CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
PROYECTO DE VINCULACIÓN CON EL MEDIO EXTERNO
“ESTUDIO Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA - VÍA CHAGUAR – SAN ANTONIO DE PICHINCHA”
Quito, junio 27 de 2016
Ladrón de Guevara E11-253 y Andalucía Telefax 2 547 – 474
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
ÍNDICE Antecedentes ..................................................................................................... 2 Diseño de pavimento .......................................................................................... 2 Memoria de Cálculo ........................................................................................... 4 Conclusiones y Recomendaciones .................................................................. 12 Anexo Fotográfico…………………………………………………….……………...13
1
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
1. Antecedentes. El Gobierno Autónomo Descentralizado de la Parroquia de San Antonio de Pichincha, por medio de oficio No. 1212, de fecha 2 de Febrero de 2016, solicita la ayuda de la Escuela Politécnica Nacional, para el diseño de la estructura del pavimento de la calle Chaguar - San Antonio - Pichincha.
Ubicación del Proyecto.
A través del Centro de Investigación se la vivienda CIV, se coordinan las acciones a tomar para el cumplimiento de dicho requerimiento. El laboratorio de mecánica de suelos procede a realizar los ensayos de CBR´s, los cuales son entregados con fecha 9 de mayo de 2016; paralelamente se realizan los trabajos de estudio de tráfico a cargo del Ing. Gustavo Boada y alumnos de la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental. 2. Diseño del pavimento. El diseño de pavimento se lo realizó con la normativa AASHTO 93, la misma que es recomendada por el Ministerio de Transportes y Obras Públicas del Ecuador.
2
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
Se han considerado dos criterios de diseño, el primero corresponde al criterio de estabilidad y posibilidad de construcción; el segundo criterio corresponde a un criterio multicapa. a. Diseño con el criterio estabilidad y posibilidad de construcción.
7.5 cm de Mezcla Bituminosa – Carpeta asfáltica
20 cm de Base Clase III
20 cm de Subbase Clase III
b. Diseño con el criterio multicapa.
12 cm de Mezcla Bituminosa – Carpeta asfáltica
15 cm de Base Clase III
20 cm de Subbase Clase III
Todos los materiales estarán en función a las especificaciones técnicas del manual MOP-001F-2002.
3
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
Es recomendable, que la capa mezcla bituminosa corresponda a una mezcla con estabilidad en el ensayo Marshall de 1000 a 1800 lb o superior. 3. Memoria de Cálculo. a. Conteo vehicular y estimación del TPDA. El conteo vehicular se lo realizó de forma manual desde el 3 al 5 de marzo en un periodo de 12 horas. Categoría Livianos BUS 2DA 2DB
Número 583 5 143 95 826
Para la obtención del TPDA, se ha procedido al cálculo de los factores para expansión del tráfico. Nocturnidad N = 1.195
Estacionalidad L=1.1
Festivos S=0.765
Por lo que el TPDA de diseño es de 826 vehículos; así mismo el TPDA al finalizar el periodo de diseño de 10 años es de 1405 vehículos.
Calculo de Ejes equivalentes
Categoría Livianos BUS 2DA 2DB
Número 583 5 143 95 826
% daño estructura 0,0 2,1 58,8 39,1 100,0
n= 10 años. Dt= 0.5
4
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
FCE= 2.85 Tipo
Descripción
Tipo de Eje
Carga Ejes (Ton)
Carga Total (Ton)
Porcentaje (%)
F.E.C por Eje
F.E.C por Tipo
Bp - 5
Buses
Simple Simple B
3,9 9,2
13,1
2,10%
0,0026 0,0333
0,0358
2-D -A
Camión 2 ejes
Simple Simple
2,5 7
9,5
58,80%
0,0121 0,7440
0,7561
2-D -B
Camión 2 ejes
Simple Simple B
6 12
18
39,10%
0,2671 1,7933
2,0603
Factor de Equivalencia FCE :
F.E.C por Eje Simple
F.E.C por Eje Tandem
2,8523
F.E.C por Eje Tridem
Simple B
** Se determina solo para vehículos pesados
N(8,2Ton) :
1.842.733,00
b. Estudio de la subrasante y CBR de diseño. No. Abscisa CBR % 1 0+000 4,99 2 0+500 12,05
No. Abscisa CBR % CBR ˃= CBR ˃= % 1 0+000 5,0 5,0 2,0 100,0
5
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
2
0+500
12,1
12,1
1,0
50,0
El CBR de diseño se lo determina mediante la metodología del Instituto del Asfalto; se determina el criterio de tráfico pesado (85%). CBR diseño = 7 c. Diseño del pavimento
PARÁMETROS DE DISEÑO Y NÚMERO ESTRUCTURAL Confiabilidad : So : PSI Inicial : PSI final : ΔPSI : CBR Diseño : MR :
85% 0,4 4,2 2 2,2 7% 8877
Desviación Estándar Servicialidad Inicial Servicialidad Final Pérdida de Servicialidad Módulo Resilente de la Sub-rasante (PSI) (CBR≤7) (psi) (CBR>7) (psi)
N(8,2Ton) :
1.842.733,00
SN Requerido :
3,25
6
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
o Criterio de estabilidad y posibilidad de construcción. RESUMEN DE NÚMEROS ESTRUCTURALES Y ESPESORES
m(i)
ESPESOR ASUMIDO (cm)
NÚMERO ESTRUCTURAL (SN)
CAPA
a(i)
Mezcla bituminosa
0,173
7,50
1,2975
Capa de Base
0,056 1,00
20,00
1,12
Capa de Sub-base
0,043 1,00
20,00
0,86
47,50
3,2775
Total RESULTADO NÚMERO ESTRUCTURAL (SN) REQUERIDO
NÚMERO ESTRUCTURAL (SN) PROPUESTO
3,25 < 3,2775 La estructura SI resiste
7
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
Ejes W8.2 Menos de 50,000 50,001 – 150,000 150,001 – 500,000 500,001 – 2´000,000 2´000,001 – 7´000,000 Mayor que 7´000,000
Concreto Asfáltico (mm) 25 50 62,5 75 87,5 100
Capa Base (mm) 100 100 100 150 150 150
**Espesores mínimos o Criterio multicapa.
DISEÑO DE PAVIMENTOS Y EVALUACIÓN POR CAPAS MR BASE:
30.000
Módulo Resilente de la capa de base (PSI)
MR SUB-BASE:
15.000
Módulo Resilente de la capa de sub-base (PSI)
MR : MR BASE: a1 : SN Requerido : e: e: SN Real :
8.877 Módulo Resilente de la Sub-rasante (PSI) SN Y ESPESOR DE LA CAPA DE RODADURA 30.000 Módulo Resilente de la capa de base (PSI) 0,173
Coeficiente Estructural de la carpeta de rodadura
2,10 12,14 12,00
Espesor de la capa (cm) Espesor de la capa asumida (cm)
2,076
8
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
SN Y ESPESOR DE LA CAPA DE BASE MR SUB-BASE: 15.000 Módulo Resilente de la capa de sub-base (PSI) a2 : 0,056 m2 : SN Requerido :
1,00
Coeficiente Estructural de la carpeta de rodadura Coeficiente Estructural de la carpeta de rodadura
2,70
e : 11,14
Espesor de la capa (cm)
e : 15,00
Espesor de la capa asumida (cm)
SN Real :
0,84
9
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
MR :
SN Y ESPESOR DE LA CAPA DE SUB-BASE 8.877 Módulo Resilente de la sub-rasante (PSI)
a3 :
0,043
Coeficiente Estructural de la carpeta de rodadura
m3 :
1,00
Coeficiente Estructural de la carpeta de rodadura
SN Requerido : 3,25 e: e:
7,77 15,00
SN Real :
Espesor de la capa (cm) Espesor de la capa asumida (cm)
0,64 5
10
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
Ejes W8.2 Concreto Asfáltico (mm) Capa Base (mm) Menos de 50,000 30 100 50,001 – 150,000 60 100 150,001 – 500,000 75 100 500,001 – 2´000,000 90 150 2´000,001 – 7´000,000 100 150 Mayor que 7´000,000 120 150
**Espesores mínimos RESUMEN DE NÚMEROS ESTRUCTURALES Y ESPESORES
CAPA
NÚMERO ESTRUCTURAL (SN)
ESPESOR ASUMIDO (cm)
Mezcla bituminosa
2,076
12,00
Capa de Base
0,84
15,00
Capa de Sub-base
0,645
15,00
Total
3,561
42,00
RESULTADO NÚMERO ESTRUCTURAL (SN) REQUERIDO 3,25
NÚMERO ESTRUCTURAL (SN) PROPUESTO <
3,561
La estructura SI resiste
11
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
4. Conclusiones y recomendaciones.
Se ha propuesto dos diseños de pavimento flexible los cuales cumplen los requisitos establecidos por la normativa; sin embargo es importante recalcar que el diseño multicapa es el más recomendado debido a que garantiza una durabilidad mediante la protección de cada una de las capas del pavimento.
El diseño obtenido mediante el criterio de estabilidad y posibilidad de construcción contempla criterios mínimos; al tener una vía con constante tráfico pesado (volquetas), habrá que considerar estrategias de mantenimiento a menores plazos con la finalidad de mantener la vida útil del paquete estructural.
Los materiales propuestos corresponden a las especificaciones de la normativa MOP-001F-2002, los cuales garantizan la durabilidad de la estructura; de ninguna manera se podrán aceptar materiales de menor calidad a las especificadas.
Para garantizar la durabilidad de la vía es importante que se estudien estrategias de mantenimiento rutinario y periódico a lo largo de la vida útil del pavimento.
12
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
5. Anexo Fotográfico
Fotografía 1. Visita al sitio
Fotografía 2. Visita al sitio
Fotografía 3. Toma de muestras.
Fotografía 4. Toma de muestras
13
CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE LA VIVIENDA-CIV Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental – Escuela Politécnica Nacional
14