilidad inicial: po = 4,5 para pavimentos rígidos po = 4,2 para pavimentos flexibles Serviciabilidad final: pt = 2,5 ó más para caminos muy importantes pt = 2,0 para caminos de menor tránsito 1.3.2 Pérdida de serviciabilidad por el hinchamiento de suelos arcillosos PSISW Las arcillas son suelos susceptibles de sufrir hinchamiento, pero no todas son expansivas. Se puede decir que las arcillas expansivas son aquellas que tienen un Límite Líquido (LL) mayor que 50%, y, en general, una relación LL/IP menor que 2,5 aproximadamente, es decir son los suelos A-7 y A-6 de la clasificación AASHTO. Para determinar la pérdida de serviciabilidad por hinchamiento de la sub-rasante se deben conocer: Constante de hinchamiento (θ), Levantamiento potencial vertical (VR) y Probabilidad de hinchamiento (Ps). Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 36 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ La Constante de hinchamiento (θ), que puede variar entre 0,04 y 0,20, es un factor usado para estimar la velocidad en que se producirá la expansión de la sub-rasante. Se usan valores elevados de θ cuando el suelo está expuesto a aportes importantes de humedad, debido a fuertes lluvias, drenaje insuficiente, etc. Se usan valores bajos cuando es muy difícil el ingreso de humedad a la sub-rasante. El Levantamiento potencial vertical VR representa la expansión vertical que puede sufrir la sub-rasante bajo condiciones extremas (alta plasticidad de las arcillas y gran aporte de humedad). El valor de VR se puede obtener mediante ensayos de laboratorio, por procedimientos empíricos o aplicando la experiencia del proyectista. La probabilidad de hinchamiento (Ps) para un determinado proyecto se expresa como el porcentaje de su longitud expuesto a la expansión por arcillas. Es así que en una zona puntual existirá 100% de posibilidad de hinchamiento si el IP es mayor de 30% y el espesor de la capa expansiva es mayor de 60 centímetros o si el VR es mayor de 0,5 cm. En el presente proyecto las características de los suelos analizados muestra que no es necesario considerar la pérdida de serviciabilidad debido a hinchamiento de suelos arcillosos. 1.3.3 Pérdida de serviciabilidad de diseño DPSI La pérdida de serviciabilidad de diseño DPSI se obtiene restándole a la pérdida de serviciabilidad por tránsito DPSIt, la pérdida de serviciabilidad debida a hinchamiento de suelos arcillosos PSISW. COEFICIENTES DE DRENAJE El método AASHTO propone la utilización de coeficientes modificados de drenaje para las capas del pavimento, en función de las características de drenaje de los materiales, del material empleado y de la posición de la capa en la estructura del pavimento. De ésta manera, la calidad del drenaje es definida en función del tiempo exigido para la remoción del agua del pavimento. Tabla 5.20 Tiempos requeridos para drenar Calidad de Drenaje 50% de saturación en: 80 % de saturación en: Excelente 2 horas 2 horas Bueno 1 día 2 a 5 horas Regular 1 semana 5 a 10 horas Pobre 1 mes Más de 10 horas Muy Pobre El agua no drena Mucho más de 10 horas Fuente: AASHTO Guía de Diseño 1993 Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 37 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ Considerando los datos de precipitaciones en la zona de influencia del proyecto se definen los coeficientes de drenaje. Las Tablas 5.5 y 5.6 indican los coeficientes recomendados ante diferentes situaciones de drenaje, en nuestro proyecto la calidad de drenaje de la estructura de pavimento será regular, es decir, el tiempo de remoción del agua del pavimento será cercano a los 7 días y el porcentaje de tiempo que el pavimento estará sujeto a condiciones de humedad próximas a la saturación será entre 5% a 25%. Tabla 5.21 Coeficiente de drenaje para pavimento flexible (mi) Calidad De Drenaje Porcentaje del Tiempo en que el Pavimento está Sometido a Niveles Cercanos a la Saturación < 1% 1 - 5% 5 - 25% > 25% Excelente 1,40 -1,35 1,35 -1,30 1,30 - 1,20 1,20 Bueno 1,35 -1,25 1,25 -1,15 1,15 - 1,00 1,00 Regular 1,25 -1,15 1,15 -1,05 1,00 - 0,80 0,80 Pobre 1,15 -1,05 1,05 -0,80 0,80 - 0,60 0,60 Muy Pobre 1,05 -0,95 0,95 -0,75 0,75 - 0,40 0,40 Fuente: AASHTO Guía de Diseño 1993 Por lo expuesto, el valor adoptado para definir el coeficiente de drenaje (m i) para el proyecto es igual a mi = 0.95. La calidad del drenaje de las capas de material que constituirán la estructura del pavimento, determinada de la manera explicitada, se refleja en la obtención del número estructural (SN) a través de unos coeficientes de drenaje mi que afectan solamente a las capas no ligadas. NÚMERO ESTRUCTURAL El número estructural (SN) se usa para cuantificar la resistencia estructural de un pavimento requerida para una combinación de soporte suelo, tráfico total, confiabilidad y nivel de serviciabilidad. El SN requerido es convertido en espesores de concreto asfáltico, base y sub-base a través de coeficientes que representan la resistencia relativa (ai) de los materiales de construcción y asigna a todas las capas debajo de la capa de rodadura un coeficiente de drenaje (m i) que representa la pérdida relativa de resistencia debido a sus características de drenaje y tiempo total de exposición a condiciones de humedad próximas a la saturación. El número estructural está definido por la ecuación: Donde: ai = coeficiente estructural de la capa mi = coeficiente de drenaje Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 38 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ Especificaciones se debe indicar que la mezcla debe tender a valores entre el 30 y 35% en el mencionado tamiz. Con relación al tipo de asfalto a utilizar en las mezclas en caliente, se recomienda que cumplan los requerimientos de la Norma ABC y optar por el CA 85-100 con viscosidades absolutas entre 2.400 y 3.600 poises. Con relación al contenido de asfalto, y considerando los agregados pétreos que se utilizarán en esta obra, se considera importante limitar el porcentaje mínimo al 4,9% en carpeta. En cuanto a las exigencias del ensayo Marshall, se recomienda complementar la especificación de la Norma ABC incorporando lo siguiente:  Estabilidad: Mínimo 800 kg - Máximo 1.000 kg  Relación pasante # 200 sobre contenido de asfalto, menor o igual a 1,1  Relación Estabilidad – Fluencia entre 1.600 y 2.000 kg.cm Se aconseja que no deban establecerse diferencias de calidad entre base y carpeta asfáltica. La experiencia indica que el ensayo Marshall tiene dispersiones importantes en sus valores de estabilidad y fluencia, que no se condicen con la posible variación de calidad de la mezcla ensayada, ya que estas dispersiones existen aún con cada una de las probetas del juego de tres. Atento a la existencia de tales dispersiones, resulta aleatorio exigir un nivel de calidad y uniformidad en este ensayo, por lo que se estima conveniente circunscribirse al entorno de valores máximos y mínimos requeridos. Por otra parte se considera que lo importante en este caso, es que la mezcla colocada presente estabilidades y fluencias que se encuadren dentro de los límites fijados, y no que sean un porcentaje de los valores de la Fórmula. La Tabla 5.9 es una referencia para seleccionar una adecuada mezcla asfáltica en función del flujo de tráfico existente y proyectado. De la Tabla se ha adoptado para el proyecto la mezcla HMA gradación-densa (i.e., CA 85-100). Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 41 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ Tabla 5.24 Guía general para tipos de mezcla apropiados para capas asfálticas A = Apropiado., M.A. = Moderadamente apropiado, Vacío = No apropiado. Fuente: National Association of Pavement Asphalts NAPA E.U., 2001 Considerando al concreto de gradación densa (HMA o AC 85-100) como favorable para el presente proyecto y se ha determinado su aporte estructural (coeficiente a1) de las Figuras 5.2 y 5.3 recomendadas en la Guía AASHTO 93. Figura 5.11 Nomograma del Coeficiente estructural de la capa de rodadura de CA relacionada a diferentes ensayos de Asfalto (Van Til et al. 1972) Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 42 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ Figura 5.12 Carta para estimar el coeficiente estructural del Concreto Asfáltico Densamente gradado en función del módulo elástico (resiliente) De las Figuras 5.2 y 5.3 anterior se ha determinado el aporte unitario estructural con una estabilidad Marshall mínima de 800 kg (1766 lb.); lo que corresponde a un coeficiente de aporte estructural en el concreto asfáltico AC igual a 0,41/pulg. (0,161/cm), y un módulo resiliente de 400.000 psi (2760 MPa). No obstante, se adopta un valor de 0,17/cm que es de uso generalizado en nuestro país, lo que corresponde a un valor de a1 igual a 0.433/pulg. Este valor de coeficiente estructural representa aproximadamente 420000 psi de acuerdo con la Figura 5.3. La Tabla 5.10 presenta los coeficientes estructurales adoptados en el proyecto para los materiales de la estructura del pavimento. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 43 C oe fic ie nt e es tru ct ur a l d e ca pa a1 p ar a el co nc re to as fá lti co Módulo Elástico EAC (psi) del Concreto Asfáltico a 20ºC GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ 2. El espesor del revestimiento es calculado por la expresión: 3. El espesor de la base es calculado por la expresión: 4. El espesor de la subbase es calculado por la expresión: Si los espesores obtenidos a través de las expresiones matemáticas resultan inferiores a los espesores mínimos definidos en el método AASHTO, dichos valores mínimos deberán ser adoptados, lo que obliga a la definición nuevos valores de SN1 y SN2, con base en los espesores adoptados. En el Anexo 3 se pueden apreciar las planillas iterativas de cálculo para el diseño de la estructura de pavimento. ESPESORES DE LAS CAPAS DE PAVIMENTO FLEXIBLE En este apartado se definen los espesores de la estructura de pavimento flexible con concreto asfáltico (CA) y tratamiento superficial doble (TSD). Estas alternativas cumplen con los parámetros de diseño AASHTO en relación al número estructural total requerido. Sin embargo, esta estructura no cumple con la verificación por capas de revestimiento, para lo cual son necesarios mayores espesores de las capas de base y subbase. En consecuencia, los espesores de las capas de la estructura del pavimento, fueron adoptados en base a los siguientes criterios: aplicando las recomendaciones de espesores mínimos sugeridos para el concreto asfáltico y la base granular en función al tránsito (ejes equivalentes acumulados). Y por otra parte, en función a la disponibilidad de material y sus distancias de transporte. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 46 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ Las Tablas 5.12, 5.13 y 5.14 presentan los espesores del diseño resultantes de la estructura de pavimento flexible con capa de rodadura de concreto asfaltico y rodadura de tratamiento superficial doble respectivamente. Tabla 5.27 Pavimento Flexible – Capa de Rodadura de Concreto Asfáltico densamente gradado (Periodo de diseño 20 años) Capas Código Material Espesor (mm) Revestimiento CA Matriz asfáltica densamente gradada 50 Base BS Granular triturado 110 Subbase SBS Material Granular 110 Fuente: Elaboración propia Tabla 5.28 Pavimento Flexible – Capa de Rodadura de Tratamiento Superficial Doble (Periodo de diseño 15 años) Capas Código Material Espesor (mm) Revestimiento TSD Trat. Superficial Doble 25 Base BS Granular triturado 150 Subbase SBS Material Granular 220 Fuente: Elaboración propia Tabla 5.29 Pavimento Flexible – Capa de Rodadura de Tratamiento Superficial Doble (Periodo de diseño 20 años) Capas Código Material Espesor (mm) Revestimiento TSD Trat. Superficial Doble 25 Base BS Granular triturado 150 Subbase SBS Material Granular 250 Fuente: Elaboración propia Considerando los bajos volúmenes vehiculares previstos (141210 ESALs hasta el año 2033), los resultados de la Tabla 5.13 se presentan como los más adecuados para la implementación en el proyecto, puesto que de acuerdo con la experiencia que se tiene en tratamientos superficiales, éstos no llegan a una vida útil de 20 años dada sus características físicas y constructivas; y son especialmente planeados para tener un recarpetado dentro un tiempo previsto de diseño entre los 6 a 8 años después de su puesta en uso. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 47 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE Como parte de las consideraciones de diseño, se ha tenido presente la existencia de suelos con características adecuadas y de buena capacidad portante. Los tres primeros kilómetros del proyecto son los sectores con CBRs más bajos (del orden de 11.35%) con relación a los otros obtenidos en el terreno pero que sin embargo son suelos superiores a los suelos considerados como de calidad media (i.e., CBRs al redededor de 8%). En este tramo será necesario el mejoramiento de la subrasante con material de préstamo para alcanzar el CBR de diseño. Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 48 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ Tabla 6.31 Número de Ejes Equivalentes de 8,2 Tn (18 kip ESALs) Estimados para 5 años 1) Número acumulado de vehículos en el carril de diseño Distribución direccional = 58% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Automóviles y Vagonetas 02 Camionetas (Hasta 2 Tn) 03 Minibuses (Hasta 15 Pasajeros) Microbuses (Hasta 21 Pasajeros; 2 ejes) Buses Medianos (Hasta 35 Pasajeros de 2 ejes) Buses grandes (Mas de 35 pasajeros; de 3 ejes) Camión Mediano (De 2,5-10 Tn; De 2 ejes) Camiones Grandes (Mas de 10 Tn; De 2 Ejes) Camiones Grandes (Mas de 10 Tn; De 3 ejes) Camiones Semiremolque Camiones Remolque Otros Vehículos (Tractores, Motocicletas) 2010 PREINVERSIÓN 5 3 2 2 0 0 2 2 3 0 0 0 19 2011 LICITACIÓN 6 4 3 3 0 0 3 3 4 0 0 0 26 2012 6 4 3 3 0 0 3 3 4 0 0 0 26 2013 7 4 3 3 0 0 3 3 4 0 0 0 27 2014 21 6 8 8 0 0 8 6 7 0 0 0 64 2015 23 7 8 8 0 0 8 6 8 0 0 0 68 2016 22 6 7 7 0 0 7 5 7 0 0 0 61 2017 24 7 9 9 0 0 8 6 8 0 0 0 71 2018 25 8 9 9 0 0 8 6 9 0 0 0 74 115 34 41 41 0 0 39 29 39 0 0 0 338 34,02 10,06 12,13 12,13 0,00 0,00 11,54 8,58 11,54 0,00 0,00 0,00 100 2) Ejes equivalentes de 8,2 Tn (asumiendo un NE=4 cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Automóviles y Vagonetas Camionetas Minibuses Microbuses Buses Medianos Buses Grandes Camión Mediano Camiones Grandes (2 ejes) Camiones Grandes (3 ejes) Camiones Semiremolque Camiones Remolque Otros Vehículos 0,00020492 0,00020492 0,00020492 0,132146 1,694616 0,897383 0,132146 1,046566 1,654853 2,496063 3,13306 0 41975 12410 14965 14965 0 0 14235 10585 14235 0 0 0 123370 9 3 3 1978 0 0 1881 11078 23557 0 0 0 38509 22335 TOTAL Veh. Eq./año Factor equivalente de carga Vehículos / año Total ESALs Ejes Equivalentes en el Carril de Diseño (58%) para 5 años OPERACIÓN CONSTRUCCIÓN Total Acumulado % Tipo de Vehículo AÑO ETAPA Tipo de Vehículo TOTAL TF (Veh./día) Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 51 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ RESUMEN DE ESPESORES La Tabla 7.1 presenta el resumen de los espesores de las capas pavimento para las alternativas estructurales contempladas en este proyecto, en ellas existen valores adoptados para cada tramo, para más detalles de cálculo se adjuntan los detalles de cálculo en el Anexo 3. Tabla 7.32 Resumen del paquete estructural de las alternativas Alternativa Descripción Espesor (cm) Concreto Asfaltico Capa de Concreto Asfaltico 5 Capa Base 11 Capa Subbase 11 Tratamiento Superficial Doble Tratamiento Superficial Doble 2.5 Capa Base 15 Capa Subbase 22 Ripio Material Granular CBR > 40% 30 Fuente: Elaboración propia La Figura 7.1 muestra la sección tipo de la plataforma para el mejoramiento de la carretera y las Figuras 7.2, 7.3 y 7.4 ilustran de manera esquemática los diferentes paquetes estructurales de pavimento considerados en el presente informe. SECCION TIPO 1.0 1.0 1.5 3.5 %3.5 % 0.5 m7.0 m Cuneta Revestida Figura 7.14 Sección Tipo de la plataforma para el mejoramiento de la carretera Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 52 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ 1 1,5 CONCRETO ASFÁLTICO = 5 cm CAPA BASE = 11 cm CAPA SUBBASE = 11 cm 3,5% Figura 7.15 Pavimento Flexible – capa de rodadura de concreto asfaltico 1 1,5 TRATAMIENTO SUPERFICIAL DOBLE = 2,5 cm CAPA BASE = 15 cm CAPA SUBBASE = 22 cm 3,5% Figura 7.16 Pavimento Flexible – capa de rodadura TSD 1 1,5 CAPA DE RIPIO = 30 cm 3,5% Figura 7.17 Ripio Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL 53 GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ ANEXO 2 DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES (ESALs) Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL GEOVIAL CONSULTORES SRL GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE LA PAZ ANEXO 3 RESULTADOS DE DISEÑO DEL PAQUETE ESTRUCTURAL DE LAS ALTERNATIVAS Mejoramiento Carretera Chachacomani – Millipaya – Cr. Sorata PAQUETE ESTRUCTURAL