Concrete">
Proyecto Primer Parcial
Proyecto Primer Parcial
Proyecto Primer Parcial
INTEGRANTES:
CAMPOS SUAREZ SHIRLEY ESTEFANÍA
DE LA ROSA LADINES PRISCILA MADELINE
GARAICOA VELASQUEZ JOSHUA JOSE
MACIAS LOOR NATHALI MELISSA
MOSQUERA MINDA JENIFFER ELOISA
NUÑEZ NEIRA NEDIN STEVEN
PICO SANCHEZ LESLY ESTHER
VELASCO RAMOS MARCOS JESÚS
DOCENTE:
ING. STAY COELLO DAVID OMAR
MATERIA:
CARRETERAS II
CURSO:
1B
FECHA:
16/07/2021
2021 - 2022 CI
ÍNDICE
CAPITULO I ..............................................................................................................................3
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................3
OBJETIVOS ............................................................................................................................4
Objetivo General ..................................................................................................................4
Objetivos Específicos ...........................................................................................................4
CAPÍTULO II ............................................................................................................................5
MARCO TEÓRICO .................................................................................................................5
Pavimento.............................................................................................................................5
MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS ....................................................................6
DIFERENCIA ENTRE LOS DOS METODOS ...................................................................8
PAVIMENTO FLEXIBLE ...................................................................................................9
PAVIMENTO RIGIDO .....................................................................................................10
DIFERENCIAS ENTRE PAVIMENTO RÍGIDO Y PAVIMENTO FLEXIBLE ..............12
VARIABLES PARA CALCULO DE CUARTA POTENCIA...........................................12
LEY DE LA CUARTA POTENCIA ..................................................................................14
ECUACIÓN DE LA CUARTA POTENCIA AJUSTADA (MÉTODO AASHTO) ..........15
CÁLCULO DE ESAL’S CON PESOS ESTABLECIDOS POR EL MTOP ......................18
CAPITULO III .........................................................................................................................19
DESARROLLO .....................................................................................................................19
Ubicación y Extensión........................................................................................................19
CÁLCULO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE.....................................................................20
CÁLCULO DEL PAVIMENTO RÍGIDO .........................................................................22
GRÁFICA COMPARATIVA DE LOS MÉTODOS UTILIZADOS .................................24
CBR de diseño....................................................................................................................25
Método AASHTO ..............................................................................................................25
Tabla resumen ....................................................................................................................28
Gráficas representativas .....................................................................................................29
Método Del Instituto Del Asfalto .......................................................................................30
Evaluación De CBR De Diseño..........................................................................................30
Desarrollo por segmento ....................................................................................................31
CONCLUSIONES .................................................................................................................32
RECOMENDACIONES ........................................................................................................32
BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................33
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
Para el presente proyecto se cuenta con información sobre el Tráfico Promedio Diario
Anual de la vía de 4 carriles, las cargas por eje en toneladas de los diferentes tipos de
vehículos, y con los resultados obtenidos de ensayo CBR, el período de diseño estimado
es de veinticinco años y la clasificación funcional de la vía es de una Colectora Rural.
3
OBJETIVOS
Objetivo General
Objetivos Específicos
4
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
Pavimento
Subrasante: Copia de la estructura del pavimento, que tiee como objetivo recibir
las cargas de la base o sub-base y distribuirlas adecuadamente a las capas de
pavimento subsecuente. La función principal es proporcionar soporte al
pavimento por lo que resulta indispensable evaluar las propiedades de los suelos
para llevar un control de calidad adecuada.
Sub-base: Es la capa de la estructura del pavimento destinada fundamentalmente
a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la
superficie de rodadura del pavimento. Debe controlar lo cambios de volumen y
elasticidad puedan causar daños al pavimento; se coloca entre la subrasante y la
capa de base, sirviendo como material de transición en los pavimentos.
Base: Es la capa de pavimento que tiene como función primordial, distribuir y
transmitir las cargas ocasionadas por el tránsito, a la subbase y a través de esta a
la subrasante. Por ser la parte estructural más importante, sus materiales
5
constitutivos deben ser de alta calidad para prevenir fallas a causa de la
concentración de elevados esfuerzos debajo de la capa de rodadura.
Capa de Rodadura: Es u tratamiento superficial no muy espeso, ya que es menor
a 4 los 4 centímetros, conformado con una mezcla de agregados pétreos y asfalto.
Dicha capa se puede producir en frio y en caliente y tiene como finalidad el
proteger la superficie del pavimento de los agentes externos que pudieran causar
daño. Además, esta capa es un elemento extra en materia de seguridad, pues
mejora la textura, la fricción y visibilidad del pavimento. También disminuye el
ruido y facilita el desalojo rápido el agua de lluvia, sin olvidar que resiste
deformaciones y distribuye uniformemente las cargas del tránsito.
Los métodos de diseño de pavimentos son guías desarrolladas por diferentes entidades
gubernamentales con el fin de proveer a los especialistas, las herramientas necesarias para
el diseño de estructuras de pavimento. En este caso particular los métodos fueron
desarrolladas por el Instituto Nacional de Vías INVIAS, por la American Association of
State Highway and Transportation Officials AASHTO (Estados Unidos de América), y
por el Instituto del Asfalto, a continuación, se presenta una descripción de cada uno de
los métodos con los cuales se calcularán los espesores de la estructura de pavimento
asfaltico.
6
Método AASHTO
El método del Instituto del Asfalto considera al pavimento como como un sistema
elástico multicapa (Capa de rodadura y base de concreto asfaltico, capa de rodadura y
bases con emulsiones asfálticas, así como capa de rodadura asfáltica con base y subbase
granulares), en los cuales se utilizan conceptos teóricos, experimentales, resultados de
ensayos de laboratorios y programas de computador que permiten optimizar los espesores
de la estructura de pavimento y el chequeo del cumplimiento de los criterios de fatiga y
ahuellamiento. (Aguirre & Alonso, 1968)
El Instituto del Asfalto recomienda tomar un valor tal que el 60, 75 y 87.5% de los
valores individuales de CBR sea igual o mayores que él, dependiendo del tráfico que se
7
espera que circule por el pavimento, tal como se muestra en la figura: Percentiles para
determinar el CBR de diseño de acuerdo con el Criterio del Instituto del Asfalto.
De acuerdo con el tránsito y establecidos los CBR para cada tramo en estudio, se
ordenan estos de menor a mayor obteniendo un porcentaje de valores mayores o iguales
que cada uno. Luego se grafican los valores de CBR contra los porcentajes obtenidos,
para así, determinar el CBR de diseño con respecto al percentil elegido.
MÉTODOS
AASHTO INSTITUTO DEL ASFALTO
Dependiendo de los espesores de
El espesor depende básicamente
las capas cambian
del módulo resiliente (Mr) y del
fundamentalmente del Mr de
ESALS de diseño.
subrasante, y el número de ESAL's.
8
PAVIMENTO FLEXIBLE
En general, están constituidos por una capa delgada de mezcla asfáltica construida
sobre una capa de base y una capa de sub-base las que usualmente son de material
granular. Estas capas descansan en una capa de suelo compactado, llamada subrasante.
Capa de rodadura
Capa de base
La capa de base se compone generalmente de áridos, que han sido tratados o no con
cemento portland, cal, asfalto u otros agentes estabilizantes. Esta capa tiene como
principal función, la de soportar las cargas aplicadas y distribuir estas cargas a la sub-base
o al terreno.
Capa de sub-base
9
Características del Pavimento Flexible
Por lo tanto, la capa de más abajo en la estructura del pavimento, recibe menos carga.
Con el fin de aprovechar al máximo esta propiedad, las capas son generalmente dispuestas
en orden descendente de capacidad de carga, por lo tanto, la capa superior será la que
posee la mayor capacidad de carga de material (y la más cara) y la de más baja capacidad
de carga de material (y más barata) ira en la parte inferior.
PAVIMENTO RIGIDO
El pavimento rígido está conformado por una losa de concreto sobre una base o
directamente sobre la subrasante. Transmite directamente los esfuerzos al suelo en una
forma minimizada, es auto-resistente, y la cantidad de concreto debe ser controlada. La
losa debido a que su rigidez y alto módulo de elasticidad, absorbe gran parte de los
esfuerzos que se ejercen sobre el pavimento lo que produce una buena distribución de las
cargas de rueda, dando como resultado tensiones muy bajas en la subrasante.
10
Losa de Concreto
Sub-base
Subrasante
11
DIFERENCIAS ENTRE PAVIMENTO RÍGIDO Y PAVIMENTO
FLEXIBLE
Número de Capas Máximo dos capas Está constituída por varias capas
Absorción de Esfuerzos La losa de hormigón absorbe todo el esfuerzo Buena parte del esfuerzo se trasmite al suelo
TPDA asignado
El tráfico asignado es la sumatoria del tráfico promedio diario anual (TPDA) más el
tráfico desarrollado (TD) con el tráfico generado (TG).
Este tráfico se obtiene cuando al construir una nueva carretera o al mejorar una existente
los conductores optan por circular por esta, tiene un incremento del 5% al 25% del tráfico
actual.
𝑇𝑔 = 0.25 𝑇𝑃𝐷𝐴
12
Tráfico desarrollado (Td)
Este tráfico se produce por el aumento de la producción agrícola, las fábricas y las
industrias proceden a los asentamientos en las zonas alrededor de la vía construida o
mejorada, el tráfico desarrollado tiene un incremento del 5% del tráfico actual.
𝑇𝑑 = 0.05 𝑇𝑃𝐷𝐴
Factor Camión
En los vehículos comerciales como camiones y buses estos tienen dos o más ejes a
cada uno de sus ejes se le conoce como factor camión FC. Se le entiende a factor camión
(FC), dado el número de las aplicaciones sobre los ejes sencillos con la carga equivalente
de 8,2 Ton, para lo que es necesario que circulen por un pavimento para hacer el mismo
daño que un camión con una carga cualquiera.
Pesaje
Asumir el factor camión de una vía y de sus características similares.
Estimar el factor camión por el método empírico.
Se debe tener presente la ecuación de MOPT.
Confiabilidad
La confiabilidad es cuando nos indica el nivel apropiado de probabilidad que tiene
una estructura de pavimento donde está diseñada para durar a través de un respectivo
análisis, el diseño tomas en cuenta las variables de tráfico previstas, así como variaciones
en el modelo del comportamiento de la AASHTO, obteniendo un nivel de confiabilidad
de (R) para que el pavimento tenga las condiciones de diseño.
13
Determinación de la desviación estándar normal
Zr
𝑃 4
𝑁=[ ]
8,2
14
ECUACIÓN DE LA CUARTA POTENCIA AJUSTADA (MÉTODO
AASHTO)
Pavimento Flexible
También llamado pavimento asfaltico, está conformado por capa asfáltica en la
superficie de rodadura, la cual permite pequeñas deformaciones en capas inferiores sin
que la estructura falle. Debajo de esta capa, se encuentra base granular y capa de subbase,
destinadas a distribuir y transmitir cargas originadas por el tránsito. Finalmente está la
subrasante que sirve de soporte a las capas antes mencionadas. Este pavimento resulta
más económico en su construcción inicial y tiene un periodo de vida útil de entre 10 y 15
años, pero tiene la desventaja que requiere mantenimiento periódico para cumplir con su
vida útil (Rodríguez Velásquez, 2009).
𝐺
𝑊𝑥 𝐿18 + 𝐿2𝑠 4,79 10𝛽𝑥
=[ ] [ 𝐺 ] [𝐿2𝑥 ]4,33
𝑊18 𝐿𝑥 + 𝐿2𝑥
10𝛽18
15
𝑷𝒕 = índice de serviciabilidad final, función de la categoría del camino, y
representa el valor más bajo del índice de servicialidad a tolerar previo a la
necesidad de ejecutar una rehabilitación, un refuerzo o una reconstrucción. 𝑃𝑡 =
2.5 o incluso superior para caminos de elevado tránsito y de 2.0 para tránsitos
menos importantes.
W18: número previsto de ejes equivalentes de 18 kilo libras (80 KN = 8,2 ton), a lo
largo del periodo de análisis; es decir, número de aplicaciones de carga de 80 kN.
(4,2 − 𝑃𝑡 )
𝐺 = log10 [ ]
(4,2 − 1,5)
𝐹𝐶 = 1⁄[𝑊 ⁄𝑊 ]
𝑋 18
Pavimentos Rígidos
Se compone de losas de concreto hidráulico que algunas veces presentan acero de
refuerzo. Esta losa va sobre la base (o sub-base), la cual está cimentada sobre la
subrasante. Este tipo de pavimentos no permiten deformaciones de capas inferiores. El
pavimento rígido tiene costo inicial elevado a comparación con el pavimento flexible,
pero su periodo de vida útil es entre 20 y 40 años. El mantenimiento que requiere es bajo
16
y se orienta generalmente al tratamiento de juntas de las losas (Rodríguez Velásquez,
2009).
𝐺
4,62 𝛽
𝑊𝑥 𝐿18 + 𝐿2𝑠 10 𝑥
=[ ] [ 𝐺 ]
[𝐿2𝑥 ]3,28
𝑊18 𝐿𝑥 + 𝐿2𝑥 𝛽
10 18
(4,5 −𝑃 )
𝑡 [𝐿 +𝐿 ]5,2
𝐺 = log10 [(4,5 −1,5)] 𝛽18 = 1,0 + 3,63 [𝐷+118]8,462𝑆
∗𝐿 3,52
2𝑆
]5,2
𝐹𝐶 = 1⁄[𝑊 ⁄𝑊 ]
[𝐿 +𝐿
𝛽𝑋 = 1,0 + 3,63 [𝐷+1𝑋]8,462𝑋 3,52
∗𝐿 2𝑋 𝑋 18
Índice De Serviciabilidad
(Pt) Pt= índice de servicialidad al final
La selección del índice de servicio final Pt se debe basar en el índice más bajo
que pueda ser tolerado antes que sea necesario efectuar una rehabilitación, un refuerzo o
una reconstrucción. Se sugiere para el mismo, un valor de 2.5 o incluso superior para
carreteras de mayor tránsito y de 2 .0 para tráfico menos importante.
Para nuestro proyecto elegimos 2.5 de acuerdo con los datos dados
17
CÁLCULO DE ESAL’S CON PESOS ESTABLECIDOS POR EL
MTOP
En este periodo del desarrollo se determina el número de ejes equivalentes de 8.2 ton
que han circulado durante el tiempo de aforo que comprende los 365 días; para
determinarlos se utilizará la siguiente ecuación
Donde:
pi: Porcentaje del total de repeticiones para el i-ésimo grupo de vehículos o cargas.
Fi: Factor de equivalencia de carga por eje, del i-ésimo grupo de eje de carga.
Factor de crecimiento
La proyección GF son datos que calculamos mediante la siguiente ecuación
(1 + 𝑟)𝑛 − 1
𝐺𝐹 =
𝑟
Donde:
18
CAPITULO III
DESARROLLO
Ubicación y Extensión
La zona de estudio se encuentra ubicada en el cantón Guayaquil perteneciente a la
provincia del Guayas, la vía tiene una longitud aproximada de 9.00 km desde la población de San
Antonio hasta el ingreso a la Estación de Bombeo de Agua Cruda.
A 568017.00 9719967.00
B 573220.00 9723200.00
Datos
Dado que tenemos una r para todo este GF es para todos los tipos de vehículos
n= 25 años
r= 3
(1 + 3)25 − 1
𝐺𝐹 = = 36.4593
3
19
CÁLCULO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE
DATOS DE ENTRADA
Días de aforo 7 Días
Número de carriles 4
Periodo de diseño 25 años
Pt (SERVICIABILIDAD FINAL) 2.5
Sn (número estructural) 5 pulg
Variables
L2s=1
(4,2 − 2,5)
𝐺 = log10 [ ] = −0,200914843
(4,2 − 1,5)
[8.2 + 1]3,23
𝛽18 = 0,4 + 0,081 = 0,409614235
[5 + 1]5,19 ∗ 13,23
20
TIPO DE VEHICULO L 2DA 3 E(3A) 3S2 3S3 TOTAL
21
CÁLCULO DEL PAVIMENTO RÍGIDO
Para la aplicación del método tenemos los siguientes datos:
DATOS DE ENTRADA
Días de aforo 7 Días
Número de carriles 4
Periodo de diseño 25 años
Pt (SERVICIABILIDAD FINAL) 2.5
D (espesor de losa de hormigon) 6 pulg
Variables
L2s=1
(4,5 −2.5)
𝐺 = log10 [(4,5 −1,5)] = −0.1760913
[8.2 + 1]5,2
𝛽18 = 1,0 + 3,63 = 1.0264
[6 + 1]8,46 ∗ 13,52
Dado que las siguientes variables depende de las distintas cargas por eje se expresan
directamente en la tabla para el cálculo.
22
TIPO DE VEHICULO L 2DA 3 E(3A) 3S2 3S3 TOTAL
23
GRÁFICA COMPARATIVA DE LOS MÉTODOS UTILIZADOS
AÑOS RÍGIDA FLEXIBLE
1 390480 433152
2 792674 879299
3 1206933 1338830
4 1633620 1812146
5 2073107 2299662
6 2525780 2801804
7 2992031 3319010
8 3472272 3851731
9 3966919 4400435
10 4476406 4965599
11 5001176 5547719
12 5541691 6147303
13 6098420 6764873
14 6671852 7400971
15 7262487 8056152
16 7870840 8730987
17 8497444 9426069
18 9142846 10142002
19 9807611 10879415
20 10492318 11638948
21 11197567 12421268
22 11923972 13227058
23 12672171 14057022
24 13442815 14911884
25 14236578 15792392
24
CBR de diseño
Método de las Diferencias Acumuladas para Delimitación de Unidades
Homogéneas
Gran parte del éxito de un programa de mantenimiento y rehabilitación de
pavimentos reposa en la correcta definición de unidades de diseño estadísticamente
homogéneas. Para delimitarlas, el ingeniero se basa tanto en los antecedentes históricos
de la calzada, como en la inspección del estado superficial del pavimento y el análisis de
algunas otras variables que, a través de medidas numéricas, permitan conocer la condición
real de respuesta del pavimento. El establecimiento de tramos homogéneos mediante estas
últimas se puede efectuar de manera subjetiva, realizando un dibujo que muestre el
comportamiento de la variable medida a lo largo del proyecto o se puede realizar de una
manera más objetiva mediante procedimientos analíticos, entre los cuales se puede citar
el de las “diferencias acumuladas”, descrito en el Apéndice J de la guía de diseño de
pavimentos AASHTO 1993. El procedimiento, de tipo estadístico, se basa en el hecho
matemático simple de que cuando la variable Zx (definida como la diferencia entre el área
bajo la curva de respuesta a cualquier distancia y el área total desarrollada por la respuesta
promedio de todo el proyecto hasta la misma distancia) se dibuja como función de la
distancia a lo largo del proyecto, los límites de los tramos homogéneos.
Método AASHTO
Este es un método utilizado por el AASHTO para establecer tramos homogéneos
e identificar y calcular el CBR de diseño.
CBR
Se sacó el promedio de los dos datos de las diferentes penetraciones.
Abscisa 2+500
9.2% + 9,8%
𝐶𝐵𝑅 = = 9.5 %
2
Distancia parcial
La distancia parcial es la diferencia de las abscisas
Distancia acumulada
La distancia acumulada es la sumatoria de cada distancia parcial.
25
𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 = 500 + 2000 = 2500 𝑚
CBR promedio
El CBR promedio se obtiene al dividir la suma de los CBR por el número de sumandos.
2,98% + 9,50%
𝐶𝐵𝑅 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = = 6,24 %
2
Área de intervalo
El área de intervalo se obtiene del producto de la distancia parcial por el CBR promedio
Factor F
Donde:
X1, X2, X3,…., Xn = Valores de CBR
𝑥̅ = Promedio de CBR
n= Número de valores
26
(2,98% − 4,41%)2 + (9,50% − 4,41%)2 + (2,80% − 4,41%)2 +(4,40 − 4,41%)2 + (2,35% − 4,41%)2
𝜎=√
5−1
𝜎 =2.949%
Confiabilidad
CBR de diseño
La fórmula para determinar el CBR de diseño viene dada por la siguiente expresión:
𝐶𝐵𝑅𝑑 = 𝐶𝐵𝑅𝑝 + 𝑍𝑅 ∗ 𝜎𝑚
Donde:
27
Tabla resumen
28
Gráficas representativas
Area acumulada
40 300
250
30
200
Zx
20 150
100
10
50
0 0
0+0 02+000 04+000 06+000 08+000 10+000 0+0 02+000 04+000 06+000 08+000 10+000
-10 Abscisa Abscisa
29
Método Del Instituto Del Asfalto
Se realiza una comparación del número de ejes equivalentes (ESAL’s) con las
siguientes condiciones:
INTERVALOS CBR %
1 9,50% 20%
2 4,40% 40%
3 2,98% 60%
4 2,80% 80%
5 2,35% 100%
2,80% 80%
2,63% 87,5%
2,35% 100%
30
Desarrollo por segmento
Método AASHTO
Segmento Absc. 0+500-4+000
CBR DE DISEÑO POR
Abscisas Profundidad CBR% AASHTO
0+500 0.15 2.98%
02+500 1.5 9.50% PROMEDIO 5.09%
04+000 1 2.80% DES.ESTAN.M 3.817%
F. CONF. 80% 0.841
CBRDiseño =X-
Segmento 4+000 - 9+000
Zr*σ 1.88%
CBR %
9.20% 33%
2.98% 67% Necesitamos el percentil 87.50%
2.80% 100% CBR de diseño 2.87%
Segmento Absc. 4+000 - 9+000
31
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
32
BIBLIOGRAFÍA
33