Paquete Estructural

ESTUDIO TECNICO, ECONOMICO, SOCIAL Y AMBIENTAL PAVIMENTACION CARRETERA VIACHA (KM

GOBIERNO AUTNOMO

DEPARTAMENTAL DE LA PAZ

NDICE DE CONTENIDO11.INTRODUCCIN

11.1ANTECEDENTES

21.2Objetivo del DISEO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS

71.5Determinacin del rea de Influencia Directa

81.6ZONIFICACION del rea de Influencia

102.VARIABLE ESTRUCTURAL

102.1caracteristicas generales del pavimento flexible

122.2superficie asfaltica (ca)

142.3capa BASE GRANULAR (BS)

152.4capa SUBBASE GRANULAR (SB)

152.5subrasante

163.VARIABLE TRNSITO

163.1TRAFICO ACTUAL (TA 2010)

203.2TRAFICO FUTURO (TF)

203.3CARGAS

213.4CARGA EQUIVALENTE DE EJE SIMPLE (esal)

223.5NMERO DE EJES EQUIVALENTES ACUMULADOS (w18)

264.ESTUDIO DE SUELOS

264.1Trabajos de Campo

264.2Ensayos de Laboratorio

274.3Labores de Gabinete

274.4Valor de Soporte del Terreno de Fundacin (CBR)

304.5MATERIALES

325.DISEO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE SEGN LA GUA AASHTO 93

325.1Variables de tiempo

335.2Trnsito

335.3CONFIABILIDAD

355.4Serviciabilidad

375.5Coeficientes de Drenaje

385.6NMERO ESTRUCTURAL

395.7COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE LAS CAPAS

445.8MDULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE (MR)

455.9CLCULO DE ESPESORES DE CAPAS DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTOS

465.10ESPESORES DE LAS CAPAS DE PAVIMENTO FLEXIBLE

485.11MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE

496.SUPERFICIE GRANULAR DE RODADURA

496.1MDULO RESILIENTE LA SUBRASANTE (MR)

496.2COEFICIENTE ESTRUCTURAL

496.3CLCULO DEl ESPESOR de la CAPA DE ripio

527.RESUMEN DE ESPESORES

NDICE DE TABLAS

7Tabla 1.1 rea de Influencia Directa: Comunidades Beneficiadas

8Tabla 1.2 Zonificacin del rea de Influencia Directa

9Tabla 1.3 Zonificacin del rea de Influencia Indirecta

13Tabla 2.1 Recomendaciones del Instituto del Asfalto

13Tabla 2.2 Asfaltos lquidos

14Tabla 2.3 Emulsiones asflticas

15Tabla 2.4 Calidad de Suelos de Subrasante

17Tabla 3.1 Trnsito Semanal Total (TS) en la estacin Chachacomani

18Tabla 3.2 Trnsito Semanal Total (TS) en la estacin Chachacomani

20Tabla 3.3 Trnsito Futuro (TF)

22Tabla 3.4 Factores de Equivalencia Vehicular (FEVs)

24Tabla 3.5 Nmero de Ejes Equivalentes de 8,2 Tn (18 kip ESALs) Estimados para 15 aos


28Tabla 4.1 Tipos de suelos por sub grupos, segn la AASHTO y el Sistema Unificado, en la traza de estudio

30Tabla 4.2 Valores recomendados por el Instituto del Asfalto para la seleccin del CBR de Diseo

33Tabla 5.1 Periodos de anlisis recomendados

34Tabla 5.2 Niveles de confiabilidad sugeridos para varias clasificaciones funcionales

35Tabla 5.3 Valores recomendados para la desviacin estndar (So)

36Tabla 5.4 ndice de Servicialidad Presente

37Tabla 5.5 Tiempos requeridos para drenar

38Tabla 5.6 Coeficiente de drenaje para pavimento flexible (mi)

39Tabla 5.7 Valores recomendados para el coeficiente estructural a

40Tabla 5.8 Definiciones de gradacin del HMA

42Tabla 5.9 Gua general para tipos de mezcla apropiados para capas asflticas

44Tabla 5.10 Coeficientes estructurales adoptados

45Tabla 5.11 Mdulo Resiliente de la Subrasante

47Tabla 5.12 Pavimento Flexible Capa de Rodadura de Concreto Asfltico densamente gradado (Periodo de diseo 20 aos)

47Tabla 5.13 Pavimento Flexible Capa de Rodadura de Tratamiento Superficial Doble (Periodo de diseo 15 aos)

47Tabla 5.14 Pavimento Flexible Capa de Rodadura de Tratamiento Superficial Doble (Periodo de diseo 20 aos)

50Tabla 6.1: Pavimento Flexible Capa de Rodadura De Ripio


52Tabla 7.1 Resumen del paquete estructural de las alternativas

NDICE DE FIGURAS3Figura 1.1 Provincias Los Andes, Omasuyus y Larecaja y sus municipios correspondientes

4Figura 1.2 Croquis de Ubicacin del Proyecto

11Figura 2.1 Esquema de los esfuerzos inducidos en un pavimento flexible

17Figura 3.1 Distribucin del Flujo Vehicular en Funcin del da de aforo Estacin Chachacomani

18Figura 3.2: Composicin del Flujo Vehicular en la Estacin Chachacomani

19Figura 3.3 Distribucin del Flujo Vehicular en Funcin del da de aforo Estacin Cr Sorata

19Figura 3.4 Composicin del Flujo Vehicular en la Estacin Cr Sorata

29Figura 4.1 Percentil vs. CBR

30Figura 4.2 Determinacin del CBR de diseo (Azul CBR al 95% y Rojo CBR al 100% de la densidad mxima)

34Figura 5.1 Relacin grfica Costo vs. Confiabilidad

42Figura 5.2 Nomograma del Coeficiente estructural de la capa de rodadura de CA relacionada a diferentes ensayos de Asfalto (Van Til et al. 1972)

43Figura 5.3 Carta para estimar el coeficiente estructural del Concreto Asfltico Densamente gradado en funcin del mdulo elstico (resiliente)

45Figura 5.4 Determinacin de los Espesores de Pavimento

52Figura 7.1 Seccin Tipo de la plataforma para el mejoramiento de la carretera

53Figura 7.2 Pavimento Flexible capa de rodadura de concreto asfaltico

53Figura 7.3 Pavimento Flexible capa de rodadura TSD

53Figura 7.4 Ripio

INTRODUCCINANTECEDENTESAtendiendo a lo requerido en las Bases de Licitacin y Trminos 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 tcnica, planteada que describe la concepcin del consultor acerca del servicio requerido por el Gobierno Departamental de La Paz, el alcance y la metodologa a ser aplicada en el desarrollo del servicio de consultora, la programacin de trabajos a realizar y finalmente, la descripcin de la organizacin y asignacin del personal, este ltimo 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 operacin actuales, ya sean estos pblicos o privados, integrando socioeconmicamente las provincias del Departamento entre s y con la ciudad de La Paz, facilitando el transporte de pasajeros y productos de cada regin, de manera rpida, oportuna y segura, con ahorros de tiempo de viaje y evitar el despoblamiento de los pueblos y comunidades.Este informe contiene el Diseo de Estructuras de Pavimento del proyecto Mejoramiento Carretera Chachacomani Millipaya Cr Sorata y su desarrollo se enmarca dentro de las exigencias de los trminos de referencia.Se ha considerado la estrategia de la Administradora Boliviana de Carreteras en lo concerniente al periodo de anlisis para el diseo estructural de pavimento flexible (Concreto Asfaltico y Tratamiento Superficial Doble) definido en 20 aos de vida til, debido a los bajos volmenes trfico no fue necesario elaborar diseos en dos o ms etapas.El diseo estructural se realiz a travs del uso de planillas electrnicas, fundamentado en el mtodo AASHTO 93 y se analizaron los siguientes paquetes estructurales de pavimento: Pavimento flexible con capa de rodadura de Concreto Asfltico.

Pavimento flexible con capa de rodadura de Tratamiento Superficial Doble

Superficie Granular de Rodadura (Ripio)Objetivo del DISEO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOSEl diseo estructural de pavimentos se enfoca en determinar el apropiado espesor y composicin de cada capa, para que la misma brinde a los usuarios confort de circulacin, seguridad y mantenga sus propiedades durante su periodo de vida til. Los principales mtodos de diseo en uso son a travs de catlogos de diseo, mtodos empricos y mtodos emprico-mecnicos.

El mtodo emprico emplea los resultados de la AASHO Road Test (Ottawa 1956-1961) para correlacionar parmetros medibles (i.e., mdulo resiliente de la subrasante) e ndices derivados (i.e. el nmero estructural y el ndice de serviciabilidad del pavimento). Los mtodos empricos ms empleados son: Instituto del Asfalto, California (de CALTRANS), PCA (pavimentos rgidos), Shell, AASHTO 93.

1.1 Ubicacin del proyectoEl tramo carretero Chachacomani Millipaya Cruce Sorata, forma parte de la carretera que une las provincias (i.e., en direccin 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 beneficiar a:

1. El municipio de Batallas (provincia Los Andes), en lo que es el Cantn 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 Asuncin de Corpaputo y Warisata, beneficindose sus comunidades de Corpaputo, Casamaya, Casamaya Alta, Ocarani, Tacamara, Umapusa, Challuyo y Suasivi.

3. El municipio de Sorata (provincia Larecaja), representado por sus cantones San Antonio de Millipaya y Sorata, donde las comunidades ms beneficiadas sern: Millipaya, Alto Logena, Taypi Logena, Alto Caranavi, Marcamarcani, Cochiri, Chajhualla, Cochipata, Viacha A, Viacha B, Huarina, Choro, Cotaa y Comarca Coloni.

El eje del proyecto de mejoramiento carretero circular de manera directa entre las comunidades de Chachacomani, Corpaputo, Casamaya, Tacamara, Umapusa, Chaluyo, Millipaya, Chajhualla y Viacha. Estas comunidades sern beneficiadas de manera directa. La Figura 1.2 muestra un croquis de ubicacin del proyecto junto con el trazo geomtrico del proyecto carretero contrapuesto a una imagen satelital de fondo.

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)

Figura 1.2 Croquis de Ubicacin del ProyectoComo puede apreciarse en la Figura 1.2, La red vial fundamental N2 de circulacin vehicular proviene desde la ciudad de El Alto (Ro Seco), pasa por las poblaciones Batallas, Huarina, Tiquina, Copacabana y continua hacia la frontera con Per.

La Ruta Achacachi Sorata es la N 1225 de la Red Vial Departamental de La Paz.

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 N2 en el poblado de Batallas y que pasa por el poblado de Peas, continuando por Chachacomani, Millipaya y Cruce Sorata.

La provincia Los Andes surge por Decreto Supremo de 7 de septiembre de 1863 y est constituida por los municipios de Pucarani, (capital y primera seccin), Laja (segunda seccin), Batallas (tercera seccin) y Puerto Prez (cuarta seccin).

Los Andes, es una provincia del departamento de La Paz, Bolivia. Tiene una superficie de 1.658 km y una poblacin de 73.728 habitantes y una densidad de 44,46 Hab/km. Su Capital es la ciudad de Pucarani.La provincia Omasuyos est ubicada en el Departamento de La Paz a 4.500 metros sobre el nivel del mar, cuenta con una poblacin alrededor de 140.000 habitantes. Adems una extensin territorial de 2.065 kilmetrosdonde gran parte de su territorio limita con el Lago Titicaca.

En esta regin la economa se basa en la produccin agrcola de verduras y hortalizas, crianza de ovinos y vacunos. Otras actividades que se realizan son pesca y produccin de leche y quesos.

La Provincia Larecaja, presenta un clima de cordillera en los nevados, pasando por un clima templado en los valles (Sorata) y en las partes bajas (Guanay, Mapiri, Tipuani, Teoponte) un clima subtropical. Hidrolgicamente, el principal colector de la red imbrfera es el Ro Kaka (Teoponte), formado por la unin de los ros Coroico y Mapiri (en ste ltimo desembocan los ros Challana y Tipuani). Cabe mencionar que Sorata se halla entre los ros San Cristbal y Challasuyo.

La agricultura en la provincia es rudimentaria, existiendo cultivos de papa en las partes altas, maz (blanco, amarillo, morado, gris), lacayote, duraznos, papaya (para la preparacin de la falangina), en los alrededores de Sorata; frutas como la chirimoya en la zona de Tintilaya-Quiabaya, as tambin camotes, granadillas, limatomate, ctricos, papayo, palta, etc. Adems se presentan plantaciones perennes de caf, t y cacao en Mapiri y Chimate. En los alrededores de Guanay y Mapiri existen recursos forestales (maderables y no maderables) como el cedro, quina (tratamiento de la malaria), siringa (goma) y otros. En Sorata existen plantaciones de eucaliptos, cipreses y ceibos.1.2 Determinacin del rea de Influencia IndirectaEl rea de influencia, es la superficie urbana y rural que puede absorber o generar demandas de transito usuarias del proyecto, por lo tanto, comprende dimensiones fsicas y econmicas.

En la determinacin prctica del rea de influencia prevalecen, en cierta medida, las consideraciones fsicas y econmicas, como ya se indic. Ello significa que un flujo puede preferir el uso de una determinada va, si ella est a su alcance fsico y adems representa el menor costo econmico para vincular los orgenes y destinos previstos.

De planteamientos anteriores se desprende que la demarcacin de esta rea se relaciona con la demanda actual de modos de transporte, con el espacio geogrfica en que se sita dicha demanda y las caractersticas de ella.

La determinacin de las fronteras del rea consiste, por lo tanto, en poder vincular geogrficamente, y basndose en consideraciones econmicas y sociales, a varias zonas que originen y/o absorban dichas demandas reales y potenciales como posibles usuarias del proyecto.

El rea de Influencia Indirecta para el Estudio Tcnico, Econmico, Social y Ambiental Mej. Carret. Chachacomani Millipaya Cruce Sorata, se circunscribe al departamento de La Paz, especficamente a los Municipios de Batallas, Achacachi y Sorata.

1.2.1 Caractersticas Generales del Municipio de Batallas

Batallas, tercera seccin de la provincia Los Andes del departamento de La Paz, se encuentra sobre la carretera asfaltada a Copacabana, muy prxima a la ciudad de El Alto (a 50 kilmetros), ubicada en la zona del altiplano norte lacustre. Su topografa es variada desde la Cordillera Oriental hasta las riberas del lago Titicaca, con un clima predominantemente fro.El municipio de Batallas se encuentra conformado por comunidades, cantones y centros poblados, los que ascienden a 44, segn los datos del Censo del 2001.

1.2.2 Caractersticas 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 va asfaltada desde La Paz, y a partir de ah con rutas camineras de tierra. Achacachi se encuentra en el Altiplano, con un clima predominantemente fro. En el lmite con la provincia Los Andes se encuentra el nevado Illampu (6.550 msnm), donde se origina el ro Keka, que atraviesa por casi toda la jurisdiccin, con un caudal permanente. Las aguas de este rio son utilizadas principalmente para el riego de los cultivos. La poblacin en su conjunto es de origen aymara, y es conocida por mantener vivas sus organizaciones ancestrales, en muchos casos convertidas en sindicatos agrarios, adems por su afamada tradicin "guerrera". Su fiesta principal es la de San Pedro, la misma que se constituye en una de las pocas expresiones originales en danzas y msica prehispnica y folklrica.

1.2.3 Caractersticas Generales del Municipio de SorataEl 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 all hasta Sorata.

De acuerdo al censo de la Poblacin y Vivienda del INE realizado el ao 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 topografa predominante en todo el municipio es accidentada con altitudes que van desde ms de 4000 msnm hasta los 2000 msnm con un promedio de 3100 msnm , posee infinidad de quebradas y caadones 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 7C en la regin cordillerana hasta 18 en los valles. La precipitacin pluvial es muy variables durante todo el ao con un promedio de 600 mm/ao.

Determinacin del rea de Influencia Directa

El rea de Influencia Directa fue determinada mediante el mtodo de la Influencia Geogrfica y el Estudio de Origen y Destino realizado. El rea 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 obtendrn un beneficio. Los municipios considerados dentro del rea de influencia directa son los que se presentan a continuacin.

Tabla 1.1 rea de Influencia Directa: Comunidades Beneficiadas

ProvinciaMunicipioCantnComunidadPoblacinN de Familias

LOS ANDESBATALLAS VILLA SAN JUAN DE CHACHACOMANIChachacomani864218

Alto Cruz Pampa277

Coroyo29173

OMASUYUSACHACACHI VILLA ASUNCIN DE CORPAPUTOCorpaputo985149

Chamaya22534

Chamaya Alta50476

Ocorani37957

Tacamara1.909289

WARISATAUmupasa769116

Challuyo760115

Suasivi36255

LARECAJASORATA SAN ANTONIO DE MILLIPAYAMillipaya14333

Alto Logena34478

Taypi Logena22852

Alto Canaviri10825

Marcamarcani24957

Cochiri12929

Chajhualla25859

Cochipata28064

SORATAViacha A42098

Viacha B

Huarina Choro26963

Cotaa24858

Comarca Coloni10524

Total9.8561.828

Elaboracin: En base al trabajo de campo (encuestas) y Planes de Desarrollo Municipales

ZONIFICACION del rea de Influencia

Los municipios de Batallas, Achacachi y Sorata se constituyen en zonas de influencia de carcter directo para el tramo carretero, razn por la cual recibirn la denominacin de Zona 1 (Z1), Zona 2 (Z2) y Zona 3 (Z3) respectivamente. Estos municipios se encuentran ligados entre s por el tramo carretero secundario objeto del estudio.

Tabla 1.2 Zonificacin del rea de Influencia Directa

ZonificacinMunicipio

ZONA 1Batallas

ZONA 2Achacachi

ZONA 3Sorata

Fuente: Elaboracin 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 N2 en el poblado de Batallas y que pasa por el poblado de Peas, continuando por Chachacomani, Millipaya y Cruce Sorata.

De lo expuesto se concluye que las zonas de influencia indirecta para el rea de estudio correspondern a las especificadas en la Tabla 1.3.Tabla 1.3 Zonificacin del rea de Influencia Indirecta

ZonificacinMunicipio

ZONA 4Laja

ZONA 5Pucarani

ZONA 6Ancoraimes

ZONA 7Combaya

ZONA 8Guanay

Fuente: Elaboracin Propia.

1.3 VARIABLEs EN EL DISEO DE PAVIMENTOSSe deben considerar en el diseo de estructuras de pavimento, variables como: el tipo de pavimento que se emplear, los volmenes de trnsito, el nivel fretico, la vida til del pavimento, fuentes para el material de base y sub-base, el peso del vehculo de diseo, etc.

Las variables que intervienen en el diseo son las siguientes:

La variable estructural considera la calidad de las capas (i.e., sub-rasante, sub-base y base), esfuerzos que puede resistir, plasticidad, granulometra, la calidad del conjunto, el espesor y nmero de capas. Considera tambin las caractersticas geomtricas como el ancho de calzada.

La variable trnsito considera el tipo de vehculo, tipo de eje, el peso del vehculo, volumen o nmero de repeticiones de carga y velocidad.

Las condiciones regionales considera la topografa, la geologa y la hidrologa. Las condiciones climticas considera la temperatura, precipitacin y humedad.La temperatura influye en los mdulos dinmicos de las capas asflticas, y en los pavimentos rgidos, participa en los mtodos de construccin y en el dimensionamiento de las juntas.

La presencia de agua es una variable definitiva en el comportamiento de las estructuras de pavimento. Se debe tener muy en cuenta para la valoracin de: obras de drenaje y sub-drenaje, la eleccin del tipo de mezcla asfltica, el bombeo de la seccin transversal de la carretera, los cambios volumtricos de sub-rasantes expansivas, la contaminacin de la sub-base a causa del ascenso de los niveles freticos.VARIABLE ESTRUCTURAL

El buen comportamiento de un pavimento sea ste flexible o rgido depende no slo de la adecuada eleccin de espesores, sino de las adecuadas caractersticas de los materiales de las diferentes capas que lo constituyen.Los pavimentos flexibles se constituyen bsicamente de 3 capas de material seleccionado que son: capa subbase, capa base y una superficie de rodadura (tratamiento superficial simple, doble o concreto asfltico). Mientras que el pavimento de tipo rgido est constituida bsicamente de 2 capas que son: capa subbase y una superficie de rodadura constituida por una losa de hormign.

Todas las capas de material seleccionado estn estructuradas sobre la subrasante o terreno natural, cuyo correspondiente mdulo resiliente (MR) es la variable que juntamente con la variable trnsito (sin olvidar el factor econmico) definirn los espesores requeridos de las capas que forman la estructura del pavimento.

Un pavimento debe resistir las cargas impuestas por el trnsito vehicular, soportar la accin del medio ambiente, transmitir al suelo de fundacin esfuerzos y deformaciones tolerables y proporcionar a la circulacin de los vehculos rapidez, comodidad, economa y seguridad; lo cual conlleva que sea una estructura durable y adems, que presente una textura adecuada.En este informe se considerarn las variables que ataen a los pavimentos flexibles, especficamente al pavimento con superficie de concreto asfltico (CA), tratamiento superficial doble (TSD) y pavimento con material granular como capa de rodadura (ripio).caracteristicas generales del pavimento flexibleLos esfuerzos inducidos en la estructura de un pavimento flexible por las cargas del trfico, son mayores en las capas superiores y disminuyen con la profundidad como se observa en el esquema de la Figura 2.1.

Figura 2.1 Esquema de los esfuerzos inducidos en un pavimento flexible En general, el pavimento flexible est 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 disipacin 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 asfltica.

Se considera que los esfuerzos se han disipado, cuando el esfuerzo en un punto cualquiera, es menor que el 10% de la presin de contacto.

Las magnitudes normales de los mdulos de elasticidad de las capas de esta clase de estructuras, estn alrededor de:

Capa asfltica 25000 Kg/cm

Base granular 2000 Kg/cm a 5000 Kg/cm

Sub-base granular 1000 Kg/cm a 3000 kg/cm

El pavimento flexible clsico 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 asfltica proporciona la superficie de rodamiento; las cargas de los vehculos hacia las capas inferiores se distribuyen por medio de las caractersticas de friccin y cohesin de las partculas de los materiales; y la carpeta asfltica se pliega en pequeas deformaciones de las capas inferiores sin que su estructura se rompa.

superficie asfaltica (ca)El asfalto es un aglomerante resistente, muy adhesivo, altamente impermeable y duradero. Es una sustancia plstica que da flexibilidad controlable a las mezclas de ridos con las que se combina usualmente; adems, es altamente resistente a la mayor parte de los cidos, lcalis y sales. Aunque es una sustancia slida o semislida a temperaturas atmosfricas ordinarias, puede licuarse fcilmente por aplicacin del calor, por la accin de disolventes de volatilidad variable por emulsificacin. De esta forma se puede mezclar con los ridos necesarios para construir el material de la superficie de rodamiento. Esta superficie tiene caractersticas de resistencia y estabilidad, soporta la repeticin de cargas; es impermeable y debe tener la textura y el color adecuados que permitan un trfico seguro.La superficie de rodamiento debe ser capaz de resistir el uso y los efectos abrasivos de los vehculos en movimiento, y debe tener suficiente estabilidad para protegerla de posibles desplazamientos y surcos bajo las cargas del trfico. Adems, la capa de rodadura provee un til servicio al prevenir la entrada de cantidades excesivas de agua de la superficie a la base y sub-rasante.La capa carpeta de rodadura est constituida por 2 elementos: agregados minerales y un producto bituminoso. El producto bituminoso ms empleado para este tipo de obras es el asfalto. Su funcin principal es suministrar una superficie segura para el trnsito, libre de polvo y barro, ser resistente a los efectos destructivos del clima e impedir la infiltracin de agua superficial a las sub-capas.

La capa de rodadura o carpeta asfltica tiene las siguientes funciones:

Da la resistencia a la traccin 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 trnsito (desde la concepcin del usuario)

Tipos de Recubrimientos superficiales

a) Cemento Asfltico AC

Los cementos asflticos son hidrocarburos semi-slidos obtenidos despus 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

+ blandoAC 200-300

El empleo de uno u otro cemento asfltico depende del trnsito previsto y de las condiciones climticas. Se prefiere el ms duro para trnsito pesado y clima clido. El Instituto del Asfalto recomienda el uso de los cementos asflticos que se observan en la Tabla 2.1.Tabla 2.1 Recomendaciones del Instituto del Asfalto

TRANSITOCLIMA

ClidoClido HmedoModeradoFro

Pesado60 7060 7060 7085 100

Liviano85 10085 10085 100120 150

Por lo expuesto, se recomienda adoptar el cemento asfltico AC 85-100.b) Asfaltos Lquidos (AC + Solvente)

Los asfaltos lquidos son producidos al mezclar cemento asfltico con un destilado liviano y voltil del petrleo para volverlo lquido. Son clasificados de acuerdo a su velocidad de curado, de esta manera se tienen: curado rpido RC, curado medio MC y curado lento SC.

Tabla 2.2 Asfaltos lquidosCaractersticaSegn su Grado de Viscosidad

Curado rpidoAC + gasolina RC 70

RC 250 p/ riegos de imprimacin

RC 800

RC 3000

Curado medioAC + kerosnMC 70

MC 250

MC 800

MC 3000

Curado lentoAC + lubricantesSC 70

SC 250

SC 800

SC 3000

Fuente: Elaboracin propia.c) Emulsiones Asflticas (AC + agua)

Consisten en una suspensin de gotas muy finas de cemento asfltico (micelas) en agua, que en adicin con un producto emulsificante constituye el emulsivo. Las emulsiones contienen generalmente entre 50 y 70% de cemento asfltico y 50 a 30% de agua y son lquidas a temperatura ambiente. Se clasifican segn la Tabla siguiente:Tabla 2.3 Emulsiones asflticasEmulsinRompimiento

RpidoMedioLento

Aninica (-)RS 1

RS 2MSSS 1h

Catinica (+)CRS 1

CRS 2CMS 2hCSS 1h

1 Baja viscosidad

c/ h ( AC 60 70

2 Alta viscosidad

s/ h ( AC 85 100

Fuente: Elaboracin propia

capa BASE GRANULAR (BS)La base granular presenta caractersticas superiores de material seleccionado, ya que esta capa absorbe la mayor parte de los esfuerzos producidos por las cargas del trnsito. El material debe provenir de trituracin mecnica de roca o grava natural, con elevada resistencia a la abrasin (i.e., 30, IP80%.La capa base puede estar compuesta por material granular tratado con asfalto o cemento. Dentro de lo posible debe ser econmica y drenante.

De acuerdo con el criterio usado en la actualidad se tiene para carreteras con un trnsito menor a 1000 vehculos pesados, se recomienda que el espesor mnimo de la base sea de 12 centmetros y cuando el trnsito sea mayor, se recomienda que el espesor mnimo sea de 15 centmetros. Un mnimo de CBR que generalmente se permite es de 80% se admiten menores hasta el 50%, limite lquido menor a 25% y un ndice de plasticidad menor a 6.

La capa base granular tiene las siguientes funciones:

Es de gran aporte estructural (resistente), debido a las caractersticas de gradacin y trituracin de sus partculas (finos no plsticos).

Buen drenaje, debido a que presenta pocos finos.

Economa con respecto a la carpeta asfltica.

Sirve como superficie de rodadura provisional

capa SUBBASE GRANULAR (SB)La sub-base granular recibe los esfuerzos que el trnsito le impone a travs de la base y absorbe parte de ellos de manera que a la subrasante lleguen en magnitudes adecuadas. Debe controlar los cambios volumtricos de la subrasante, no permitir la intrusin de finos de la subrasante a la estructura, contribuir con el drenaje interior de la estructura y reducir el costo del pavimento. Puede ser de grava natural roca triturada (i.e., chanqueada), tener un mnimo de 25% de las partculas de agregado grueso en peso con caras fracturadas, adecuada resistencia al desgaste (i.e., 25%, un ndice de plasticidad IP30%.subrasanteUna subrasante bien construida debe: 1) conservar todo el tiempo el mayor valor portante posible, mientras ms alto sea, menor ser el espesor de las capas superiores y por lo tanto menor el costo de la estructura total y 2) permitir slo movimientos verticales diferenciales mnimos, con el fin de que el rodamiento de los vehculos sobre la superficie sea suave y cmodo.Los suelos de subrasante pueden dividirse en suelos pobres, medios y buenos, en funcin de sus caractersticas mecnicas.Tabla 2.4 Calidad de Suelos de SubrasanteCalidadMdulo Resiliente (MR)CBRValor R

Suelos pobres30 MPa (4500 psi)3%6

Suelos medios80 MPa (12000 psi)8%20

Suelos buenos170 MPa (25000 psi)17%43


VARIABLE TRNSITOEl trfico es una de las variables ms significativas del diseo de pavimentos; la metodologa AASHTO considera la vida til de un pavimento relacionada con el nmero de repeticiones de carga por parte de un eje equivalente de 8.2 toneladas (18 kips) que podr soportar el pavimento antes de llegar a las condiciones de servicio final predeterminadas para el camino.

Los datos recolectados durante la campaa de encuestas, fueron depurados, se corrigieron las inconsistencias. Una vez depuradas y corregidas las inconsistencias se procedi a la codificacin de las encuestas Origen y Destino y aforos vehiculares clasificados, con los cdigos se conform una base de datos y se utiliz planillas electrnicas para el manejo de los datos.

TRAFICO ACTUAL (TA 2010)

Con el propsito de conocer la composicin actual del trfico vehicular el Consultor program 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 vehculos por categora vehicular en funcin del da de aforo.Por otra parte, las Figuras 3.1 y 3.2, ilustran la distribucin del volumen vehicular en funcin a los das de aforo, mientras que las Figuras 3.3 y 3.4 ilustran la composicin del flujo vehicular.Tabla 3.1 Trnsito Semanal Total (TS) en la estacin Chachacomani

Fuente: Elaboracin propia.

Figura 3.1 Distribucin del Flujo Vehicular en Funcin del da de aforo Estacin Chachacomani

Figura 3.2: Composicin del Flujo Vehicular en la Estacin ChachacomaniTabla 3.2 Trnsito Semanal Total (TS) en la estacin Chachacomani


Figura 3.3 Distribucin del Flujo Vehicular en Funcin del da de aforo Estacin Cr Sorata

Figura 3.4 Composicin del Flujo Vehicular en la Estacin Cr SorataDe las Tablas y Figuras anteriores se concluye que en la Estacin Cruce Sorata se ha registrado mayor nmero de vehculos (59 vehculos mixtos). Del total de vehculos aforados, la categora de vehculo ms frecuente corresponde a los automviles y vagonetas (Cdigo N 1) con el 25.42%, seguidos por las camionetas camiones grandes (3 ejes) con 16.95%, los camiones medianos ocupan el tercer lugar con 11.86%, camiones grandes (2 ejes) con 10.17%, minibuses y microbuses con 8.47% y finalmente los buses medianos con 1.69%.TRAFICO FUTURO (TF)

Para cuantificar la magnitud del trfico futuro, se ha empleado la metodologa que permiten realizar las proyecciones del trfico actual TPDA considerando el crecimiento del trfico normal y generado empleando una tasa de crecimiento estimada del parque automotor.

La informacin que se presenta en la Tabla siguiente contiene las proyecciones del trnsito normal, trnsito atrado, trnsito generado y el trnsito de desarrollo que se ha estimado en el Captulo Estudio de Trfico para la Estacin Cruce Sorata ya que sta es la ms representativa para el diseo de pavimentos. Estas proyecciones constituyen la base imprescindible para el clculo de ejes equivalentes de 8.2 toneladas.Tabla 3.3 Trnsito Futuro (TF)


CARGAS

Las cargas, las fuerzas del vehculo transmitidas al pavimento, pueden ser caracterizados por los siguientes parmetros: 1) cargas por llanta, configuraciones de eje y llanta, 2) repeticin de cargas, 3) distribucin del trfico a travs del pavimento y 4) la velocidad del vehculo.

Las cargas y el medio ambiente daan al pavimento con el tiempo. Este dao es acumulativo durante la vida del pavimento y cuando llega a un valor mximo, se considera que el pavimento ha llegado al final de su vida til de servicio.

El diseo de la estructura del pavimento requiere la cuantificacin de todas las cargas que el pavimento vaya a experimentar durante su vida de til. Esta cuantificacin 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 nmero de ejes, configuracin y peso y no requiere la conversin a valores equivalentes.CARGA EQUIVALENTE DE EJE SIMPLE (esal)De acuerdo al mtodo AASHTO los pavimentos se disean para que resistan una determinada cantidad de cargas durante su vida til, estas cargas son producidas por una variedad de vehculos, de diferentes pesos y cantidad de ejes. Ante esta diversidad y a efectos de clculo, el mtodo propone el carga equivalente de eje simple cuyo peso patrn es 8.2 toneladas.

Para la transformacin de ejes simples, tndem y tridem de un determinado vehculo se aplican los factores equivalentes de carga (LEFs), segn el mtodo estos factores estn en funcin del Peso de cada eje, Nmero estructural SN para Pavimento Flexible, Espesor de losa D para Pavimento Rgido y Serviciabilidad final PSI, tal como se presentan en las tablas D-1 a la D-18 de la Gua Diseo AASHTO, Apndice D.Debido a que la solicitacin de trnsito es producida por una variedad de vehculos, existe la necesidad de transformarlos a cargas equivalentes de eje simple a travs del factor camin o factor equivalente vehicular.

Para determinar los Factores de Equivalencia Vehicular (FEV) de los vehculos que solicitan un pavimento, es recomendable realizar un censo de pesos por eje para cada tipo de vehculo de una determinada configuracin o aplicar otras metodologas que simulen las cargas que aplican los vehculos en una carretera.

El Consultor revis la bibliografa referida a estos factores de equivalencia vehicular, habiendo encontrado entre la informacin internacional y nacional un trabajo realizado por Administradora Boliviana de Carreteras (ABC), la cual se considera la ms aplicable a nuestro medio y por consiguiente a nuestro proyecto.

Segn la informacin disponible, los resultados presentados en este informe responden a una campaa 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 da durante una semana en el mes febrero del 2000. A la fecha esta informacin es un documento oficial til para el diseo de pavimentos en Bolivia.

En esa oportunidad, se habran registrado los pesos por eje de acuerdo a la siguiente clasificacin definida por la ABC en su estadstica vial.

Vehculos Livianos:

Automviles

Camionetas y Vagonetas

Minibuses

Vehculos Pesados:

Microbuses

Buses Medianos

Buses Grandes

Camiones Pequeos

Camiones Medianos

Camiones Grandes

Camiones Semiremolque

Camiones Remolque.

La Tabla 3.4 presenta los factores de equivalencia vehicular para pavimento flexible y rgido determinados por la Administradora Boliviana de Carreteras.

Tabla 3.4 Factores de Equivalencia Vehicular (FEVs)

Fuente: Elaboracin propia.NMERO DE EJES EQUIVALENTES ACUMULADOS (w18)El nmero de ejes equivalentes acumulados W18 que solicitarn a la calzada durante n aos se calcul tomando en cuenta el siguiente periodo de anlisis:

2011 - 2013

Periodo de Licitacin y Construccin

2014 - 2033

Periodo en servicio de la estructura de pavimentoCon la ecuacin que se muestra a continuacin, es posible determinar W18 para cada ao.

Donde:DS=Distribucin de trfico por sentido

DC=Distribucin de trfico por carril

TPDA=Trnsito promedio diario anual (sin vehculos livianos)

FEV=Factor de equivalencia vehicular

Las Tablas 3.5 y 3.6 muestran en detalle la estimacin de los ejes equivalentes acumulados para periodos de vida til de 15 y 20 aos respectivamente, para pavimento flexible.En ambas tablas se puede apreciar que dado que la distribucin vehicular por sentido es 58% para el carril de diseo se tiene que para una vida til de pavimento de 15 aos el valor estimado para el nmero de vehculos simples de eje equivalente es igual a 88626 Veh. Eq. Para una proyeccin a 20 aos, el nmero de ejes equivalentes se estima igual a 141210 Veh. Eq. En el Anexo se muestra el detalle de obtencin de los ESALs.Tabla 3.5 Nmero de Ejes Equivalentes de 8,2 Tn (18 kip ESALs) Estimados para 15 aos

Tabla 3.6 Nmero de Ejes Equivalentes de 8,2 Tn (18 kip ESALs) Estimados para 20 aos

ESTUDIO DE SUELOSLa metodologa seguida para la ejecucin del estudio de suelos comprendi bsicamente una investigacin de campo a lo largo del trazo donde se proyecta la carretera, a travs de prospecciones de exploracin a cielo abierto (obtencin 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 grfica y escrita los resultados del estudio.

A continuacin 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 caractersticas fsico-mecnicas de los materiales existentes se llevaron a cabo prospecciones de estudio (calicatas) con una profundidad mnima 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 ubicacin, nmero 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, prctica recomendada para la descripcin de suelos. Las muestras representativas fueron sometidas a los siguientes ensayos:Ensayos Estndar

Anlisis granulomtrico por tamizado (ASTM C-136)

Constantes fsicas

Lmite Lquido (ASTM D-4318)

Lmite Plstico (ASTM D-4318)

ndice de Plasticidad

Clasificacin SUCS (ASTM D-2487)

Clasificacin AASHTO (ASTM D-3282)

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 informacin obtenida durante los trabajos de campo y los resultados de los ensayos de laboratorio, se efectu la clasificacin de los suelos en los sistemas SUCS y AASHTO.

Se efecta tambin el anlisis 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 Fundacin (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 as como el anlisis estadstico de los suelos de traza.Tabla 4.1 Tipos de suelos por sub grupos, segn la AASHTO y el Sistema Unificado, en la traza de estudio

Fuente: Elaboracin propiaPara la determinacin de la capacidad portante se ha empleando la norma ASTM D-1883 correspondiente al CBR (California Bearing Ratio), efectuando los respectivos ensayos a las muestras representativas de los suelos de fundacin, cuyo resumen se indica en el Anexo 1.

Finalmente para la determinacin del valor representativo se ha utilizado un procedimiento estadstico (percentiles) basado en los criterios recomendados por el Instituto del Asfalto Americano para el clculo del CBR de diseo. Dicho criterio se basa en la calificacin del trfico proyectado (diseo) con respecto a indicadores estadsticos que establecen el valor indicado del universo de datos obtenidos en laboratorio, este criterio a nivel mundial es el ms aceptado y usado. La Figura 4.1 muestra la relacin entre el valor estadstico percentil y el CBR, la mencionada figura fue elaborada con los resultados de los ensayos de suelos realizados, por tanto es aplicable nicamente para el presente proyecto.

Figura 4.1 Percentil vs. CBRSin embargo, ya que se cuenta con una cantidad de datos de CBR que pasan la centena de registros (105 registros) se ha efectuado un ajuste exponencial (Figura 4.2) de los datos obtenindose para este valor un CBR de diseo igual a 15.16% (al 95% de la Mxima Densidad Seca). La obtencin de este CBR de diseo se detalla en el Anexo 1. Para el presente proyecto, de acuerdo con lo recomendado por el Instituto del Asfalto, el percentil de diseo recomendado es igual a 75%, segn la Tabla siguiente.Tabla 4.2 Valores recomendados por el Instituto del Asfalto para la seleccin del CBR de Diseo

Nivel de Trnsito% Valor de Diseo

Liviano10000 Menos60,00%

Medio10000 100000075,00%

PesadoMayor de 100000087,50%

Figura 4.2 Determinacin del CBR de diseo (Azul CBR al 95% y Rojo CBR al 100% de la densidad mxima)MATERIALES

Generalmente el material que se emplea en un terrapln es el que se encuentra sobre la misma ruta producto de cortes o prestamos laterales. Los materiales usados para la conformacin del paquete estructural debern ser homogneos evitando de esta manera asentamientos diferenciados a los largo de la va.Tipos de bancos de prstamo:

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 mnimos, es decir CBR para la capa base igual a 80% y CBR para la capa subbase igual a 40 %, recomendados en los Trminos de Referencia del proyecto.DISEO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE SEGN LA GUA AASHTO 93

El mtodo relaciona la estructura del pavimento con cargas aplicadas, vida til y capacidad soporte del suelo (i.e., mdulo resiliente MR). La ecuacin bsica ha sido desarrollada a partir de datos experimentales de la AASHO Road Test (Highway Research Board, 1961) la cual realiz ensayos en pavimentos con concreto cementado Portland PCC y concreto asfltico AC.

Donde:

W18 = nmero estimado predecido de repeticiones de ejes equivalentes de eje simple ESALs de 18000 lb (8,2 Ton);

ZR = desviacin estndar normal (Anexo E-3)

So = error combinado estndar de la prediccin del trfico y de la prediccin del desempeo del pavimento;

SN = nmero estructural o ndice de espesor

(PSI = diferencia entre el ndice de servicio inicial po y el terminal pt (4.5 y 3.0 respectivamente segn Carey &Irick 1960);

MR = mdulo resiliente de la subrasante (psi)

Variables de tiempo

Hay dos variables de tiempo a tener en cuenta: perodo de anlisis y vida til del pavimento. La vida til es el lapso de tiempo que media entre la construccin o rehabilitacin del pavimento y el momento en que ste alcanza un grado de serviciabilidad mnimo.

El perodo de anlisis es el tiempo total que cada estrategia de diseo debe cubrir. Puede ser igual que la vida til, pero en casos en que se prevn reconstrucciones a lo largo del tiempo, el perodo de anlisis comprende varios perodos de vida til, el del pavimento original y el de los distintos refuerzos. La AASHTO recomienda los siguientes perodos de anlisis:

Tabla 5.1 Periodos de anlisis recomendados

Tipo de CaminoPeriodo de Anlisis (aos)

Gran volumen de trnsito urbano30 a 50

Gran volumen de trnsito rural20 a 50

Bajo volumen pavimentado15 a 25

Fuente: Washington State Department of Transportation WSDOT, Design Guide for Flexible Pavements AASHTO 93.Trnsito

AASHTO utiliza el nmero 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 conversin de una determinada carga por eje a ESAL se hace a travs de los LEF (load equivalent factor), en nuestro medio factor equivalente de carga FEV y descrito anteriormente en el apartado 3.4.

En el captulo Trnsito de la versin 1993, AASHTO incorpora una serie de tablas con LEFs variando en funcin a la carga aplicada, la serviciabilidad final y el SN del pavimento.

Como ya fuera expresado anteriormente, las caractersticas del trnsito en Bolivia son diferentes a las consideradas por AASHTO, no solo en la composicin vehicular sino tambin en lo referente a la magnitud de las cargas.

CONFIABILIDADEn todos los diseos la incertidumbre siempre ha sido tenida en cuenta a travs 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 ltima instancia un coeficiente de seguridad, cuyo propsito es tener en cuenta la incertidumbre y variabilidad en el diseo, construccin y cargas. De sta manera, la confiabilidad es la probabilidad de que el sistema estructural que forma el pavimento cumpla su funcin prevista, dentro de la vida til y bajo las condiciones (medio ambiente) que tienen lugar en ese lapso. As una confiabilidad de 80 indica que hay un 20% de probabilidad que el pavimento comience a fallar antes de completar su perodo de diseo. En cambio, con una confiabilidad de 95 existir solo un 5% de probabilidad que el pavimento falle antes de su vida de diseo.

Por ello AASHTO advierte que un nivel de confiabilidad alto implica un pavimento ms costoso y por lo tanto mayores costos inciales, pero tambin pasar ms tiempo hasta que ese pavimento necesite una reparacin y por ende los costos de mantenimiento sern menores. Por el contrario, un nivel de confiabilidad bajo da pavimentos ms econmicos, pero con un mayor costo de mantenimiento. En tal sentido, la AASHTO considera que hay un nivel de confiabilidad ptimo, en el cual la suma de los costos inciales y de mantenimiento dan un mnimo. En la Figura 5.1 representa el Costo total vs. Confiabilidad.

Figura 5.1 Relacin grfica Costo vs. Confiabilidad

Independientemente de estas consideraciones, la gua de diseo AASHTO 93 (Tabla 2.2, p.II-9) recomienda los siguientes niveles de confiabilidad, mostrados en la Tabla siguiente.Tabla 5.2 Niveles de confiabilidad sugeridos para varias clasificaciones funcionales

Clasificacin FuncionalNivel de Confiabilidad Recomendada

UrbanoRural

Autopistas Interestatales y otros85 99.980 99,9

Arterias Principales80 9975 95

Colectores80 9575 95

Local50 8050 80

Fuente: Washington State Department of Transportation WSDOT, Design Guide for Flexible Pavements AASHTO 93

La esquematizacin del comportamiento real del pavimento y la curva de diseo propuesta por la AASHTO no coinciden, por esta razn, para ajustar las dos curvas se utiliza un factor de ajuste que resulta del producto de desviacin normal (ZR), por desviacin estndar (So).

Para una construccin por etapas o sea con vida til menor al perodo de anlisis se procede a utilizar la Ecuacin descrita a continuacin, para establecer la confiabilidad real para todo el perodo de diseo.

Donde:n = Nmero de etapas previstasLa varianza del comportamiento del pavimento y el trnsito en el perodo de diseo pueden ser estimados, para un caso de diseo en particular, si se dispone de suficiente informacin. La Tabla 5.3 que se indica a continuacin contiene valores de desvo estndar, recomendados por AASHTO a partir de un anlisis de varianza que exista en el AASHO Road Test y en base a predicciones futuras de trnsito:

Tabla 5.3 Valores recomendados para la desviacin estndar (So)

Variacin en la prediccin del comportamiento del pavimentoDesviacin estndar (So)

Pav. rgidosPav. flexibles

Sin errores en el trnsito0,340,44

Con errores en el trnsito0,390,49

Fuente: Washington State Department of Transportation WSDOT, Design Guide for Flexible Pavements AASHTO 93Serviciabilidad

Mientras que las fallas, la condicin estructural y la friccin superficial son importantes indicadores ingenieriles de las condiciones de un pavimento, los usuarios juzgan el estado de un pavimento en trminos de calidad para circular sobre ellos. La servicialidad se define como la capacidad del pavimento para brindar un uso confortable y seguro a los usuarios. En el procedimiento de diseo de la Gua AASHTO 93, la servicialidad est calificada en trminos de clasificacin de servicialidad presente. La Tabla 5.4 muestra valores de serviciabilidad recomendados.Tabla 5.4 ndice de Servicialidad Presente

ndice de Serviciabilidad presente (ISP)Calidad de Funcionamiento

4 5Muy Buena

3 4Buena

2 3Regular

1 2Pobre

0 1Muy Pobre

Fuente: Washington State Department of Transportation WSDOT, Design Guide for Flexible Pavements, AASHTO 931.3.1 Prdida de serviciabilidad por trnsito (PSIt

El concepto de serviciabilidad del pavimento, introducido tambin por AASHTO, es la capacidad del pavimento para brindar un uso confortable y seguro a los usuarios y se define mediante el ndice de serviciabilidad presente ISP (Present Serviceability Index, PSI), que califica a los pavimentos entre 0 (muy pobre) y 5 (muy bueno).

En el diseo del pavimento el proyectista debe elegir la serviciabilidad inicial y la final. La inicial p0 es funcin del diseo del pavimento y de la calidad de la construccin, la final o terminal pt es funcin de la categora del camino. La prdida de serviciabilidad por trnsito (PSIt, ser por lo tanto la diferencia entre po y pt. La AASHTO recomienda los siguientes valores de serviciabilidad:

Serviciabilidad inicial:

po = 4,5 para pavimentos rgidos

po = 4,2 para pavimentos flexibles

Serviciabilidad final:

pt = 2,5 ms para caminos muy importantes

pt = 2,0 para caminos de menor trnsito

1.3.2 Prdida de serviciabilidad por el hinchamiento de suelos arcillosos (PSISWLas arcillas son suelos susceptibles de sufrir hinchamiento, pero no todas son expansivas. Se puede decir que las arcillas expansivas son aquellas que tienen un Lmite Lquido (LL) mayor que 50%, y, en general, una relacin LL/IP menor que 2,5 aproximadamente, es decir son los suelos A-7 y A-6 de la clasificacin AASHTO.

Para determinar la prdida de serviciabilidad por hinchamiento de la sub-rasante se deben conocer: Constante de hinchamiento (), Levantamiento potencial vertical (VR) y Probabilidad de hinchamiento (Ps).

La Constante de hinchamiento (), que puede variar entre 0,04 y 0,20, es un factor usado para estimar la velocidad en que se producir la expansin de la sub-rasante. Se usan valores elevados de cuando el suelo est expuesto a aportes importantes de humedad, debido a fuertes lluvias, drenaje insuficiente, etc. Se usan valores bajos cuando es muy difcil el ingreso de humedad a la sub-rasante.

El Levantamiento potencial vertical VR representa la expansin 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 empricos 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 expansin por arcillas. Es as que en una zona puntual existir 100% de posibilidad de hinchamiento si el IP es mayor de 30% y el espesor de la capa expansiva es mayor de 60 centmetros o si el VR es mayor de 0,5 cm.

En el presente proyecto las caractersticas de los suelos analizados muestra que no es necesario considerar la prdida de serviciabilidad debido a hinchamiento de suelos arcillosos.

1.3.3 Prdida de serviciabilidad de diseo (PSI

La prdida de serviciabilidad de diseo (PSI se obtiene restndole a la prdida de serviciabilidad por trnsito (PSIt, la prdida de serviciabilidad debida a hinchamiento de suelos arcillosos (PSISW.

Coeficientes de Drenaje

El mtodo AASHTO propone la utilizacin de coeficientes modificados de drenaje para las capas del pavimento, en funcin de las caractersticas de drenaje de los materiales, del material empleado y de la posicin de la capa en la estructura del pavimento. De sta manera, la calidad del drenaje es definida en funcin del tiempo exigido para la remocin del agua del pavimento.Tabla 5.5 Tiempos requeridos para drenar

Calidad de Drenaje50% de saturacin en:80 % de saturacin en:

Excelente2 horas2 horas

Bueno1 da2 a 5 horas

Regular1 semana5 a 10 horas

Pobre1 mesMs de 10 horas

Muy PobreEl agua no drenaMucho ms de 10 horas

Fuente: AASHTO Gua de Diseo 1993Considerando 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 ser regular, es decir, el tiempo de remocin del agua del pavimento ser cercano a los 7 das y el porcentaje de tiempo que el pavimento estar sujeto a condiciones de humedad prximas a la saturacin ser entre 5% a 25%.

Tabla 5.6 Coeficiente de drenaje para pavimento flexible (mi)

Calidad De DrenajePorcentaje del Tiempo en que el Pavimento est Sometido a Niveles Cercanos a la Saturacin

< 1%1 - 5%5 - 25%> 25%

Excelente1,40 -1,351,35 -1,301,30 - 1,201,20

Bueno1,35 -1,251,25 -1,151,15 - 1,001,00

Regular1,25 -1,151,15 -1,051,00 - 0,800,80

Pobre1,15 -1,051,05 -0,800,80 - 0,600,60

Muy Pobre1,05 -0,950,95 -0,750,75 - 0,400,40

Fuente: AASHTO Gua de Diseo 1993

Por lo expuesto, el valor adoptado para definir el coeficiente de drenaje (mi) para el proyecto es igual a mi = 0.95.La calidad del drenaje de las capas de material que constituirn la estructura del pavimento, determinada de la manera explicitada, se refleja en la obtencin del nmero estructural (SN) a travs de unos coeficientes de drenaje mi que afectan solamente a las capas no ligadas.NMERO ESTRUCTURALEl nmero estructural (SN) se usa para cuantificar la resistencia estructural de un pavimento requerida para una combinacin de soporte suelo, trfico total, confiabilidad y nivel de serviciabilidad.El SN requerido es convertido en espesores de concreto asfltico, base y sub-base a travs de coeficientes que representan la resistencia relativa (ai) de los materiales de construccin y asigna a todas las capas debajo de la capa de rodadura un coeficiente de drenaje (mi) que representa la prdida relativa de resistencia debido a sus caractersticas de drenaje y tiempo total de exposicin a condiciones de humedad prximas a la saturacin.El nmero estructural est definido por la ecuacin:

Donde:

ai = coeficiente estructural de la capami = coeficiente de drenaje

Di = espesor de la capa

COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE LAS CAPAS

El coeficiente estructural de una capa representa la relacin emprica entre el nmero estructural SN y el espesor de dicha capa, siendo una medida de la capacidad relativa del material para actuar como componente estructural de un pavimento.

El mtodo AASHTO presenta diversas formas de obtener el valor del coeficiente estructural, en general a travs de correlaciones con otras propiedades mecnicas de los materiales (CBR, mdulo resiliente, mdulo elstico, etc.). Estos coeficientes son posibles de determinar a travs de bacos o expresiones matemticas. A continuacin se presenta en la Tabla 5.7 valores referenciales de los coeficientes estructurales para los materiales empleados en la pavimentacin.Tabla 5.7 Valores recomendados para el coeficiente estructural a

Caracterstica del material empleadoValor

CARPETA AC: a1

Mezcla en Planta (alta estabilidad)0,44

Mezcla en Planta (arena asfalto)0,40

Mezcla en Va (baja estabilidad)0,20

CAPA BASE: a2

Grava Arena0,07

Piedra Triturada0,14

Grava con Cemento qu 7 das: 45.5 kg/cm20,23

qu 7 das: 28 - 45.5 kg/cm20,20

qu 7 das: 28 kg/cm2 o menos0,15

Grava Estabilizada con Asfalto0,34

Arena Estabilizada con Asfalto0,30

Material tratado con Cal0,15 0,30

CAPA SUB-BASE:a3

Grava Arena con cemento0,11

Arena o Arena Arcillosa0,05 0,10

1.3.4 Bases Granulares

La ecuacin que determina el coeficiente estructural de materiales empleados en bases granulares se muestra a continuacin.

Donde:

EBS = mdulo elstico de la base granular en psi.

1.3.5 Subbases Granulares

La expresin matemtica que determina el coeficiente estructural de materiales de la capa de refuerzo de la subrasante es la siguiente.

Donde:

ESB = mdulo elstico de la subbase granular en psi.

1.3.6 Mezcla y coeficiente estructural del Concreto asfltico

Las mezclas de HMA (high matrix asphalt) difieren unas de las otras principalmente por el tamao mximo del agregado, la gradacin del mismo y el contenido/tipo de ligazn (imprimacin) de asfalto. Las mezclas ms comunes son: 1) HMA gradacin-densa, 2) matriz asfalto-piedra (SMA) y 3) HMA de gradacin-abierta.

Una mezcla de gradacin-densa HMA es una mezcla bien gradada para uso general. Son definidas por el tamao mximo nominal del agregado y pueden ser luego clasificadas en gradacin fina y gradacin gruesa. Son adecuadas para todo pavimento y condiciones de trfico. Trabajan bien para las necesidades: estructurales, de friccin, nivelacin y parchado.

La Tabla 5.8 muestra, de manera referencial, las recomendaciones de gradacin para una mezclas de concreto asfltico realizadas por la Asociacin Nacional de Pavimentos Asflticos de los estados Unidos.Tabla 5.8 Definiciones de gradacin del HMA

Fuente: National Association of Pavement Asphalts NAPA E.U., 2001De acuerdo con el Instituto del Asfalto, el tamiz N 8 (2,36 mm) define la textura de la mezcla. En caso de desear que la carpeta de rodamiento tenga textura fina el pasante por dicho tamiz debe aproximarse al lmite superior. Por el contrario, si la intencin es lograr textura gruesa se debe acercar al lmite inferior.

Para el presente proyecto se recomienda la ejecucin de carpetas de rodamiento con textura gruesa, que presentan mayor adherencia neumtico pavimento. Para ello en las Especificaciones se debe indicar que la mezcla debe tender a valores entre el 30 y 35% en el mencionado tamiz.

Con relacin 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 relacin al contenido de asfalto, y considerando los agregados ptreos que se utilizarn en esta obra, se considera importante limitar el porcentaje mnimo al 4,9% en carpeta.

En cuanto a las exigencias del ensayo Marshall, se recomienda complementar la especificacin de la Norma ABC incorporando lo siguiente:

Estabilidad: Mnimo 800 kg - Mximo 1.000 kg

Relacin pasante # 200 sobre contenido de asfalto, menor o igual a 1,1

Relacin Estabilidad Fluencia entre 1.600 y 2.000 kg.cm

Se aconseja que no deban establecerse diferencias de calidad entre base y carpeta asfltica.

La experiencia indica que el ensayo Marshall tiene dispersiones importantes en sus valores de estabilidad y fluencia, que no se condicen con la posible variacin de calidad de la mezcla ensayada, ya que estas dispersiones existen an 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 mximos y mnimos 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 lmites fijados, y no que sean un porcentaje de los valores de la Frmula.

La Tabla 5.9 es una referencia para seleccionar una adecuada mezcla asfltica en funcin del flujo de trfico existente y proyectado. De la Tabla se ha adoptado para el proyecto la mezcla HMA gradacin-densa (i.e., CA 85-100).Tabla 5.9 Gua general para tipos de mezcla apropiados para capas asflticas

A = Apropiado., M.A. = Moderadamente apropiado, Vaco = No apropiado.Fuente: National Association of Pavement Asphalts NAPA E.U., 2001

Considerando al concreto de gradacin 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 Gua AASHTO 93.

Figura 5.2 Nomograma del Coeficiente estructural de la capa de rodadura de CA relacionada a diferentes ensayos de Asfalto (Van Til et al. 1972)

Figura 5.3 Carta para estimar el coeficiente estructural del Concreto Asfltico Densamente gradado en funcin del mdulo elstico (resiliente)De las Figuras 5.2 y 5.3 anterior se ha determinado el aporte unitario estructural con una estabilidad Marshall mnima de 800 kg (1766 lb.); lo que corresponde a un coeficiente de aporte estructural en el concreto asfltico AC igual a 0,41/pulg. (0,161/cm), y un mdulo resiliente de 400.000 psi (2760 MPa). No obstante, se adopta un valor de 0,17/cm que es de uso generalizado en nuestro pas, 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.Tabla 5.10 Coeficientes estructurales adoptadosCapasCdigoMaterialCBR %Mdulo elstico MR (psi)ai

Concreto asflticoCAMatriz asfltica densamente gradada (valores caractersticos tomados a 20C)N.A.420000,000,433/pulg.

RevestimientoTSDTratamiento Superficial DobleN.A.N.A.0,001

BaseBSGranular triturado80,029232,330,135/pulg.

SubbaseSBGranular40,016199,090,117/pulg.


MDULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE (MR)

El mdulo resiliente MR de un material es bsicamente una estimacin de su mdulo de eslasticidad bajo consideraciones de deformacin sucesiva y permanente debida a cargas repetitivas (AASHTO T-292: Resilient Modulus of Subgrade Soils and Untreated Base/Subbase Materials). En la gua de diseo AASHTO 93 se tienen las siguientes correlaciones (en psi):

Heukelom y Klomp (1962) para CBR 40%MGGranular230


Se ha adoptado, sin embargo, un espesor de ripio igual a 30 cm para 5 aos de vida til. El detalle de obtencin del espesor se muestra en el Anexo 2.Tabla 6.2 Nmero de Ejes Equivalentes de 8,2 Tn (18 kip ESALs) Estimados para 5 aos

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 ms detalles de clculo se adjuntan los detalles de clculo en el Anexo 3.

Tabla 7.1 Resumen del paquete estructural de las alternativasAlternativaDescripcinEspesor (cm)

Concreto AsfalticoCapa de Concreto Asfaltico5

Capa Base11

Capa Subbase11

Tratamiento Superficial DobleTratamiento Superficial Doble2.5

Capa Base15

Capa Subbase22

RipioMaterial Granular CBR > 40%30

Fuente: Elaboracin propiaLa Figura 7.1 muestra la seccin tipo de la plataforma para el mejoramiento de la carretera y las Figuras 7.2, 7.3 y 7.4 ilustran de manera esquemtica los diferentes paquetes estructurales de pavimento considerados en el presente informe.

Figura 7.1 Seccin Tipo de la plataforma para el mejoramiento de la carretera

Figura 7.2 Pavimento Flexible capa de rodadura de concreto asfaltico

Figura 7.3 Pavimento Flexible capa de rodadura TSD

Figura 7.4 Ripio ANEXOS

ANEXO 1: RESUMEN DE RESULTADOS DE LABORATORIO DE SUELOS

ANEXO 2: DETERMINACIN DEL NMERO DE EJES EQUIVALENTES

ANEXO 3: RESULTADOS DE DISEO DEL PAQUETE ESTRUCTURALANEXO 1

RESUMEN DE RESULTADOS DE LABORATORIO DE SUELOS

ANEXO 2

DETERMINACIN DEL NMERO DE EJES EQUIVALENTES (ESALs)

ANEXO 3RESULTADOS DE DISEO DEL PAQUETE ESTRUCTURAL DE LAS ALTERNATIVAS

Z3

Z2

Z1

RUTA 1225

RUTA N2

CARRETERA

CHACHACOMANI-MILLIPAYA-CR SORATA

Mdulo Elstico EAC (psi) del Concreto Asfltico a 20C

Coeficiente estructural de capa a1 para el concreto asfltico

Principios Bsicos para el Diseo de Pavimentos Flexibles, ESSO S.A. Colombia, Segunda Edicin, pp. 11-14.

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_1193937873.xlsHoja1

Tamao Nominal Mximo del AgregadoMezcla Gradacin-DensaMezcla Gradacin-Fina

37,5 mm (1,5 pulg.)< 35% pasa el 4,75 mm (Tamiz N4)> 35% pasa el 4,75 mm (Tamiz N4)





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_1189493595.xlsHoja1

CAPATRAFICO BAJOTRAFICO MEDIOALTO TRAFICO

< 300,000 ESALs300,000-10 millones ESALs> 10 millones ESALs

HMASMAOGFCATPBHMASMAOGFCATPBHMASMAOGFCATPB

SuperficialA---AM.A.M.A.-AAA-

IntermediaA---A---AM.A.--

BaseA---A--M.A.A--A

Paquete Estructural

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