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Tesis 4 - Trazo y Construcción de una Carretera - 4.4 Diseño De Pavimento Flexible por el método de la Universidad Nacional Autónoma de México

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4.4. - DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE POR EL MÉTODO DE LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE MÉXICO.

 

 

El instituto de ingeniería de la UNAM, se ha basado en la tipificación de transito y en los coeficientes de daño de los diferentes tipos de vehículos, que pueden obtenerse a partir de las pruebas AASHTO, para obtener su propia tabla de tipificación y sus propios coeficientes de daño. Con base en experiencias realizadas en la pista circular de pruebas y en el estudio de comportamientos en tramos experimentales que la propia institución controla en diversos puntos de la red mexicana de carreteras, el instituto diversifico un tanto la evaluación de daños producidos por los diferentes vehículos en los pavimentos, distinguiéndolos en profundidades de 0, 15, 22.5 y 30 cm.

 

1.- calculo del transito equivalente acumulado (S L)

el volumen del transito real mezclado (TDPA) se convierte a transito equivalente de ejes sencillos de 8.2 toneladas, mediante la aplicación adecuada de los coeficientes de daño por transito para vehículos tipo.

En la siguiente tabla se representa el procedimiento para transformar el transito mezclado al correspondiente transito equivalente a ejes sencillo de 8.2 Ton. Referido al carril de diseño, en esta tabla se consideran que todos los vehículos transitan cargados en ambas direcciones.

 

 

1

2

3

4

5

6

Tipo de vehículo

TDPA

Coeficiente de distribución

No. Veh. Car. De diseño

Coef. De diseño

Z=0 Z=15

No. De ejes 8.2 Ton

Z=0 Z=15

Total To T´o

 

 

vehículo

eje

Peso (ton)

P

Kg/cm2

cargado

vació

cargado

Vació

Z=0

Z=15

Z=22.5

Z=30

Z=0

Z=15

Z=22.5

Z=30

A2

1

1.0

0.8

2.0

0.0023

0.000

0.000

0.000

0.0023

0.000

0.000

0.000

2

1.0

0.8

2.0

0.0023

0.000

0.000

0.000

0.0023

0.000

0.000

0.000

3

                     

S

2.0

1.6

 

0.0046

0.000

0.000

0.000

0.0046

0.000

0.000

0.000

A´2

1

1.6

1.2

4.2

0.17

0.002

0.001

0.000

0.17

0.001

0.000

0.000

2

3.3

1.2

4.2

0.17

0.040

0.010

0.010

0.17

0.000

0.000

0.000

3

                     

S

4.9

2.4

 

0.34

0.042

0.011

0.010

0.34

0.001

0.000

0.000

B2

1

4.2

3.0

5.8

1.0

0.150

0.080

0.050

1.0

0.040

0.015

0.007

2

8.3

7.0

5.8

1.0

1.0

1.020

1.050

1.0

0.600

0.500

0.500

3

                     

S

12.5

10.0

 

2.0

1.15

1.10

1.10

2.0

0.640

0.515

0.507

C2

1

2.5

1.5

5.0

0.44

0.025

0.008

0.002

0.44

0.002

0.000

0.000

2

6.8

2.7

5.0

0.44

0.44

0.44

0.44

0.44

0.025

0.008

0.003

3

                     

S

9.3

4.2

 

0.88

0.465

0.448

0.442

0.88

0.027

0.008

0.003

C3

1

2.6

1.7

5.0

0.44

0.025

0.008

0.003

0.44

0.004

0.001

0.000

2

14.0

5.2

5.0

0.44

0.650

0.650

0.650

0.44

0.040

0.010

0.006

3

                     

S

16.6

6.9

 

0.88

0.675

0.658

0.653

0.88

0.044

0.011

0.006

T2-S1

1

3.0

2.5

5.8

1.0

0.040

0.015

0.007

1.0

0.020

0.006

0.002

2

8.0

3.6

5.8

1.0

0.900

0.900

0.900

1.0

0.080

0.030

0.020

3

7.8

3.0

5.8

1.0

0.800

0.800

0.800

1.0

0.040

0.015

0.007

S

18.8

9.1

 

3.0

1.740

1.715

1.707

3.0

0.140

0.051

0.029

T2-S2

1

4.0

3.5

5.8

1.0

0.120

0.060

0.030

1.0

0.080

0.030

0.020

2

8.5

4.0

5.8

1.0

1.0

1.020

1.050

1.0

0.120

0.060

0.030

3

12.1

3.8

5.8

2.0

0.450

0.400

0.400

2.0

0.010

0.002

0.001

S

24.6

11.3

 

4.0

1.570

1.480

1.480

4.0

0.210

0.092

0.051

T 3-S2

1

3.9

3.5

5.8

1.0

0.100

0.050

0.025

1.0

0.080

0.030

0.020

2

13.0

5.4

5.8

2.0

0.600

0.500

0.500

2.0

0.040

0.015

0.007

3

13.0

5.0

5.8

2.0

0.600

0.500

0.500

2.0

0.030

0.010

0.005

S

29.9

13.9

17.4

5.0

1.3

1.05

1.025

5.0

0.15

0.055

0.0032

 

Columna 1.-

tipos de vehículos que transitaran por el camino
Columna 2.-
volumen de transito promedio diario anual (TDPA), en dos direcciones, correspondiente a cada tipo de vehículo que hará uso del camino.
Columna 3.-
coeficiente de distribución para el carril de proyecto, tomando en cuenta el numero de carriles de la carretera y la siguiente tabla sugerida por el instituto de ingeniería de la UNAM.

 

No. De carriles en ambas direcciones

Coeficiente de distribución para el carril de proyecto (%)

2

50

4

40 – 50

6 o mas

30 - 40

 

 

Columna 4.- el numero de vehículos en el carril de diseño, se obtiene Multiplicando el TDPA de la columna 2, por el coeficiente de distribución de la columna 3.

Columna 5.-

los coeficientes de diseño, son los factores de daño (cargados) de los diferentes tipos de vehículos que se muestran en la grafica anterior de calculo de trafico equivalente, para Z = 0 y Z = 15. el factor de daño es la relación del daño que un vehículo dado causa a la estructura de la obra, con relación al daño que le causa un vehículo estándar (eje sencillo de 8.2 Ton).

Columna 6.-

el numero de ejes equivalentes para cada renglón se determina Multiplicando el numero de vehículos del carril de diseño de la columna 4, por el coeficiente de equivalencia de daño de la columna 5. la suma de estos resultados parciales se tiene al final de la columna 6, para dos valores de la profundidad Z, cada una de estas sumas (To y T´o), representan el transito equivalente en ejes simples de 8.2 Ton., referido al carril de diseño y a un día medio del año en que se realizo el aforo.

El transito acumulado de ejes equivalentes de 8.2 Ton., durante un periodo de n años de servicio, se calcula con la siguiente formula.

S Ln = C´To S L´n = C´T´o

de donde:

S Ln = transito acumulado durante n años de servicio y tasa de crecimiento anual r, en ejes equivalentes de 8.2 Ton.

To y T´o = transito medio diario en el primer año de servicio para el carril de diseño en ejes equivalentes de 8.2 Ton. Para la profundidad de Z = 0 y Z = 15 respectivamente.

C´= coeficiente de acumulación del transito para n años de servicio y una tasa de crecimiento anual r, que se puede obtener mediante la siguiente ecuación y cuya solución grafica se puede observar en la grafica para estimar el coeficiente de acumulación de transito (siguiente)

2.- Diseño estructural de la carretera.

De acuerdo con las características de la carretera proyectada, se considera que el diseño estructural de esta se debe hacer mediante el uso de la grafica para el diseño estructural de carreteras con pavimento flexible, la cual representa condiciones normales de diseño utilizando el dato de transito equivalente acumulado (L´n) a Z = 15 expresado en potencia de base 10 y el valor de VRS critico de los diferentes materiales correspondientes a cada capa.

de donde:

es el valor medio en cada material

V es el coeficiente de variación de los valores de prueba.

 

Cuando no se encuentre en la grafica para el diseño estructural de carreteras con pavimento flexible, con la curva que se necesita, se debe dibujar la curva de igual resistencia relativa.

Con los datos de la grafica para el diseño estructural de carreteras con pavimento flexible, se obtienen los diferentes espesores de la carretera mediante el siguiente procedimiento:

 

El espesor total del material equivalente que deberá colocarse sobre la terrecería se determina dibujando una línea vertical partiendo del punto de (de terrecería) hasta interceptar la curva de igual resistencia (S L´n), denominado punto critico, que proyectado en el eje de las ordenadas (Z) proporcionan un espesor total (Et).

Et = a1d1 + a2d2 + a3d3 + a4d4

 

El espesor de la carpeta (d1) se obtiene a partir del base y la curva de igual resistencia (S L´n), con el procedimiento anterior.

Et = a1d1, d1= Et / al, a1 = 2 carpeta C.A.

 

El espesor de la base (d2) se obtiene a partir del sub-base y la curva de igual resistencia (S L´n).

d2 = (Et – d1) / a2

 

El espesor de la sub-base (d3) se obtiene a partir del subrasante y la curva de igual resistencia (S L´n).

d3 = (Et – d1 – d2) / a3

 

El espesor de la subrasante (d4) se obtiene con la siguiente formula:

Et = a1d1 + a2d2 + a3d3 + a4d4

d4 = (Et – (d1 + d2 + d3)) / a4

 

a1 = 0 para carpetas de riego

a1 = 2 para carpetas de concreto asfáltico

a2 = a3 = a4 = 1

 

CT

= coeficiente de acumulación del transito para (n) años de servicio y una tasa de crecimiento anual (r)

To

= transito equivalente medio diario en el carril de proyecto durante el primer año de servicio ejes sencillos equivalentes de 8.2 Ton

S Ln

= transito acumulado al cabo de (n) años de servicio ejes sencillos equivalentes de 8.2 Ton.

 

 

NIVEL DE REACHAZO 2.5

NIVEL DE CONFIANZA Qu = 0.9

BASES

10.03

SUB-BASES Y TERRACERIAS 4.57

 

 

Ejemplo:

Diseño de un pavimento flexible, por el método de la UNAM.

Los datos de diseño son los siguientes:

       

  • clasificación vehicular

  •  

    Tipo de vehículo

    TDPA

    A2

    8460

    A´2

    2116

    B

    684

    C2

    734

    C3

    116

    T2-S2

    28

    T3-S3

    102

    TOTAL

    12240

    tasa de crecimiento anual (r) = 7%
    numero de años de servicio (n) = 10 años
    numero de carriles = 4
    características de los materiales

     

     

     

    calculo del transito equivalente acumulado (L)

     

    transformación del transito mezclado al correspondiente transito equivalente a ejes sencillos de 8.2 Ton. Referido al carril de diseño.

    1 2 3 4 5 6
    Z=0 Z=15 Z=0 Z=15
    A2 8460 0.40 3384 0.005 0.000 16.9 0.0
    A´2 2116 0.40 846 0.34 0.042 287.6 35.5
    B 684 0.40 274 2.00 1.15 548.0 315.1
    C2 734 0.40 294 0.88 0.465 258.7 136.7
    C3 116 0.40 46 0.88 0.675 40.5 31.1
    T2-S2 28 0.40 11 4.00 1.57 44.0 17.3
    T3-S3 102 0.40 41 5.00 1.30 205.0 53.3
    To = 1400.7 T´o = 589.0

     

    El transito acumulado de ejes equivalentes de 8.2 Ton. Durante un periodo de 10 años de servicio es el siguiente:

    S Ln = C´To S L´n = C´T´o

     

    2.- diseño estructural de la carretera.

    terracerias = 3.5% Z = 75 cm

    espesor de carpeta de concreto asfáltico

    base = 80% Z= 17.5cm

    Et = a1d1

    d1 = Et/a1 = 17.5/2 = 8.75 cm

     

    espesor de base hidráulica

    sub-base = 21% Z = 22 cm

    Et = a1d1 + a2d2

    d2 = (Et-d1)/a2 = (22-8.75)/1 = 13.25 cm

     

    espesor de sub-base

    subrasante = 10% Z = 43 cm

    d3 = (Et-d1-d2)/a3 = (43 - 8.75 - 13.25)/1 = 21 cm

     

    espesor de subrasante

    terraceria = 3.5% Z = 75 cm

    Et = a1d1 + a2d2 + a3d3 + a4d4

    d4 = (Et – (d1 + d2 + d3)/a4 = (75 – (8.75 + 13.25 + 21)/1) = 32 cm

     

     

     

     

    Final Tesis Trazo y Construcción de una Carretera
    Realizada por Eduardo Castelàn Sayago
     

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