INFORME DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO

DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO
PROYECTO:
“MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y
PEATONAL EN EL SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO,
DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE SAN IGNACIO DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA”
CUI N° 2498679
UBICACIÓN:
Sectores
Distrito
Provincia
Departamento
:
:
:
:
22 de agosto y Santiago
San Ignacio
San Ignacio
Cajamarca
San Ignacio agosto del 2022
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
DISEÑO DE PAVIMENTOS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 3
OBJETIVO DEL PROYECTO ........................................................................................................ 3
VÍAS DEL PROYECTO ................................................................................................................. 3
EVALUACIÓN DE LOS SUELOS DE FUNDACIÓN ..................................................................... 5
DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO – MÉTODO AASHTO 1993 .................................................. 6
5.1.
ECUACIÓN AASHTO 1993 – PAVIMENTO RÍGIDO ....................................................... 6
5.2.
PERIODO DE DISEÑO ..................................................................................................... 7
5.3.
TRÁNSITO (ESAL) ........................................................................................................... 7
5.4.
SERVICIABILIDAD............................................................................................................ 8
5.5.
CONFIABILIDAD “R” Y LA DESVIACIÓN ESTÁNDAR (So) ............................................ 9
5.6.
MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE (K) ....................................................10
5.7.
MÓDULO DE ROTURA DEL CONCRETO (Mr) .............................................................13
5.8.
MÓDULO DE ELASTICIDAD DE CONCRETO (E).........................................................13
5.9.
COEFICIENTES DE DRENAJE (Cd) ..............................................................................14
5.10. TRANSFERENCIA DE CARGAS....................................................................................15
DISEÑO DEL PAQUETE ESTRUCTURAL – MÉTODO AASHTO 1993.....................................16
ESTRUCTURA DE PAVIMENTO RÍGIDO ..................................................................................17
7.1.
LOSA DE CONCRETO HIDRÁULICO ............................................................................17
7.2.
SUBBASE .......................................................................................................................17
7.3.
SUBRASANTE ................................................................................................................17
7.4.
JUNTAS ..........................................................................................................................18
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...............................................................................20
MEMORIA DE CÁLCULO ............................................................................................................21
Diseño de pavimento rígido
2
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
1.
INTRODUCCIÓN
El diseño del pavimento del proyecto “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE
TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y
SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE SAN IGNACIO DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679”, está basado en los Estudios de
Mecánica de Suelos, Estudio de Tráfico, materiales disponibles de la zona y condiciones
ambientales del área; ha sido efectuado siguiendo los lineamientos establecidos por el
Manual de Carreteras, sección Suelos y Pavimentos, Norma CE.010 del Reglamento Nacional
de Edificaciones y la Guía AASHTO versión 1993 para el diseño de estructuras de
pavimentos rígidos.
Para caracterizar geotécnicamente el suelo de fundación para el diseño de pavimentos, se
ejecutaron sondeos en el terreno mediante calicatas de 1.50 metros de profundidad mínima,
con una cantidad de acuerdo con la Norma CE.010 del Reglamento Nacional de
Edificaciones, así luego las muestras ser llevadas a Laboratorio para su análisis.
Con relación al tránsito, se dispone del Estudio de Tráfico que proporciona los Ejes
Equivalentes (EE) de diseño a utilizar en las vías en estudio.
Con la información descrita anteriormente, se ha determinado la estructura del pavimento
para los sectores homogéneos, en función de la solicitación de tránsito, mecánica de suelos y
condiciones ambientales.
2.
OBJETIVO DEL PROYECTO
Determinar y analizar la mejor estructuración del pavimento rígido: losas de concreto de
cemento Portland.
3.
VÍAS DEL PROYECTO
Los ejes viales a intervenir con el proyecto son los siguientes:
Tipo de vía
Pavimento
rígido (m2)
Tipo de vía
CE.010
LOS PINOS-1A
CALLE
1,393.23
Local
LOS PINOS-1B
CALLE
263.63
Local
EL MORERO
CALLE
204.11
Local
LOS RONERILLOS
CALLE
830.41
Local
LOS CEDROS
CALLE
1,218.76
Local
LOS ROBLES
CALLE
542.86
Local
LAS PALMERAS
CALLE
533.27
Local
LOS FICUS
CALLE
501.06
Local
RICARDO PALMA
JIRÓN
802.52
Local
AVIACIÓN
AVENIDA
3,006.93
Local
SANTIAGO
JIRÓN
1,724.46
Local
PASAJE
364.88
Local
Descripción
ELÍAS AGUIRRE
Diseño de pavimento rígido
3
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
CAJAMARCA
JIRÓN
85.91
Local
TERESA DE CALCUTA
JIRÓN
514.34
Local
MARTÍN CUESTA
JIRÓN
1,079.03
Local
RAMÓN CASTILLA
JIRÓN
238.3
Local
DANIEL ALCIDES CARRIÓN
JOSÉ BALTA
NICOLAS DE PIÉROLA
JIRÓN
969.38
Local
PASAJE
264.35
Local
JIRÓN
138.02
Local
JIRÓN
380.16
Local
PASAJE
197.8
Local
ANDRES AVELINO CÁCERES
JIRÓN
166.62
Local
JUAN ALBACETE
JIRÓN
560.71
Local
JCHINCHIPE
JIRÓN
1,549.72
Local
AYACUCHO
JIRÓN
1,256.69
Local
JOSÉ OLAYA
JIRÓN
646.05
Local
JOSÉ CARLOS MARIÁTEGUI
JIRÓN
1,154.91
Local
JUAN VALER SANDOVAL
PASAJE S/N
TOTAL
Diseño de pavimento rígido
20,588.41
4
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
4.
EVALUACIÓN DE LOS SUELOS DE FUNDACIÓN
Según los numerales 3.2.2 y 3.2.3 de la Norma CE.010 del Reglamento Nacional de
Edificaciones, establece que para tipos de vías “Locales” se deberá realizar 1 punto de
investigación cada 1 800 m² de área a intervenir en el proyecto, ubicándose preferentemente
en los cruces de vías.
Fuente: Tabla 2, Norma CE.010, Reglamento Nacional de Edificaciones.
El área de intervención aproximada del proyecto es de 112 815 m², para lo que se calcula una
cantidad mínima de puntos de investigación de 32 calicatas. Además, el numeral 3.2.12 de la
CE.010 establece que se determinará 1 CBR por cada 5 puntos de investigación o menos
según lo indicado en la Tabla 2 y por lo menos un CBR por cada tipo de suelo de subrasante.
El laboratorio de Suelos realizó 55 puntos de investigación, calculando a su vez 1 CBR para
cada punto de investigación indicado. La ubicación específica de cada calicata puede
consultarse en el Planos de ubicación de calicatas PUC-01, PUC-02 y PUC-03.
Los CBR encontrados por el Laboratorio de Suelos, se encuentran entre el 3.00% y 13.55%,
obteniendo un CBR de diseño(promedio) de 4.59%, para las calles con CBR menor a 6%,
categorizándose como Subrasante insuficiente (S1) según el Cuadro 4.11 del “Manual de
Carreteras: Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos”.
Asimismo, se determinó un CBR de diseño(promedio) de 9.96%, para las calles con CBR
mayo a 6%, categorizándose como Subrasante regular (S2) según el Cuadro 4.11 del
“Manual de Carreteras: Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos”.
Fuente: Cuadro 4.11, Manual de Carreteras: Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos.
Asimismo, según el Anexo B de la Norma CE.010, se clasifica la subrasante como:
3. Regular, los suelos de subrasante son moderadamente estables bajo condiciones
adversas de humedad. Incluye suelos como arenas eólicas, arenas limosas y arenas
gravosas que contienen cantidades moderadas de arcillas y limos. Propiedades típicas: 30
MPa (4 500 psi) < Módulo Resiliente < 80 MPa (12 000 psi) y 3% < CBR < 8%.
El CBR de diseño que recomienda usar el Laboratorio de Suelos es de 7.14%.
Diseño de pavimento rígido
5
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO – MÉTODO AASHTO 1993
5.
El método de la American Association of State Highway and Transportation Officials
(AASHTO), versión 1993, establece que la estructura de un pavimento debe satisfacer un
determinado Número Estructural, el cual se calcula en función de:
 El tráfico que transcurrirá por la vía, durante un determinado número de años (periodo de
diseño)
 La resistencia del suelo que soportará el pavimento
 Los niveles de serviciabilidad deseados para la vía, tanto al inicio como al final de su vida
de servicio.
Adicionalmente, deben considerarse determinados parámetros estadísticos que funcionan
como factores de seguridad, garantizando que la solución obtenida cumpla con un
determinado nivel de confianza.
El pavimento se diseñará para un periodo de diseño de 20 años. El método estima que para
una construcción nueva el pavimento comienza a dar servicio a un nivel alto. A medida que
transcurre el tiempo y con las repeticiones de carga de tránsito, el nivel de servicio baja. El
método impone un nivel de servicio final que se debe mantener al concluir el periodo de
diseño.
5.1.
ECUACIÓN AASHTO 1993 – PAVIMENTO RÍGIDO
El diseño del pavimento rígido involucra el análisis de diversos factores: tráfico, drenaje,
clima, características de los suelos, capacidad de transferencia de carga, nivel de
serviciabilidad deseado, y el grado de confiabilidad al que se desea efectuar el diseño acorde
con el grado de importancia de la carretera. Todos estos factores son necesarios para
predecir un comportamiento confiable de la estructura del pavimento y evitar que el daño del
pavimento alcance el nivel de colapso durante su vida en servicio.
La ecuación fundamental AASHTO – 1993 para el diseño de pavimentos rígidos es:
𝑙𝑜𝑔10 (𝑊18 ) = 𝑍𝑅 𝑆𝑂 + 7.35 𝑙𝑜𝑔10 (𝐷 + 25.4) − 10.39 +
𝛥𝑃𝑆𝐼
0.75
)
− 1.132)
4.5 − 1.5 + (4.22 − 0.32𝑃 )𝑥𝑙𝑜𝑔 ( 𝑀𝑟 𝐶𝑑𝑥 (0.09𝐷
)
𝑡
10
7.38
1.25𝑥1019
1.51𝑥𝐽 (0.09𝐷0.75 −
)
1+
(𝐸𝑐 /𝑘)0.25
(𝐷 + 25.4)8.46
𝑙𝑜𝑔10 (
Donde:
Parámetros
𝑊18:
𝑍𝑅:
𝑆𝑜:
D:
∆PSI:
𝑃𝑡:
𝑀𝑟:
𝐶𝑑:
Descripción
Número previsto de Ejes Equivalentes de 8.2 toneladas métricas (18 000 lb u 80
KN), a lo largo del periodo de diseño.
Desviación normal estándar.
Error estándar combinado en la predicción del tránsito y en la variación del
comportamiento esperado del pavimento.
Espesor del pavimento de concreto, en milímetros.
Diferencia entre los índices de servicio inicial y final.
Índice de serviciabilidad o servicio final
Resistencia media del concreto (en MPa) a flexotracción a los 28 días (método de
carga en los tercios de luz).
Coeficiente de drenaje.
Diseño de pavimento rígido
6
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
Parámetros
J:
𝐸𝑐:
Descripción
Coeficiente de transmisión de carga en las juntas.
Módulo de elasticidad del concreto, en MPa.
Módulo de reacción, dado en MPa/m de la superficie (base, subbase o subrasante)
en la que se apoya el pavimento de concreto.
K:
El cálculo del espesor se puede desarrollar utilizando directamente la fórmula AASHTO 93
con una hoja de cálculo, mediante el uso de nomogramas, o mediante el uso de programas
de cómputo especializados. No obstante, en el Manual de Carreteras, se presentan catálogos
de secciones de estructuras de pavimento rígido, obtenidas en función a los criterios de
diseño expuestos, donde se relaciona el tipo de suelo y el tráfico expresado en Ejes
Equivalentes.
NORMATIVA A CONSIDERAR PARA DETERMINAR LOS PARÁMETROS DE DISEÑO
DEL PAVIMENTO
Reglamento Nacional de Edificaciones, Norma CE.010: Debido a que el presente proyecto
pertenece a la proyección de vías urbanas, se considera como base fundamental las
consideraciones descritas en la Norma mencionada.
Manual de Carreteras, Sección de Suelos y Pavimentos: Como documento auxiliar, y en los
casos donde la Norma CE.010 carezca de información o no sea explícita en la elección de
sus parámetros, se considerará el Manual de Carreteras.
5.2.
PERIODO DE DISEÑO
El período está ligado a la cantidad de tránsito asociada en ese periodo para el carril de
diseño. El periodo de diseño mínimo recomendado y el elegido para el presente proyecto es
de 20 años.
5.3.
TRÁNSITO (ESAL)
Una característica propia del método AASHTO 93 es la simplificación del efecto del tránsito
introduciendo el concepto de ejes equivalentes. Es decir, transforma las cargas de ejes de
todo tipo de vehículos en ejes simples equivalentes de 8.2 toneladas de peso, comúnmente
llamados ESAL (Equivalent Single Axle Load, por sus siglas en ingles). El cálculo de los EE
de diseño estará de acuerdo con lo establecido en el Estudio de Tráfico.
Los resultados por cada Estación de Conteo, del ESAL para el año 2022, 2023 (puesta en
operación) y 2042 (último año proyectado) son los siguientes:
ESTACIÓN
EC-1
(Av. Aviación)
AÑO
2042
Veh. Ligero
ESAL
Veh. Pesado
261.44
140,933.19
Total
141,933.19
Acum.
141,933.19
TOTAL, EE
141,933.19
Fuente: Estudio de Tráfico. Elaboración Propia.
Diseño de pavimento rígido
7
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
5.4.
SERVICIABILIDAD
De acuerdo con el Anexo A de la Norma CE.010, se define como la habilidad para servir a los
tipos de solicitaciones (estáticas o dinámicas) para los que han sido diseñados.
ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD FINAL (Pt)
Se establece como condición de la superficie del pavimento que no cumple con las
expectativas de comodidad y seguridad exigidas por el usuario y corresponde al valor más
bajo antes de que sea necesario rehabilitar o reconstruir un pavimento. Para vías locales y
estacionamientos se tiene un valor Pt de 2.00.
Pt
3.00
2.50
2.25
2.00
Tipo de Vía
Expresas
Arteriales
Colectoras
Locales y estacionamientos
Fuente: Tabla A3, Norma CE.010, Reglamento Nacional de Edificaciones.
ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD INCIAL (Po)
Se establece como la condición original del pavimento inmediatamente después de su
construcción y rehabilitación. AASHTO 93 estableció (si no se tiene información disponible
para diseño) los siguientes valores:
 Para pavimentos rígidos, un valor inicial deseable Po de 4.5.
 Para pavimentos flexibles, un valor inicial deseable Po de 4.2.
La sección de Suelos y Pavimentos del Manual de Carreteras, en el cuadro 14.4 recomienda
los siguientes valores:
Fuente: Cuadro 14.4, Manual de Carreteras, Sección de Suelos y Pavimentos.
Diseño de pavimento rígido
8
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
PÉRDIDA DE SERVICIABILIDAD (∆PSI)
Es el cambio en la serviciabilidad de una vía durante el periodo de diseño y se define como la
diferencia entre el índice de serviciabilidad inicial (Po) y final (Pt).
∆𝑃𝑆𝐼 = 𝑃𝑜 − 𝑃𝑡 = 4.10 − 2.00 = 2.10
Para el presente proyecto se obtiene una pérdida de serviciabilidad de 2.10.
Los factores que influyen mayormente en la pérdida de serviciabilidad de un pavimento son:
tráfico, medio ambiente y edad del pavimento Los efectos que causan estos factores en el
comportamiento del pavimento han sido considerados en este método. El factor edad (tiempo)
no está claramente definido. Sin embargo, en la mayoría de los casos es un factor negativo
neto que contribuye a la reducción de la serviciabilidad. El efecto del medio ambiente
considera situaciones donde se encuentran arcillas expansivas o levantamientos por helada.
5.5.
CONFIABILIDAD “R” Y LA DESVIACIÓN ESTÁNDAR (So)
La sección de Suelos y Pavimentos del Manual de Carreteras, indica que el concepto de
confiabilidad ha sido incorporado con el propósito de cuantificar la variabilidad propia de los
materiales, procesos constructivos y de supervisión que hacen que pavimentos construidos
de la “misma forma” presenten comportamientos de deterioros diferentes. La confiabilidad es
en cierta manera un factor de seguridad, que equivale a incrementar en una proporción el
tránsito previsto a lo largo del periodo de diseño, siguiendo conceptos estadísticos que
consideran una distribución normal de las variables involucradas.
La confiabilidad es la probabilidad de que el pavimento se complete satisfactoriamente
durante su vida útil o periodo de diseño, resistiendo las condiciones de tráfico y medio
ambiente. Cabe resaltar que cuando hablamos del comportamiento del pavimento nos
referimos a la capacidad estructural y funcional de este, es decir, a la capacidad de soportar
las cargas impuestas por el tránsito, y asimismo brindar seguridad y confort dentro al usuario
durante el periodo para el cual fue diseñado. Por lo tanto, la confiabilidad está asociada a la
aparición de fallas en el pavimento.
El rango típico sugerido por AASHTO está comprendido entre 0.30 < So < 0.40, en el Manual
de Carreteras se recomienda un So = 0.35.
Diseño de pavimento rígido
9
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
Para el presente proyecto, teniendo en cuenta la cantidad de Ejes Equivalentes acumulados
para cada estación de conteo, y considerando que las vías en estudio son de “Bajo Volumen
de Tránsito” se tienen los siguientes valores:
ESTACIÓN
TOTAL, EE
Nivel de
Confiabilidad
(R)
Desviación
Estándar Normal
(Zr)
EC-1
141, 933.19
65%
-0.385
Fuente: Elaboración Propia.
5.6.
MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE (K)
La Norma CE.010 en su Anexo D, establece que el grado de soporte de la subrasante o
subbase se define en términos del módulo de Weestergaard de reacción de la subrasante (K).
Este se determina por la carga en Newton por metro cuadrado sobre un plano de 760 mm de
diámetro, dividida entre la deflexión en milímetros que produce esa carga. El valor de K se
expresa en Mega Pascal por metro. Desde que los ensayos de placa son caros y consumen
mucho tiempo, usualmente se correlaciona el valor de K con otros valores de soporte de la
subrasante, o se determinan de la Tabla siguiente.
Diseño de pavimento rígido
10
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
Tipo de Suelo
Suelos de granos finos en los
que predominan las partículas
del tamaño de limos y arcillas
Arenas y mezclas de arenasgravas con cantidades
moderadas de limo y arcilla
Arenas y mezclas de arenasgravas relativamente libres de
finos y plásticos
Soporte
Rango de Valores
de K pci (MPa/m)
Bajo
75 – 120 (20 – 34)
Medio
130 – 170 (35 – 49)
Alto
180 – 220 (50 – 60)
Fuente: Tabla D1, Norma CE.010, Reglamento Nacional de Edificaciones.
Asimismo, al Sección de Suelos y Pavimentos del Manual de Carreteras establece que el
parámetro que caracteriza al tipo de subrasante es el módulo de reacción de la subrasante
(K). Adicionalmente se contempla una mejora en el nivel de soporte de la subrasante con la
colocación de capas intermedias granulares o tratadas, efecto que mejora las condiciones de
apoyo y puede llegar a reducir el espesor calculado de concreto. Esta mejora se introduce
con el módulo de reacción combinado (Kc).
La presencia de la subbase granular o base granular, de calidad superior a la subrasante,
permite aumentar el coeficiente de reacción de diseño, en tal sentido se aplicará la siguiente
ecuación:
𝐾 = [1 + (ℎ/38)2 × (𝐾 /𝐾 )2/3]
𝑐
1
0.5
0
×𝐾
0
Donde:
Parámetros
𝐾1(𝑘𝑔/𝑐𝑚³):
𝐾𝑐(𝑘𝑔/𝑐𝑚³):
𝐾0(𝑘𝑔/𝑐𝑚³):
h:
Descripción
Coeficiente de reacción de la subbase granular.
Coeficiente de reacción combinado.
Coeficiente de reacción de la subrasante.
Espesor de la subbase granular.
Diseño de pavimento rígido
11
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
El Manual de Carreteras, utiliza la alternativa que da AASHTO de utilizar correlaciones
directas que permiten obtener el coeficiente de reacción K en función de la clasificación de
suelos y el CBR; para el efecto se presenta la siguiente figura de Correlación CBR y Módulo
de Reacción de la Subrasante.
Para efectos de diseño se ha considerado las características de los suelos que subyacen
donde se construirá el pavimento.
Se considerarán como materiales aptos para las capas de la subrasante suelos con CBR
igual o mayor de 6%. En caso de ser menor (subrasante insuficiente o subrasante
inadecuada), se procederá a la estabilización de los suelos, para lo cual se analizarán
alternativas de solución, como la estabilización mecánica, el reemplazo del suelo de
cimentación, estabilización química de suelos, estabilización con geosintéticos u otros
aprobados.
Diseño de pavimento rígido
12
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
5.7.
MÓDULO DE ROTURA DEL CONCRETO (Mr)
El Manual de Carreteras precisa que, debido a que los pavimentos de concreto trabajan
principalmente a flexión es que se introduce este parámetro en la ecuación AASHTO 93. El
módulo de rotura (Mr) esta normalizado por ASTM C – 78. En el ensayo el concreto es
muestreado en vigas. A los 28 días las vigas deberán ser ensayadas aplicando cargas en los
tercios y forzando la falla en el tercio central de la viga.
Para los pavimentos los valores varían según los valores del siguiente cuadro.
Fuente: Cuadro 14.7, Manual de Carreteras, Sección de Suelos y Pavimentos.
El módulo de rotura (Mr) del concreto se correlaciona con el módulo de compresión (f’c) del
concreto mediante la siguiente regresión:
𝑀𝑟 = 𝑎√𝑓′𝑐
(Valores en kg/cm²), según ACI 363.
Donde los valores “a” varían entre 1.99 y 3.18.
Para el presente proyecto, se usará un pavimento de concreto con resistencia a la
compresión de 210 kg/cm², estimándose un valor de a = 2.40, se obtiene un valor de Mr = 35
kg/cm², equivalente a 3.42 MPa.
5.8.
MÓDULO DE ELASTICIDAD DE CONCRETO (E)
El módulo de elasticidad del concreto es un parámetro particularmente importante para el
dimensionamiento de estructuras de concreto armado. La predicción del mismo se puede
efectuar a partir de la resistencia a compresión o flexotracción, a través de correlaciones
establecidas.
AASHTO 93 indica que el módulo elástico puede ser estimado usando una correlación,
precisando la correlación recomendad por el ACI:
𝐸 = 57 000 × (𝑓′𝑐)0.5
(f’c en psi)
El ensayo ASTM C – 469 calcula el módulo de elasticidad del concreto.
Para el presente proyecto, se usará un pavimento de concreto con resistencia a la
compresión de 2,9 8 6 . 8 9 3 psi (210 kg/cm²), calculándose un E=3115191.063 psi,
equivalente a 21478.495 MPa.
Diseño de pavimento rígido
13
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
5.9.
COEFICIENTES DE DRENAJE (Cd)
Son los parámetros que representan en la metodología AASHTO de 1993 a las
características de drenaje de un material granular empleado como base o subbase, y se
expresan como Cd para pavimentos rígidos y Mi para pavimentos flexibles y cuyo valor
depende del tiempo en que estos materiales se encuentran expuestos a niveles de humedad
cercana a la saturación y del tiempo en que drena el agua.
La presencia de agua o humedad en la estructura del pavimento trae consigo los siguientes
problemas:
 Erosión del suelo por migración de partículas
 Ablandamiento de la subrasante por saturación prolongada, especialmente en situaciones
de congelamiento.
 Degradación del material de la carpeta de rodadura por humedad.
 Deformación y fisuración creciente por perdida de capacidad estructural.
El coeficiente de drenaje Cd varía entre 0.70 y 1.25, según las condiciones antes
mencionadas. Un Cd alto implica un buen drenaje y esto favorece a la estructura, reduciendo
el espesor de concreto a calcular.
La Tabla A1 de la Norma CE.010, presenta los coeficientes recomendados por la AASHTO.
Fuente: Tabla A1, Norma CE.010, Reglamento Nacional de Edificaciones.
Para el presente proyecto, teniendo en cuenta que el Suelo según el Estudio de Mecánica de
Suelos tiene una subrasante regular, se puede dar una calificación de drenaje “Regular” y
debido a que está ubicado en una zona lluviosa, el porcentaje de tiempo en que la estructura
del pavimento estará expuesta a niveles de humedad cercanas a la saturación se tomará del
“5 – 25%”, conservadoramente se tomará un Valor de Cd = 1.00.
Diseño de pavimento rígido
14
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
5.10. TRANSFERENCIA DE CARGAS
Es un parámetro empleado para el diseño de pavimentos de concreto que expresa la
capacidad de la estructura como transmisora de cargas entre juntas y fisuras.
Sus valores dependen del tipo de pavimento de concreto a construir, la existencia o no de
berma lateral y su tipo, la existencia o no de dispositivos de transmisión de cargas.
El valor de J es directamente proporcional al valor final del espesor de losa de concreto, es
decir, a menos valor de J, menor espesor de concreto.
Fuente: Cuadro 14.10, Manual de Carreteras, Sección de Suelos y Pavimentos.
Para el presente proyecto, teniendo en consideración que el pavimento de concreto estará
expuesto en sus bordes laterales a veredas de concreto, esto equivaldrá a bermas de
concreto hidráulico, y dado a su bajo tránsito vehicular, no se emplearán pasadores, el valor
será igual a J = 3.8.
Diseño de pavimento rígido
15
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
6.
DISEÑO DEL PAQUETE ESTRUCTURAL – MÉTODO AASHTO 1993
El propósito del modelo es el cálculo del Número Estructural requerido (SNr), en base al cual
se identifican y determinan un conjunto de espesores de cada capa de la estructura del
pavimento, que deben ser construidas sobre la subrasante para soportar las cargas
vehiculares con aceptable serviciabilidad durante el periodo de diseño establecido en el
proyecto.
EL Manual de Carreteras, Sección de Suelos y Pavimentos, recomienda para un
6%<=CBR<10%, EE entre 75 000 a 150 000, adoptar un espesor de la sub base de 15 cm
como mínimo.
Para el presente proyecto adoptaremos un espesor de 20 cm.
Fuente: Cuadro 14.8, Manual de Carreteras, Sección de Suelos y Pavimentos.
Diseño de pavimento rígido
16
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
7.
ESTRUCTURA DE PAVIMENTO RÍGIDO
7.1.
LOSA DE CONCRETO HIDRÁULICO
La losa es de concreto de cemento portland, la cual, debido al bajo tráfico vehicular, no
necesitará refuerzo transversal. El diseño de la losa del pavimento fue desarrollado mediante
una hoja de cálculo en MS Excel, la cual se encuentra adjunta al presente Estudio,
empleando la Metodología AASHTO 1993 descritas líneas arriba. La ecuación empleada para
determinar el espesor de la losa de concreto fue la expresión para Pavimento Rígido.
 Losa de Concreto: resistencia f’c = 210 kg/cm², espesor de 150 mm, sin pasa juntas, aplica
para todas las calles.
7.2.
SUBBASE
De acuerdo con el Anexo E de la Norma CE.010, establece que, para la subbase en
pavimentos rígidos, se debe adaptar lo que corresponde a lo indicado en el Manual de
Carreteras “Especificaciones Técnicas Generales para Construcción” EG-2013.
Según la Sección de Suelos y Pavimentos del Manual de Carreteras, determina que el CBR
mínimo en la subbase granular en pavimentos rígidos debe ser del 40% y el espesor mínimo
de 150 mm, sin embargo, la Norma CE.010 establece que el CBR mínimo en pavimentos
rígidos es del 30%; no obstante, para el presente proyecto se considerarán las siguientes
características:
 Subbase granular: CBR 50%, espesor de 200 mm, compactado al 100% de la MDS. Aplica
para todas las calles.
7.3.
SUBRASANTE
La subrasante es el soporte natural, preparado y compactado, en la cual se puede construir
un pavimento. La función de la subrasante es dar un apoyo razonablemente uniforme, sin
cambios considerables en el valor soporte, es decir, mucho más importante es que la
subrasante brinde un apoyo estable a que tenga una alta capacidad de soporte. Por lo tanto,
se debe tener mucho cuidado con la expansión de suelos.
MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTE
El Estudio de Mecánica de Suelos recomienda el uso de una capa adicional en la estructura
del pavimento que separe la subbase del contacto con la subrasante o terreno natural. La
sección propuesta contempla la mejora del suelo de fundación de la carpeta de rodadura del
proyecto. Se recomienda colocar un material tipo “Over” con granulometría de 2” a 6”, ya que
también tendrá la función de drenar el agua proveniente del subsuelo. Asimismo,
protegerá toda la estructura del pavimento de los problemas de capilaridad comunes
en este tipo de terrenos.
 Piedra Over: Granulometría de 2” a 6”, espesor de 200 mm.
El espesor propuesto por el Laboratorio de Suelos es de 200 mm, sin embargo, fue verificado
mediante la Memoria de Cálculo correspondiente adjunto al presente Estudio, el cual es
Diseño de pavimento rígido
17
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
necesario considerarlo en calles con una sub rasante insuficiente (CBR menor al 6%).
Para las calles con una sub rasante regular con (CBR mayor al 6%), no se ha considerado el
mejoramiento de la sub rasante.
7.4.
JUNTAS
El Anexo D, referente a Diseño de Pavimentos Urbanos de concreto de Cemento Portland, de
la Norma CE.010, establece lo siguiente:
Las juntas deben diseñarse y construirse cuidadosamente para asegurar un buen
comportamiento. Con excepción de las juntas de construcción, las cuales dividen el trabajo de
pavimentación en tramos de espesor consistente con el equipo de pavimentación, las juntas
en los pavimentos de concreto se usan para mantener los esfuerzos dentro de límites seguros
y para prevenir la formación de grietas irregulares.
JUNTAS LONGITUDINALES
La Norma CE.010 indica que, las juntas longitudinales se instalan para controlar al
agrietamiento longitudinal. Su espaciamiento usualmente se hace coincidir con las marcas de
los carriles – a intervalos de 2.40 a 3.70 m. El espaciamiento entre juntas longitudinales no
deberá ser mayor de 4.0 m, a menos que la experiencia local haya demostrado que los
pavimentos se comportarán satisfactoriamente. La profundidad de las juntas longitudinales
deberá ser de un cuarto a un tercio del espesor del pavimento (D/4 – D/3).
La Norma CE.010, no precisa si este tipo de juntas longitudinales llevan refuerzo, sin
embargo, el Manual de Carreteras, en la Sección de Suelos y Pavimentos precisa que, tanto
para Juntas longitudinales de contracción y Juntas longitudinales de construcción, la
transferencia de carga se logra mediante la trabazón de los agregados y se mantiene con el
empleo de barras de amarre, que son de acero y corrugadas.
Su objetivo es inducir en forma ordenada la ubicación del agrietamiento del pavimento
causada por la contracción (retracción) por secado y/o por temperatura del concreto. Se
emplea para reducir la tensión causada por la curvatura y el alabeo de losas.
Fuente: AASHTO 93 item 9.5.2. ESPACIAMIENTO ENTRE JUNTAS
Para nuestro caso, con ancho de losa (carril)=3.00 m, utilizaremos que el espaciamiento no
debe ser mayor que 1.25 veces el ancho de la losa (carril), por lo tanto 1.25 x (3.00 m) = 3.75
m, adoptaremos un espaciamiento entre juntas para el proyecto de 3.50 m, por ser menor a
1.25 veces el ancho carril.
Así como también se ha previsto que depende de muchos factores como las condiciones
locales (materiales y medio ambiente) y según la experiencia local trabaja perfectamente bien
en toda la zona de San Ignacio.
Diseño de pavimento rígido
18
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
JUNTAS TRANSVERSALES
La Norma CE.010 indica que, las juntas transversales pueden ser de contracción, de
construcción y/o de dilatación. La profundidad de la junta debe ser igual a un cuarto del
espesor del pavimento (D/4).
JUNTAS DE AISLAMIENTO Y SELLOS
Se requieren para evitar el contacto del pavimento con objetos fijos o en intersecciones de
vías (por ejemplo: buzones, drenajes, cruces de calles, etc.).
La función principal de un sellador de juntas es minimizar la infiltración de agua a la estructura
del pavimento y evitar la intrusión de materiales incompresibles dentro de las juntas que
pueden causar la rotura de éstas (descascaramientos).
En la selección del sello se debe considerar su vida útil esperada, el tipo se sello, tipo de junta,
datos climáticos y el costo de control de tránsito en cada aplicación del sello, en todo el período
económico de análisis. El tipo de junta es muy influyente en la selección del material de sello.
Las juntas longitudinales entre pistas o en la unión berma-losa no generan las mismas
tensiones sobre el sello que ejercen las juntas transversales, debido a que sus movimientos
son considerablemente menores. Se podría optimizar enormemente el costo del proyecto
considerando esto en la selección del sello.
Todo material de sellos de juntas de pavimentos de concreto, deben cumplir con las siguientes
características:







Impermeabilidad
Deformabilidad
Resiliencia
Adherencia
Resistencia
Estable
Durable
Finalmente, el sellado se hará antes de la entrega al tránsito y previa limpieza de la junta, con
la finalidad de asegurar un servicio a largo plazo del sellador. Los siguientes puntos son
esenciales para las tareas de sellado:
 Inmediatamente antes de sellar, se deben limpiar las juntas en forma integral para
librarlas de todo resto de lechada de cemento, compuesto de curado y demás
materiales extraños.

Parta limpiar la junta, se puede usar arenado, cepillo de alambre, chorro de agua
o alguna combinación de estas herramientas. Las caras de la junta se pueden
imprimar inmediatamente después de la limpieza.

Es necesario usar el soplado con aire como paso final de la limpieza.

Cabe mencionar que la limpieza solo se hará sobre la cara donde se adherirá el
sellador.
Diseño de pavimento rígido
19
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
DISTRIBUCION Y DIMENSIONES DE LOSA
Para la distribución de las losas o paños se ha considerado la norma GH.020, componentes
de diseño urbano, teniendo como base las vías locales principales y vías locales secundarias.
Para las vías locales principales el ancho de carril es 3 m, teniendo un ancho de calzada de 6
m por considerarse doble vía. Los paños o losa tendrán las dimensiones de ancho=3.0 m por
largo=3.50 m en calle. Para las vías locales secundarias el ancho de carril es 2.7 m, teniendo
un ancho de calzada de 5.40 m por considerarse doble vía. Los paños o losa tendrán las
dimensiones de ancho=2.70 m por largo=3.50 m
En pasajes, para las vías locales secundarias el ancho de carril es 3.60 m, teniendo un ancho
de calzada de 3.60 m por considerarse una vía en un sentido. Los paños o losa tendrán las
dimensiones de ancho=3.60 m por largo=3.50 m.
8.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se han analizado alternativas de estructuración del pavimento en soluciones con pavimentos
rígido (losas de concreto de cemento portland) en cada caso considerando el trazo principal
de cada vía a intervenir con el proyecto.
El método empelado para el cálculo del diseño de pavimento rígido fue de acuerdo con lo
establecido en la Guía AASHTO, teniendo en consideración lo establecido en las Normas
CE.010 Pavimentos Urbanos y en el Manual de Carreteras, Sección de Suelos y Pavimentos.
Los resultados obtenidos respecto a cada una de las capas del pavimento rígido (losa de
concreto, subbase) referente a las vías donde se obtuvieron datos del tráfico vehicular, son
los siguientes:
Estructura de Pavimento Rígido
A. LOSA DE CONCRETO (mm)
B. SUB BASE (mm)
C. PIEDRA TIPO OVER (mm)
CBR >= 6%
CBR < 6%
124.95
200.00
----------
132.95
200.00
200.00
Con fines de uniformizar y estandarizar el paquete estructural del pavimento del presente
proyecto, los espesores adoptados son los siguientes:
CALLES CON CBR >= 6%
Estructura de Pavimento Rígido
A. LOSA DE CONCRETO (cm)
B. SUB BASE (cm)
Espesor
Adoptado
15
20
CALLES CON CBR < 6%
Estructura de Pavimento Rígido
A. LOSA DE CONCRETO (cm)
B. SUB BASE (cm)
C. PIEDRA TIPO OVER (cm)
Espesor
Adoptado
15
20
20
Será de la siguiente manera:
1. Calle Los Cedros, Calle Los Robles, Calle Las Palmeras, Calle Los Ficus, Calle Los
Romerillos, Calle Los Pinos, Av. José Avelardo Quiñones y el Jr. Teresa Calcuta.
Diseño de pavimento rígido
20
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR Y PEATONAL EN EL
SECTOR 22 DE AGOSTO Y SECTOR SANTIAGO, DISTRITO DE SAN IGNACIO - PROVINCIA DE
SAN IGNACIO - DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA” CUI 2498679
MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE SAN IGNACIO
ESTRUCTURA FINAL DEL PAVIMENTO
DIMENS. FINALES
Losa de Concreto hidráulico
f'c=210 kg/cm2
LOSA DE CONCRETO (D-0)
15 cm
Sub Base, material de prestamo
(afirmado) compactado al 100
% de la MDS
SUB BASE (D-1)
20 cm
Sub Rasante. (Over 6")
SUB RASANTE (D-2)
55 cm
20 cm
Fuente: Diseño de pavimento rígido, elaboración propia (con metodología AASHTO)
Este mejoramiento tendrá la función de drenar el agua proveniente del subsuelo. Asimismo,
protegerá toda la estructura del pavimento de los problemas de capilaridad comunes en este
tipo de terrenos.
Para las calles con una sub rasante regular con CBR mayor al 6%, se ha concluido con la
siguiente estructura, la cual se usará en las siguientes calles:
2. Calle El Morero, Jr. Daniel Alcides Carrión, Psje. Elías Aguirre, Jr. Juan Valer Sandoval,
Psje. José Balta, Jr. Daniel Alcides Carrión, Jr. Santiago, Jr. Teresa Calcuta, Av. Aviación,
Jr. Ricardo Palma, Jr. José Carlos Mariateguí, Jr. Chinchipe, Jr. Ayacucho y el Jr. Juan
Albacete.
ESTRUCTURA FINAL DEL PAVIMENTO
DIMENS. FINALES
Losa de Concreto hidráulico
f'c=210 kg/cm2
LOSA DE CONCRETO (D-0)
15 cm
35 cm
Sub Base, material de prestamo
(afirmado) compactado al 100
% de la MDS
SUB BASE (D-1)
Suelo de Fundación
Compactado.
SUB RASANTE
20 cm
Fuente: Diseño de pavimento rígido, elaboración propia (con metodología AASHTO)
El pavimento diseñado no llevará refuerzo con dowells o pasajuntas por consideraciones de
diseño, debido que la carga de tráfico es baja.
9.
MEMORIA DE CÁLCULO
Diseño de pavimento rígido
21