MÉTODO DISEÑO ESTRUCTURAL PAVIMENTO ADOQUINES
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Diseño Estructural de Pavimento de Adoquines Diseño: PJCM / EICG – Presentación: PJCM
DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS URBANOS CON ADOQUINES DE CONCRETO MÉTODO DE DISEÑO El método de Diseño empleado para el Proyecto es el sugerido en el Anexo F de la Norma Técnica CE. 010 para Pavimentos Urbanos del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento. El procedimiento de diseño está basado en la Guía ASSHTO para el diseño de estructuras de pavimento. Procedimiento que considera la distribución de cargas y modos de fallas del pavimento con adoquines, con un comportamiento similar a los que ocurren en pavimentos flexibles. Por lo tanto, la metodología empleada para el diseño sigue los lineamientos de una estructura de pavimento flexible, como lo indica el reglamento.
MÉTODO DE DISEÑO DE ESTRUCTURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE – AASHTO ⎡ ΔPSI ⎤ Log10 ⎢ ⎣ 4.2 − 1.5 ⎥⎦ + 2.32 * Log ( MR) − 8.07 (W ) = Zr * So + 9.36 * Log ( SN + 1) − 0.20 + Log 10 10 18 10 1094 0.4 + ( SN + 1) 5.19
donde:
W18 Zr So ∆PSI Mr SN
Número proyectado de carga equivalente de 18 kip (18000 lb) de aplicación de carga axial simples (ESAL) Desviación estándar normal Error estándar combinado del tráfico proyectado y del comportamiento proyectado. Diferencia entre índice de serviciabilidad inicial (Po) y el índice de serviciabilidad terminal (Pt) Módulo Resiliente (psi) Número estructural indicativo del espesor total del pavimento requerido
INGRESO DE DATOS: NIVEL DE CONFIANZA (R) PROBABILIDAD So ÍNDICE DE SERVICIALIDAD (PSI) EJES DE CARGA EQUIVALENTE (ESAL) MÓDULO RESILIENTE (Mr)
R Zr
95 ‐1.645
So
0.45 Al inicio de la Obra Al término de la Obra PSI W18 494,720 CBR 20 Mr 19,307.36
4.20 2.25 1.95
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VALOR N DE EJES PROYECTADOS Año de evaluación del tráfico: Año de elaboración del estudio:
2009 2011
Años de trámites: 1 Al 1er año de servicio: 2012
DETALLE IMDi FDi EJES EQUIVALENTES EE al 2009 TASAS (r) ACTUALIZACIÓN EE al 2011 servicio AÑO (i) 0 2012 5 2017 10 2022 15 2027 20 2032
LIGEROS 833 0.0003
URBANO 143 0.1267
CARGA (C3) 11 2.2388 EE = IMDi * Fdi 0.2499 18.1181 24.6268 4.1 4.1 4.1 EE (2009) = EE (2003) * (1+ r)^n 0.2708 19.6342 26.6876 N = 365 * (EE 2009) * ((1+r)^n‐1)/r 98.85 7,166.50 9,740.97 657.30 47,654.85 64,774.26 1,340.01 97,152.41 132,053.19 2,174.63 157,663.84 214,302.60 3,194.97 231,639.88 314,853.60
IMD acum. 987 IMD acum. 43 IMD acum. 47 IMD acum. 17,006.32 113,086.41 230,545.61 374,141.07 549,688.45
N 1.7E+04 1.1E+05 2.3E+05 3.7E+05 5.5E+05
donde:
N IMD FD ∆PSI Mr SN r n EE
Número de ejes equivalentes acumulados Índice Medio Diario Factor Destructivo Diferencia entre índice de serviciabilidad inicial (Po) y el índice de serviciabilidad terminal (Pt) Módulo Resiliente (psi) Número estructural indicativo del espesor total del pavimento requerido Tasa de crecimiento Periodo de diseño Ejes equivalentes informados o actualizados
CANTIDAD PRONOSTICADA DE REPETICIONES DEL EJE DE CARGA EQUIVALENTE DE 18 KIPS PARA EL PERIODO ANALIZADO (ESAL = W18) W18 = DD x DL x EAL =
494,719.60
EAL: Número de ejes equivalentes a 8.2 tn en el periodo de diseño DD: Distribución direccional crítica (50% del tránsito a cada dirección) DL: Factor de Distribución por carril
NÚMERO DE LÍNEAS EN CADA DIRECCIÓN
PORCENTAJE PARA EJES DE 8.2 TN EN CADA DIRECCIÓN
1 2 3 4
100 80 ‐ 100 60 ‐ 80 50 ‐ 60
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DESVIACIÓN ESTÁNDAR NORMAL (Zr) Cofiabilidad R en porcentaje 90 92 93 95
Desviación estándar normal Zr ‐1.282 ‐1.405 ‐1.476 ‐1.645
Valores de la desviación estándar normal, Zr, correspondiente a los niveles de confiabilidad
Clasificación funcional
Nivel de confiabilidad R, recomendado
Colectoras Locales
URBANA
RURAL
80 ‐ 95 50 ‐ 80
75 ‐ 95 50 ‐ 80
valores sugeridos de confiabilidad de acuerdo a la clasificación funcional del camino
MÓDULO RESILIENTE (Mr) 1 1.176 ( BCR / 0.0624) Mr ( psi ) = 0.007 NÚMERO ESTRUCTURAL INDICATIVO DEL ESPESOR TOTAL DEL PAVIMENTO REQUERIDO (SN) Memoria de cálculo: K1 = Log10 (W18 ) − Zr * So + 0.20 + 8.07 J1 = 9.36 * Log10 ( SN + 1) ⎡ ΔPSI ⎤ K 2 = Log10 ⎢ K2 J2 = ⎣ 4.2 − 1.5 ⎥⎦ 1094 0.40 + ( SN + 1) 5.19 K 3 = 2.32 * Log10 ( Mr ) K2 K1 − K 3 = 9.36 * Log10 ( SN + 1) + 1094 0.40 + ( SN + 1) 5.19 K1 − K 3 = J 1 + J 2 Determinación de las constantes: K1 14.70460912
K2 ‐0.141329153
K3 9.94287709
K1 ‐ K3 4.761732029
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ITERACIÓN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
SN 2.400 2.380 2.350 2.320 2.300 2.280 2.260 2.261 2.262 2.263 2.264 2.265 2.266 2.267 2.2676
J1 4.9746427 4.9506603 4.9144194 4.8778525 4.8532905 4.8285792 4.8037167 4.8049635 4.8062098 4.8074558 4.8087014 4.8099466 4.8111914 4.8124359 4.8131824
J2 ‐0.061227 ‐0.059693 ‐0.057432 ‐0.055222 ‐0.053777 ‐0.052354 ‐0.050954 ‐0.051024 ‐0.051093 ‐0.051163 ‐0.051232 ‐0.051302 ‐0.051372 ‐0.051441 ‐0.051483
J1+J2 CONTROL 4.9134156 ‐0.1517 4.8909676 ‐0.1292 4.8569871 ‐0.0953 4.8226304 ‐0.0609 4.7995138 ‐0.0378 4.7762252 ‐0.0145 4.7527627 0.0090 4.7539399 0.0078 4.7551168 0.0066 4.7562932 0.0054 4.7574692 0.0043 4.7586447 0.0031 4.7598198 0.0019 4.7609945 0.0007 4.761699 0.0000
DIMENSIONADO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Transformación del SN a Capas Estructurales:
SN = a1D1 + a 2 D2m 2 + a3D3m3
ai: coeficiente estructural de la capa i Di: espesor de la capa i mi: coeficiente de drenaje de la capa i
Coeficientes Estructurales: COMPONENTE DEL PAVIMENTO CAPA SUPERIOR Carpeta concreto asfáltico tipo superior BASE Base granular ‐ grava arenosa SUB BASE Grava arenosa
OBSERVACIÓN
ai
0.17 /cm.
CBR = 80%
0.06 /cm.
CBR = 40%
0.045 /cm.
Coeficientes de Drenaje: Calidad Drenaje
% del tiempo donde la estructura del pavimento está expuesta a humedad cercanos a la saturación
Buena Regular Pobre
menos de 1% 1.35 ‐ 1.25 1.25 ‐ 1.15 1.15 ‐ 1.05
1 ‐ 5% 1.25 ‐ 1.15 1.15 ‐ 1.05 1.05 ‐ 0.80
5 ‐ 2 5% 1.15 ‐ 1.00 1.00 ‐ 0.80 0.80 ‐ 0.60
Más de 25% 1.00 0.80 0.60
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Diseño Estructural de Pavimento de Adoquines Diseño: PJCM / EICG – Presentación: PJCM
Números Estructurales: SN diseño = 2.2676 SN requerido = 2.2676
Alternativa de Diseño: a1 = 0.17 a2 = 0.06 a3 = 0.045
D1 = 6.7 D2 = 20.0 D3 = 15.0
m2 = 0.60 m3 = 0.60
CARPETA ASFÁLTICA 7.00 cm BASE GRANULAR 20 cm, para un CBR de 80% SUB BASE 15 cm, para un CBR de 40% Espesor Total = 41.70 cm CONVERSIÓN DEL MODELO DISEÑADO A UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO SEMI‐ ARTICULADO DE ADOQUINES DE CONCRETO Definición ‐ Pavimento de Adoquines Pavimento formado, típicamente por una base granular, una capa o cama de arena de asiento, los adoquines intertrabados de concreto, la arena de sello, los confinamientos laterales y el drenaje, construido sobre una sub‐rasante de suelo preparado para recibirlo. Dichos pavimentos se construyen de tal forma que las cargas verticales de los vehículos se transmitan a los adoquines intertrabados adyacentes por corte a través de la arena de sello de las juntas.
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Diseño Estructural de Pavimento de Adoquines Diseño: PJCM / EICG – Presentación: PJCM
TIPO DE PAVIMENTO ADOQUINES 95% de compactación: Suelos granulares‐Proctor Modificado Suelos cohesivos‐Proctor Estándar SUB‐RASANTE Espesor compactado: ≥ 250 mm ‐ Vias locales y colectoras ≥ 300 mm ‐ Vias arteriales y expresas CBR ≥ 30% SUB‐BASE 100% compactación Proctor Modificado _________________________________________________ CBR ≥80% BASE 100% compactación Proctor Modificado Imprimación/cama de apoyo Cama de arena, de espesor comprendido entre 25 y 40 mm. Vías locales ≥ 60 mm Espesor de la capa Vías colectoras ≥ 80 mm de rodadura Vías colectoras (380 kg/cm2) Vías colectoras (380 kg/cm2) Requisitos Mínimos para Pavimento de Adoquines ‐ Norma CE.010 ELEMENTO
Diseño de adoquines para tráfico vehicular Se ha tomado la aproximación desarrollada por Knapton, Norma BS 7533 (Reino Unido ‐ publicación de 1992) – Guía para el Diseño Estructural de Pavimentos Construidos con Adoquines de Concreto de Arcilla. Este es uno de los pocos métodos de diseño disponibles en la actualidad y su principal virtud radica en la sencillez de su aplicación. La metodología propuesta para la concepción y diseño de pavimentos sigue los mismos principios del método de diseño para pavimentos en general, pero se presenta al diseñador de una manera tal que le sea más práctica y directa para utilizar.
Espesores para pavimentos de adoquines de concreto para tráfico vehicular urbano
Capa de Rodadura de Adoquines Las primeras investigaciones de Knapton dieron como resultado que una capa de rodadura de adoquines 80mm de espesor y 40mm de arena tenía una capacidad de distribución de carga de 1.3 veces la de una capa de concreto asfáltico de 100mm. de espesor. Por ello, en países como Colombia y Honduras trabajaban con factores de hasta 1.6; sin embargo, se ha reducido este factor a una cifra más cercana a 1, con el fin de poder dar cabida a las imprecisiones de diseño, de caracterización de los materiales y constructivas que se puedan presentar. ______________________________________________________________________________________________ MEJORAMIENTO DE PISTAS Y VEREDAS EN EL CENTRO HISTÓRICO DE LA CIUDAD DE HUAMANGA – SECTOR CENTRAL
Diseño Estructural de Pavimento de Adoquines Diseño: PJCM / EICG – Presentación: PJCM
Según este factor de 1, la equivalencia es de: 100mm de concreto asfáltico para adoquines de 60mm y capa de arena de 40mm 120mm de concreto asfáltico para adoquines de 80mm y capa de arena de 40mm Espesores mínimos Desde el punto de vista constructivo, se sugieren los siguientes espesores mínimos en función de la capacidad portante de la subrasante o capa inferior, de acuerdo a la siguiente tabla:
Propuesta de Diseño En nuestra alternativa de diseño, para un pavimento con un tráfico esperado de 20 años de 550,000 ejes estándar (vía colectora), se propone: CAPA DE ADOQUINES 80mm CAPA DE ARENA 40mm BASE GRANULAR 200mm, para un CBR de 80% SUB BASE 150mm, para un CBR de 40% Espesor Total = 470mm = 47.0 cm Considerando los espesores mínimos acostumbrados para los materiales de base y sub‐base de vías colectoras, de nuestro reglamento. CONSIDERACIONES FINALES Lo expuesto en el presente diseño para el cálculo del espesor de la capa de rodadura de adoquines, se ha realizado de manera comparativa en función a la información recabada del método de diseño de pavimentos de adoquines utilizados en el Reino Unido (Norma BS 7533), que se fundamenta en pruebas de laboratorio con adoquines de 80mm de espesor con una cama de arena de 40mm. Por lo que la propuesta se ciñe a dichos principios base. Sin embargo, este no es el único método de diseño existente, ya que cada país tiene desarrollado sus propios métodos; realidad con la que no contamos en la actualidad en nuestro país, razón por la cual como se recomienda en nuestro reglamento hacemos ______________________________________________________________________________________________ MEJORAMIENTO DE PISTAS Y VEREDAS EN EL CENTRO HISTÓRICO DE LA CIUDAD DE HUAMANGA – SECTOR CENTRAL
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BIBLIOGRAFÍA • NORMA CE.010 – PAVIMENTOS URBANOS Reglamento Nacional de Edificaciones ‐ RNE Publicación Oficial / Lima, Perú – 2010 • DISEÑO DE PAVIMENTOS DE ADOQUINES DE CONCRETO PARA DIFERENTES CONDICIONES DE TRÁFICO Instituto Colombiano de Productores de Cemento – XI Simposio Colombiano sobre Ingeniería de Pavimentos Germán Guillermo Madrid Mesa – ICPC Medellín, Colombia – Mayo, 2000. • GUIDE FOR A STRUCTURAL DESING OF PAVEMENTS CONSTRUCTED WITH CLAY OR CONCRETE BLOCK PAVERS British Standard Institution John Knaptpon Londres, Reino Unido – 1992. • GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENTS STRUCTURES American Association of State Highway and Transportation Officials ‐ AASHTO Edición 1993
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