Memoria Pavimento REV1

PROYECTO PAVIMENTACIÓN Y AGUAS LLUVIAS

PROYECTO MANDANTE CONTENIDOS

: PAVIMENTACIÓN SECTOR NUEVO REINO, COMUNA DE CISNES, REGIÓN DE AYSÉN. : MUNICIPALIDAD DE PUERTO CISNES. : MEMORIA EXPLICATIVA Y DE CÁLCULO

SEPTIEMBRE DE 2013

Inés de Suarez 218 Of 214, Concepción Fono 09 4491058 - (041) 2461639 e-mail: [email protected]

INDICE 1.-

GENERALIDADES___________________________________________________1

2.-

MECÁNICA DE SUELOS______________________________________________1

3.-

ESTIMACIONES DE TRÁNSITO_______________________________________2

4.-

CARACTERÍSTICAS DE LAS CALLES__________________________________2

5.-

PARÁMETROS DE DISEÑO___________________________________________3

5.1.- Parámetros de diseño de pavimentos rígidos______________________________3 5.2.- Diseño de Pavimentos Rígidos_________________________________________5 6.

CAUDAL DE DISEÑO__________________________________________________7 6.1

SELECCIÓN DE UNA LLUVIA DE DISEÑO____________________________7

6.2

FÓRMULAS UTILIZADAS__________________________________________7

6.3

INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN___________________________________7

6.4

ÁREA TOTAL APORTANTE DE LA CUENCA.__________________________8

6.5

CAUDAL DE DISEÑO.______________________________________________9

6.6

DISPOSICION DE AGUAS LLUVIAS._________________________________9

6.7

CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS COLECTORES DE AGUA_______10

6.8

CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS SUMIDEROS__________________10

7.

OBRAS DE ARTE Y REFUERZOS ESPECIALES___________________________11

8.

TALUDES____________________________________________________________11

9.

ENROCADO_________________________________________________________12

ANEXOS________________________________________________________________13

Inés de Suarez 218 Of 214, Concepción Fono 09 4491058 - (041) 2461639 e-mail: [email protected]

1

1.-

GENERALIDADES

La presente Memoria de Cálculo corresponde al Proyecto de Pavimentación y Evacuación de Aguas Lluvias de la Calle y Pasaje "Costanera San Luis", además de la prolongación de la Calle Séptimo de Línea para empalmarse con Calle Costanera San Luis, de la ciudad de Puerto Cisnes, Región de Aysén. El proyecto considera la ejecución de calzadas de HCV, un reemplazo de suelo y el saneamiento de aguas lluvias a través de sumideros de agua.

2.-

MECÁNICA DE SUELOS

Para establecer las características y condiciones del suelo de fundación se practicaron calicatas en 3 sectores del proyecto. Las calicatas fueron elaboradas por un Laboratorio Oficial en atención a los criterios requeridos por la Licitación. El material identificado fue una arena limosa: SM según la clasificación USCS, A-4 según la clasificación AASHTO. La estratigrafía del suelo se presenta en la Tabla 2.1, la cual se obtuvo de 2 calicatas (N°02 y N°03) según la mecánica de suelos.

2

Calicata

Profundidad (m) 0.00 a 0.20

02

0.20 a 2.00

0.00 a 0.30 0.30 a 0.70 03

0.70 a 1.00 1.00 a 1.60

Descripción Material de estabilizado contaminado. Material de rechazo.. Limo con presencia de arena, plasticidad alta, color café, vetas de color plomo. Presencia de materia orgánica, envaralados y ramas. Suelo de origen fluvial. Sin presencia de nivel freático al 30/04/2013. Capa vegetal. Arena fina, compacta, limpia de color gris con algo de amarillo, sin olor. Sin presencia de materia orgánica. Suelo de origen fluvial. Arena gruesa, compacta, color amarillo, sin olor y con gravas redondeadas. Sin presencia de materia orgánica. Suelo de origen fluvial. Arena gruesa, compacta, color amarillo, sin olor. Sin presencia de materia orgánica. Suelo de origen fluvial. Nivel freático, 1,60m (nivel del río).

Tabla 2.1 Perfil estratigráfico de las calicatas. 3.-

ESTIMACIONES DE TRÁNSITO

Se utilizan los valores de solicitación de tránsito de diseño (Ejes equivalentes, EE) recomendados por el Código de Normas y Especificaciones Técnicas para Obras de Pavimentación (MINVU,2008), para vías de tipo Calle y Pasaje: TIPO DE VÍA EE 200.000 CALLE 50.000 PASAJE Tabla 3.1 Solicitaciones de tránsito. 4.-

CARACTERÍSTICAS DE LAS CALLES

Las calzadas proyectadas tienen perfil de calle y pasaje respectivamente cuyas dimensiones son las indicadas en la siguiente tabla: VIA Calle

Ancho 7.00

Bermas No

Aceras Si, a ambos lados.

Soleras Tipo A

Espesor 0.16 HCV

3

0.15 Base Si , 0.50 Pasaje

3.50

a cada

Solo en un costado.

lado Tabla 4.1 Características de las calles.

----

0.16 HCV 0.15 Base

En general las calzadas han sido proyectados en HCV de espesor e=0.16 m en calles y pasajes. Se considera la construcción de bermas en el pasaje, las que serán de material estabilizado con un espesor de 0.15 cm y un ancho a cada lado de 0.50 cm y aceras en calles a ambos lados de la calzada. En el caso del pasaje, sólo se considera la construcción de acera a un lado de la calzada, opuesto a la orilla del río. La base proyectada será de 15 cm bajo la calzada con CBR ≥ 80%. Se considera: - Tela de geotextil colocada sobre la sub-rasante para evitar la contaminación de la base. - Reemplazo de suelo de 1 m de espesor, bajo el nivel de la sub-rasante. - Geomalla bajo el reemplazo de suelo. 5.-

PARÁMETROS DE DISEÑO

El diseño de los pavimentos rígidos se realizará de acuerdo a lo señalado en el Método AASHTO-98 presente en el Manual de Carreteras Volumen 3: Instrucciones y Criterios de Diseño. 5.1.-

Parámetros de diseño de pavimentos rígidos

A continuación se analizan los diferentes parámetros que influyen en el diseño y comportamiento del pavimento rígido.

Tránsito

4

Se utilizan los valores establecidos en el Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación del Ministerio de Vivienda y Urbanismo. Por tratarse de vías con bajo flujo vehicular se verificará una solicitación de tránsito de 200.000 EE para la calle y 50.000 EE para el pasaje. Calidad del terreno de fundación Para los pavimentos de hormigón, el parámetro que entrega la calidad del suelo de fundación corresponde al módulo de reacción de la sub-rasante (k), el que se puede determinar como una correlación con el valor de CBR en la profundidad a la que afectan las cargas. Según las calicatas y muestras analizadas, el suelo existente corresponde a una arena limosa SM según la el sistema de clasificación USCS, A-4 según la clasificación AASHTO. No se pudo determinar su CBR debido a su mala calidad, lo cual imposibilitó la realización del ensayo. Para efecto del diseño del pavimento, se considera un CBR de 3%. Tipo y calidad de las capa granular En un pavimento rígido, la función de la capa granular (base), es entregar apoyo al hormigón en una superficie homogénea. Esta capa granular está formada por material granular con un C.B.R. entre 80% y 95% de la D.M.C.S y que cumpla con lo señalado en las especificaciones técnicas. Calidad de la losa de hormigón En el diseño de pavimentos por el método AASHTO, el espesor de la losa de hormigón será función, entre otros parámetros,

de la calidad del hormigón, la que se mide por la

resistencia media a flexo-tracción a los 28 días. En este caso se ha adoptado como resistencia de diseño de 4.2 MPa, el que se considera conservador, pero entrega un margen de seguridad, especialmente considerando que los contratistas que ejecuten algunas obras no cuentan con la tecnología avanzada que les permita obtener resistencias mayores. Además, no se considera el uso de barras de traspaso de carga entre losas. Clima

5

El parámetro clima influye en el pavimento rígido de dos maneras: 

Por el Agua: la presencia de agua en la sub-base genera fenómenos de bombeo de finos, los que hacen perder sustentación a la losa, la que falla al aumentar su flexión. Del mismo modo la acumulación de finos bajo las losas produce escalonamiento de



ellas. Por la temperatura: los cambios de temperatura y la diferencia entre la superficie del pavimento y el fondo de la losa, produce fenómenos de alabeo, con lo que la losa falla por flexo-tracción. Este proceso se minimiza considerando losas de menor



longitud, que en este caso se ha determinado en 4 m. Por el viento: aumenta las tasas de evaporación en la superficie del hormigón y por lo tanto incrementa la posibilidad de que se produzca agrietamiento por contracción.

Saneamiento Este punto es muy importante en el diseño de un pavimento, ya que de él depende que el agua que ingrese a las capas estructurales pueda salir y/o que las aguas que se acerquen al pavimento sean interceptadas y evacuadas antes que puedan dañarlo. En este caso el saneamiento se ha basado en la evacuación de aguas lluvias por medio de escurrimiento superficial, para eliminarlas por el sistema de saneamiento de la ciudad o el diseñado especialmente según sea el caso.. Índice de Serviciabilidad Se asume un valor del índice de serviciabilidad inicial

pi=4,5 .

Considerando que el pavimento debe mantener un nivel de serviciabilidad mínimo durante toda su vida útil, lo que está asociado a un programa de mantención el que depende del pavimento que se coloque, se diseñará el pavimento para un índice de serviciabilidad final p f =2,0

5.2.-

Diseño de Pavimentos Rígidos

6

Analizados los antecedentes básicos obtenidos a través de los estudios de ingeniería básica, se procedió a realizar el diseño del pavimento utilizando el método AASHTO 1998 para pavimentos rígidos presente en el Manual de Carreteras Volumen 3: Instrucciones y Criterios de Diseño. Los ejes equivalentes (EE) que soporta la estructuración del pavimento queda determinada por W18, con la siguiente ecuación: log ( W 18 ) =log ( R )+

( ( )

))

S' c G 4,754 + ( 5,065−0,03295∙ p2,4 ∙ log ⁡ −log + ZR ∙ So . f ) ' F σt σt

Unidad

(

Parámetro

Valor

Descripción

pi

4,5

pf

2

Sc'

4,2

MPa

Resistencia a la flexotracción del hormigón

D

160

mm

Espesor de la losa

Ec

29000

MPa

Módulo de elasticidad del Hormigón

μ

0,15

L

4

TB

0,94

Eb

103,4

MPa

Módulo de elasticidad de la base

Hb

150

mm

Espesor de la base

f

1,4

CBR

3

%

CBR de la sub-rasante

L1

80

kN

Carga del Eje simple

L2

1

Zr

-0,253

So

0,4

TEMP

9

°C

Temperatura media anual

PRECIP

3939

mm

Precipitación media anual

WIND

9,0

nudos

N5

245

dias

Serviciabilidad inicial Serviciabilidad final

Razón de Poisson del hormigón m

Distancia entre juntas Factor de ajuste por berma

Coeficiente de fricción entre losa y base

Código de eje simple Coeficiente estadístico Desviación estándar

Velocidad del viento media anual Dias con precipitación mayor a 5mm

Tabla 5.2 Parámetros de Diseño

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Las fórmulas utilizadas para determinar W18 y que utilizan los parámetros de la tabla anterior, se describen en el Anexo. La capacidad de la estructuración compuesta por 16 cm de espesor de losa y 15 cm de espesor de base granular es de 1,6 millones de Ejes Equivalentes (EE), lo cual es mayor a las solicitaciones dadas para calles : 200.000 EE y pasajes: 50.000. Por lo tanto la estructuración es adecuada. Además se verificó que el escalonamiento promedio de las juntas es de 0,5 mm es inferior al valor máximo recomendado en el Manual de Carreteras Volumen 3: 5mm. El detalle de todas las fórmulas para el cálculo, se encuentran en los anexos. 6.

CAUDAL DE DISEÑO

6.1

SELECCIÓN DE UNA LLUVIA DE DISEÑO

Por no existir información más acabada se utilizará la información recogida del documento: "Técnicas alternativas para soluciones de aguas lluvias en sectores urbanos" del MINVU. 6.2

FÓRMULAS UTILIZADAS

Para el cálculo hidráulico se utilizará el método racional:

Q=

c ∙ i∙ A 3,6

Donde: Q

: Caudal en m3/s.

c

: Coeficiente de escorrentía

i

: Intensida de la lluvia de diseño en mm/hr.

A

: Área tributaria en km2.

8

6.3

INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN

Para la determinación de la intensidad de precipitación de diseño se utilizaron los valores de Precipitaciones Máximas para 10 años de período de retorno, presentadas en el documento: "Técnicas alternativas para soluciones de aguas lluvias en sectores urbanos" del MINVU. Por no contar con información ni registros, para este caso se consideró la precipitación para una lluvia de 60 minutos y un período de retorno de 10 años de i=33 mm/hr, dada para la ciudad de Aysén, la cual cuenta con características similares a las de Puerto Cisnes, debido a sus condiciones geográficas.

6.4

ÁREA TOTAL APORTANTE DE LA CUENCA.

Las áreas tributarias se definieron en base a la ubicación de los puntos bajos donde se ubicaron los sumideros de captación de las aguas lluvia. En la Figura 6.1 se muestran las 3 áreas definidas para este efecto.

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Figura 6.1 Áreas tributarias de agua lluvia Las dimensiones de las áreas tributarias se resumen en la siguiente tabla: Áreas A (m2) A (km2) A1 21000 0,021 A2 20000 0,020 A3 38000 0,038 Tabla 6.1 Parámetros de diseño.

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6.5

CAUDAL DE DISEÑO.

El caudal estimado para el diseño se determina de la siguiente expresión: Q=

C ∙ i∙ A 3,6

Donde: C

: 0,56 factor ponderado para obras de pavimentación

i

: 33 mm/h

A

: Area tributaria del sistema de evacuación asociado a un sumidero determinado.

El cálculo de los caudales generados por la lluvia de diseño sobre las áreas tributarias da como resultado: Áreas Q (m3/s) Q (l/s) A1 0,108 108 A2 0,103 103 A3 0,195 195 Tabla 6.2 Áreas tributarias 6.6

DISPOSICION DE AGUAS LLUVIAS.

Las aguas lluvia serán captadas en sumideros y conducidas de manera gravitacional hacia el Río San Luis a través de tuberías de PVC.

6.7

CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS COLECTORES DE AGUA

La capacidad máxima de una tubería se obtiene para una razón entre la altura del agua y el diámetro de la tubería (h/D) de 0,94. Según las ecuaciones del Anexo A.2, las capacidades de los colectores son:

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Colector i D Q (m3/s) C1 0,03 0,45 0,531 C2 0,03 0,45 0,531 C3 0,03 0,4 0,388 Tabla 6.3 Características de los colectores de agua lluvia Se verifica que la capacidad de los colectores es mayor a los caudales de diseño.

6.8

CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS SUMIDEROS

La capacidad del sumidero depende del tipo, tamaño y diseño de la rejilla, características de la cuneta, la calle donde se ubica y las condiciones de operación. Su capacidad hidráulica se puede calcular suponiendo que el sumidero funciona como vertedero para pequeñas alturas de agua y como orificio para alturas de agua mayores. Las siguientes expresiones se utilizan para determinar las capacidades para ambas condiciones, suponiendo que la capacidad del sumidero está dada por el aporte de la rejilla horizontal. Capacidad

Tipo de funcionamiento

Q1=1,66 ∙ ( L+2 ∙ b ) ∙h

1,5

Q2=2,66 ∙ A ∙ h 0,5

Como Vertedero

Condición de altura límite A h