UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA.
RECINTO UNIVERSITARIO PEDRO ARAUZ PALACIOS. FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION. INGENIERIA CIVIL.
TEMA:
DISEÑO DE PAVIMENTO DE ADOQUIN DEL TRAMO:
LEON - ACCESO PLANTA TERMOELECTRICA (2.5 km)”.
TESINA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL
Elaborado por.
Br. Jerónimo Sánchez Mendoza. Br.Yeris Chávez Mendoza.
Tutor.
Ing. Bernardo Calvo. Mayo, 2011.
Managua, 04 de Mayo 2011.
Doctor
ING. OSCAR ISAAC GUTIÉRREZ SOMARRIBA
Decano
Facultad de Tecnología de la Construcción – UNI Su Oficina.
Estimado Ing. Gutiérrez:
Por este medio tengo a bien informarle que la tesina que lleva por nombre: “DISEÑO
DE PAVIMENTO DE ADOQUIN DEL TRAMO: LEON -ACCESO PLANTA TERMOELECTRICA (2.5 km)” está lista para entrar en el proceso de defensa, la
cual fue realizada por los Bachilleres: Jerónimo Sánchez y Yeris Chávez bajo mi tutoría.
Adjunto documento final de dicha tesina, para sus respectivas observaciones. Sin más a que hacer referencia, le saludo.
Atentamente,
Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León - Acceso Planta Termoeléctrica (2.5 km).
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION COORDINACION DE NORMATIVAS DE CULMINACION DE
ESTUDIOS
HOJA DE CONCLUSIÓN DE TESINA
NOMBRE DE LOS SUSTENTANTES:1)Jerónimo Sánchez M. 2)Yeris Chávez Mendoza
NOMBRE DEL CURSO: Obras Viales.
NOMBRE DE LA TESINA: Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León -Acceso Planta Termoeléctrica (2.5 km).
ESPECIFIQUE LAS AREAS QUE ABORDARON EN LA TESINA: 1)Estudio de Suelos
2)Estudio de Tráfico 3)Diseño de Pavimento FECHA DE DEFENSA:
VALORACIÓN DEL TUTOR SOBRE LA TESINA:
JURADO CALIFICADOR DE LA TESINA: 1)
2) 3)
FIRMA COORDINADOR:
FIRMA DEL TUTOR
ÍNDICE DE CONTENIDO.
1. INTRODUCCION ... 1 2. ANTECEDENTES ... 3 3. JUSTIFICACION ... 4 4. OBJETIVOS ... 5 4.1Objetivo General ... 5 4.2Objetivos Específicos ... 55. DEFINICIONES Y CONCEPTOS BÁSICOS ... 6
5.1. Introducción ... 6 5.2. Definición de pavimento ... 6 5.3. Tipos de pavimento ... 6 5.3.1...Pavimento flexible 6 5.3.2...Pavimento rígido 6 5.3.3...Pavimento semiflexible 6 5.4. Comparaciones entre pavimentos. ... 6
5.5. Pavimento Flexible ... 7
5.6. Carpeta de Adoquines. ... 8
5.7. Estructura de Pavimento ... 8
5.8. Diseño de Pavimento ... 8
5.9. Concepto de adoquín ... 9
5.10...Uso del pavimento de adoquín en Centroamérica 10 6. ESTUDIO DE TRÁFICO ... 12
6.1.Introducción ... 12 6.2.Metodología ... 12 6.3.Volumen y Clasificación ... 12 6.4.Hoja de Campo ... 13 6.4.6...Tamaño de la Muestra 13 6.4.7...Tráfico Promedio Diario 13 6.4.8...Tráfico Promedio Semanal 14 6.4.9...Tráfico Promedio Estacional 14 6.4.10...Distribución Direccional del Tráfico 14 6.4.11...Proyección del Tráfico 14 6.5.Resultados del Conteo Vehicular ... 16
6.6.Proyecciones del Tráfico ... 18
6.6.1...Proyección del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) 18 6.6.2...Proyección del Tráfico Normal 22 7. ESTUDIO DE SUELOS ... 27 7.1.Introducción ... 27 7.2.Trabajos de campo ... 27 7.3.Trabajos de laboratorio ... 28 7.4.Análisis de resultados. ... 28
7.5.1Consideraciones para la Sub. Rasante ... 29
7.5.2Consideraciones para la sub-base ... 30
7.5.3Consideraciones para la Base ... 31
7.5.4. Consideraciones para la Superficie de Rodamiento ... 32
7.6.Ensayo de Valor Soporte California (CBR) ... 32
7.6.1 Procedimiento para la determinación del CBR en el Laboratorio ... 32
7.7.Módulo Resiliente (MR) ... 36
7.7.1...Procedimiento para la determinación del MR en laboratorio 36 7.8.Fuentes de materiales ... 39
7.9.Selección del CBR de Diseño ... 39
7.9.1...Metodología para la selección del CBR a utilizar 39 9. DISEÑO DE PAVIMENTO DE ADOQUIN ... 41
9.1.Antecedentes históricos del pavimento de adoquín ... 41
9.2.Métodos de diseño de pavimentos de adoquín ... 44
9.2.1...Método de Murillo López de Souza 44 9.2.3. Método Argentino ... 45
9.2.3. Método de la AASHTO 93 ... 46
9.3.Evolución de la guía AASHTO. ... 47
9.4.Variables del método AASHTO. ... 48
9.4.1...Conceptos. 48 9.5.Diseño Estructural del Pavimento Propuesto ... 52
9.5.1...Criterios de Diseño 52
9.5.2...Propiedades de los Materiales 53
9.5.3...Resumen Datos de Diseño 54
9.5.4...Cálculo Manual de los Espesores del Pavimento 55 9.CONCLUSIONES ... 60 10...BIBLIOGRAFIA 61 11...ANEXOS 62
DEDICATORIAS.
A NUESTROS PADRES. Por su eterno apoyo y su gran ejemplo como seres
humanos en el transcurso de nuestras vidas.
A MÍ UNIVERSIDAD UNI; NUESTRA ALMA MATER. El más excelso
agradecimiento, a la cual debemos nuestra formación académica y como persona, cuyos conocimientos obtenidos, seguiremos aportando al servicio de la sociedad.
A NUESTROS MAESTROS. Admiración y gratitud, por ser tutores en el sendero de
la preparación y superación de personas, como de sus servidores.
Damos gracias a DIOS, a nuestros padres y a nuestra Universidad, por darnos la
oportunidad de terminar los estudios de la Carrera de Ingeniería.
A TODAS AQUELLAS PERSONAS, que de alguna manera u otra nos ayudaron.
Gracias por su eterno apoyo, comprensión, paciencia y empuje para seguir desarrollándome como persona. “Este es un logro más de los cuales vamos a compartir juntos, que dios los mantenga conmigo y me permita caminar a su lado por siempre”.
AGRADECIMIENTOS.
ESPECIALMENTE A NUESTRO TUTOR DE TESINA, MSC. ING. BERNARDO CALVO. Por creer en sus tutoriados, al brindarnos su orientación, su tiempo,
dedicación, apoyo, confianza y sus consejos para esta encomienda. Y asimismo agradecemos al MSC. ING. DOUGLAS MENDEZ por su apoyo.
A TODAS ESAS PERSONAS QUE FAVORECEN ESTA ESTANCIA Y
Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León - Acceso Planta Termoeléctrica (2.5 km).
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1. INTRODUCCION.
El tramo en estudio está localizado en el departamento de León, y se denomina León (Acceso Planta Termoeléctrica) – Poblado El Platanal, el cual inicia en la salida de la Ciudad de León (km 104 en dirección a Chinandega NIC-12A) y finaliza en el poblado El Platanal dentro del municipio de Quezalguaque.
León (Acceso Planta Termoeléctrica) – Poblado El Platanal, es parte del tramo León – Río Quezalguaque, el cual posee una longitud aproximada de 12 km de los cuales únicamente se está considerando una sección de 2.5 km para el diseño de pavimento del tramo en estudio y según la clasificación funcional de la Red Vial Básica registrada en el M.T.I. se considera como Camino Vecinal. Dicho tramo es parte del único camino que comunica los municipios de León y Quezalguaque, así como a las comarcas Los Remedios con El Platanal.
Una parte de la población que habita en este sector cuenta con energía eléctrica ya que existe alumbrado público sobre la vía, el cual se refiere únicamente al 50% de la comunidad El Platanal. Los pobladores de esta zona se dedican a la crianza de ganado y siembra de sorgo. También existen negocios propios, los que consisten en pequeñas ventas de abarrotes, leches y otros productos. También existe un aserrío a 500 mts de la entrada al tramo (carretera hacia Chinandega), el cual genera aproximadamente 40 empleos directos.
El hecho de que se pavimente dicho tramo inducirá entre otras cosas, el transporte de pasajeros ya que en la actualidad no existe, permitiendo la circulación de buses, microbuses y hasta moto taxis, así también mayor afluencia vehicular, y facilitando al transporte de carga su pleno desarrollo, mediante el hecho que los productores, puedan sacar al mercado sus cosechas.
Estas nuevas dinámicas influyen en el desarrollo económico y calidad de vida de los pobladores y por consiguiente aportando al desarrollo de la zona occidente del país, ya que este hecho contribuye también al aumento de la producción y del consumo a nivel nacional gracias a los sistemas de transporte, en general, y de las carreteras en particular.
Los métodos existentes para la elaboración del diseño de estructuras de pavimentos flexibles, han venido cambiando conforme pasan los años, ya sea por estudios realizados, la misma tecnología que va avanzando y por otras razones, las cuales se han tomado en cuenta con el fin de obtener un diseño óptimo y eficiente, y así tener carreteras que tengan la suficiente resistencia para soportar las cargas a las que son sometidas diariamente. Nos hemos propuesto la tarea de elaborar nuestra tesis monográfica con el tema “Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León (Acceso
Planta Termoeléctrica)-El Platanal, realizando el diseño de pavimento por el Método de la Guía AASHTO 93.
Una de las principales fuentes de información de la cual se ha procesado alguna de las variables necesarias para el desarrollo del diseño de pavimento, según la metodología propuesta, ha sido obtenida a través de la Consultora EDICO.SA y por otro lado mediante consultas a la bibliografía relacionada y visitas al sitio. En la figura Nº1 se presenta la delimitación geográfica del tramo en estudio.
Figura Nº1: Macro localización del tramo: León (Acceso Planta Termoeléctrica) –
De la Red Vial Nacional.
2. ANTECEDENTES.
Las primeras décadas del siglo XX marcaron los inicios para el desarrollo de la Red Vial en nuestro país, lo que ha ocupado un lugar predominante y fundamental en el marco de la economía nacional.
El crecimiento acelerado de la Red Vial tanto en el aspecto cuantitativo como de su superficie, el que se ha visto frenado por diversos factores después de 1980.
Actualmente la Red Vial Nacional, está constituida1 por 21,975.374 Km de carretera
de los cuales 474.862 Km (2.16%) es adoquinado; 2,070.110 Km (9.42%) asfaltos; 3,905.119 Km (17.77%) revestidos; 8,335.134 Km (37.93%) todo tiempo; 7,182.615 Km (32.68%) de estación seca y 7.534 Km (0.03 %) de concreto hidráulico.
Tabla Nº1: Clasificación de la Red Vial Nacional por tipo superficie.
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3. JUSTIFICACION.
Actualmente este tramo se clasifica por tipo de superficie como camino de todo tiempo por lo que es necesario realizar un diseño de pavimento con el fin de construir un adoquinado, el cual responda eficientemente a las cargas producidas por los vehículos que circulan en este lugar.
Este adoquinado beneficiará directamente a los pobladores que viven en la comarca el Platanal y a los que habiten en las zonas adyacentes al tramo, de manera que se les brinde un sistema de transporte apropiado lo que facilitará una nueva ruta para el transporte de pasajeros y los canales de distribución comercial entre los municipios de León y Quezalguaque.
Realizamos nuestra tesina por el Método de la Guía AASHTO 93 relacionada con el Diseño de Pavimento Flexible como una adaptación para el diseño de Pavimento de Adoquín, por ser el método más utilizado en nuestro país y cuya aplicación se ha utilizado en diversos proyectos tanto de rehabilitación como en construcción de pavimentos nuevos. También se debe a que en nuestro país se tiene mayor experiencia en la construcción de carretera de pavimento flexible que en pavimento rígido.
Con este esfuerzo pretendemos obtener el Diseño de una Estructura de Pavimento de adoquín para una carretera que cumpla con las características y niveles de servicio necesarias para poder soportar las cargas a las que será sometida constantemente durante su periodo de diseño.
4. OBJETIVOS.
4.1 Objetivo General.
Diseñar un pavimento de adoquín del tramo: León (Acceso Planta
Termoeléctrica) - El Platanal para una longitud aproximadamente 2.5 km a través del Método de Diseño de la Guía AASHTO 93.
4.2 Objetivos Específicos.
Estudiar y analizar las características de tráfico actual y tráfico atraído producto de las mejoras.
Considerar las propiedades físicas y mecánicas del suelo existente en el tramo, esenciales para el Diseño de la Estructura de Pavimento.
Diseñar los Espesores requeridos para la Estructura de Pavimento de adoquín.
5. DEFINICIONES Y CONCEPTOS BÁSICOS.
5.1. Introducción.
En vista de fortalecer los conocimientos adquiridos en las materias relacionadas con el diseño de pavimento tales como: Hidrotecnia, Explanaciones, Diseño Geométrico de viales, Estudio de Tránsito y Mecánica de Suelos; mediante un repaso de las definiciones y conceptos empleados en el ámbito de estas materias, presentamos a continuación una descripción de los elementos técnicos más comunes en el contexto del diseño de pavimento.
Primeramente comenzaremos con la definición y conceptos de los elementos del pavimento.
5.2. Definición de pavimento.
Pavimento es una estructura cuya función fundamental es distribuir suficientemente las cargas concentradas de las ruedas de los vehículos, de manera que el suelo subyacente pueda soportarlas sin falla o deformación excesiva. Además el pavimento debe ofrecer una superficie lisa, no resbaladiza, que resista la intemperie y finalmente debe proteger al suelo de la pérdida de sus propiedades, por efecto del sol, las lluvias y el frío.
5.3. Tipos de pavimento.
Tradicionalmente se han definido dos tipos de pavimento, atendiendo a la forma como distribuyen las cargas sobre el suelo subyacente o subrasante;
5.3.1. Pavimento flexible.
Es el construido de varias capas de suelo y una capa de rodadura asfáltica que transmite la carga recibida a través del espesor de las capas granulares (base y sub bases), dejando así que la subrasante absorba una pequeña carga de acuerdo a su capacidad soporte.
5.3.2. Pavimento rígido.
Es el construido de una o varias losas de concreto simple o reforzado, de cemento Portland; rígida y resistente. Absorbe la carga recibida la cual reparte en una gran área de la subrasante.
En la actualidad se trata de implementar una nueva clasificación que sería: 5.3.3. Pavimento semiflexible.
Es el pavimento construido con bases y/o sub bases estabilizadas con cal ó cemento2.
5.4. Comparaciones entre pavimentos.
Los pavimentos de losas de concreto son pavimentos rígidos, mientras que los pavimentos de asfalto son pavimentos flexibles.
2
Revista de Ingeniería de Construcción, Nº4, Marzo 1988. Pontificia Universidad Católica de Chile.
El pavimento rígido, debido a su consistencia y alto módulo de elasticidad, utiliza la acción de viga para distribuir la carga en un área de suelo relativamente grande. En este tipo de pavimento la mayor parte de la capacidad estructural es proporcionada por la losa de concreto. En el pavimento flexible, la carpeta produce una mínima distribución de cargas, distribuyéndose éstas por el contacto de partícula a partícula en todo el espesor del pavimento.
5.5. Pavimento Flexible.
Es aquel cuya superficie de rodamiento está constituida por una mezcla asfáltica y cuyas características principales son:
Su capacidad estructural es proporcionada por las capacidades de aceptación y
distribución de cargas de cada una de las capas que conforman la estructura.
Su capa de rodamiento es construida de mezcla asfáltica.
Las variaciones pequeñas en los suelos de fundación tienen gran incidencia en la
capacidad estructural del pavimento.
Las propiedades de la mezcla, afectan, aún cuando en menor grado, la
resistencia del conjunto estructural.
Los pavimentos de adoquín también llamados pavimentos articulados tienen un comportamiento similar a los pavimentos flexibles, en lo que se refiere a las
propiedades de distribución de tensiones y desarrollo de deformaciones3.
Por ello, el modo de falla típica de estos pavimentos es la acumulación de deformaciones permanentes (ahuellamiento), provocadas por la repetición de cargas que sobrepasan la capacidad elástica de las capas estructurales del pavimento.
Transmisión de esfuerzos.
En el caso de los pavimentos de adoquines, la capacidad estructural de la superficie de rodado está dada fundamentalmente por la transmisión de esfuerzos entre elementos vecinos.
La trabazón es el mecanismo que permite la transmisión de esfuerzos entre los adoquines y se le define como la capacidad de estos elementos para resistir un desplazamiento relativo con respecto a sus vecinos.
Una buena trabazón le confiere a los adoquines la capacidad de transmitir las cargas superficiales aplicadas en áreas pequeñas, ampliando esta transmisión a áreas más extensas de la capa de subbase, lo cual mantiene las presiones en la subrasante dentro de límites admisibles.
Es importante mencionar el hecho de que la propiedad de distribución de cargas va mejorando con el uso, produciéndose hermeticidad (estado de trabazón total), por lo cual la capa de rodado va adquiriendo mayor rigidez y los adoquines gracias a esto pasan de ser una capa de desgaste a una capa estructural.
3
Monografía: Estudio de Soluciones Pavimentación de Canchas de Adoquín. Pag. 23. Universidad del Bío Bío, Chile 2008
5.6. Carpeta de Adoquines.
Conjunto de elementos de concreto, prefabricado, cada uno con la forma de prisma recto, cuyas bases pueden ser polígonos, que permiten conformar superficies completas como componente de un pavimento articulado.
5.7. Estructura de Pavimento.
Es la estructura de una vía, construida sobre la sub – rasante, y compuesta normalmente por la sub – base, base y carpeta de rodamiento, cuya función principal es soportar las cargas rodantes y transmitir los esfuerzos al terreno, distribuyéndolos en tal forma que no se produzcan deformaciones perjudiciales, así como proveer una superficie lisa y resistente para los efectos del tránsito.
Otra definición de pavimento puede ser la parte superior de una carretera, pista de aterrizaje, o estacionamiento y cuyo objetivo es servir al tráfico de una manera segura, cómoda, eficiente, permanente y económica.
5.8. Diseño de Pavimento.
El diseño de pavimento se define como el proceso de determinación de una combinación de materiales, y espesores de capas construidas con tales materiales, que garanticen tanto el comportamiento estructural de su conjunto, cuando es sometido a los efectos impuestos por las variables actuantes sobre la estructura, como el cumplimiento de las funciones para las cuales ha sido diseñado.
Figura 2. Estructura del pavimento flexible
Tomando en cuenta estas consideraciones, se puede decir que los pavimentos de adoquín son semiflexibles, ya que aunque cada adoquín es un bloque de concreto rígido, es a la vez una unidad independiente de los que los rodean.
Al recibir un adoquín una carga concentrada, ésta se distribuye en el espesor del bloque y es transmitida sobre el área de la base cubierta por él; ya en la capa de base la carga se distribuye por contacto de partícula a partícula como en un pavimento flexible.
Se pueden considerar los pavimentos de adoquín como pavimentos del tipo flexible, por la forma como trabajan las capas inferiores a la superficie de rodaduras (base, subbase y subrasante) o adoptar una nueva clasificación para el pavimento de adoquín llamándolo semiflexible.
Cualquiera de estos pavimentos consta básicamente de los siguientes elementos a. Subrasante
b. Subbase c. Base
d. Carpeta de rodadura
Siendo las últimas las que incrementan o reducen su espesor y el costo de acuerdo a:
Tipo de pavimento
Cantidad y tipo de tráfico
Tipo de suelo o subrasante
Distancia a los bancos de material
Necesidad de equipo o mano de obra especializada
En el desarrollo del presente trabajo únicamente se ilustrarán los elementos correspondientes a pavimentos con adoquín.
5.9. Concepto de adoquín.
Los adoquines se puede definir como bloques de concreto, cuya función esencial es distribuir eficientemente las cargas concentradas de los ejes de los vehículos, hacia las otras estructuras que lo soportan, de manera que éstas no presenten fallo o deformación excesiva, así mismo constituyen la capa del pavimento que soportará directamente el paso de los vehículos.
El adoquín no tiene forma definida esto dependerá de la estética que el ingeniero diseñador le quiera dar a su proyecto, el espesor dependerá del tipo de tránsito que se frecuente en esa área.
Se puede utilizar cualquier forma para fabricar los adoquines, aunque se recomienda la de la grafica figura 4, por razones de facilidad de construcción, uniformidad de diseño y porque se utiliza un solo tipo de molde.
1 0 Figura 4. Adoquín típico.
Su forma es tal que impide el deslizamiento entre un adoquín y otro; la sisa entre adoquines, que debe ser de 1 cm. de ancho, se llena de arena fina o arena y barro, para evitar filtraciones, y de esta forma se evita que se quiebren y desportillen entre ellos; Por consiguiente, no se necesitan mezclas ni ligantes entre adoquines.
Figura 5. Sisa entre adoquines
La forma y dimensión de los adoquines a utilizar en este proyecto están indicadas en la figura 3 y las tolerancias en dimensión serán de 2 mm. Para los anchos y largos y de 3 mm. para el espesor.
Otras especificaciones para el adoquín son:
Color: concreto natural, sin aditivo colorante.
Textura: fina, antideslizante.
Resistencia al desgaste: el resultado de cualquier prueba mecanizada,
práctica y confiable no debe desgastar el adoquín más de 3 mm.
Resistencia a la flexión: el valor del módulo de ruptura mínimo, determinado
en una probeta rectangular, cortada de un adoquín entero, es de 40 Kg/cm2.
Resistencia a la compresión: la resistencia a la compresión debe ser de 210
Kg/cm2. Determinada en probetas cúbicas, con un espesor de 10 cm. 5.10.Uso del pavimento de adoquín en Centroamérica
También en el área centroamericana se ha empezado a difundir el uso del adoquín de concreto, sustituyendo al adoquín de piedra tan usual en nuestras ciudades coloniales.
En Managua, Nicaragua se encuentra la fábrica de adoquines Canal que empezó a operar en 1965 y que a la fecha ha producido varios millones de metros cuadrados de adoquín. La fábrica cuenta con una adoquinera móvil y tres estacionarias y tiene
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una producción de alrededor de 3700 unidades por hora. En Costa Rica hay también una fábrica de adoquines de concreto en permanente producción.
En Guatemala existen actualmente dos firmas dedicadas a la fabricación de adoquines de concreto; son Cementos Novella S.A. y Prefabricados CIFA.
Además, se ha producido y colocado adoquín fundido a mano en muchas poblaciones del interior del país, con la asesoría del Instituto de Fomento Municipal (INFOM).
Sin embargo, en Guatemala aún se encuentra poco difundido el uso de adoquines de concreto y no se puede decir que haya una producción en gran escala ni que se cuente con la tecnificación suficiente.
6.1. Introducción.
6. ESTUDIO DE TRÁFICO.
El estudio de tráfico es fundamental para el diseño de un pavimento ya que sin él no se podría analizar las cargas que generan los vehículos al pasar por la carretera y como consecuencia no fuese posible la determinación de los espesores requeridos. Es por esta razón que decidimos abordar el estudio de tráfico para el desarrollo de nuestro trabajo.
6.2. Metodología.
Para cumplir con uno de los objetivos propuesto específicamente el relacionado con el tráfico; para tal efecto primeramente, se realizó un conteo de tráfico por un día con duración de 12 horas para obtener los Volúmenes actuales de Tráfico del tramo en estudio y utilizando los datos de la Revista de Conteo de Tráfico del año 2010 correspondientes a la estación de control 1219 (NN-242) y la estación permanente 2800(NIC-28), fue posible la determinación del tráfico promedio diario anual.
Y en segundo lugar se procedió a realizar las respectivas proyecciones del tránsito futuro para cada tipo de vehículo partiendo desde el año base 2013(inicio de operación de la vía) y definiendo un período de vida útil igual a 15 años, es decir terminando el horizonte del proyecto en el año 2027.
Las tasas de crecimiento de tráfico fueron estimadas a través de métodos estadísticos: Regresión Lineal, correlacionando las variables macroeconómicas con el registro histórico del TPDA. Como resultado de la correlación de estas variables se obtuvo la pendiente de la recta, la cual corresponde a la tasa de crecimiento para la proyección del tráfico futuro.
El estudio de tráfico nos facilitará los datos necesarios para el cálculo de los ejes equivalentes.
6.3. Volumen y Clasificación
Se denomina volumen de tráfico al número de vehículos que pasan por un punto dado en un período específico de tiempo.
El volumen de tráfico se expresa generalmente en número de vehículos por una unidad de tiempo que es generalmente el día ó la hora. En las determinaciones de volúmenes pueden considerarse todos los vehículos que circulan en la vía, en un sentido ó en ambos.
En general, los volúmenes de tráfico están compuestos por unidades heterogéneas y esta tendencia se acentúa a medida que aumenta el número de vehículos por unidad de longitud de vía. Por tanto, se hace necesario conocer también la composición de estos volúmenes.
Los sustentantes realizaron un conteo de tráfico de 12 horas (entre 06:00 y 18:00) por un día en el tramo: León – Río Quezalguaque, el pasado viernes 11 de febrero
del presente año, con el objetivo de determinar el volumen real de tráfico que circula sobre la vía.
6.4. Hoja de Campo
La Hoja de campo utilizada está compuesta de una leyenda donde se anotan datos generales referentes al sito donde se realizó el conteo: Nombre de la Estación, Sentido, Fecha y Nombre del Aforador. Así mismo, la hoja contiene un cuadro conformado de columnas correspondientes a los tipos de vehículos de la Clasificación de Tránsito Nacional, siendo estos los siguientes:
6.4.1. Motos: vehículos automotores de dos ruedas.
6.4.2. Vehículos Livianos: vehículos automotores de cuatro ruedas que incluyen:
Automóviles, Camionetas (Pick-ups) y Jeeps.
6.4.3. Vehículos Pesados de Pasajeros: vehículos destinados al Transporte Público de
Pasajeros de cuatro, seis y más ruedas, que incluyen: Microbuses Pequeños (hasta 15 Pasajeros), Microbuses Medianos (mayores de 15 pasajeros), Buses grandes y Camiones utilizados para el transporte de pasajeros.
6.4.4. Vehículos Pesados de Carga: vehículos destinados al transporte pesado de cargas
mayores o iguales a tres toneladas y que tienen seis o más ruedas en dos, tres, cuatro, cinco y más ejes, estos vehículos incluyen: camiones pequeños de dos ejes (C2 Liviano), camiones de dos ejes mayores a cinco Toneladas (C2), camiones de tres ejes (C3), camiones de cuatro ejes (C4), camiones combinados con remolque del tipo (C2R2) y (C2R3) y los vehículos articulados de cinco y seis ejes de los tipos (T3S2) y (T3S3).
6.4.5. Vehículos Pesados de Carga: vehículos pesados, tales como vehículos agrícolas y
de construcción.
6.4.6. Tamaño de la Muestra.
El conteo se efectuó durante un período de doce horas continuas entre las 06:00 y las 18:00 horas, del día viernes 11 de febrero del año en curso. Fue contado el cien por ciento de los vehículos que circulaban en ambas direcciones del tráfico sobre la carretera en estudio.
6.4.7. Tráfico Promedio Diario.
Una vez recolectada la información de campo durante el periodo de doce horas, se calculó el volumen de tráfico del tramo para las veinticuatro horas, clasificado por tipo de vehículo, utilizando los factores de expansión de doce a veinticuatro horas de la Revista de Conteo de Tráfico del año 2010.
6.4.8. Tráfico Promedio Semanal.
De la misma manera, se proyectó el volumen de tráfico promedio semanal del tramo, utilizando los factores de expansión de día a semana de la Revista de Conteo de Tráfico del año 2010.
6.4.9. Tráfico Promedio Estacional.
En el país no existen conteos mensuales en las estaciones permanentes del país, solamente conteos estacionales (tres veces en el año, durante siete días, por un periodo de veinticuatro horas). Por esta razón, debemos proyectar el volumen de tráfico del tramo, utilizando factores de expansión estacionales, los cuales fueron obtenidos de la Revista de Conteo de Tráfico del año 2010. Una vez aplicados los factores estacionales, se obtiene el Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA). Para el caso de estudio se utilizaron los factores estacionales de Verano correspondientes a la estación permanente 2800 (Los Brasiles – Nagarote), debido a que el tramo en estudio está asociado a esta.
6.4.10. Distribución Direccional del Tráfico.
Se determinó la distribución direccional del tráfico de la vía utilizando los datos del conteo de tráfico de doce horas realizado en el tramo: León – Río Quezalguaque resultando un 50% por sentido.
6.4.11. Proyección del Tráfico.
Los sustentantes utilizaron los criterios de crecimiento socioeconómico del país para elaborar proyecciones del volumen de tráfico, haciendo una correlación entre variables económicas y el crecimiento del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA). El crecimiento económico fue estimado a través de la tasa de crecimiento del Producto Interno Bruto (PIB) en los últimos 7 años, con la cual se realizó el análisis de regresión lineal, mostrando, matemáticamente, la mejor correlación con la tasa de crecimiento del TPDA. Así mismo, se utilizó la tasa de crecimiento de la población para relacionarla con el crecimiento del tráfico de vehículos de pasajeros. (Ver en anexo gráficos de correlación entre variables).
A partir del cálculo de la pendiente de la recta del modelo estadístico de regresión lineal se proyectan los volúmenes de tráfico siguientes:
6.4.11.1. Volumen de Tráfico Normal: comprende el flujo vehicular existente, el cual tiene un
crecimiento independiente de si se mejora o no la vía.
6.4.11.2. Volumen de Tráfico Desarrollado: comprende el nuevo flujo que surja como
resultado del desarrollo económico una vez que se rehabilite la vía. El tráfico desarrollado no será abordado en nuestra investigación ya que depende directamente de la producción: agrícola y pecuaria, situación que no es tan relevante en el tramo León – Quezalguaque, puesto que la minoría de la población se dedica a la comercialización del producto, más bien para consumo interno.
6.4.11.3. Volumen generado e inducido, que no existen actualmente y ambos se desarrollan
producto de la influencia de la obra, junto con el desviado (o derivado) de otros itinerarios, debido a la mejora.
El tráfico generado resulta importante en aquellos caminos en los cuales la mejora posibilita el desarrollo de nuevas actividades, debido a la reducción en los costos de operación de los vehículos que tendrá lugar con la nueva obra. También el mejoramiento del camino podría inducir a los usuarios actuales a realizar una mayor cantidad de viajes.
El tráfico desviado resulta importante cuando la obra en estudio, u otra que se construya en un período próximo, posibilite que determinados pares de origen y destino consigan ahorros de costos de operación y tiempo de viaje al emplear la nueva carretera, frente a los itinerarios utilizados actualmente.
6.4.11.4. Volumen de Tráfico Total: corresponde a la suma de los Volúmenes de Tráficos
Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León - Acceso Planta Termoeléctrica (2.5 km).
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NN-242
6.5. Resultados del Conteo Vehicular.
Cálculo del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA).
Los sustentantes elaboraron un resumen del conteo vehicular utilizando las hojas de campo que se llenaron durante el aforo realizado, para luego ingresar los datos en una hoja de cálculo de Microsoft Excel, detallando la composición del Tráfico de las 12 horas, a como se muestra a continuación:
Tabla Nº2: Informe Conteo de Tráfico.
TRAMO León - Pase Río Quezalguaque (El Polvón)
CARRETERA: FECHA: SENTIDO: Hora VEHICULOS DE PASAJEROS Subtotal VEHICULOS DE CARGA Subtotal EQUIPO PESADO
Subtotal Otros Total
Motos Autos Jeep Camionetas Liv. de C2. C-2 C-3 V.A V.C.
1 2 3 4 5 9 10 11 12 17 18 19 20 21 22 0-1 AM 15 13 12 12 6 5 5 6 3 6 5 3 1 80 66 57 55 28 27 1-2 AM 2-3 AM 3-4 AM 4-5 AM 5-6 AM 6-7 AM 12 13 2 4 1 48 7-8 AM 12 9 3 1 1 5 1 34 8-9 AM 8 10 2 2 1 34 9-10 AM 13 6 4 2 2 2 2 24 10-11 AM 9 6 3 2 8 11-12 AM 13 4 1 3 6 12-1 PM 5 6 2 8 8 6 6 10 3 2 2 4 2 5 2 2 1 6 23 25 27 35 44 50 1-2 PM 8 6 2 9 2-3 PM 12 6 2 1 6 3-4 PM 12 4 1 1 1 2 2 12 4-5 PM 16 8 1 1 2 16 5-6 PM 14 2 1 2 31 6-7 PM 7-8 PM 8-9 PM 9-10 PM 10-11 PM 11-12 PM TOTAL 134 78 16 10 104 20 19 4 43 2 2 234 517 11/02/2011
León - Pase Río Quezalguaque (El Polvón) Pase Río Quezalguaque - León
Los volúmenes cuantificados en la tabla de resumen fueron afectados por tres factores de expansión, obtenidos de la Revista de Conteo de Tráfico del año 2010, de la estación permanente 2800 (Los Brasiles – Nagarote). Con los
Volúmenes de Tráfico del tramo para 12 horas, se multiplicó por los factores de expansión a veinticuatro horas, semanal y estacional, obteniéndose el Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA).
A continuación se presentan la información de la estación permanente 2800 (Los Brasiles – Nagarote), de donde se obtuvieron los factores de expansión utilizados, y los cálculos del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) del tramo en estudio:
Tabla Nº3: Informe de Conteo de Tráfico Est. 2800 año 2010.
Camino NIC-28 Estación 2800 Tipo P Tramo Los Brasiles - Nagarote. Km 20.500
Estación Verano Meses 6 Dias 183 Año 2009 Mes Marzo Período S Conteo 7 Horas 24 Dia de la semana Período Moto Carro Jeep Camioneta MicBus MinBus Bus C2L C2 C3 T-S<=4 T-S=>5 C-R=<4 C-R=>5 V.A V.C Otros
LUNES DIA 315 1,231 501 1,331 429 7 303 454 312 55 5 607 10 26 NOCHE 105 361 142 379 97 2 64 140 118 13 2 283 7 MARTES DIA 392 993 517 1,231 356 7 402 494 289 51 7 548 16 45 NOCHE 101 401 132 349 74 7 56 139 146 21 2 273 1 1 MIERCOLES DIA 289 1,052 523 1,324 332 12 276 430 301 51 7 667 12 19 NOCHE 98 336 122 402 84 9 60 157 116 17 3 301 4 JUEVES DIA 218 1,049 488 1,289 330 5 283 481 256 84 4 452 185 9 27 NOCHE 79 359 137 385 78 5 73 168 100 25 213 119 3 VIERNES DIA 271 1,196 598 1,455 430 10 309 559 282 61 1 598 10 21 NOCHE 95 554 188 450 108 7 78 151 127 30 304 2 5 SABADO DIA 298 1,337 505 1,206 440 13 296 435 224 35 3 581 6 19 NOCHE 102 474 163 325 94 5 50 138 66 17 2 243 3 DOMINGO DIA 220 1,110 419 858 387 10 209 181 92 17 264 4 14 NOCHE 88 493 222 342 86 7 41 81 42 6 113 8 Prom Diurno(12Hrs) 286 1,138 507 1,242 386 9 297 433 251 51 4 531 26 10 24 Prom.Noct.(12Hrs) 95 425 158 376 89 6 60 139 102 18 1 247 17 4 Promedio diario 381 1,563 665 1,618 475 15 357 572 353 69 5 778 43 10 28
Prom. Lunes a Viernes 393 1,506 670 1,719 464 14 381 635 409 82 6 849 61 12 32
Prom.fin de semana 354 1,707 655 1,366 504 18 298 418 212 38 3 601 5 22
TPD Semanal = TPDVerano 382 1,563 666 1,618 475 15 357 573 353 69 5 778 44 10 29
Fac.N (12h diurnas a 24h) 1.33 1.37 1.31 1.30 1.23 1.67 1.20 1.32 1.41 1.35 1.25 1.47 1.65 1.00 1.00 1.00 1.17
Fac.L (Laboral a Semana.) 0.97 1.04 0.99 0.94 1.02 1.08 0.94 0.90 0.86 0.85 0.86 0.92 1.00 1.00 0.83 1.00 0.91
Fac.F (Fin de S. a Semana) 1.08 0.92 1.02 1.18 0.94 0.84 1.20 1.37 1.66 1.83 1.71 1.29 1.00 1.00 2.00 1.00 1.32
Fac.V (Verano a TPDA) 0.92 0.95 0.95 0.98 0.95 1.18 0.98 0.96 0.99 1.19 0.89 1.01 0.50 1.00 0.86 1.00 0.80
Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León - Acceso Planta Termoeléctrica (2.5 km).
1 8
Tabla Nº4: Cálculo del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA).
Camino: NN-242 Estación: 1219 Tramo: León - Pase Período L Dias: Km: 104.400
Grupos Motos
Vehículos de Pasajeros Vehículos de Carga Equipo Pesado Otros Autos Jeep Cam. Liv.
2-5 t. C2 5+ t. C3 V.A. V.C. 2 3 4 5 10 11 12 18 19 21 TP(D) 134 78 16 10 20 19 4 2 234 517 Factor Dia 1.33 1.37 1.31 1.30 1.32 1.41 1.35 1.00 1.00 1.17 -Factor Semana 0.97 1.04 0.99 0.94 0.90 0.86 0.85 0.83 1.00 0.91 -Fac. Temporada 1.08 0.92 1.02 1.18 1.37 1.66 1.83 2.00 1.00 1.32 -TPDA 187 102 21 15 33 38 8 3 329 737
6.6. Proyecciones del Tráfico.
Una parte esencial del trabajo realizado por los Sustentantes es la determinación de los volúmenes de tráfico proyectados a partir del año base hasta el horizonte del proyecto.
6.6.1. Proyección del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA).
Para calcular las proyecciones de tráfico se analizaron diferentes variables relacionadas con el crecimiento económico del país, decidiendo a través de un análisis de regresión lineal, aquella variable que mostraba la mejor correlación con la tasa de crecimiento del TPDA. Con el valor de la tasa de crecimiento elegida se procedió a estimar las proyecciones del tráfico para el año base.
Se utilizó la tasa de crecimiento promedio del Producto Interno Bruto (PIB) en los años 1999 - 2009, realizando un análisis por medio del modelo de regresión lineal de la correlación con la tasa de crecimiento del TPDA.
Según los anuarios históricos del Banco Central de Nicaragua (BCN) desde el 1999 hasta 2009, el crecimiento promedio del PIB, fue en el orden de los 2.85%, según el comportamiento de los datos analizados. Los datos del producto interno bruto se presentan en la tabla siguiente:
Tabla Nº5: Crecimiento del PIB 1999 – 2009
AÑO PIB(M-C$) PIB(TC) %
1999 26,009.00 2000 27,076.00 4.10% 2001 27,877.40 2.96% 2002 28,087.50 0.75% 2003 28,795.50 2.52% 2004 30,325.20 5.31% 2005 31,623.90 4.28% 2006 32,936.90 4.15% 2007 33,951.70 3.08% 2008 34,888.70 2.76% 2009 34,382.00 -1.45% Promedio 2.85%
Fuente: Boletín Estadístico del Banco Central de Nicaragua.
Para la variable del Tráfico Promedio Diario Anual se estudió el registro histórico de la estación de control No. 1219, la cual corresponde al tramo León – Río Quezalguaque, de la Carretera NN – 242; sin embargo se tuvo que analizar los registros de la estación permanente No. 2800 a la cual está asociada la estación No. 1219, ya que ésta no tiene una continuidad en sus registros del TPDA debido a la naturaleza de su función y a las políticas de inversión en infraestructura.
Tabla Nº6: Estación de Control 1219
AÑO TPDA(vpd)
2002 137
2005 280
2009 484
Fuente: Revista de Tráfico año 2009. MTI.
Teniendo esta limitante se procedió a realizar un análisis de regresión lineal mediante los registros de la estación permanente 2800, cuya tasa de crecimiento promedio según la revista de Tráfico 2009, publicada por el Sistema de Administración de Pavimento, del Ministerio de Transporte e Infraestructura (MTI), es del 4.53 % entre los años 2000 - 2009. El registro histórico del TPDA de la estación permanente no. 2800 se presenta en la tabla siguiente:
2 0
Tabla Nº7: Crecimiento del TPDA 2000 – 2009 Estación Permanente 2800
Fuente: Revista de Tráfico año 2009. MTI.
Otra variable que se utilizó fue la tasa de crecimiento de la población para relacionarla con el crecimiento del tráfico de vehículos de pasajeros. Se asumió una tasa de crecimiento del 1.67 %, obtenida por estimaciones del Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INEC). Los datos poblacionales del año 2002 – 2005 son los siguientes:
Tabla Nº8: Crecimiento de la Población 2002 – 2007
AÑO Población 2002 4,892,684 2003 4,974,392 2004 5,057,464 2005 5,141,924 2006 5,227,794 2007 5,315,098 TAC 1.67%
Para lograr ajustar los datos del Producto Interno Bruto (PIB) y Tráfico Promedio Diario Anual y lograr una correlación adecuada entre ambas variables, se calculó el logaritmo natural de los datos para utilizarse en el cálculo de la línea recta del modelo de regresión lineal, a como se muestra en la siguiente tabla:
2 1
Tabla Nº9: Aplicación de logaritmo natural a los datos PIB Y TPDA.
AÑO LN (PIB) LN (TPDA2800)
2000 10.206 8.45 2001 10.236 8.47 2002 10.243 8.41 2003 10.268 8.51 2004 10.320 8.58 2005 10.362 8.63 2006 10.402 8.62 2007 10.433 8.67 2008 10.460 8.79 2009 10.445 8.84
Utilizando el modelo de regresión lineal con los logaritmos naturales de los datos del PIB y TPDA del año 2000 – 2009, se obtiene una recta que describe una tendencia de crecimiento del tráfico relacionando las dos variables. El resultado de la aplicación de este modelo se representa en el siguiente gráfico:
Gráfico Nº1: Correlación entre TPDA Est. 2800 y PIB.
Fuente: elaboración propia.
Del gráfico se puede apreciar un alto nivel de correlación entre los datos, con un
Coeficiente de Correlación (R2) de 0.88, generándose de la pendiente de la recta, un
ajuste a la tasa de crecimiento del tráfico de 1.402 para el cálculo del año base. (Ver en anexos gráficos de correlación)
6.6.2. Proyección del Tráfico Normal.
La proyección del Tráfico Normal comprende el flujo que actúa en la carretera y crece como consecuencia de la dinámica económica del país, independiente de la mejora que se le haga a la vía.
Las proyecciones del tráfico vehicular calculadas están basadas en las hipótesis planteadas anteriormente en la metodología del estudio, utilizándose las tasas de crecimiento ajustadas con la pendiente de la recta calculada mediante el modelo de regresión lineal y se aplicaron desde el año base 2012 hasta el fin de la vida útil en el año 2027. Los valores de la Proyección del Tráfico Normal se presentan en la siguiente tabla:
Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León - Acceso Planta Termoeléctrica (2.5 km).
Tabla Nº10: Proyección del Tráfico Normal.
TRAFICO NORMAL Año
Vehículos de Pasajeros Vehículos de Carga Equipo Pesado Motos Autos Jeep Cam. C2 Liv. C2>5ton C3 Tx-Sx V.A. V.C.
2011 187 102 21 15 33 38 8 3 - 329 737 2012 190 103 21 15 33 39 8 - 3 - 334 747 2013 192 105 22 15 34 39 9 - 3 - 339 758 2014 195 106 22 15 34 40 9 - 3 - 343 768 2015 198 108 22 15 35 41 9 - 4 - 348 779 2016 201 109 23 16 35 41 9 - 4 - 353 790 2017 203 111 23 16 36 42 9 - 4 - 358 801 2018 206 112 23 16 36 42 9 - 4 - 363 812 2019 209 114 24 16 37 43 9 - 4 - 368 824 2020 212 115 24 16 37 43 9 - 4 - 373 835 2021 215 117 24 17 38 44 10 - 4 - 379 847 2022 218 119 25 17 38 45 10 - 4 - 384 859 2023 221 120 25 17 39 45 10 - 4 - 389 871 2024 224 122 25 17 39 46 10 - 4 - 395 883 2025 227 124 26 18 40 47 10 - 4 - 400 895 2026 231 126 26 18 40 47 10 - 4 - 406 908 2027 234 127 26 18 41 48 10 - 4 - 412 921 2 3
Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León - Acceso Planta Termoeléctrica (2.5 km).
Proyección del Tráfico Generado y Desviado.
Se utilizó la tasa de crecimiento calculada producto de la regresión lineal, para determinar los volúmenes de tráfico de los vehículos de carga. Se proyectaron los volúmenes de los tres tipos de vehículos de carga, que tienen incidencia en la composición del TPDA: los C2 Livianos, C2 > 5 ton y C3; cuya participación en la composición del TPDA es significativa.
Y en el caso del tráfico generado de los vehículos livianos se utilizó la tasa de crecimiento anual de la población para determinar el tráfico del año de inicio del proyecto. Posteriormente, se utilizaron las tasas de crecimiento de los vehículos livianos durante los distintos periodos de la vida útil del proyecto.
En resumen el Tráfico Generado y Desviado se cuantifica como una parte porcentual del Tráfico Normal para cada tipo de vehículo, o sea que la base del cálculo del tráfico desarrollado es el tráfico normal del año 2013, el año de inicio del proyecto. Los volúmenes del Tráfico Desarrollado se presentan en la siguiente tabla:
Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León - Acceso Planta Termoeléctrica (2.5 km).
2 5
Tabla Nº11: Proyección del Tráfico Generado. TRAFICO GENERADO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Año
Vehículos de Pasajeros Vehículos de Carga Equipo Pesado
Otros Total(vpd)
Motos Autos Jeep Cam. C2 Liv. C2>5ton C3 Tx-Sx V.A. V.C.
2011 - - - -2012 - - - -2013 3 2 1 1 1 1 1 - - - 47 57 2014 3 2 1 1 1 1 1 - - - 48 58 2015 3 2 1 1 1 1 1 - - - 48 59 2016 3 2 1 1 1 1 1 - - - 49 59 2017 3 2 1 1 1 1 1 - - - 50 60 2018 3 2 1 1 1 1 1 - - - 50 61 2019 3 2 1 1 1 1 1 - - - 51 62 2020 3 2 1 1 1 1 1 - - - 52 63 2021 3 2 1 1 1 1 1 - - - 53 64 2022 3 2 1 1 1 1 1 - - - 53 65 2023 3 2 1 1 1 1 1 - - - 54 66 2024 4 2 1 1 1 1 1 - - - 55 67 2025 4 2 1 1 1 1 1 - - - 56 68 2026 4 2 1 1 1 1 1 - - - 56 68 2027 4 2 1 1 1 1 1 - - - 57 69
a. Tráfico Total
El Tráfico Total es igual a la suma de los volúmenes proyectados del Tráfico Normal más los volúmenes proyectados del Tráfico Desarrollado. Para el estudio, el Tráfico Total determinado es el siguiente:
Tabla Nº12: Tráfico Total = Tráfico Normal + Tráfico Desarrollado TRAFICO TOTAL
Año
Vehículos de Pasajeros Vehículos de Carga Equipo Pesado Motos Autos Jeep Cam. C2 Liv. C2>5ton C3 Tx-Sx V.A. V.C.
2011 187 102 21 15 33 38 8 - 3 - 329 737 2012 190 103 21 15 33 39 8 - 3 - 334 747 2013 195 107 23 16 35 40 10 - 3 - 386 815 2014 198 108 23 16 35 41 10 - 3 - 391 826 2015 201 110 23 16 36 42 10 - 4 - 397 838 2016 204 111 24 17 36 42 10 - 4 - 402 849 2017 207 113 24 17 37 43 10 - 4 - 408 861 2018 209 114 24 17 37 43 10 - 4 - 413 873 2019 212 116 25 17 38 44 10 - 4 - 419 886 2020 215 118 25 18 38 45 11 - 4 - 425 898 2021 218 119 25 18 39 45 11 - 4 - 431 911 2022 221 121 26 18 39 46 11 - 4 - 437 923 2023 225 123 26 18 40 46 11 - 4 - 443 936 2024 228 124 27 19 40 47 11 - 4 - 450 949 2025 231 126 27 19 41 48 11 - 4 - 456 963 2026 234 128 27 19 41 48 12 - 4 - 462 976 2027 237 130 28 19 42 49 12 - 4 - 469 990
Diseño de Pavimento de Adoquín del Tramo: León - Acceso Planta Termoeléctrica (2.5 km). 2 7 7.1. Introducción.
7. ESTUDIO DE SUELOS.
Desde el punto de vista de la Ingeniería Civil existe una variedad de suelos en nuestro país, sin embargo al momento que se requiere emplear uno de estos, la selección es bastante rigurosa basada primeramente en las especificaciones del diseño y por consiguiente en las normas relacionadas en este caso la AASHTO y la ASTM en general.
Por tal razón es frecuente encontrar suelos no adecuados para el fin que se necesite, en un lugar específico y para resolver estas complicaciones se recomienda tres alternativas para la aceptación del material:
1. Aceptar el material tal como se encuentre, pero tomando en cuenta su
calidad en el diseño efectuado.
2. Eliminar el material, sustituyéndolo por otros de características adecuadas.
3. Modificar las propiedades del material existente para hacerlo capaz de
cumplir con los requerimientos establecidos.
Esta última da lugar a la aplicación de técnicas para la estabilización de suelos ya sea con cemento, cal ó asfalto.
En este capítulo se presentan los resultados del estudio de suelos efectuado con el propósito de determinar las características del sub-suelo, para posteriormente realizar el Diseño de Espesores de Pavimento del tramo en estudio.
Para este estudio nos hemos auxiliado en la información suministrada por la Consultora EDICO.SA referida al proyecto Adoquinado León - Acceso Planta Termoeléctrica, puesto que dicho tramo está ubicado en la misma ruta y para ser específico el diseño de pavimento propuesto es exactamente la continuación de dicho tramo, razón por la cual consideramos útil apoyarnos en los informes de resultado de laboratorio realizados por ellos(ver anexos); suponiendo que la estratigrafía del suelo no varía a lo largo del tramo: León – Río Quezalguaque. Una vez obtenido los resultados de las pruebas de laboratorio se procedió con la selección del valor CBR de la subrasante para posteriormente, la determinación del Módulo de Resilencia a través de ecuaciones de correlación entre el Mr y el CBR recomendadas por la AASHTO 93.
7.2. Trabajos de campo.
Los trabajos de campo consistieron en la ejecución de 10 Sondeos manuales, con una profundidad de 1.5 m., distribuidos a lo largo del tramo en estudio.
En los sondeos realizados se tomaron muestras alteradas, de los estratos de suelo encontrados, con el propósito de realizarles las respectivas pruebas de laboratorio posteriormente.
Se tomó, además, muestra de dos (02) Bancos de Materiales las que fueron trasladadas al laboratorio para su análisis respectivo.
7.3. Trabajos de laboratorio.
Las muestras obtenidas en los Sondeos realizados y de los Bancos de Materiales se sometieron a los siguientes ensayes de Laboratorio, de acuerdo a las especificaciones ASTM.
TIPO DE ENSAYE NORMA ASTM
Análisis Granulométrico de los Suelos D-423
Límites Líquido de los Suelos D-423
Límite Plástico e Índice de Plasticidad de los Suelos D-424
CBR (A muestras representativas de Sondeos y del Banco) D-1883
En base a los resultados obtenidos las muestras se Clasificaron de acuerdo al Sistema H.R.B. (ASTM D-3282).
En el anexo II de este documento se presentan los resultados de los ensayes de Laboratorio mencionados de la línea de sondeos.
7.4. Análisis de resultados.
De acuerdo a los resultados de Laboratorio, a lo largo del camino investigado, predominan, en las capas superficiales, las Gravas limosas del tipo A-2-4 encontrándose también las arenas limosas A-4 y en la parte inferior se encuentran las Arcillas, tipo A-7-5, así como los Limos A-5.
Los Índice de Grupo (I. G.) reflejan valores de 0 a 4 para los suelos tipo: A-1-a, A-2-4, A-4 y A-5; y de 4 a 7 para los A-7-5, lo que es indicativo de una calidad que puede catalogarse como material regular para la cimentación de terraplenes o estructuras de pavimento.
Los informes de suelos analizados están basados en sondeos sobre la línea existente realizados a una longitud entre cada uno de ellos de 100 metros, y a una profundidad de 1.5 metros, a las muestras obtenidas se le practicaron las pruebas correspondientes tales como: Granulometría, Límites de Atterberg, % de Humedad, CBR, entre otras.
Asimismo se realizaron los muestreos en las posibles fuentes de materiales cércanos a la línea del camino, en los bancos de materiales se realizaron muestreos a través de sondeos de pozos a cielo abierto con las siguientes dimensiones 1.5x1.5x3 metros, mediante los cuales se obtuvieron muestras para la realización de los siguientes ensayos: PVS máxima, humedad, CBR, desgaste de los ángeles, intemperismo acelerado, PVSS.
De los análisis de ensayos realizados a los suelos presentes, se tomaron los resultados de los ensayes CBR, ya que estos proporcionan una mejor apreciación de las características de soporte de los suelos presentes en tramo en estudio.
7.5 Consideraciones a ser Utilizadas para el Diseño.
A continuación se hace mención de los materiales y características a ser utilizados en el suelo de fundación del pavimento y en las diferentes capas que componen el paquete estructural.
7.5.1 Consideraciones para la Sub. Rasante
La Sub –Rasante comprende la última capa de corte o relleno producto del movimiento de tierra. Por lo tanto, ésta misma sirve como soporte de fundación para la estructura de pavimento.
De acuerdo a los sondeos realizados en la zona de estudio, se puede determinar que el material existente está compuesto por un material bien graduado el que está compuesto por partículas granulares y finas, provenientes de diferentes fuentes de materiales sin ningún control de su calidad, este material existente no se puede reutilizar como material de sub-rasante, por lo que se tiene que preparar una sub rasante con material adecuado capaz de proporcionar una base de fundación suficiente para el paquete estructural.
Este material para mejoramiento debe de cumplir con las siguientes características: que cumpla con un valor soporte CBR mínimo de 12%, se tiene que compactar el 95 % del Proctor Estándar, garantizando así un buen material de fundación para el paquete estructural.
Es muy importante que en este proceso se garantice una compactación adecuada a través de una adecuada energía de compactación, la humedad óptima y la densidad final deseada, para el tipo de suelo propuesto, garantizando de esta manera un adecuado suelo de fundación para el pavimento a colocarse.
Por lo tanto, como superficie de rodamiento no tiene tanto valor estructural, siendo más importante las características de esta misma, puesto que se tienen que mencionar las dos características más importantes de la sub rasante, tal y como los son:
Proporcionar un valor soporte mínimo a la estructura de pavimento, de
forma tal que limiten las deflexiones en la estructura de pavimento. Proporcionar un soporte continúo, sin asentamientos significativos ni diferenciales, evitando que se produzcan desplazamientos laterales.
Por lo tanto, es importante mencionar las características deseables de una sub rasante:
Alta resistencia
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Uniformidad en el material, evitando cambios importantes
Alta densidad
Poca susceptibilidad al agua
Pocas variaciones en su granulometría
Facilidad de compactación
Permanencia de compactación
En nuestro diseño, tratamos en lo posible de garantizar una estructura que funcionalmente garantice las características antes mencionadas.
Las características de la sub rasante son introducidas en el método a través del Modulo Resiliente, el cual en nuestro país es determinado a través de correlaciones entre el CBR y el MR; a como se ha mencionado los estudios de suelos analizados permitieron la determinación del CBR para poder determinar las características de soporte de los suelos existentes.
7.5.2 Consideraciones para la sub-base
Está definida como la capa inmediata después de la sub. Rasante, también se puede definir como aquella capa que se coloca por debajo de la capa base.
Tomando en cuenta que esta capa se encuentra alejada de las cargas que resiste directamente la capa de rodamiento, no se requieren materiales de gran resistencia como los de la capa base, por lo que su módulo de elasticidad es menor que el de la capa base. Su costo relativo es menor que el costo de la capa base siendo ésta característica económica muy importante, además de funcionar como una capa que facilita el drenaje de las aguas principalmente presentes por precolación y ascenso capilar, la capa de sub base sirve como un material de transición entre la sub-rasante y la capa base evitando el ascenso de materiales finos que pueden contaminar la capa base reduciendo su capacidad de resistencia.
El material a ser utilizado deberá ser de material de préstamo, colocado y compactado al 95% del Proctor Estándar, el contenido de humedad utilizado en la compactación no debe de variar en un 2% del contenido optimo de humedad, obteniéndose un CBR saturado mayor o igual al 40% según el ensayo AASTHO-T-180, cumpliendo con un límite liquido máximo de 25%, índice de plasticidad máximo de 6, equivalente de arena mínimo de 25%, y la siguiente granulometría.
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Tabla Nº13: Granulometría sugerida para Sub base.
7.5.3 Consideraciones para la Base
Esta se define como la capa colocada inmediatamente por debajo de la carpeta de rodamiento, por lo que su ubicación muy cercana a la aplicación de las cargas se requiere materiales de gran calidad y resistencia.
Por lo tanto, los módulos de elasticidad de estas capas son altos para poder absorber gran parte de los esfuerzos y distribuirlos a las capas inferiores en una magnitud tal que estos esfuerzos puedan ser resistidos por los materiales de menor calidad como lo es la capa de sub base y de sub rasante.
Una segunda función está asociada con la facilidad de drenar el agua proveniente de la superficie y evitar el ascenso capilar de las aguas inferiores.
Los materiales a utilizar son provenientes de agregados triturados, de una roca dura, sana, durable y no intemperizada. No deberá de contener materiales deletéreos tales como roca descompuesta y arcilla.
El material propuesto para este diseño posee las siguientes características, valor soporte de CBR ≥ 90%, desgaste de los ángeles máximo 40% (AASTHO T-96), equivalente mínimo de arena 40 AASTHO T-176, limite liquido máximo 25 AASTHO T-89, índice de plasticidad máximo 3% AASTHO T-90, intemperismo acelerado máximo 12% AASTHO T-104.
7.5.4. Consideraciones para la Superficie de Rodamiento
Para la superficie de rodamiento se considera utilizar adoquines de concreto, los cuales serán fabricados para una resistencia a la compresión a los 28 días igual a 3000 psi.
7.6. Ensayo de Valor Soporte California (CBR)
El valor de CBR (California Bearing Ratio) de la sub rasante es el más importante de definir, dado que a través de este se obtendrá el valor del MR (Módulo Resiliente) a ser utilizado en el diseño.
El CBR es una medida comparativa de la resistencia al corte de un suelo, material granular o estabilizado, y se define como la relación porcentual entre la carga unitaria requerida para penetrar un pistón normalizado, una profundidad determinada dentro de una muestra del material bajo ensayo, y la carga unitaria requerida para penetrar el mismo pistón, y a la misma profundidad, en una mezcla patrón de piedra picada, tal y como se indica a continuación:
CBRi =
(Ec. 1)
7.6.1 Procedimiento para la determinación del CBR en el Laboratorio
El valor de CBR normalmente se determina a dos profundidades de penetración del pistón normalizado de 3 pulg2 de área (a 0.1” y a 2”), seleccionando el mayor de los dos valores. Las cargas unitarias que resiste la piedra picada a estas profundidades son de 1000 psi (70kg/cm2) y 1500 psi (105 kg/cm2), respectivamente.
El procedimiento que se describe a continuación corresponde a un ejemplo ajeno a cualquier valor determinado para efectos de este estudio, dado que únicamente obtuvimos de los informes de suelo suministrados por EDICO.SA, los resultados finales, pero el procedimiento descrito es el aplicado en la práctica para la determinación de este valor.
El procedimiento de ensayo CBR, ha sido normalizado por la ASTMD-1883 y por la AASTHO T-93, y en forma resumida, comprende las siguientes etapas:
Ejecución del ensayo de compactación (proctor), para determinar el peso unitario máximo seco, también determinado con el término de densidad máxima seca, y la humedad óptima de compactación (%Wopt) de la muestra. Los ensayos típicos de compactación se presentan en el Gráfico Nº2.
Tabla Nº15: Datos para ilustración del procedimiento CBR.
Gráfico Nº2: Curva PVS vs humedad. El tipo de ensayo de compactación depende del tipo de material:
� Para el material de fundación (sub-sarante), es decir suelos finos: realizar el ensayo de Densidad-Humedad correspondiente al Proctor Estándar (AASTHO T –99).
� Para materiales de sub-base y/o base, es decir suelos granulares: realizar el ensayo de Densidad-Humedad correspondiente al Proctor Modificado
(AASTHO T –180).
2. Compactación de tres muestras, cada una a la humedad óptima determinada en el paso anterior, en un molde de dimensiones estándar de 15 cm de ancho y aproximadamente 11.5 de altura. Se emplea un martillo de 10 libras de peso y de 18 pulgadas de caída para compactar cada muestra en cinco (5) capas. Una muestra se compacta con 56 golpes por capa, la otra con 25 golpes por capa y la última con 12 golpes por capa. A cada una de estas muestras se le determina su peso unitario seco.
3. Las tres muestras se someten a un proceso de inmersión total durante cuatro (4) días, al final de los cuales se determina nuevamente su humedad. Previamente se ha determinado la variación de altura en las muestras. El incremento en altura multiplicado por cien y dividido entre la altura inicial, se define como el hinchamiento. Durante el período de inmersión se coloca sobre
cada muestra una sobre-carga de 10 libras de peso. Los resultados se presentan en la siguiente tabla:
Cada muestra es colocada bajo una prensa de carga, Figura Nº 4 y se mide la carga necesaria para ir penetrando el pistón normalizado, a una velocidad de 1.27 mm/min, a las profundidades de 0.025; 0.050; 0.075; 0.1; 0.2; 0.3; 0.4 y 0.5 pulgadas.
5. Las cargas registradas en el paso anterior se dividen entre 3 (área del pistón normalizado en pulgadas cuadradas); para obtener el “esfuerzo unitario” para cada profundidad de penetración. Durante esta etapa del ensayo se mantienen sobre cada muestra, como mínimo las sobre cargas de 10 libras. Los resultados se presentan en la Tabla Nº 17.
Figura Nº4: Ensayo CBR en su etapa de inmersión y medición de la expansión y en su etapa de penetración.
6. Para cada muestra se dibujan los resultados de “esfuerzos unitarios”, contra “profundidad de penetración”, para definir los valores de esfuerzos unitarios a las profundidades de penetración de 0.1 y 0.2 pulgadas.
En algunos casos puede ser necesario corregir las lecturas en función de posibles deformaciones al momento de inicio de la penetración.
8. Hasta ésta etapa, se dispone en resumen, de tres valores de CBR para
0.1 pulgadas y otros tres valores de CBR para 0.2 pulgadas de penetración, es decir dos resultados por cada muestra de diferente energía de compactación (56,25y 12), así como de las tres densidades secas.
8. Se procede a dibujar, para cada profundidad de penetración, los resultados de densidad seca contra valor de CBR.
En el Gráfico Nº 7 se traza la línea correspondiente al 95% del peso unitario máximo seco.
De la intersección de esta línea con la curva de densidad – vs – CBR, se traza una vertical hasta cortar el eje de valores CBR. Se obtienen así dos valores de CBR; uno para la profundidad de 0.1pulgadas y otro para la profundidad de 0.2 pulgadas.
Gráfico Nº3: Penetración y de Peso Unitario vs Resistencia CBR de un material de sub-base.
Se tiene que tener en cuenta que cada muestra se debe utilizar una sola vez, es decir, que no podrá usarse el material que ya ha sido compactado. La sobre carga en la muestra cumple dos propósitos:
1.La sobre carga que se aplique mediante pesas de plomo, debe ser prácticamente igual a la correspondiente a las de las capas de pavimento a construirse sobre el material que se ensaya al CBR. La sobre carga mínima a emplearse será de 4.54 kg (10lbs), equivalente a la de un pavimento de concreto de aproximadamente 12.5 cm de espesor. Esta es la función primordial de la sobre carga.
2.Evitar o al menos reducir, la deformación de la superficie de la muestra cuando se somete a la penetración del vástago.
7.7. Módulo Resiliente (MR)
El método de diseño toma en consideración las características geotécnicas a través de la variable de Módulo Resiliente, el cual está definido como la magnitud del esfuerzo desviador repetido en compresión triaxial, dividido entre la deformación axial recuperable, siendo este equivalente al Módulo de Young (módulo de elasticidad) y se representa de la siguiente manera:
MR = (EC. 2)
En la cual:
MR: Módulo Resiliente
σ1: Esfuerzo Principal Mayor
σ3: Esfuerzo Principal
Menor σd: Esfuerzo
Desviador
εaxial: Deformación Recuperable
7.7.1. Procedimiento para la determinación del MR en laboratorio
La muestra de ensayo tiene forma cilíndrica, normalmente 100 mm de
diámetro por 200 mm de altura.
La muestra se compacta en el laboratorio hasta alcanzar el peso unitario y la
humedad que se espera tenga en el campo.
La muestra se introduce en una cápsula mediante una membrana de caucho,
de poco espesor, y en ambas caras – superior e inferior – se colocan discos metálicos.
La muestra se coloca dentro de la cámara de presión y se aplica la presión de
confinamiento (σ3).
El esfuerzo desviador es igual al esfuerzo axial (σ1) aplicado por el equipo
menos el esfuerzo de confinamiento (σ3). Es decir el esfuerzo desviador es el
esfuerzo aplicado sobre la muestra.
Las deformaciones que sufre la muestra se calculan mediante una celda de deformación (LVD) designada como L.
La condición inicial de la muestra es sin carga (sin esfuerzos inducidos).
Cuando se aplica el esfuerzo desviador la muestra se deforma, cambiando en altura, tal como se muestra en la Figura Nº 6. El cambio de altura es directamente proporcional a la rigidez del material.
El ensayo de deformación permanente se ejecuta bajo las condiciones de un esfuerzo desviador de 69 kPa y un esfuerzo de confinamiento de 13.8 kPa (20,000 ciclos de carga).
Estos niveles de esfuerzo son el máximo esfuerzo desviador y el mínimo confinamiento propuesto por SHRP Strategical Highway Research Program (Programa de Investigaciones sobre varios aspectos relacionados con las carreteras), para prueba de Módulo de Resiliencia; además, se consideran que estos niveles de esfuerzo son los que se presentan a nivel de la subrasante. Las deformaciones verticales son medidas por 3 LVDT`s (Linear Variables Differential Transformers), elementos que se encargan de transmitir la magnitud de dichas deformaciones a la unidad de registro y control. Los LVDT`s se encuentra localizados en la parte externa de cámara triaxial.
Los diferentes intervalos en los que se mide la deformación, simulan la velocidad de circulación de los vehículos sobre la estructura de un pavimento.
La carga que se aplica a la muestra de suelo es medida por una celda de carga. El sistema de carga es operado por un medio hidroneumático a través de una bomba con capacidad de hasta 3000 lbs/plg2 de presión. La frecuencia de carga es gobernada por un controlador de tiempo y es de 10 repeticiones por minuto con una duración de carga de 0.1 segundos.
