MEMORIA DE CÁLCULO DE PAVIMENTO RÍGIDO
Proyecto:
“MEJORAMIENTO DE VÍAS URBANAS EN 15 JIRONES DE LA LOCALIDAD DE
HUALLA, DISTRITO DE HUAYA - VÍCTOR FAJARDO - AYACUCHO”
HUALLA – VICTOR FAJARDO - AYACUCHO
2020
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HOJA DE CALCULO DEL PROYECTO PISTAS Y VEREDAS
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MEMORIA DE CÁLCULO DE PAVIMENTO RÍGIDO
Proyecto: “MEJORAMIENTO DE VÍAS URBANAS EN 15 JIRONES DE LA LOCALIDAD DE HUALLA, DISTRITO DE HUAYA - VÍCTOR FAJARDO - AYACUCHO” HUALLA – VICTOR FAJARDO - AYACUCHO 2020
INDICE
MEMORIA DE CÁLCULO – PAVIMENTO RÍGIDO
- MEMORIA DE CÁLCULO DE PAVIMENTO RÍGIDO.....................................................
- GENERALIDADES Y INFORMACIÓN BÁSICA..........................................................
- 1.1. Estudio topográfico.....................................................................................................
- 1.2. Estudio de tráfico vehicular.........................................................................................
- 1.3. Estudio de mecánica de suelos....................................................................................
- DISEÑO Y CALCULO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTO RIGIDO........................
- 2.1. Definición..................................................................................................................
- 2.2. diseño del pavimento.................................................................................................
- 2.2.1. Metodología........................................................................................................
- 2.2.2. Parámetros de diseño..........................................................................................
MEMORIA DE CÁLCULO – PAVIMENTO RÍGIDO
Pistas y veredas proyectadas Canal de drenaje proyectada de descarga final Fuente: Elaboración propia (2019) 1.2. Estudio de tráfico vehicular Generalidades Las vías en estudio, es de vital importancia dentro del contexto local, distrital, interdistrital e interregional y nacional: “MEJORAMIENTO DE VÍAS URBANAS EN 15 JIRONES DE LA LOCALIDAD DE HUALLA, DISTRITO DE HUAYA - VÍCTOR FAJARDO - AYACUCHO”, por lo que permitirá no solo articular a Hualla con sus calles aledañas, así como también dará acceso a los vehículos y peatones transitar adecuadamente por las 16 calles de la Comunidad de Hualla (Jr. Manco Cápac, Jr. Lucanas, Jr. Parinacochas, Jr. Picchupata, Jr. Ica, Jr. Los incas, Jr. San Martín de porras, Jr. Nazca, Jr. Sucre, Jr. Independencia, Jr. 28 de julio, Jr. Víctor fajardo, Jr. Cangallo, Jr. Cuzco, Pasaje sol y Pasaje Y), que constituyen vías periféricas importante de la ciudad de Hualla, también los usuarios; disfrutarán de vías en condiciones de operación seguras, cómodas y económicas, sino que también redundará en una reactivación de la economía familiar local sustancialmente; así como la generación de beneficios indirectos a nivel local.
DISTRITO DE
HUALLA
MEMORIA DE CÁLCULO – PAVIMENTO RÍGIDO
Metodología El tráfico se define como el desplazamiento de bienes, productos y/o personas en los medios de transporte; mientras que el tránsito viene a ser el flujo de vehículos que circulan por las calles existentes, el que se le denomina tráfico vehicular. La información básica para la elaboración del estudio, procede de dos fuentes diferentes: referenciales y directas. Las fuentes referenciales existentes a nivel oficial, son las referidas a la información del IMD Anual (IMDa) y factores de corrección, existentes en los documentos oficiales del Ministerio de Transportes y Comunicaciones. Las que corresponden a la información primaria utilizada para actualizar, verificar y complementar con la información secundaria disponible existentes. Los responsables de formular; han realizado el trabajo de campo correspondiente al Conteo y Clasificación Vehicular de Tráfico, habiendo realizado actividades previas de trabajo de gabinete, como el reconocimiento del área a intervenir. Figura 2. Detalles de las vías principales Hualla y carreta principal
MEMORIA DE CÁLCULO – PAVIMENTO RÍGIDO
menores al 6% siendo considerados estos subrasante de pobres a inadecuadas por lo que recomienda mejorar la calidad de estos. Según la descripción estratigráfica de la zona de estudio se plantea una excavación hasta 40cm antes de la rasante los cuales están destinados 20cm para la losa de concreto y 20 cm para el material granular de préstamo del tipo Sub base en cual cumplirá la función de apoyo. Este nivel será considerado el nivel de sub rasante o nivel del terreno de fundación. Según los perfiles estratigráficos encontrados y el resultado de los ensayos en campo y en laboratorio se debe plantear el mejoramiento de la sub rasante según lo plantea el presente estudio. Cabe mencionar que los suelos orgánicos y rellenos antrópicos deberán de eliminarse en su totalidad, luego se rellenara con material para el mejoramiento de la subrasante hasta 40cm antes del nivel de rasante o de acabado de la losa de concreto, para el mejoramiento de la sub rasante se deberá usar material proveniente de las excavaciones o cortes cercanos de materiales del tipo A-1-a (O), A-1-b (O) o A-2-4 (O), también se podrá usar material granular proveniente de la Cantera Paquiscca la cual se encuentra a una distancia aproximada de 12.00 Km o de la Cantera Chincheros la cual se encuentra a una distancia aproximada de 7.00 Km o cualquier material granular cercano previo su análisis, este deberá estar compactado por lo menos al 95% de la máxima densidad seca del Próctor modificado con optimo contenido de humedad de +-2%. 2.- Dada la variabilidad que presentan los suelos (aún dentro de un mismo grupo de suelos y en un sector homogéneo), así como los resultados de los ensayos de CBR (capacidad soporte del suelo), se procedió a obtener el valor de CBR de diseño. Para la zona en estudio y en función de las características del terreno de fundación, con las muestras observadas en los perfiles estratigráficos y con los análisis estándares y especiales en laboratorio, según variación longitudinal y variación de profundidad, teniendo en cuenta además de los mejoramientos planteados, se estableció un CBR de diseño mínimo 6.00% el cual es el valor más crítico de los ensayos realizados en laboratorio. 3.- La capacidad de soporte, es el módulo de reacción k de la cama de apoyo de un pavimento de concreto, el valor de K fue estimado con correlaciones existentes con el CBR
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de diseño, siendo diferente cuando se va a diseñar pavimentos rígidos usando el método del AASHTO. El Soporte de la sub rasante (K) para ser usado por el Método del AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), hallado es de K = 160 pci. 4.- El drenaje de agua en los pavimentos, debe ser considerado como parte importante en el diseño de vías, el exceso del agua combinado con el incremento de volúmenes de tránsito y cargas, se anticipan con el tiempo para ocasionar daño a las estructuras del pavimento. Según el análisis geotécnico de drenaje, donde se incluye el análisis del coeficiente de drenaje y el análisis de material de sub base como filtro para la sub rasante, se observa que se tiene una calidad de drenaje de Regular y un tiempo mayor al 25% que el pavimento estará expuesto a niveles de humedad cercano a la saturación, para lo cual nos da un coeficiente de drenaje para ser usado en el diseño de pavimentos rígidos de Cd = 1.00. 5.- Además se deberá tener en cuenta los siguientes parámetros de diseño: El Módulo de Rotura S'c considerado, haciendo las correlaciones respectivas con la resistencia al esfuerzo a la compresión simple de f'c=210kg/cm2, es de: S'c = 8 (fc)^0.5 psi. = 437 psi. El módulo de elasticidad del concreto considerado, con las correlaciones respectivas es de: Ec = 57000 (fc)^0.5 psi= 3114830 psi. Se considera una confiabilidad R del 90%, recomendado para vías locales y una desviación estándar So promedio de 0.35 para pavimentos rígidos. Se considera para diseño una serviciabilidad final de 2.5, siendo la serviciabilidad inicial de 4.5. Se recomienda utilizar el coeficiente de transmisión de carga J considerado es de J=4. para pavimentos sin transferencia de cargas en las juntas. Según el tráfico esperado en la vida útil del pavimento, se tiene un ESAL de 2.01 x 10^ ejes estándares equivalentes. En base a estos datos se procedió al diseño del espesor del pavimento, con la ecuación del AASHTO 93, para el tráfico de la zona de estudio obteniendo:
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concreto del proyecto y que dicho diseño se presenta en el anexo diseño de mezclas del presente informe. 8.- Se recomienda la colocación de un material de sub base de un espesor de 8" (20cm) y deberá ser compactado por lo menos al 100% de la MDS del Próctor Modificado con el Optimo Contenido de Humedad +- 2%, como apoyo de la losa de concreto en el pavimento, el cual podría ser de la Cantera Paquiscca la cual se encuentra a una distancia aproximada de 12.00 Km o de la Cantera Chincheros la cual se encuentra a una distancia aproximada de 7.00 Km de la zona de estudio, zarandeada por la malla de 2", este material cumple con la mayoría de los requisitos de calidad como material de Sub Base por lo que se recomienda su uso, con fines de material de sub base en pavimentos rígidos, y que dichos análisis se presenta en el anexo análisis de material de préstamo para sub base del presente informe. 9.- Se sabe de la necesidad de construir muros de contención para que el proyecto tenga la funcionalidad adecuada en la zona de: C - 01 /JR. ICA CUADRA 1 (MUROS DE CONTENCION) DATOS GEOTECNICOS: Angulo de fricción (Ø) = 29.40° Cohesión (C) = 0.02 Kg/cm Densidad representativa del suelo (ρ) = 1.750 gr/cm La profundidad de cimentación mínima recomendada será de Df=1.50m, debido a los resultados de los ensayos de penetración y la auscultación realizados en campo. Esta dimensión se medirá a partir del nivel del terreno natural cuando el estrato recomendado de cimentación se encuentre a una profundidad menor de la profundidad de desplante recomendado, al igual que cuando se haya realizado algún corte del material del relleno, y será mayor en la zonas donde el estrato de cimentación se encuentre a mayor profundidad, hasta alcanzar el estrato de cimentación recomendada. Capacidad de carga admisible Qad = 0.98kg/cm
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Asentamiento Se = 0.68 cm Para una cimentación de 1m de ancho x 3m de largo Coeficiente de balasto Kv = 2.20 Kg/cm2 cm FACTORES SISMICOS RECOMENDADOS: C - 03 / JR. LUCANAS (MUROS DE CONTENCION) DATOS GEOTECNICOS: Angulo de fricción (Ø) = 30.30° Cohesión (C) = 0.03 Kg/cm Densidad representativa del suelo (ρ) = 1.810 gr/cm La profundidad de cimentación mínima recomendada será de Df=1.00m, debido a los resultados de los ensayos de penetración y la auscultación realizados en campo. Esta dimensión se medirá a partir del nivel del terreno natural cuando el estrato recomendado de cimentación se encuentre a una profundidad menor de la profundidad de desplante recomendado, al igual que cuando se haya realizado algún corte del material del relleno, y será mayor en la zona donde el estrato de cimentación se encuentre a mayor profundidad, hasta alcanzar el estrato de cimentación recomendada.
DESCRIPCION VALORES
Factores de zona Zona 3 Z=0.35 g Perfil tipo de suelo Intermedios S2 S=1. Periodo que define la plataforma del factor de amplificación sísmica TP=0.60seg Periodo que define el inicio de la zona del factor de amplificación sísmica TL=2.00seg
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será mayor en la zona donde el estrato de cimentación se encuentre a mayor profundidad, hasta alcanzar el estrato de cimentación recomendada. Capacidad de carga admisible Qad = 0.79kg/cm Asentamiento Se = 0.55 cm Para una cimentación de 1m de ancho x 3m de largo Coeficiente de balasto Kv = 1.84 Kg/cm2 cm FACTORES SISMICOS RECOMENDADOS:
2. DISEÑO Y CALCULO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTO RIGIDO 2.1. Definición El pavimento es la capa o conjunto de capas de materiales apropiados, comprendidos entre la superficie de la subrasante y la Superficie de Rodadura cuyas principales funciones son las de proporcionar una superficie uniforme de textura apropiada, resistente a la acción del tráfico, intemperismo y de otros agentes perjudiciales, así mismo transmitir adecuadamente al terreno de fundación, los esfuerzos producidos por las cargas impuestas por el tráfico. En otras palabras, pavimento es la súper-estructura de la obra vial, que hace posible el transito fluido de los vehículos, con la Seguridad, Confort y Economía previstos en el
DESCRIPCION VALORES
Factores de zona Zona 3 Z=0.35 g Perfil tipo de suelo Intermedios S3 S=1. Periodo que define la plataforma del factor de amplificación sísmica TP=1.00seg Periodo que define el inicio de la zona del factor de amplificación sísmica TL=1.60seg
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Proyecto. La estructura de un pavimento, así como las características de los materiales empleados en su construcción, ofrecen una variedad de posibilidades de tal manera que se puede estar formado por una capa o varias, y su vez, dichas capas pueden ser de materiales naturales o seleccionados procesados o sometidos a algún tipo de tratamiento o estabilización. Las condiciones necesarias para un adecuado funcionamiento son las siguientes: anchura trazo horizontal y vertical, resistencia adecuada a las cargas para evitar fallas y los agrietamientos, además de una adherencia adecuada entre el vehículo y el pavimento aun en condiciones húmedas. Deberá presentar una resistencia adecuada a los esfuerzos destructivos del tránsito, de la intemperie y del agua. Debe tener una adecuada visibilidad y contar con un paisaje agradable para no provocar fatigas. Puesto que los esfuerzos en un pavimento decreten con la profundidad, se deberán colocar los materiales de mayor capacidad de carga en las capas superiores, siendo de menor calidad los que colocan en las terracerias además de que son los materiales que más comúnmente se encuentran en la naturaleza, y por una consecuencia resultan los más económicos. La división en capas que se hace en un pavimento obedece a un factor económico, ya que cuanto determinamos el espesor de una capa el objetivo es darle el grosor mínimo que reduzca los esfuerzos sobre la capa inmediata inferior. La resistencia de las diferentes capas no solo dependerá del material que la constituye, también resulta de gran influencia el procedimiento constructivo; siendo dos factores importantes la compactación y la humedad, ya que cuando un material no se acomodad adecuadamente, este se consolidad por efecto de las cargas y es cuando se producen deformaciones permanentes.
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Las variables que intervienen en el diseño de los pavimentos constituyen en realidad la base del diseño del pavimento por lo que es importante conocer las consideraciones más importantes que tienen que ver con cada uno de ellas para así poder realizar diseños confiables y óptimos al mismo tiempo. Espesor Serviciabilidad Trafico Transferencia de carga Propiedades del Concreto Resistencia de la Subrasante Drenaje Confiabilidad Ahora procedemos a diseñar el espesor de la losa; se tendrá en cuenta los siguientes parámetros de diseño: 2.2.2. Parámetros de diseño 2.2.2.1. Periodo de Diseño El periodo de diseño considerado para la estructura es de 20 años, con mantenimiento periódico. 2.2.2.2. Serviciabilidad Para efectos del diseño del pavimento según términos de referencia, el índice de serviciabilidad Inicial será de 4.5 y el Índice de serviciabilidad final de 2.5. 2.2.2.3. Transferencia de Carga (J): El coeficiente que se emplearan J = 4. 2.2.2.4. Propiedades del Concreto: Además se deberá tener en cuenta los siguientes parámetros de diseño: El Módulo de Rotura S'c considerado, haciendo las correlaciones respectivas con la resistencia al esfuerzo a la compresión simple de f'c=210kg/cm2, es de:
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S'c = 8 (fc)^0.5 psi. = 437 psi. El módulo de elasticidad del concreto considerado, con las correlaciones respectivas es de: Ec = 57000 (fc)^0.5 psi= 3114830 psi. 2.2.2.5. Resistencia de la Subrasante: De acuerdo a los estudios de Mecánica de Suelos realizados, se ha definido en base a las características físico-mecánicas de los suelos encontrados. El Soporte de la sub rasante (K) para ser usado por el Método del AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), hallado es de K = 160 pci. 2.2.2.6. Condiciones de Drenaje Se suponen condiciones normales de drenaje en la vialidad, por lo que se emplea un coeficiente de drenaje igual a 1. 2.2.2.7. Factor de Confiabilidad La confiabilidad general del diseño, tomo en cuenta posible variaciones de tráfico, variaciones de comportamiento de la estructura diseñada. Se considera una confiabilidad R del 90%, recomendado para vías locales y una desviación estándar So promedio de 0.35 para pavimentos rígidos. 2.2.2.8. Trafico El Índice Medio Diario Anual (IMDa) del Tráfico tiene el valor de 189 vehículo/día IMDA. La estimación del volumen del tráfico, inicial y futuro, para el diseño estructural de pavimentos, requiere de un estudio y análisis exhaustivo. Para determinar el tráfico se debe determinar en primer lugar, el periodo de diseño para que un pavimento pueda soportar el efecto acumulativo del tráfico durante un determinado periodo de tiempo, para nuestro diseño el valor, según el tráfico esperado en la vida útil del pavimento, se tiene un ESAL de 2.01 x 10^5 ejes estándares equivalentes. Finalmente se realiza respectivo cálculo utilizando los parámetros ya mencionados:
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ECUACION DE DISEÑO DISEÑO DE ESPESORES ^
- 25
- 42
- 63 ' ( 1. 132 ) ( 4. 22 ) log ( 1 )
- 624 10 1
- 5 1. 5 log log ( ) 7. 35 log( 1 ) 0. 006
- 75
- 75
- 46 (^187) k Ec J D Sc Cd D Pt D PSI W ZRSO D
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Plg. (^) Cm. 7.5 8.0 20 8.0 8 20 Losa de Concreto Sub Base
CAPAS DEL PAVIMENTO ESPESOR DE DISEÑO (plg) ESPESORES RECOMENDADOS MÉTODO AASHTO- CALCULO DE DISEÑO DE PAVIMENTOS RIGIDOS L OS A DE C ONC RETO S UB BAS E GRANULAR " "