Diseño y comparación de costos de pavimentos para la Ruta Nacional No. 32, para un periodo de vida de 15 años.pdf

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA

Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Civil

IC-1031 Anlisis y diseo de Pavimentos

Proyecto Final:

Diseo y comparacin de costos de pavimentos

para la Ruta Nacional No. 32, para un periodo de vida de 15

aos

Elaborado por:

Jos David Rodrguez Arce A85307

Pablo Andrs Delgado Camacho A92088

Esteban Sols A96090

Profesor: Ing. Luis Guillermo Lora Salazar, Ph. D.

San Jos, 8 de Diciembre de 2014

Contenido Resumen ejecutivo ..................................................................................................... 4

Introduccin .............................................................................................................. 6

Descripcin del proyecto ............................................................................................. 7

Marco contextual del proyecto ................................................................................. 7

Informacin general ................................................................................................ 8

Metodologa de diseo ................................................................................................ 9

Diseo de pavimentos flexibles y semirrgidos ........................................................... 9

Definiciones importantes ...................................................................................... 9

Fundamentos del mtodo ..................................................................................... 9

Consideraciones del diseo ................................................................................... 9

Diseo de pavimentos rgidos .................................................................................. 9

Supuestos generales de diseo................................................................................... 10

Alcances y limitaciones .............................................................................................. 13

Alcances: .............................................................................................................. 13

Limitaciones: ......................................................................................................... 13

Memoria de clculo ................................................................................................... 14

Diseo pavimento flexible: ...................................................................................... 14

Estimacin del trnsito: ....................................................................................... 14

Caracterizacin de materiales .............................................................................. 17

Detalle de diseo ................................................................................................ 19

Anlisis de desempeo ........................................................................................ 24

Diseo pavimento semi-rgido: ................................................................................ 26



Detalle de diseo ................................................................................................ 27

Anlisis de desempeo ........................................................................................ 30

Diseo pavimento rgido: ........................................................................................ 31



Detalle de diseo ................................................................................................ 33

Anlisis de costos ...................................................................................................... 36

Beneficios de la opcin seleccionada ........................................................................... 39

Conclusiones y recomendaciones ................................................................................ 41

Conclusiones ......................................................................................................... 41

Recomendaciones .................................................................................................. 41

ANEXOS ................................................................................................................... 42

Resumen ejecutivo

El proyecto consiste en el diseo de la estructura de pavimento para la Ruta 32,

especficamente desde el cruce de la Ruta 4 hasta el ingreso a Mon; asimismo se realiza un

anlisis comparativo de costos de materiales entre las opciones evaluadas las cuales fueron:

Pavimento flexible, rgido y semi-rgido

Para el diseo de los tres tipos de estructura de pavimento se sigui los lineamientos de la

gua de diseo AASHTO93

Las dimensiones obtenidas por el diseo son las siguientes:

Tipo de estructura

Caractersticas de la seccin Flexible Semi- rgido Rgido

Ancho de carril (m) 3.6 3.6 3.6

No. de carriles 2 2 2

Espesor de losa (cm) 13,5 13,5 13

Espesor de base (cm) 15 10 -

Espesor de sub-base (cm) 25 7,5 -

Se hizo una evaluacin de costos por metro lineal de construccin para cada tipo de

pavimento, considerando as suficiente para darse una idea de la diferencia porcentual de

costo entre ellas. Como se puede ver en el siguiente grfico la opcin ms econmica es la

de pavimento flexible

0 10 20 30 40 50

Pavimento Flexible

Pavimento Semirgiro

Pavimento Rgido

21

32

46

% del costo

Tip

o d

e p

avim

ento

Adems de realizar el diseo y la comparacin de costos, se hizo una revisin del periodo

de vida til de cada uno de los pavimentos, la cual deba ser de 25 aos. Se dio el caso de

que la vida til que presentaba era muy amplia, por lo que puede ser un sesgo en la

metodologa de diseo por lo tanto esto no se tom en cuenta como criterio de evolucin

para concluir que capa era la mejor a colocar.

Mediante el anlisis de costos y dado que todas presentan un buen desempeo y cumplen

con la vida til, se llega a la conclusin de que el pavimento flexible es el que se debe

colocar con las medidas obtenidas en el diseo y mostradas grficamente a continuacin:

Como se concluy en el trabajo, el anlisis de costos hasta cierto punto deja de ser el nico

parmetro vlido para poder dar un criterio de seleccin del tipo de pavimento, para esto

es recomendable hacer una matriz comparativa que contemple criterios como esttica,

contractibilidad, rapidez de apertura al trnsito, materiales menos voltiles, entre otros que

ayuden a una mejor escogencia con mayor criterio.

13,5 cm

15 cm

25 cm

Introduccin

La ampliacin de la ruta a Limn se da como una necesidad del pas para agilizar el trnsito

de las importaciones y exportaciones hacia el muelle de Mon, adems de la prxima

construccin del muelle de contenedores a cargo de la empresa holandesa APM Terminals.

la importancia de hacer una inversin en infraestructura y la relevancia del proyecto de

rehabilitacin y ampliacin de la Ruta 32, entre otras razones por el hecho de que la mayor

cantidad de exportaciones e importaciones se registr en los puertos de Limn y Mon, con

un 62,3 % y 60,2 % respectivamente.

Se debe tener presente que el proyecto integral consiste en una serie de tramos con

secciones variables e incluye construir 36 puentes vehiculares nuevos, y la rehabilitacin de

los 36 existentes, mejorar el diseo funcional y el nivel de servicio al disminuir el tiempo

recorrido y as disminuir tambin los costos de operacin vehicular. Se busca construir obras

de seguridad vial tales como 26.160 metros lineales de ciclovas, aceras, 23 puentes

peatonales, 26.180 metros lineales de calles marginales, 176 bahas de autobuses, entre

otros objetivos.; sin embargo para efectos del presente informe solo se considera el diseo

de la seccin tpica del pavimento para un periodo de vida til de 25 aos y una velocidad

de diseo de 100 km/h.

El presente trabajo muestra la metodologa y los resultados obtenidos del proceso de diseo

y anlisis de costos de los tipos de pavimentos seleccionados.

Descripcin del proyecto

Marco contextual del proyecto

La carretera une San Jos con Limn, principal puerto caribeo de Costa Rica, desde donde

entran y salen la mayora de mercaderas al pas. La Figura 1 presenta la ubicacin del

proyecto para la ampliacin de carriles asimismo en color verde se muestra el tramo

estudiado en este trabajo.

Figura 1. Proyecto ampliacin de carriles Ruta 32

Fuente: Lora, 2014

Informacin general

El proyecto consiste en la ampliacin de un tramo de la Ruta 32 entre el cruce con la Ruta

4 hasta el ingreso a Mon. Su longitud aproximada es de 100 km y requiere de la construccin

de dos carriles paralelos a los existentes.

La seccin tpica de la va corresponde un pavimento flexible con una base granular, una

vista de esta seccin transversal se presenta en la Figura 3.

Figura 2. Seccin tpica del proyecto

Fuente: Lora, 2014

Metodologa de diseo

En esta parte se explica brevemente la metodologa a seguir para el diseo del pavimento

para el proyecto, consiste en la metodologa AASHTO 93 para pavimentos flexibles y rgidos.

Diseo de pavimentos flexibles y semirrgidos

Definiciones importantes

Serviciabilidad: evaluacin cualitativa de la capacidad del pavimento de servir al

trnsito en un instante determinado.

Desempeo: Comportamiento del pavimento con el incremento en el nmero de

aplicaciones de carga por eje.

Periodo de diseo: Tiempo que pasa entre la construccin del pavimento, hasta que

alcanza su serviciabilidad terminal.

Fundamentos del mtodo

Se basa en los resultados de la carretera de prueba AASHO (AASHO Road Test).

Los factores de confiabilidad, drenaje y clima se introdujeron en el ao 1986.

El criterio de falla se basa en el ndice de serviciabilidad final (pt).

El transito que lleva a la falla depende de numero estructura, resistencia de la

subrasante, perdida en el ndice de servicio deseada y la confiabilidad elegida.

Contempla la posibilidad de reducir el periodo de diseo por la presencia de suelos

expansivos en la subrasante.

Consideraciones del diseo

Estimacin del trnsito, Caracterizacin de materiales y Procedimiento de diseo

Diseo de pavimentos rgidos

Al igual que para pavimentos flexibles y semirrgidos, para esta parte se adoptara la

metodologa indicada por AASHTO 93 para el diseo de pavimentos rgidos.

Supuestos generales de diseo

Se supone que todos los materiales utilizados cumplen al menos el mnimo de los

requisitos estipulados por el manual CR-2010, especficamente para materiales

granulares:

(1) Sub base:

-CBR 30 mn.

-ndice de plasticidad entre 4 y 10.

-Lmite lquido mx. 35

(2) Base

-CBR 80 mn.

-Compactacin 95%, segn AASHTO T180

-Lmite lquido mx. 35

-ndice de plasticidad entre 4 y 9

-Cumplir AASHTO M147

Se supone que el transito promedio diario anual (TPDA) 328, 753, 703, EP 13, 247,

248son las ms representativas para determinar los volmenes vehiculares que se

presentarn en la carretera proyectada.

Para calcular los valores de factor camin, se utiliz la estratigrafa de carga de la

Estacin 1 y 2 de la Ruta Nacional N 32 en los sentidos San Jos-Limn y Limn-

San Jos.

Para la caracterizacin de la base y subbase se usaron los valores de CBR

determinados en el estudio de suelos del quebrador de Feluco, Limn y en el

documento Material de subbase para la Ruta 32, respectivamente. Por lo que se

supone que estas caractersticas se dan a lo largo de los 100km de carretera.

Se supone que el transito promedio diario anual (TPDA) 328, 753, 703, EP 13, 247,

248son las ms representativas para determinar los volmenes vehiculares que se

presentarn en la carretera proyectada.

Se trabaj con nicamente con la estacin 753 debido a que presentaba el TPD ms

elevado, ya que el diseo requiere resistir la condicin crtica y adems toda la

longitud de la carretera presentar el mismo ESAL.

Para calcular los valores de factor camin, se utiliz la estratigrafa de carga de la

Estacin 1 y 2 de la Ruta Nacional N 32 en los sentidos San Jos-Limn y Limn-

San Jos.

La desviacin estndar de los diseos se determin considerando que la condicin

del trnsito a futuro tendr una variacin importante en su magnitud.

Los materiales de la subrasante, subbase y base cumplen con las condiciones

mnimas para el diseo segn el manual CR-2010, en aquellos aspectos en los que

no se logr encontrar datos reales:

o Caras fracturadas: 50% mnimo (Para las bases utilizadas s se realiz el

chequeo).

o Lmite lquido = 35 mximo.

o Compactacin al 95%

o ndice de durabilidad = 35 minutos.

Los coeficientes estructurales para el diseo de las capas de los pavimentos flexible

y semirrgido fueron acotados al mximo valor posible, debido a que la relacin

existente entre el coeficiente y el mdulo resiliente superaba dicho lmite.

Se consider la calidad del drenaje buena y por su ubicacin geogrfica estar

expuesta a altos niveles de humedad en ms del 25% de su vida til.

Para la base estabilizada con cemento se utiliza el valor promedio tpico del mdulo

resiliente para este tipo de arreglos (Mr=800 000 psi).

El valor del mdulo de reaccin de la subrasante, para el diseo del pavimento

rgido, fue determinando considerando que no existir subbase y utilizando la

frmula que lo relaciona con el mdulo resiliente:

=

19,4

Se asumi que el concreto tendr una resistencia a la compresin, fc, de 4000 psi.

El mdulo de ruptura del concreto se asumi un valor promedio de 600 psi, segn

el rango de valores que maneja la empresa cementera CEMEX.

Se supuso que el pavimento rgido sera JPCP con dispositivos de transferencia de

carga y adems cuenta con una buena calidad de drenaje.

El anlisis de desempeo de los pavimentos flexibles fueron determinados

suponiendo una presin de inflado de llanta de 100 psi.

Alcances y limitaciones

Alcances:

En el presente trabajo se realiza una propuesta de diseo de un pavimento flexible, un

pavimento semi-rgido y un pavimento rgido para el proyecto de construccin de dos carriles

paralelos a la Ruta 32.

El trabajo parte del diseo propuesto en la gua AASHTO 93 y de la informacin suministrada

que incluye trabajos finales de graduacin, datos de estaciones de conteo del MOPT y datos

obtenidos por el LanammeUCR.

Un anlisis de costos de las estructuras de pavimento evaluadas considerando nicamente

los materiales a utilizar para la elaboracin de los diferentes tipos de pavimento.

Se utiliza el software 3DMove para obtener informacin necesaria para realizar el anlisis

de deformaciones y as conocer su desempeo tanto del pavimento flexible como del

pavimento semi-rgido.

Limitaciones:

El trabajo se limita a un diseo AASHTO 93 y no profundiza en el diseo de elementos de

transferencia de carga, acero por temperatura o barras de amarre.

Para el clculo de Costos no se tom en cuenta el costo de maquinaria, horas hombre,

utilidades, entre otros. nicamente se realiz con los costos de material.

Para el clculo de diseo no se cont con los datos de la subrasante, lo cual puede llegar a

afectar en el paquete estructural significativamente.

Memoria de clculo

Diseo pavimento flexible:

Estimacin del trnsito:

Para determinar la estimacin del trnsito se hizo uso de los datos de la Estacin 753 ya

que representaba la seccin con mayor TPD dentro de las estaciones en el tramo a analizar.

A continuacin se muestran los datos de TPDA y porcentaje de distribucin por tipo de

vehculos para dicha estacin obtenidos del Anuario de informacin de transito 2012 del

MOPT:

Cuadro 1. TPDA y distribucin porcentual por tipo de vehculos para la estacin 753.

Fuente: MOPT, 2012

A partir de estos datos podemos hacer la diferenciacin entre vehculos livianos,

conformados por los vehculos de pasajeros y los de carga liviana y vehculos pesados,

conformados por los buses y por los camiones de 2, 3 y 5 ejes. La distribucin porcentual

mencionada se muestra a continuacin:

Cuadro 2. TPDA y distribucin porcentual para vehculos livianos y pesados.

Ruta Estacin Seccin TPD 2012 % Livianos % Pesados

32 753 70490 20066 76.39 23.61

Seguidamente se necesita calcular el factor camin para el cual se utiliz la estratigrafa

de carga de los vehculos encuestados en la Estacin 1 de la Ruta Nacional N 32 en

sentido San Jos-Limn. Se procedi a utilizar estos dados ya que la carga distribuida por

eje en los vehculos pesados es similar en todo el pas y no se tuvieron datos para una

ms representativa. Los datos diarios se muestran en el anexo A.1. En el mismo se utiliz

para los camiones de 2 ejes la estratificacin de carga de los C2; para los camiones de 3

ejes se utiliz la estratificacin de carga de los C3 y los T2-S1; y para los camiones de 5

ejes se utiliz la estratificacin de carga de los T3-S2. Adems para los buses, se decidi

Ruta Estacin Seccin TPD 2012 Pasaj C. Liv Buses 2 Ejes 3 Ejes 5 Ejes % Crecim.

32 753 70490 20066 54.1 22.29 3.01 8.85 2.04 9.71 3.29%

utilizar la estratificacin para los camiones C2, pero utilizando dos ejes simples de una

llanta.

Para el clculo de los factores de equivalencia se supuso un nivel de serviciabilidad terminal

(pt) igual a 2,5 y un nmero estructural del pavimento (SN) igual a 5. Los clculos para la

cantidad de ejes equivalentes y sus factores respectivos se encuentran en los cuadros de

anexos. Finalmente el nmero de ejes equivalentes de 18kip para un da se obtiene por

medio de la sumatoria de todos los tiempos de eje obtenidos de la siguiente manera:

=

()= = , + , + , + , = ,

Dnde:

m = total de tipos de ejes

i = grupo de tipo de eje

Fi = Factor de Eje equivalente para tipo de eje i

(n0)i = nmero de repeticiones diarias para el tipo de eje i

De esta manera podemos obtener el factor camin tomando el total de ejes equivalentes

entre el nmero de camiones promedio diarios.

= 2012 %

= 20066 0,2361 = 4738

= 18

=1554,05

4738= ,

Una vez obtenido el factor camin se proyecta el transito promedio diario para el 2014, el

factor de crecimiento y distribuciones:

= ( + )

Dnde:

r = tasa de crecimiento

n =aos

2014 = 20066(1 + 0,0329)2 2014 =

A continuacin se observan los clculos necesarios para obtener los ESAL (W18) esperados

para un periodo de diseo de 15 aos:

= (2014)()()()()()()(365)

Dnde:

T = % de pesados

Tf = Factor camin

D = Distribucin direccional, en este caso D = 0,5 (Tabla 6.15, Huang)

L = Distribucin por carril, en este caso L = 1,0 (Tabla 6.16, Huang)

Y = Periodo de diseo en aos

()() =(1 + ) 1

=

(1 + 0,0329)15 1

0,0329 ()() =

= (21408)(0,2361)(0,33)(19)(0,5)(1)(365) =

Caracterizacin de materiales

Subrasante:

Para obtener los parmetros para la subrasante a utilizar, se consult el trabajo final de

graduacin del Ing. Juan Diego Porras. Se utilizaron los datos para la seccin de carretera

en la zona Tanque Florencia.

Esta zona estaba compuesto por Limos de color caf oscuro para la subrasante. Tomando

en cuenta la informacin del Cuadro 3, se estim un coeficiente de Poisson de la subrasante

de = 0,35.

Cuadro 3. Valores tpicos de coeficientes de Poisson segn el tipo de material

Tipo de material Rango Valor tpico

Arcilla (saturada) 0,40 - 0,50 0,45

Arcilla (no saturada) 0,10 - 0,30 0,20

Arcilla arenosa 0,20 - 0,30 0,25

Limo 0,30 - 0,35 0,325

Arena densa 0,20 - 0,40 0,30

Arena gruesa 0,15 0,15

Arena fina 0,25 0,25

Estrato de roca uniforme 0,10 - 0,25 0,15

Estrato de roca erosionado 0,25 - 0,40 0,30

Fuente: Lora, 2014

Seguidamente para la determinacin del mdulo resiliente de la subrasante, se utilizaron los

resultados obtenidos del trabajo final mencionado para por el ingeniero Juan Diego Porras

se tomaron los datos obtenidos en modelo octadrico como se muestra a continuacin.

= (

)

(

+ )

=

( ) + ( ) + ( )

Dnde:

MR = Mdulo resiliente

Tf = Factor camin

pa = Presin atmosfrica

= Invariante de esfuerzos

= Esfuerzo cortante octadrico

Para la zona mencionada se obtuvo un valor de Modulo Resilente:

= .

Sub-base granular:

Se utilizan los valores del archivo Material de la subbase de la ruta 32, considerando los

valores de CBR. Se supone que el material de la sub-base es una arena fina de ro de color

caf grisceo. Segn valores tpicos de coeficiente de Poisson del Cuadro 3, se obtuvo un

coeficiente de Poisson de la sub-base granular de = 0,25.

Para el valor de CBR se obtuvo un valor de Modulo Resilente:

= .

Base granular:

Para la caracterizacin de la base se toman los datos del estudio de suelos realizado en el

tajo Feluco, limn; tomando en consideracin los valores del CBR al 95%. Segn valores

tpicos de coeficiente de Poisson del Cuadro 1, se obtuvo un coeficiente de Poisson de la

sub-base granular de = 0,15.

Para el CBR mencionado se obtuvo un valor de Modulo Resilente:

= .

Carpeta asfltica:

Para la determinacin del el coeficiente de Poisson de la mezcla asfltica se debi estimar a

partir del baco de Van Der Pole para un valor de = 0,35.

Finalmente para la determinacin del mdulo resiliente de la carpeta asfltica se utilizaron

una vez ms los datos obtenidos del trabajo final de graduacin del Ing. Juan Diego Porras.

A partir del retroclculo de mdulo en varias zonas del pas se encuentra un mdulo

resiliente promedio:

= .

Detalle de diseo

Confiabilidad del Diseo (R):

Para el diseo de una autopista regional suburbana se utiliz un grado de certidumbre o

confiabilidad de R=90% obtenido del Cuadro 4.

Cuadro 4. Niveles de confiabilidad R en funcin del tipo de carretera.

Fuente: SIECA, 2001

Desviacin estndar normal (ZR):

Para un nivel de confiabilidad R = 90 % la desviacin estndar normal correspondiente es

ZR =-1,282.

Desviacin estndar del sistema debido a errores de proyeccin de trnsito y desempeo

del pavimento (So):

Para las proyecciones de trfico realizadas se hizo uso de datos obtenidos de estaciones

cercanas y promedios que pueden influir en variaciones. Por ello se utiliza un So=0.49 debido

a la posible variacin en el transito futuro para pavimentos flexibles.

Variacin en el ndice de serviciabilidad (PSI):

El ndice de serviciabilidad inicial (po) para pavimentos flexibles y su valor establecido en el

Experimento Vial de la AASHTO para los pavimentos flexibles fue de po=4,2. Este valor es

funcin del diseo de pavimentos y del grado de calidad durante la construccin.

El ndice de serviciabilidad final (pt), es el valor ms bajo tolerable por los usuarios de la va

antes de que sea necesario el tomar acciones de rehabilitacin. Para vas con caractersticas

de autopistas urbanas y troncales de mucho trfico se utilizan valores entre 2,5 y 3,0 por lo

que se utilizar un valor de pt=2,5.

El valor de diseo para para el criterio de comportamiento se obtiene como la diferencia

entre el ndice de serviciabilidad inicia y final:

= = 4,2 2,5 = ,

Nmero estructural (SN):

El nmero estructural total del pavimento est dado por:

Donde se puede observar la representacin de la siguiente figura:

Figura 3 Representacin del nmero estructural para un sistema multicapa.

Fuente: Lora, 2014.

Dnde:

D1,2,3 = espesores de capa asfltica, base y subbase, respectivamente

(pulgadas).

ai = coeficiente estructural de capa i, dependiente de su mdulo.

mi = coeficiente de drenaje para capas no estabilizadas, dependiente del tiempo requerido para drenar y del tiempo en que la humedad se encuentre en niveles cercanos a la saturacin.

Una vez que hemos obtenido estos datos podemos utilizar la siguiente ecuacin para obtener el nmero estructural sobre cada capa

() = + , ( + ) , + (

, , )

, +

( + ),

+ , () ,

Analizando con los respectivos valores para la base granular en la frmula podemos calcular

el nmero estructural SN1.

= ,

As mismo para la sub-base granular, obtenemos el nmero estructural SN2.

= ,

Finalmente para el caso la subrasante, calculamos el nmero estructural SN3.

= ,

Coeficiente estructural (ai):

Los coeficientes estructurales son una medida de la capacidad relativa de una unidad de

espesor de una determinada capa para funcionar como componente estructural del

pavimento. Para la carpeta asfltica densa en caliente se utilizar el coeficiente estructural

como 1 = 0,44/.

Para la base granular el coeficiente estructural se puede obtener de:

2 = 0,249 log() 0,977 = 0,249 log(40942) 0,977 = 0,18 > 0,14

Como el valor mximo es de 0,14, entonces: 2 = 0,14/

Para la sub-base granular el coeficiente estructural se puede obtener de:

3 = 0,227 log() 0,839 = 0,227 log(23035) 0,839 = 0,16 > 0,13


Coeficiente de drenaje (mi):

Los coeficientes de drenaje se establecen a partir de la calidad del drenaje y del tiempo

que se considera que el pavimento puede encontrarse con una cantidad de agua cercana

a la saturacin. Suponiendo una buena calidad de drenaje y que el porcentaje de tiempo

en el que el pavimento estar expuesto a niveles de humedad cercanos a la saturacin es

mayor a 25 %, obtenemos un valor de = = , como se observa de los valores

para coeficientes de drenaje en el siguiente cuadro:

Cuadro 5. Coeficientes de drenaje para pavimentos flexibles.

Fuente: AASHTO, 1993.

Espesores de capa (Di):

Para la determinacin de espesores de capa se utilizaron las siguientes formulas:

1 =11

=2,3967

0,44= 5,44 = ,

1 = 1 1 = (0,44)(5,5) = 2,42

2 =2

1

2 2=

2,9752 2,42

(0,14)(1)= 3,97 =

2 = 2 2 = (0,14)(4) = 0,56

1 +

2 2

1 +

2 = 2,98

3 =3 (

1 +

2)

3 3=

3,3304 (2,98)

(0,13)(1)= , =

3 = 3 3 = (0,13)(3) = 0,39

Finalmente la estructura del diseo AASHTO 93 del pavimento flexible para el proyecto se

muestra a continuacin:

Figura 4. Esquema de diseo del pavimento flexible.

Anlisis de desempeo

Para el anlisis de desempeo del pavimento flexible a disear, es necesario analizar tanto

el desempeo del pavimento por de fatiga y por deformacin permanente.

Desempeo por fatiga:

Para determinar el desempeo del pavimento por fatiga se utiliza la ecuacin de

transferencia calibrada por el LanammeUCR para pavimentos flexibles a continuacin:

= , ()

,(),

Dnde:

Nf = Nmero de aplicaciones de cargas para la falla

t = deformacin unitaria en traccin en la fibra inferior de la carpeta ().

E = Mdulo resiliente de la carpeta asfltica (MPa).

Es necesario transformar el mdulo resliente de la carpeta asfltica a unidades MPa.

Adems se obtuvo la deformacin unitaria en traccin con software 3DMove.

= ,

= 383 190 =

6 in

10 in

= 6,65 1024(219,19)5,61(2642)1,28 = . >

Se puede observar que el nmero de repeticiones que soporta el pavimento antes que falle

por fatiga es mayor al nmero de repeticiones esperadas a los 25 aos por lo que el diseo

cumple el criterio para la vida til esperada.

Para saber los aos de vida esperada para que el pavimento falle por fatiga se despeja de

la ecuacin:

= (2014)()()()()()()(365)

20452354.5 = (21408)(0,2361)(0,33)()()(0,5)(1)(365)

()() = ,

()() =(1 + ) 1

67,59 =

(1 + 0,0329) 1

0,0329

=

Para el diseo AASHTO realizado, el pavimento fallar por fatiga aproximadamente a los 36

aos.

Desempeo ante deformacin permanente:

Para determinar el desempeo del pavimento por deformacin permanente se utiliza la

ecuacin de transferencia del laboratorio para la calibracin/validacin del proceso en campo

para pavimentos flexibles suponiendo 90F. Las deformaciones unitarias a compresin se

determinaron utilizando el software 3DMove.

= , (),

Dnde:

N = Nmero de aplicaciones de cargas para la falla

c = deformacin de compresin en la parte superior de la subrasante ()

= ,

= 1,077 1018(246,62)4,483 = . >

Se pude observar que el nmero de repeticiones que soporta el pavimento ante fallo por

deformacin permanente es mayor al nmero de repeticiones esperadas a los 25 aos, por

lo que el diseo cumple para la vida til esperada. Como el nmero de repeticiones

esperadas para que ocurra la falla por deformacin permanente es menor al nmero de

repeticiones para que ocurra la falla por fatiga, el pavimento fallar primero por deformacin

permanente.

Diseo pavimento semi-rgido:


Para el diseo del pavimento semi-rgido la estimacin del trnsito tiene los mismos

resultados que para el diseo del pavimento flexible. Se utilizan los mismos supuestos de pt

= 2,5 y SN = 5 para la estructura con capa de ruedo de mezcla asfltica. Entonces los

factores de ejes equivalentes se mantienen

=


Subrasante:

Se utilizan los mismos valores obtenidos para el diseo del pavimento flexible anterior:

= ,

= .

Base estabilizada:

Para una base estabilizada con cemento evaluada a los 7 das, se utiliz un mdulo resiliente

que vara entre 1.000.000 psi y 600.000 psi y un coeficiente de Poisson igual a 0,15 de

acuerdo con la informacin del curso de laboratorio. Para el diseo se utilizan los siguientes

valores:

= ,

= .

Carpeta asfltica:

Se utilizan los mismos valores obtenidos del diseo del pavimento flexible:

= ,

= .

Detalle de diseo

Nivel de confiabilidad (R):

Al igual que para el diseo del pavimento flexible, se utiliz un grado de certidumbre o

confiabilidad de R=90%.


Para un nivel de confiabilidad R = 90 % la desviacin estndar normal es de:

= ,


del pavimento (So):

Para el diseo del pavimento semiflexible se utilizan los mismos valores supuestos para el

diseo del pavimento flexible:

= ,


Para el diseo del pavimento semiflexible se utilizan los mismos valores supuestos para el

diseo del pavimento flexible:

= ,

Nmero estructural (SN):

Una vez ms utilizamos la siguiente ecuacin con los valores indicados para cada capa:

() = + , ( + ) , + (

, , )

, +

( + ),

+ , () ,

Introduciendo los valores para la base estabilizada en la frmula obtenemos el nmero

estructural SN1.

= ,

Para el caso de la sub-base granular se obtiene el nmero estructural SN2.

= ,

Finalmente utilizando el mdulo de resiliencia de la subrasante, obtenemos el nmero

estructural SN3.

= ,

Coeficiente estructural (ai):

Para la carpeta asfltica densa en caliente se utilizar el coeficiente estructural como 1 =

0,44/.

Para la base estabilizada el coeficiente estructural se puede obtener de:

2 = 0,249 log() 0,977 = 0,249 log(800000) 0,977 = 0,493 > 0,14


Para la sub-base granular el coeficiente estructural se puede obtener de:

3 = 0,227 log() 0,839 = 0,227 log(23035) 0,839 = 0,16 > 0,13


Coeficiente de drenaje (mi):

Se utilizan los mismos valores supuestos para el diseo del pavimento flexible de =

= , .

Espesores de capa (Di):

Para el clculo del espesor de cada capa se utilizan las siguientes ecuaciones:

1 =11

=0,6215

0,44= 1,41 =

1 = 1 1 = (0,44)(2 = 0,88

2 =2

1

2 2=

2,9752 0,88

(0,49)(1)= 4,25 = ,

2 = 2 2 = (0,49)(4,5) = 2,22

1 +

2 2

1 +

2 = 3,1

3 =3 (

1 +

2)

3 3=

3,3304 (3,1)

(0,16)(1)= 1,45 = ,

3 = 3 3 = (0,16)(1,5) = 0,24

Finalmente la estructura del diseo AASHTO 93 del pavimento semi-rgido para el proyecto

se muestra a continuacin:

Figura 5.Esquema de diseo del pavimento semi-rgido.

Anlisis de desempeo

Desempeo por fatiga:

= ,

= 383 190 =

= 6,65 1024(4,0985)5,61(2642)1,28 = , >

Se puede observar que el nmero de repeticiones que soporta el pavimento antes que falle

por fatiga es mayor al nmero de repeticiones esperadas a los 25 aos por lo que el diseo

cumple el criterio para la vida til esperada.

= (2014)()()()()()()(365)

1,013x1017 = (21408)(0,2361)(0,33)()()(0,5)(1)(365)

()() = ,

()() =(1 + ) 1

3,35x1011 =

(1 + 0,0329)Y 1

0,0329 = ,

5.5 in

3 in

4 in

Para el diseo AASHTO realizado, el pavimento fallar por fatiga aproximadamente a los

714 aos.

Desempeo ante deformacin permanente:

= ,

= 1,077 1018(302,09)4,483 = . >

Se pude observar que el nmero de repeticiones que soporta el pavimento ante fallo por

deformacin permanente es mayor al nmero de repeticiones esperadas a los 25 aos, por

lo que el diseo cumple para la vida til esperada. Como el nmero de repeticiones

esperadas para que ocurra la falla por deformacin permanente es menor al nmero de

repeticiones para que ocurra la falla por fatiga, el pavimento fallar primero por deformacin

permanente.

Diseo pavimento rgido:


Para la estimacin del trnsito para el diseo del pavimento rgido se debe calcular el factor

camin para los vehculos pesados segn los factores de ejes equivalentes correspondientes

a pavimentos rgidos. Esta vez para determinar los factores de ejes equivalentes se supuso

la serviciabilidad terminal pt = 2,5 y el espesor de la losa de concreto D = 10 in.

=

()= = , + , + , + , =

= 18

=2090

4738= ,

= (21408)(0,2361)(0,441)(19)(0,5)(1)(365) = ,


Subrasante:

Se utilizaron los mismos valores propuestos para el diseo del pavimento flexible:

= ,

= .

El mdulo de reaccin de la subrasante (K) se encuentra de la figura a continuacin segn

el tipo de suelo de la subrasante.

Figura 6. Grfico para determinar el mdulo de reaccin de la subrasante.

Fuente: Lora, 2014.

El mdulo de reaccin se encuentra entre 140 y 230 pci. Para el diseo de un pavimento

rgido se utilizara un valor de K = 200 pci.

Sub-base granular:

Se utilizaron los mismos valores propuestos para el diseo del pavimento flexible:

= ,

= .

Losa de concreto:

El mdulo de elasticidad del concreto (Ec) se calcul por medio de la formula obtenida de la

norma ASTM C469. Para el clculo se supuso una resistencia a compresin del concreto (fc)

igual a 4000 psi.

= 57 000 = 57 0004000 =

Finalmente el mdulo de ruptura del concreto segn datos obtenidos de CEMEX se

encuentra entre 455 psi y 720 psi. Para el diseo de un pavimento rgido se utilizara un

valor de Sc = 650 psi.

Detalle de diseo

Nivel de confiabilidad (R):

Al igual que para el diseo del pavimento flexible, se utiliz un grado de certidumbre o

confiabilidad de R=90%.


Para un nivel de confiabilidad R = 90 % la desviacin estndar normal es de:

= ,


del pavimento (So):

Para las proyecciones de trfico realizadas se hizo uso de datos obtenidos de estaciones

cercanas y promedios que pueden influir en variaciones. Por ello se utiliza un So=0.39 debido

a la posible variacin en el transito futuro para pavimentos rgidos.


El ndice de serviciabilidad inicial (po) para pavimentos flexibles y su valor establecido en el

Experimento Vial de la AASHTO para los pavimentos flexibles fue de po=4,5. Este valor es

funcin del diseo de pavimentos y del grado de calidad durante la construccin.

El ndice de serviciabilidad final (pt), es el valor ms bajo tolerable por los usuarios de la va

antes de que sea necesario el tomar acciones de rehabilitacin. Este valor depende del tipo

de ruta, el valor de TPDA y el nivel de confianza supuesto. Segn los datos del Cuadro 6 se

utilizar un valor de pt=2,5.

Cuadro 6. ndice de serviciabilidad terminal para distintas condiciones.

Fuente: Lora, 2014.

El valor de diseo para para el criterio de comportamiento se obtiene como la diferencia

entre el ndice de serviciabilidad inicia y final:

= = 4,5 2,5 =

Coeficiente de transferencia de carga (J):

Es la habilidad de la estructura de pavimento para transferir o distribuir la carga a lo largo

de discontinuidades como juntas o grietas. Para nuestro caso se supuso un pavimento tipo

JPCP de concreto simple articulado con espaldn de concreto y con dispositivos de

transferencia de carga.

Cuadro 7. Coeficiente de transferencia de carga para distintas condiciones.

Fuente: Lora, 2014.

Segn los valores del Cuadro 7, el coeficiente de transferencia de carga debe tener valores

entre 2,5 y 3,1. Para el diseo se supuso un valor de J = 2,8.

Coeficiente de drenaje (Cd):

Define la calidad del drenaje y del tiempo en el que el pavimento permanece en condiciones

saturadas. Suponiendo una buena calidad de drenaje de un da y el porcentaje de tiempo

en el que el pavimento estar expuesto a niveles de humedad que se aproximan a la

saturacin mayor a 25 %, obtenemos del Cuadro 8, un coeficiente de drenaje Cd = 1,0.

Cuadro 8. Coeficientes de drenaje para pavimentos flexibles.

Fuente: AASHTO, 1993.

Espesor de losa (Di):

El clculo para el espesor de losa se obtuvo a partir de la siguiente ecuacin:

Despejando de la ecuacin con los valores propuestos obtenemos un espesor = , .

Anlisis de costos

Se realizar una comparacin econmica entre de las tres secciones transversales

propuestas por el diseo estructural; para esto se debe tener presente que la evaluacin

contemplara nicamente los costos asociados a los materiales que se vayan a utilizar

dependiendo del caso.

En el Cuadro 9, se presenta el detalle de las dimensiones considerados para el anlisis de

costos, tanto para el pavimento flexible, semi- rgido y rgido.

Cuadro 9. Dimensiones de las estructuras de pavimento evaluadas

Tipo de estructura

Caractersticas de la seccin Flexible Semi- rgido Rgido

Ancho de carril (m) 3.6 3.6 3.6

No. de carriles 2 2 2

Espesor de losa (cm) 13,5 13,5 13

Espesor de base (cm) 15 10 -

Espesor de sub-base (cm) 25 7,5 -

Fuente: Autores, 2014

El Cuadro 9 presenta el detalle de los costos asociados a cada tipo de estructura evaluado,

se puede apreciar que se consideran nicamente materiales, cantidad, el costo unitario de

los materiales.

Los costos unitarios fueron obtenidos de la informacin complementaria brindada para este

trabajo con precios del 2011, considerando el promedio de costos presentados por las

empresas: Q. del Sur, HSolis, Meco en las zonas de San Carlos, Gupiles, Limn, Upala,

Zona Sur y Prez Zeledn. Cabe destacar que en lo nico que se diferencian unas con otras

es el paquete estructural a utilizar, con sus espesores y el tipo de pavimento que se utilizar,

valores como de aceras se consideran iguales para los tres, por lo tanto no es representativo

en la comparacin de costos.

Cuadro 10. Detalle de costos de los materiales de los diferentes proveedores y su

promedio en colones:


Material Unidad

Q. DEL SUR H. SOLS MECO,

S.A. MECO,

S.A. MECO,

S.A. H. SOLS

PROM

P. ZELEDN ZONA SUR

GUPILES LIMN

SAN CARLOS

UPALA

ACERO ESTRUCTURAL KG 1.566 3.086 3.086 1.715 1.157 1.334 3.086 2.147 DOVELAS KG 2.390 2.848 3.083 1.646 1.640 1.179 3.351 2.305

BASE M3 14.336 27.018 20.825 13.540 13.903 18.818 32.611 20.150 CEMENTO PORTLAND TM 141.194 140.421 165.201 145.038 147.629 146.482 165.201 150.167

CONCRETO M3 136.566 143.166 168.431 186.645 187.662 191.194 168.431 168.871 ASFALTO TM 39.522 50.297 49.924 51.377 57.233 59.976 52.945 51.610

SELLADO DE JUNTAS PARA LOSAS

M 4.922 2.030 2.388 2.387 2.387 2.403 2.197 2.673

SUB-BASE M3 12.665 21.951 21.951 11.379 12.344 16.447 27.684 17.774

Cuadro 11. Detalle de costos unitarios por metro lineal por tipo de pavimento:

Pavimento Flexible

Material Unidad Costo unitario Costo unitario por metro lineal

ASFALTO TM 51.610 6.967

BASE M3 20.150 3.023

SUB-BASE M3 17.774 4.444

Total 14.434

Pavimento Semirgido


ASFALTO TM 51.610 6.967

BASE M3 20.150 3.023

SUB-BASE M3 17.774 4.444

CEMENTO PORTLAND TM 150.167 7.508

Total 21.942

Pavimento Rgido


ACERO ESTRUCTURAL KG 2.147 3.650

DOVELAS KG 2.305 5.763

CONCRETO M3 168.871 21.953

Total 31.366

Figura 7: Distribucin porcentual por cada tipo de pavimento que fue analizado.


0 10 20 30 40 50

Pavimento Flexible

Pavimento Semirgiro

Pavimento Rgido

21

32

46

Como se puede observar en la figura XX el pavimento flexible es el del menor costo

comparado con el pavimento Semirgido y Rgido, con un 21% del costo comparado entre

ellos.

Por lo tanto con base en el anlisis de desempeo realizado previamente y el anlisis de

costos presentado en esta seccin es posible recomendar a la estructura de pavimento

flexible como la indicada para el proyecto, ya que presenta el menos costo en trminos de

materiales y cumple, al igual que los otros dos, el criterio vida til a 25 aos.

Beneficios de la opcin seleccionada

Como se pudo observar en el tema anterior, el pavimento flexible es el de menor costo, por

lo tanto se concluye que es la mejor. No obstante se tienen otras ventajas de usar el

pavimento flexible en una carretera los cuales sera:

Menores costos de material: Como se demostr anteriormente, el pavimento flexible

incurre en costos menores de materiales lo cual ayuda en aprovechar el recurso

econmico.

Mejor maniobrabilidad: Si se tiene un asfalto con buena friccin superficial, se tiene

una mayor seguridad en carretera brindando as una mejor superficie de contacto

entre las llantas y el pavimento.

Homogeneidad en la zona: La zona en la que se va a construir cuenta con dos

estaciones marcadas, seca y lluviosa, por lo tanto la temperatura no es un factor

que influya crticamente, es por esto que un pavimento flexible bien graduado puede

ser ptimo para este tipo de condiciones.

Rapidez en la etapa de construccin y un eventual mantenimiento o rehabilitacin,

esto es especialmente importante pues est asociada con el tiempo requerido por la

carretera para volver a ofrecer un medio de desplazamiento a los usuarios. En este

sentido se considera que las otras dos opciones requieren un tratamiento ms

minucioso y especializado.

Continuidad: Comparando sus caractersticas con las de un pavimento rgido

podemos recalcar que el pavimento flexible es continuo, es decir, carece de juntas

y separaciones entre losas, esto ayuda a que constructivamente sea ms viable.

Tiempo de construccin: Por la experiencia de las empresas en Costa Rica y el tipo

de mtodo a utilizar, el pavimento flexible baja los tiempos de construccin, haciendo

as que la apertura de la va sea ms rpida que con cualquiera de los otros dos tipos

de pavimentos analizados.

El pavimento flexible puede ser utilizado, una vez que concluya su vida til, como

material de base, lo cual ayuda al ambiente y ahorra en costos dependiendo de las

condiciones que se requiera.

Conclusiones y recomendaciones

Conclusiones

Si se hace la comparacin nicamente en trminos de costos por materiales, la

opcin de pavimento flexible es la mejor.

La metodologa AASHTO 93 para el diseo de pavimentos permite la obtencin de

dimensiones para una estructura, pero se deben tener presentes sus limitaciones

para las correcciones respectivas; especialmente en la adaptabilidad del mtodo,

pues fue calibrado para condiciones diferentes a las ofrecidas por el pas.

Los tres tipos de pavimentos son viables en la parte funcional siempre y cuando se

siga una construccin correcta con las pruebas de calidad adecuadas.

En trminos de desempeo se demostr que los tres pavimentos son capaces de

mantenerse funcionales durante su vida til, siempre y cuando se les d un adecuado

mantenimiento.

Para poder concluir que uno de los tres tipos de pavimento analizados es el ms

viable, se debe hacer una comparacin no slo de costos por materiales, tambin se

debe utilizar otros criterios relevantes para llegar a tal conclusin.

Recomendaciones

Para poder llegar a un criterio de seleccin se recomienda el uso de una matriz

comparativa, donde se escojan criterios como duracin, esttica, costos de mano de

obra entre otras; aplicar una escala comparativa y evaluar cada posibilidad.

El diseo arroj que es viable cualquier tipo de pavimento para el desempeo

requerido en su vida til, pero, para que esto ocurra se necesita una evaluacin de

la calidad del pavimento as como mantenimiento peridico a travs del tiempo hasta

su vida til.

Para tener un clculo ms fino en el desempeo de los pavimentos es recomendable

tener los datos de todas las capas que componen el paquete estructural, incluyendo

la subrasante de la cual no se tena ningn tipo de dato.

ANEXOS

Cuadro A.1. Factores de carga para el diseo de pavimento flexible

Cuadro A.2. Ejes equivalentes para buses para el diseo de pavimento flexible.

Buses SN = 5 pt = 2.5

Simple Tandem

1.10 1 1 0 10 3 0 0 0 0 0

2.20 5 8 5 2 15 0 0 0 0.0002 0.0000

3.31 76 112 53 13 21 0 0 0 0.0010 0.0001

4.41 347 510 213 41 21 0 1 0 0.0031 0.0003

5.51 262 385 293 26 35 0 3 1 0.0074 0.0007

6.61 144 212 208 16 30 0 2 1 0.0155 0.0014

7.72 136 201 169 24 67 1 18 10 0.0295 0.0025

8.82 109 160 148 83 68 1 266 74 0.0516 0.0042

9.92 71 104 149 203 31 2 969 189 0.0848 0.0067

11.02 34 50 132 158 18 7 620 214 0.1323 0.0102

12.13 16 23 95 109 12 19 64 108 0.1975 0.0150

13.23 5 8 70 92 15 24 3 96 0.2843 0.0214

14.33 2 2 52 22 11 33 0 174 0.3965 0.0298

15.43 0 1 41 11 11 53 0 204 0.5377 0.0405

16.53 0 0 37 4 8 52 0 88 0.7117 0.0541

17.64 0 0 30 0 8 41 0 34 0.9221 0.0710

18.74 0 0 25 0 13 17 0 32 1.1725 0.0916

19.84 0 0 20 2 11 10 0 29 1.4665 0.1166

20.94 0 0 14 0 5 8 0 27 1.8075 0.1465

22.05 0 0 9 0 2 7 0 28 2.1994 0.1819

23.15 0 0 5 0 0 8 0 27 2.6462 0.2235

24.25 0 0 3 0 2 16 0 26 3.1524 0.2717

25.35 0 0 1 0 2 10 0 26 3.7228 0.3274

26.46 0 0 1 0 1 9 0 26 4.3629 0.3911

27.56 0 0 0 0 1 9 0 28 5.0790 0.4636

28.66 0 0 0 0 1 10 0 35 5.8777 0.5453

29.76 0 0 0 0 0 9 0 46 6.7666 0.6371

30.86 0 0 0 0 0 10 0 60 7.7538 0.7396

31.97 0 0 0 0 0 15 0 72 8.8483 0.8533

33.07 0 0 0 0 0 11 0 72 10.0597 0.9789

34.17 0 0 0 2 0 11 0 70 11.3986 1.1171

35.27 0 0 0 0 0 6 0 61 12.8759 1.2684

36.38 0 0 0 0 0 4 0 42 14.5036 1.4335

37.48 0 0 0 0 0 2 0 24 16.2943 1.6129

38.58 0 0 0 0 0 1 0 12 18.2614 1.8073

39.68 0 0 0 0 0 1 0 6 20.4190 2.0172

40.79 0 0 0 0 0 1 0 2 22.7819 2.2433

41.89 0 0 0 0 0 0 0 1 25.4000 2.4900

2 ejes 3 Ejes 5 ejesCarga

(Kips) Eje

simple (1

llanta)

Eje

simple (1

llanta)

Eje simple

(dual)

Eje

simple (1

llanta)

Eje simple

(dual)

Eje

Tndem

Eje simple

(1 llanta)

Eje

Tndem

Factor camin (Flexible)

Carga (Kips) (n0)simple Fsimple F*(n0)

1.10 1 0.00 0.00

2.20 5 0.00 0.00

3.31 76 0.00 0.08

4.41 347 0.00 1.06

5.51 262 0.01 1.94

6.61 144 0.02 2.24

7.72 136 0.03 4.01

8.82 109 0.05 5.63

9.92 71 0.08 6.02

11.02 34 0.13 4.50

12.13 16 0.20 3.16

13.23 5 0.28 1.42

14.33 2 0.40 0.79

Total 30.84

BUSES

Cuadro A.3. Ejes equivalentes para camiones de 2 ejes para el diseo de pavimento flexible.

Carga (Kips) (n0)simple (n0)simple dual Fsimple F*(n0) (eje F*(n0) (simple

1.10 1 0 0 0.00 0.00

2.20 8 5 0.0002 0.00 0.00

3.31 112 53 0.0010 0.12 0.05

4.41 510 213 0.0031 1.56 0.65

5.51 385 293 0.0074 2.85 2.17

6.61 212 208 0.0155 3.30 3.23

7.72 201 169 0.0295 5.93 4.98

8.82 160 148 0.0516 8.26 7.64

9.92 104 149 0.0848 8.82 12.63

11.02 50 132 0.1323 6.61 17.46

12.13 23 95 0.1975 4.54 18.77

13.23 8 70 0.2843 2.27 19.90

14.33 2 52 0.3965 0.79 20.62

15.43 1 41 0.5377 0.54 22.04

16.53 0 37 0.7117 0.00 26.33

17.64 0 30 0.9221 0.00 27.66

18.74 0 25 1.1725 0.00 29.31

19.84 0 20 1.4665 0.00 29.33

20.94 0 14 1.8075 0.00 25.31

22.05 0 9 2.1994 0.00 19.79

23.15 0 5 2.6462 0.00 13.23

24.25 0 3 3.1524 0.00 9.46

25.35 0 1 3.7228 0.00 3.72

26.46 0 1 4.3629 0.00 4.36

Total

2 EJES

364.24

Cuadro A.4. Ejes equivalentes para camiones de 3 ejes para el diseo de pavimento flexible.

Carga (Kips) (n0)simple (n0)simple dual (n0)tandem Fsimple Ftandem F*(n0) (eje simple) F*(n0) (simple dual) F*(n0) (eje

1.10 10 3 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

2.20 2 15 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

3.31 13 21 0 0.00 0.00 0.01 0.02 0.00

4.41 41 21 0 0.00 0.00 0.13 0.06 0.00

5.51 26 35 0 0.01 0.00 0.19 0.26 0.00

6.61 16 30 0 0.02 0.00 0.25 0.47 0.00

7.72 24 67 1 0.03 0.00 0.71 1.98 0.00

8.82 83 68 1 0.05 0.00 4.28 3.51 0.00

9.92 203 31 2 0.08 0.01 17.21 2.63 0.01

11.02 158 18 7 0.13 0.01 20.90 2.38 0.07

12.13 109 12 19 0.20 0.01 21.53 2.37 0.28

13.23 92 15 24 0.28 0.02 26.16 4.27 0.51

14.33 22 11 33 0.40 0.03 8.72 4.36 0.98

15.43 11 11 53 0.54 0.04 5.91 5.91 2.15

16.53 4 8 52 0.71 0.05 2.85 5.69 2.81

17.64 0 8 41 0.92 0.07 0.00 7.38 2.91

18.74 0 13 17 1.17 0.09 0.00 15.24 1.56

19.84 2 11 10 1.47 0.12 2.93 16.13 1.17

20.94 0 5 8 1.81 0.15 0.00 9.04 1.17

22.05 0 2 7 2.20 0.18 0.00 4.40 1.27

23.15 0 0 8 2.65 0.22 0.00 0.00 1.79

24.25 0 2 16 3.15 0.27 0.00 6.30 4.35

25.35 0 2 10 3.72 0.33 0.00 7.45 3.27

26.46 0 1 9 4.36 0.39 0.00 4.36 3.52

27.56 0 1 9 5.08 0.46 0.00 5.08 4.17

28.66 0 1 10 5.88 0.55 0.00 5.88 5.45

29.76 0 0 9 6.77 0.64 0.00 0.00 5.73

30.86 0 0 10 7.75 0.74 0.00 0.00 7.40

31.97 0 0 15 8.85 0.85 0.00 0.00 12.80

33.07 0 0 11 10.06 0.98 0.00 0.00 10.77

34.17 2 0 11 11.40 1.12 22.80 0.00 12.29

35.27 0 0 6 12.88 1.27 0.00 0.00 7.61

36.38 0 0 4 14.50 1.43 0.00 0.00 5.73

37.48 0 0 2 16.29 1.61 0.00 0.00 3.23

38.58 0 0 1 18.26 1.81 0.00 0.00 1.81

39.68 0 0 1 20.42 2.02 0.00 0.00 2.02

40.79 0 0 1 22.78 2.24 0.00 0.00 2.24

Total 358.85

3 EJES

Cuadro A.5. Ejes equivalentes para camiones de 5 para el diseo de pavimento flexible.

Carga (Kips) (n0)simple (n0)tandem Fsimple Ftandem F*(n0) (eje simple) F*(n0) (eje

1.10 0 0 0 0 0.00 0.00

2.20 0 0 0.00 0.00 0.00 0.00

3.31 0 0 0.00 0.00 0.00 0.00

4.41 1 0 0.00 0.00 0.00 0.00

5.51 3 1 0.01 0.00 0.02 0.00

6.61 2 1 0.02 0.00 0.03 0.00

7.72 18 10 0.03 0.00 0.53 0.03

8.82 266 74 0.05 0.00 13.73 0.31

9.92 969 189 0.08 0.01 82.16 1.26

11.02 620 214 0.13 0.01 82.00 2.18

12.13 64 108 0.20 0.01 12.64 1.62

13.23 3 96 0.28 0.02 0.85 2.05

14.33 0 174 0.40 0.03 0.00 5.18

15.43 0 204 0.54 0.04 0.00 8.27

16.53 0 88 0.71 0.05 0.00 4.76

17.64 0 34 0.92 0.07 0.00 2.41

18.74 0 32 1.17 0.09 0.00 2.93

19.84 0 29 1.47 0.12 0.00 3.38

20.94 0 27 1.81 0.15 0.00 3.96

22.05 0 28 2.20 0.18 0.00 5.09

23.15 0 27 2.65 0.22 0.00 6.03

24.25 0 26 3.15 0.27 0.00 7.07

25.35 0 26 3.72 0.33 0.00 8.51

26.46 0 26 4.36 0.39 0.00 10.17

27.56 0 28 5.08 0.46 0.00 12.98

28.66 0 35 5.88 0.55 0.00 19.09

29.76 0 46 6.77 0.64 0.00 29.31

30.86 0 60 7.75 0.74 0.00 44.37

31.97 0 72 8.85 0.85 0.00 61.44

33.07 0 72 10.06 0.98 0.00 70.48

34.17 0 70 11.40 1.12 0.00 78.20

35.27 0 61 12.88 1.27 0.00 77.37

36.38 0 42 14.50 1.43 0.00 60.21

37.48 0 24 16.29 1.61 0.00 38.71

38.58 0 12 18.26 1.81 0.00 21.69

39.68 0 6 20.42 2.02 0.00 12.10

40.79 0 2 22.78 2.24 0.00 4.49

41.89 0 1 25.40 2.49 0.00 2.49

Total

5 EJES

800.12

Cuadro A.6. Factores de carga para el diseo de pavimento rgido.

Buses D = 10 pulg pt = 2.5

Simple Tandem

1.10 1 1 0 10 3 0 0 0 0 0

2.20 5 8 5 2 15 0 0 0 0.0003 0.0001

3.31 76 112 53 13 21 0 0 0 0.0011 0.0003

4.41 347 510 213 41 21 0 1 0 0.0030 0.0007

5.51 262 385 293 26 35 0 3 1 0.0072 0.0014

6.61 144 212 208 16 30 0 2 1 0.0148 0.0027

7.72 136 201 169 24 67 1 18 10 0.0276 0.0047

8.82 109 160 148 83 68 1 266 74 0.0478 0.0077

9.92 71 104 149 203 31 2 969 189 0.0782 0.0121

11.02 34 50 132 158 18 7 620 214 0.1218 0.0182

12.13 16 23 95 109 12 19 64 108 0.1826 0.0264

13.23 5 8 70 92 15 24 3 96 0.2648 0.0374

14.33 2 2 52 22 11 33 0 174 0.3735 0.0516

15.43 0 1 41 11 11 53 0 204 0.5140 0.0698

16.53 0 0 37 4 8 52 0 88 0.6925 0.0926

17.64 0 0 30 0 8 41 0 34 0.9156 0.1210

18.74 0 0 25 0 13 17 0 32 1.1903 0.1556

19.84 0 0 20 2 11 10 0 29 1.5243 0.1976

20.94 0 0 14 0 5 8 0 27 1.9252 0.2479

22.05 0 0 9 0 2 7 0 28 2.4010 0.3078

23.15 0 0 5 0 0 8 0 27 2.9600 0.3783

24.25 0 0 3 0 2 16 0 26 3.6101 0.4608

25.35 0 0 1 0 2 10 0 26 4.3595 0.5566

26.46 0 0 1 0 1 9 0 26 5.2160 0.6672

27.56 0 0 0 0 1 9 0 28 6.1874 0.7940

28.66 0 0 0 0 1 10 0 35 7.2815 0.9387

29.76 0 0 0 0 0 9 0 46 8.5062 1.1029

30.86 0 0 0 0 0 10 0 60 9.8697 1.2882

31.97 0 0 0 0 0 15 0 72 11.3806 1.4963

33.07 0 0 0 0 0 11 0 72 13.0485 1.7290

34.17 0 0 0 2 0 11 0 70 14.8840 1.9881

35.27 0 0 0 0 0 6 0 61 16.8988 2.2754

36.38 0 0 0 0 0 4 0 42 19.1062 2.5925

37.48 0 0 0 0 0 2 0 24 21.5207 2.9415

38.58 0 0 0 0 0 1 0 12 24.1585 3.3239

39.68 0 0 0 0 0 1 0 6 27.0372 3.7415

40.79 0 0 0 0 0 1 0 2 30.1760 4.1962

41.89 0 0 0 0 0 0 0 1 33.6000 4.6900

Factor camin (Rgido)Eje

Tndem

Eje simple

(1 llanta)

Eje

Tndem

Carga

(Kips)

2 ejes 3 Ejes 5 ejes

Eje

simple (1

llanta)

Eje

simple (1

llanta)

Eje simple

(dual)

Eje

simple (1

llanta)

Eje simple

(dual)

Cuadro A.7. Ejes equivalentes para buses para el diseo de pavimento rgido.

Carga (Kips) (n0)simple Fsimple

F*(n0)

(eje

simple)

1.10 1 0 0.00

2.20 5 0.0003 0.00

3.31 76 0.0011 0.08

4.41 347 0.0030 1.06

5.51 262 0.0072 1.88

6.61 144 0.0148 2.13

7.72 136 0.0276 3.75

8.82 109 0.0478 5.21

9.92 71 0.0782 5.55

11.02 34 0.1218 4.14

12.13 16 0.1826 2.92

13.23 5 0.2648 1.32

14.33 2 0.3735 0.75

Total 28.79

BUSES

Cuadro A.8. Ejes equivalentes para camiones de 2 ejes para el diseo de pavimento rgido.

Carga (Kips) (n0)simple (n0)simple dual FsimpleF*(n0) (eje

simple)

F*(n0) (simple

dual)

1.10 1 0 0 0.00 0.00

2.20 8 5 0.0003 0.00 0.00

3.31 112 53 0.0011 0.12 0.06

4.41 510 213 0.0030 1.55 0.65

5.51 385 293 0.0072 2.76 2.10

6.61 212 208 0.0148 3.13 3.07

7.72 201 169 0.0276 5.54 4.66

8.82 160 148 0.0478 7.65 7.08

9.92 104 149 0.0782 8.13 11.65

11.02 50 132 0.1218 6.09 16.08

12.13 23 95 0.1826 4.20 17.35

13.23 8 70 0.2648 2.12 18.54

14.33 2 52 0.3735 0.75 19.42

15.43 1 41 0.5140 0.51 21.07

16.53 0 37 0.6925 0.00 25.62

17.64 0 30 0.9156 0.00 27.47

18.74 0 25 1.1903 0.00 29.76

19.84 0 20 1.5243 0.00 30.49

20.94 0 14 1.9252 0.00 26.95

22.05 0 9 2.4010 0.00 21.61

23.15 0 5 2.9600 0.00 14.80

24.25 0 3 3.6101 0.00 10.83

25.35 0 1 4.3595 0.00 4.36

26.46 0 1 5.2160 0.00 5.22

Total

2 EJES

361.39

Cuadro A.9. Ejes equivalentes para camiones de 3 ejes para el diseo de pavimento rgido.

Carga (Kips) (n0)simple (n0)simple dual (n0)tandem Fsimple Ftandem F*(n0) (eje simple) F*(n0) (simple dual)F*(n0) (eje

tandem)

1.10 10 3 0 0 0 0.00 0.00 0.00

2.20 2 15 0 0.0003 0.0001 0.00 0.00 0.00

3.31 13 21 0 0.0011 0.0003 0.01 0.02 0.00

4.41 41 21 0 0.0030 0.0007 0.12 0.06 0.00

5.51 26 35 0 0.0072 0.0014 0.19 0.25 0.00

6.61 16 30 0 0.0148 0.0027 0.24 0.44 0.00

7.72 24 67 1 0.0276 0.0047 0.66 1.85 0.00

8.82 83 68 1 0.0478 0.0077 3.97 3.25 0.01

9.92 203 31 2 0.0782 0.0121 15.87 2.42 0.02

11.02 158 18 7 0.1218 0.0182 19.25 2.19 0.13

12.13 109 12 19 0.1826 0.0264 19.90 2.19 0.50

13.23 92 15 24 0.2648 0.0374 24.36 3.97 0.90

14.33 22 11 33 0.3735 0.0516 8.22 4.11 1.70

15.43 11 11 53 0.5140 0.0698 5.65 5.65 3.70

16.53 4 8 52 0.6925 0.0926 2.77 5.54 4.82

17.64 0 8 41 0.9156 0.1210 0.00 7.32 4.96

18.74 0 13 17 1.1903 0.1556 0.00 15.47 2.65

19.84 2 11 10 1.5243 0.1976 3.05 16.77 1.98

20.94 0 5 8 1.9252 0.2479 0.00 9.63 1.98

22.05 0 2 7 2.4010 0.3078 0.00 4.80 2.15

23.15 0 0 8 2.9600 0.3783 0.00 0.00 3.03

24.25 0 2 16 3.6101 0.4608 0.00 7.22 7.37

25.35 0 2 10 4.3595 0.5566 0.00 8.72 5.57

26.46 0 1 9 5.2160 0.6672 0.00 5.22 6.00

27.56 0 1 9 6.1874 0.7940 0.00 6.19 7.15

28.66 0 1 10 7.2815 0.9387 0.00 7.28 9.39

29.76 0 0 9 8.5062 1.1029 0.00 0.00 9.93

30.86 0 0 10 9.8697 1.2882 0.00 0.00 12.88

31.97 0 0 15 11.3806 1.4963 0.00 0.00 22.44

33.07 0 0 11 13.0485 1.7290 0.00 0.00 19.02

34.17 2 0 11 14.8840 1.9881 29.77 0.00 21.87

35.27 0 0 6 16.8988 2.2754 0.00 0.00 13.65

36.38 0 0 4 19.1062 2.5925 0.00 0.00 10.37

37.48 0 0 2 21.5207 2.9415 0.00 0.00 5.88

38.58 0 0 1 24.1585 3.3239 0.00 0.00 3.32

39.68 0 0 1 27.0372 3.7415 0.00 0.00 3.74

40.79 0 0 1 30.1760 4.1962 0.00 0.00 4.20

Total 445.93

3 EJES

Cuadro A.10. Ejes equivalentes para camiones de 5 ejes para el diseo de pavimento rgido

rgidos.

Carga (Kips) (n0)simple (n0)tandem Fsimple Ftandem F*(n0) (eje simple)F*(n0) (eje

tandem)

1.10 0 0 0 0 0.00 0.00

2.20 0 0 0.0003 0.0001 0.00 0.00

3.31 0 0 0.0011 0.0003 0.00 0.00

4.41 1 0 0.0030 0.0007 0.00 0.00

5.51 3 1 0.0072 0.0014 0.02 0.00

6.61 2 1 0.0148 0.0027 0.03 0.00

7.72 18 10 0.0276 0.0047 0.50 0.05

8.82 266 74 0.0478 0.0077 12.72 0.57

9.92 969 189 0.0782 0.0121 75.73 2.28

11.02 620 214 0.1218 0.0182 75.53 3.89

12.13 64 108 0.1826 0.0264 11.69 2.85

13.23 3 96 0.2648 0.0374 0.79 3.59

14.33 0 174 0.3735 0.0516 0.00 8.98

15.43 0 204 0.5140 0.0698 0.00 14.24

16.53 0 88 0.6925 0.0926 0.00 8.15

17.64 0 34 0.9156 0.1210 0.00 4.11

18.74 0 32 1.1903 0.1556 0.00 4.98

19.84 0 29 1.5243 0.1976 0.00 5.73

20.94 0 27 1.9252 0.2479 0.00 6.69

22.05 0 28 2.4010 0.3078 0.00 8.62

23.15 0 27 2.9600 0.3783 0.00 10.21

24.25 0 26 3.6101 0.4608 0.00 11.98

25.35 0 26 4.3595 0.5566 0.00 14.47

26.46 0 26 5.2160 0.6672 0.00 17.35

27.56 0 28 6.1874 0.7940 0.00 22.23

28.66 0 35 7.2815 0.9387 0.00 32.86

29.76 0 46 8.5062 1.1029 0.00 50.73

30.86 0 60 9.8697 1.2882 0.00 77.29

31.97 0 72 11.3806 1.4963 0.00 107.73

33.07 0 72 13.0485 1.7290 0.00 124.49

34.17 0 70 14.8840 1.9881 0.00 139.17

35.27 0 61 16.8988 2.2754 0.00 138.80

36.38 0 42 19.1062 2.5925 0.00 108.89

37.48 0 24 21.5207 2.9415 0.00 70.59

38.58 0 12 24.1585 3.3239 0.00 39.89

39.68 0 6 27.0372 3.7415 0.00 22.45

40.79 0 2 30.1760 4.1962 0.00 8.39

41.89 0 1 33.6000 4.6900 0.00 4.69

Total 1253.97

5 EJES

Documents

Diseño y comparación de costos de pavimentos para la Ruta Nacional No. 32, para un periodo de vida de 15 años.pdf