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PROYECTO FINAL DE INGENIERIA DE
TRANSITO
DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE
ORIENTADO POR : Ing. Henry Vilchez
ELABORADO POR: Br. Jeslyn Obregon
Br. Marlon Arauz
Br. Kenis Zelaya
Br. Ivania Toruño
Marzo 19 del 2016
pág. 2
INDICE. 1. Estudio De Trafico Vehicular .................................................................................................................... 4
1.2 Obtencion de Datos .................................................................................................................................. 4
Tablas de Aforo Vehicular .............................................................................................................................. 5
2. Expansion Vehicular .................................................................................................................................. 6
2.1 Procesamiento de Informacion ................................................................................................................ 8
3. Clasificacion Vehicular Promedio ........................................................................................................... 10
4. Tazas de Crecimiento ............................................................................................................................... 10
4.1 Taza de Crecimiento del PIB ................................................................................................................. 10
4.2 Tasa de Crecimiento .............................................................................................................................. 11
4.3 Crecimiento del Trafico Desarrollado Según Datos de la Estacion 107 Sebaco – Emp. Sn Izidro ...... 11
4.4 Analisis de las Tasas de Crecimiento ..................................................................................................... 12
5 Proyeccion del Trafico .............................................................................................................................. 13
5.1 Factor de Crecimiento (FC) ................................................................................................................... 14
5.2 Periodo de Diseño .................................................................................................................................. 14
5.3 Factor Carril ........................................................................................................................................... 15
Tabla 14. Numero de Carriles ...................................................................................................................... 15
5.4 Factor de Distribucion ............................................................................................................................ 15
6. Tráfico Proyectado y Ejes Equivalentes (ESAL) ..................................................................................... 15
Tabla 15. Trafico de Diseño .......................................................................................................................... 16
VI.ESTRUCTURA DE PAVIMENTO ....................................................................................................... 18
6.1 Índice de serviciabilidad inicial (po) .................................................................................................... 19
6.2 Índice de serviciabilidad final (pt) ....................................................................................................... 19
6.3 Pérdida de serviciabilidad (∆PSI) ........................................................................................................ 20
6.4 Número estructural (SN) ...................................................................................................................... 20
7. Factor de equivalencia (FESAL) ............................................................................................................ 21
7.1 Ejes equivalentes (ejes equivalentes o w18) ........................................................................................ 22
Tabla 17. Calculo de ejes equivalentes ........................................................................................................ 23
7.2 Confiabilidad ®ESAL o W18= 14705159.59 ........................................................................................ 24
7.3 Desvió estándar (S0) ............................................................................................................................. 25
7.4 Coeficiente de Drenaje (m) .................................................................................................................... 25
7.4.1Calculo de CBR de Diseño .................................................................................................................. 25
pág. 3
7.4.2 Capa Base ........................................................................................................................................... 29
7.4.3 Capa Sub base..................................................................................................................................... 30
8. Coeficientes del paquete estructural ........................................................................................................ 32
8.1 La carpeta de rodamiento (a1) ............................................................................................................... 32
8.2 La base (a2) ........................................................................................................................................... 32
Resumen de datos de diseño: ....................................................................................................................... 33
8.4 Cálculo de espesores con método de diseño AASHTO-93 .................................................................. 34
9. Espesores con WINPAS ......................................................................................................................... 35
10. ANEXOS .................................................................................................................................................. 39
pág. 4
1. Estudio De Tráfico Vehicular
El estudio de tráfico vehicular tiene como objetivo principal el de llevar a cabo un conteo de
vehículos, los cuales transitan por un determinado punto de control también llamado estación.
Además de la recopilación de datos en campo, se utilizan tablas de volúmenes horarios,
TPDA, factores de ajuste para cada tipo de vehículo en particular brindadas por el MTI con el fin
de proyectar a n cantidad de años el tráfico diario, semanal, mensual y anual en esta sección de
vía, para luego proceder a realizar nuestro diseño de vía tomando en cuenta que este tendrá una n
cantidad de años de vida útil.
Para el diseño de vía o carretera se tomara en cuenta los datos brindados tanto en el estudio de
suelo realizado en el tramo de la vía así como el estudio de tráfico realizado. Debido a que se
proyectan las vías para tener serviciabilidad a n cantidad de años es necesario obtener los datos
antes mencionados.
1.2 Obtención de Datos
Se realizaron conteos de volúmenes vehiculares en periodos de una hora para luego ser
proyectada a periodos de 8 horas tomando en cuenta los diferentes tipos de vehículos según el
tipo, según su peso y según el número de ejes de estos.
En el caso de la proyección se tomaron datos del anuario del MTI del 2004 y 2011 de donde
se obtuvo información tales como: volumen horario diario, factor día. Factor ajuste y el TPDA.
Se determinaron los puntos sugeridos como puntos de control siendo estos: Enabas en el
municipio de Estelí a una distancia no mayor de 8 metros de separación.
El estudio vehicular fue realizado el día 30 de enero del 2016.
Imagen 1. Punto de control vehicular
pág. 5
Tablas de Aforo Vehicular
Tabla 1. Aforo Vehicular Sur- Norte
Fuente: Autoría Propia
Tabla 2. Aforo Vehicular
Fuente: Autoría Propia
pág. 6
2. Expansión Vehicular
Se expande los volúmenes vehiculares por hora utilizando los volúmenes horarios ya
establecidos en nuestra estación más cercana, que en este caso es la estación 107 (Sebaco – Emp.
San Izidro). Para conseguir la expansión de los volúmenes horarios, se realizan los siguientes
procedimientos:
Se hace la sumatoria de los volúmenes horarios según su hora a proyectar.
Dividir cada volumen horario entre la sumatoria de todos os volúmenes horarios para encontrar
PI.
Se divide volumen aforado en campo entre el PI encontrado para nuestra hora determinada y de
esta manera se encuentra el volumen horario total propio.
Tabla 3. Estación 107
Fuente: MTI Anuario 2004
pág. 7
Tabla 4. Volumen Horario
HORA VOLUMEN HORARIO P.I V.H
06:00 - 07:00 156 7.63% 550
07:00 - 08:00 188 9.19% 662
08:00 - 09:00 233 11.39% 821
09:00 - 10:00 222 10.86% 782
10:00 -11:00 226 11.05% 796
11:00 - 12:00 82 4.01% 289
12:00 - 01:00 250 12.22% 881
01:00 - 02:00 352 17.21% 1240
02:00 - 03:00 336 16.43% 1184
∑= 2045 100.00% 7206
Fuente: Autoría Propia
Tabla 5. Expansión Norte – Sur
Autos JeepCamionet
as
McBus<1
5 s.
MnBus 15-
30 s.Bus 30+ s.
Liv. 2-5
Ton. C2 5+ Ton C3 TxSx≤4e TxSx≥5e Cx-Rx≤4e Cx-Rx≥5e Veh. Agríc
Veh.
ConstOtros TOTAL
179 261 28 246 11 2 25 3 40 0 0 0 4 22 0 0 0 821
PORCENTAJE 21.80% 31.79% 3.41% 29.96% 1.34% 0.24% 3.05% 0.37% 4.87% 0.00% 0.00% 0.00% 0.49% 2.68% 0.00% 0.00% 0.00% 100.00%
06:00 - 07:00 120 175 19 165 7 1 17 2 27 0 0 0 0 0 0 0 0 533
07:00 - 08:00 144 210 23 198 9 2 20 2 32 0 0 0 0 0 0 0 0 641
08:00 - 09:00 179 261 28 246 11 2 25 3 40 0 0 0 4 22 0 22 0 843
09:00 - 10:00 170 249 27 234 10 2 24 3 38 0 0 0 0 0 0 0 0 757
10:00 -11:00 174 253 27 239 11 2 24 3 39 0 0 0 0 0 0 0 0 771
11:00 - 12:00 63 92 10 87 4 1 9 1 14 0 0 0 0 0 0 0 0 280
12:00 - 01:00 192 280 30 264 12 2 27 3 43 0 0 0 0 0 0 0 0 853
01:00 - 02:00 270 394 42 372 17 3 38 5 60 0 0 0 0 0 0 0 0 1201
02:00 - 03:00 258 376 40 355 16 3 36 4 58 0 0 0 0 0 0 0 0 1147
Equipo Pesado
Hora Motos
Vehiculos de Pasajeros Vehículos de Carga
Fuente: Autoría Propia
pág. 8
Tabla 6. Expansión Sur – Norte
Autos JeepCamionet
as
McBus<1
5 s.
MnBus 15-
30 s.Bus 30+ s.
Liv. 2-5
Ton. C2 5+ Ton C3 TxSx≤4e TxSx≥5e Cx-Rx≤4e Cx-Rx≥5e
PORCENTAJE 21.00% 31.00% 3.00% 32.00% 1.00% 1.00% 2.00% 0.00% 5.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 4.00%
06:00 - 07:00 106 157 15 162 5 5 10 0 25 0 0 0 0 0
07:00 - 08:00 133 196 19 203 6 6 13 0 32 0 0 0 0 0
08:00 - 09:00 145 215 24 220 7 4 14 1 34 0 0 1 0 31
09:00 - 10:00 146 216 21 223 7 7 14 0 35 0 0 0 0 0
10:00 -11:00 146 216 21 223 7 7 14 0 35 0 0 0 0 0
11:00 - 12:00 53 78 8 81 3 3 5 0 13 0 0 0 0 0
12:00 - 01:00 159 235 23 243 8 8 15 0 38 0 0 0 0 0
01:00 - 02:00 226 334 32 344 11 11 22 0 54 0 0 0 0 0
02:00 - 03:00 213 314 30 324 10 10 20 0 51 0 0 0 0 0
Hora Motos
Vehiculos de Pasajeros Vehículos de Carga
Fuente: Autoría Propia
2.1 Procesamiento de Información
Para este procedimiento nos auxiliamos de la herramienta de cálculo Microsoft Excel para
determinar los volúmenes horarios anuales (TPDA), haciendo uso de los factores de ajustes
brindados por el MTI en el anuario 2011. Pero se requiere con anterioridad la sumatoria final de
los volúmenes horarios expandidos en nuestro aforo.
Tabla 7. Sentido Final de Aforo Vehicular
FECHA:
Autos Jeep Camionetas McBus
<15 s.
MnBus
15-30 s.
Bus
30+ s.
Liv. 2-5
Ton.
C2 5+
TonC3 TxSx≤4e TxSx≥5e Cx-Rx≤4e Cx-Rx≥5e
06:00-07:00 226 332 34 327 12 6 27 2 52 0 0 0 0 0
07:00-08:00 277 407 42 401 15 8 33 2 64 0 0 0 0 0
08:00-09:00 324 476 52 466 18 6 39 4 74 0 0 1 0 0
09:00-10:00 317 464 48 457 17 9 38 3 73 0 0 0 0 0
10:00-11:00 320 469 48 461 18 9 38 3 74 0 0 0 0 0
11:00-12:00 116 170 17 168 6 3 14 1 27 0 0 0 0 0
12:00-13:00 351 515 53 507 19 10 42 3 81 0 0 0 0 0
13:00-14:00 496 728 75 716 27 14 59 5 114 0 0 0 0 0
14:00-15:00 471 690 71 679 26 13 56 4 108 0 0 0 0 0
Ʃ 2898 4251 439 4181 160 78 346 27 667 1
Hora Motos
Vehiculos de Pasajeros Vehículos de Carga
ESTACIÓN: INDICAR UBICACIÓN KILOMETRICA DE PUNTO DE CONTEO
SENTIDO: FINAL CONTADOR:
Fuente: Autoría Propia
pág. 9
Tabla 8. Factores de Ajuste
Fuente: MTI Anuario 2011
Tabla 9. Transito Promedio Diario Anual Aplicando Factores de Ajuste
ESTACIÓN: INDICAR UBICACIÓN KILOMETRICA DE PUNTO DE CONTEO FECHA:
Autos JeepCamionet
as
McBus<1
5 s.
MnBus 15-
30 s.Bus 30+ s.
Liv. 2-5
Ton. C2 5+ Ton C3 TxSx≤4e TxSx≥5e Cx-Rx≤4e Cx-Rx≥5e Veh. Agríc
Veh.
ConstOtros
06:00-07:00 226 332 34 327 12 6 27 2 52 0 0 0 0 0 0 0 0
07:00-08:00 277 407 42 401 15 8 33 2 64 0 0 0 0 0 0 0 0
08:00-09:00 324 476 52 466 18 6 39 4 74 0 0 1 0 0 0 0 0
09:00-10:00 317 464 48 457 17 9 38 3 73 0 0 0 0 0 0 0 0
10:00-11:00 320 469 48 461 18 9 38 3 74 0 0 0 0 0 0 0 0
11:00-12:00 116 170 17 168 6 3 14 1 27 0 0 0 0 0 0 0 0
12:00-13:00 351 515 53 507 19 10 42 3 81 0 0 0 0 0 0 0 0
13:00-14:00 496 728 75 716 27 14 59 5 114 0 0 0 0 0 0 0 0
14:00-15:00 471 690 71 679 26 13 56 4 108 0 0 0 0 0 0 0 0
TRAFICO 8 HORAS 2898 4251 439 4181 160 78 346 27 667 0 0 1 0 0 0 0 0
FACTOR DIA 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
FACTOR SEMANA 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
FACTRO TEMPORADA 0.91 1.01 0.98 0.99 0.87 0.75 0.99 0.98 0.94 0.91 0.93 1.01 1 1 0.79 1 0.79
TPDA = TD 12 H,* FD*FS*FT 2638 4294 430 4139 139 58 343 27 627 0 0 1 0 0 0 0 0
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
RECINTO AUGUSTO C. SANDINO CONTEOS VOLUMETRICOS DE TRÁFICO
SENTIDO: FINAL CONTADOR:
Hora Motos
Vehiculos de Pasajeros Vehículos de Carga Equipo Pesado
Fuente: Autoría Propia
pág. 10
3. Clasificación Vehicular Promedio
A partir de la clasificación vehicular realizada en situ se procede a conformar la composición
vehicular del aforo, la cual está compuesta de la siguiente manera 93% por vehículos para
pasajeros y 7% para vehículos de carga, a como se puede visualizar en el gráfico.
Grafico 1. Clasificación Vehicular
Fuente: Autoría Propia
4. Tazas de Crecimiento
4.1 Taza de Crecimiento del PIB
El producto interno bruto (PIB) es el concepto macroeconómico que cifra en dinero el valor de
los servicios y productos que realiza una región durante el periodo de un año. Esto significa
cuánto dinero es capaz de producir determinado país en un periodo de tiempo aunque
normalmente se habla de su variación porcentual.
Según datos del BCN las tazas de crecimiento del PIB han sido de bajas a moderadas a como
se muestra en la siguiente tabla.
93%
7%
0%
Clasificacion vehicular
Vehiculos pasajeros Vehiculos de carga Equipos pesados
pág. 11
Tabla 10. Taza de Crecimiento del PIB Nicaragua. Fuente: BCN
FECHA V/A
2014 4.70%
2013 4.50%
2012 5.10%
2011 6.20%
2010 3.20%
CRECIMIENTO DEL PIB
En un periodo de 5 años se observa una tasa de crecimiento positivo que va desde un 3.20% en el año
2010 hasta un 4.7% en el año 2014.
4.2 Tasa de Crecimiento
Para la obtención de los datos de crecimiento poblacional recopilamos datos del censo
poblacional realizado por el INIDE desde el 2005 y proyectado hasta el 2020. De acuerdo con
esta información se dedujo la siguiente tabla de crecimiento poblacional por quinquenio.
Tabla 11. Crecimiento Poblacional Estelí
CRECIMIENTO POBLACIONAL INIDE
FECHA POBLACION PORCENTAJE
2005 118761 `-
2010 121840 2.5%
2015 124317 2.0%
2020 126457 1.7%
Ʃ 491375 2.07%
Fuente: INIDE
La tasa de crecimiento del INIDE según censo del 2005 la población actual del departamento
de Estelí está en un rango del 2.0%, pero datos más actuales indican que la tasa de crecimiento
poblacional de la ciudad del departamento de Estelí está por encima del 3.7%.
4.3 Crecimiento del Tráfico Desarrollado Según Datos de la Estación 107 Sebaco – Emp. Sn
Izidro
El crecimiento vehicular varía según el tipo de vehículo, esta determinación se logra a partir
de los estudios vehiculares realizados con anterioridad en dicho tramo.
Para el tramo en estudio (ENABAS) carretera panamericana se encontraron datos
importantes a tomar en cuenta de la estación de mayor cobertura 107 Sebaco – Emp. Sn Izidro
brindados por el Ministerio de Transporte e Infraestructura (MTI).
pág. 12
Según datos registrados en el anuario 2011 para nuestro tramo trabajado con la estación de
mayor cobertura 107 Sebaco – Emp. Sn Izidro se ha determinado un crecimiento del tráfico
promedio diario anual (TPDA) en un periodo de 10 años de un 14.79% comprendido desde el
año 2002 – 2010 para este tramo de carretera.
En el periodo comprendido desde el 2002 -2005 el TPDA tuvo un incremento porcentual de -
6% y para el periodo comprendido desde el 2006 – 2011 el TPDA varía desde 11.54% hasta un
4.05%.
Tabla 12. Tasa de Crecimiento Vehicular Estación de Mayor Cobertura.
AÑO TPDA
2002 3,272
2003 3,428
2004 3,622
2005 3,405
2006 3,849
2007 3,853
2008 4,092
2009 4,101
2010 4,334
2011 4,517
TASA DE CRECIMIENTO VEHICULAR
0.10%
5.84%
0.22%
-
4.55%
5.36%
TASA DE CRECIMIENTO
-6.37%
11.54%
2006 - 2011 14.79%
5.38%
4.05%
TASA DE CRECIMIENTO VEHICULAR
Fuente: Anuario del MTI 2011
4.4 Análisis de las Tasas de Crecimiento
Nicaragua ha experimentado un crecimiento económico sostenido como resultado del buen
manejo disciplinado de sus políticas fiscales, financieras, monetarias y cambiarias.
La legislación y procedimientos administrativos relacionados a negocios han contribuido a un
fuerte ingreso de inversión extranjera en los últimos años.
Más aun, el excelente desempeño económico ha sido reconocido por el Fondo Monetario
Internacional (FMI), a través de una serie de revisiones durante los últimos años. En la más
reciente revisión en marzo del 2015 el FMI destaco que el reciente desempeño económico ha
sido favorable; además enfatizo “El manejo prudente de las políticas macroeconómicas se
convertirán en perspectivas favorables en el corto y mediano plazo”.
Fuente: Pro Nicaragua
pág. 13
Durante siglos, Estelí ha sido una zona campesina impulsada especialmente por la producción
de tabaco. Pero la ciudad cercana a la frontera con Honduras y El Salvador vive actualmente un
boom de inversiones. La construcción de nuevos hoteles, centro de convenciones, viviendas,
restaurantes, zonas deportivas y la presencia de tiendas de electrodomésticos y franquicias
nacionales e internacionales son factores que crearon el fuerte dinamismo económico
que Nicaragua conoce desde hace cinco años.
Por: Pierre-Marc Rene http://www.forbes.com.mx/nicaragua-el-milagro-de-una-economia-en-
crecimiento
Después de realizado el análisis de las anteriores tablas de crecimiento, en este documento se
procedió a trabajar con la tasa de crecimiento del producto interno bruto (PIB) para la
determinación del factor de crecimiento, todo esto debido a que tanto en la tasa de crecimiento
poblacional proporcionada por el INIDE y la tabla de promedio porcentual del TPDA cedida por
el MTI se encontraron datos inconsistentes. Debido a que Estelí está siendo parte fundamental en
el crecimiento de la economía nacional consideramos que el porcentaje 4.7% del PIB es una tasa
de crecimiento estable dentro de la economía del país, pero de igual manera se sabe que está
también sufre incrementos y decrementos.
5 Proyección del Tráfico
Para convertir el volumen de tráfico obtenido de los conteos se usará un tránsito de Diseño
(TD) que es un factor fundamental para el diseño estructural de pavimentos. Este se obtiene a
partir de la información básica suministrada por el Tránsito Promedio Diario Anual (TPDA),
el Factor de Crecimiento (FC), Factor de Distribución (FD) y Factor Carril (fc). Se calcula
mediante la siguiente ecuación:
El objetivo principal es la cuantificación de los volúmenes de tráfico; normal,
desarrollado y Total del proyecto, cuantificar el Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA), para
el año base y proyectarlo para la vida útil del Proyecto, a partir de las estadísticas del SIC
(sistema internacional de conteo) del MTI. Cuantificar el Tráfico Total de la carretera y su
composición.
pág. 14
La determinación de los Volúmenes de Tráfico; a partir del año base (2016) y de inicio de
operación de la vía (2016), hasta el año horizonte del proyecto (2036), es el principal objetivo
de este estudio de tráfico.
5.1 Factor de Crecimiento (FC)
Se obtiene el factor de crecimiento (Fc) del tránsito por medio de la siguiente fórmula:
Dónde:
I = Tasa de Crecimiento
n = Periodo de Diseño = 20 años
365 = Días del Año
FC =
5.2 Periodo de Diseño
De acuerdo a la funcionalidad de la red vial básica del MTI, el tramo analizado es del tipo
Autopista Regional, por conectar a los países centroamericanos entre sí , es alta importancia para
el país, el periodo mínimo es de 20 años y el máximo de 50, se consideró que la
construcción de la carretera se hará de manera integral para un periodo de diseño de 20 años.
pág. 15
Tabla 13. Periodo Sugerido por la Guía AASHTO 1993
PERIODO DE DISEÑOTIPO DE CARRETERA
COLECTORAS SUBURBANAS 10 - 20 AÑOS
COLECTORAS RURALES 10- 20 AÑOS
AUTOPISTA REGIONAL
TRONCALES SUBURBANAS
TRONCALES RURALES
20 - 40 AÑOS
15 - 30 AÑOS
15 - 30 AÑOS
Fuente: Manual Centroamericano Para el Diseño Geométrico de las Carreteras Regionales SIECA 2001
5.3 Factor Carril
Se refiere al número de carriles por sentido para los cuales se está diseñando. El factor de
carril que utilizaremos será de 100%, ya que estamos considerando que la carretera será
diseñada para 2 carriles de circulación (1 por sentido). fc=1, ver tabla 14.
Tabla 14. Número de Carriles
Numero de Carriles en una Sola Direccion
1
0.80 - 1
0.60 - 0.80
0.50 - 0.75
1
2
3
4
Factor LD ^11
5.4 Factor de Distribución
Este factor se refiere a la distribución direccional del tránsito. Le asignaremos 50% del tráfico
para cada sentido de la vía. Por lo tanto tomamos el valor de
6. Tráfico Proyectado y Ejes Equivalentes (ESAL)
En la siguiente tabla se muestra la conversión de los ESAL y su proyección para 20 años.
pág. 16
Tabla 15. Trafico de Diseño
Tráfico proyectado y ejes equivalentes
Vehiculos TPDA FD fc FC TD
Autos 4,294 0.5 1 19,459 41778473
Jeep 430 0.5 1 19,459 4183685
Camionetas 4139 0.5 1 19,459 40270400.5
McBUS<15s 139 0.5 1 19,459 1352400.5
MnBus15-30s 58 0.5 1 19,459 564311
Bus 30+s 343 0.5 1 19,459 3337218.5
Liv.2-5Ton 27 0.5 1 19,459 262696.5
C2 5+ Ton 627 0.5 1 19,459 6100396.5
C3 0 0.5 1 19,459 0
TxSx≤4e 0 0.5 1 19,459 0
TxSx≥5e 1 0.5 1 19,459 9729.5
Cx-Rx≤4e 0 0.5 1 19,459 0
Cx-Rx≥5e 0 0.5 1 19,459 0
Veh.Agric 0 0.5 1 19,459 0
Veh.Const 0 0.5 1 19,459 0
Otros 0 0.5 1 19,459 0
Total TD 97859311Fuente:
Autoría Propia
En la tabla 15 se muestra el tráfico proyectado el cual corresponde a 97, 858,311
Vehículos/Día proyectados para el año 2036.
pág. 17
CAPITULO VI ESTRUCTURA DE PAVIMENTOS
pág. 18
ESTRUCTURA DE PAVIMENTO
El método que se utilizó para realizar el diseño de la estructura de pavimento en este trabajo
monográfico fue el de la A.A.S.H.T.O. 93, este método involucra los estudios abordados
anteriormente.
En Nicaragua no existe método específico para el diseño de estructura de pavimento. Para el
diseño de carpeta de rodamiento de adoquín, los métodos más usados son:
Método Directo
Murillo López De Souza
Método Argentino
Método Británico
AASHTO
Por lo que el método de A.A.S.H.T.O es el más usado y cuenta con dos técnicas de diseño
para estructuras de pavimento: rígido y flexible. Para el diseño propuesto a continuación se
utilizó el método flexible tomando ciertas consideraciones:
Suponer que el pavimento de adoquín trabaja como pavimento flexible, está basado en la
forma cómo este asimila las cargas y las transmite a los demás miembros de la estructura de
pavimento, trabajando de forma articulada y a la vez como una pequeña losa.
En Nicaragua se utilizan 4 tipos de carpeta de rodamiento en la construcción de carreteras:
macadam, asfáltica, de concreto y adoquinado. Debido a su fácil trabajabilidad y otras
características se eligen adoquines de hormigón en este estudios (se excluye el macadam por
tratarse de carretera urbana). En todo caso resulta una alternativa económica y de
mantenimiento
El método A.A.S.H.T.O, contempla la implementación de modelos matemáticos donde se
ven involucradas variables que condicionan el desarrollo de estos.
pág. 19
Luego de obtener las características y propiedades Físicas y Mecánicas de los Materiales
(Sub-Rasante y Bancos) existente en todo el Proyecto por medio de los Ensayes de Laboratorio
así como los datos del Estudio de Tránsito Vehicular calculado se procede a efectuar el Diseño
de Pavimento siguiendo la metodología propuesta por la guía AASHTO-93.
6.1 Índice de serviciabilidad inicial (po)
En función del diseño de pavimentos y del grado de calidad durante la construcción. El valor
establecido en el Experimento Vial de la AASHTO para los pavimentos flexibles fue de 4,2.
En el Diseño de la Estructura de Pavimento Flexible de las calles del casco urbano de Esteli
se trabajó con un valor de Po=4.2.
6.2 Índice de serviciabilidad final (pt)
Es el valor más bajo que puede ser tolerado por los usuarios de la vía antes de que sea
necesario el tomar acciones de rehabilitación, reconstrucción o repavimentación, y generalmente
varía con la importancia o clasificación funcional de la vía cuyo pavimento se diseña, y son
normalmente los siguientes: Para vías locales, ramales, secundarias y agrícolas se toma un valor
de pt = 2.5 – 3.0
En el Diseño de la Estructura de Pavimento Flexible para el tramo de vía de dicho estudio se
trabajó con un valor: 2.5
pág. 20
6.3 Pérdida de serviciabilidad (∆PSI)
Es la diferencia que existe entre la serviciabilidad inicial y la serviciabilidad final. Entre
mayor sea el ΔPSI mayor será la capacidad de carga del pavimento antes de fallar, calculado con
la siguiente ecuación:
En el Diseño de la Estructura de Pavimento Flexible de las calles en estudio se trabajó con un valor de:
=
6.4 Número estructural (SN)
Para el cálculo de SN se utilizó el Software Ecuación de A.A.S.H.T.O.93 obteniendo un valor
SN de: 4.95.
pág. 21
Ilustración 1. Caculo del SN por AASHTO.93
7. Factor de equivalencia (FESAL)
Se obtiene las tablas de la AASHTO-93 apéndice D (Tabla 27 a Tabla 28 D-4 a D-5
adjuntas en Anexos del Capítulo 4), para ejes Sencillos, Dobles. Conociendo la serviciabilidad
final (Pt=2.5), el número estructural asumido (SN=5) y los pesos (las cargas se encuentran en
Kips) se obtienen los factores de equivalencia (FESAL ver tabla en anexos). Si los pesos de
los ejes no se encuentran en estas Tablas se deben de Interpolar dichos valores.
pág. 22
7.1 Ejes equivalentes (ejes equivalentes o w18)
Este se obtiene conociendo el Transito de Diseño (TD) y los factores de equivalencia
(ESAL). Se calcula mediante la siguiente expresión:
ESAL ó W18= TD*FESAL
Tabla 16. Calculo de interpolación FESAL
El Tráfico pesado es el que mayor daño produce a la estructura de pavimento por lo que
deberá de estimarse con la mayor precisión posible.
En base a los datos anteriormente definidos se procedió a la determinación de los Ejes
equivalentes (ESAL) para cada eje y tipo de vehículos.
Para 2.2 kips de un eje sencillo mediante tabla D1-D2 de AASHTO-93 con SN=5
ESAL o W18= *0.00038=
pág. 23
Tabla 17. Calculo de ejes equivalentes
Para el diseño de la vía analizada se obtuvo un valor de:
Tipo de Vehiculo
Peso por Eje
(Kip) Tipo de
Eje Factor ESALs
Tránsito de Diseño
ESALs de Diseño
Autos 2.2 SIMPLE 0.00038
41778,473.0 15875.81974
2.2 SIMPLE 0.00038 15875.81974
Jeep 2.2 SIMPLE 0.00038
4183,685.00
1589.8003
2.2 SIMPLE 0.00038
1,590
Camionetas 2.2 SIMPLE 0.00038
40270,400.50
15,303
4.4 SIMPLE 0.0036
144,973
Mc bus < 15 a 4.4 SIMPLE 0.0036
1352,400.50
4,869
6.6 SIMPLE 0.0172
23,261
Mn bus 15 - 30 s
6.6 SIMPLE 0.0172 564,311.00
9,706
11 SIMPLE 0.1385
78,157
Bus 30+s 9.9 SIMPLE 0.0853
3337,218.50
284,665
11 SIMPLE 0.0172
57,400
Liv. 2 - 5 t. 9.9 SIMPLE 0.0853
262,696.50
22,408
12.1 SIMPLE 0.19755
51,896
C2 5+t. 11 SIMPLE 0.0172
6100,396.50
104,927
22 SIMPLE 2.27
13847,900
C3 11 SIMPLE 0.0172
- -
36.3 DOBLE 1.428 -
Tx-Sx <=4 e. 11 SIMPLE 0.0172 -
-
35.2 DOBLE 1.264 -
19.8 SIMPLE 1.459 -
Tx-Sx >=5 e. 11 SIMPLE 0.0172
9,730
167
pág. 24
35.2 DOBLE 1.264
12,298
35.2 DOBLE 1.264
12,298
Cx-Rx <=4 e.
9.9 SIMPLE 0.0853
-
-
19.8 SIMPLE 1.459 -
14.3 SIMPLE 0.39945 -
14.3 SIMPLE 0.39945 -
Cx-Rx >=5 e.
11 SIMPLE 0.0172
-
-
35.2 DOBLE 1.264 -
14.3 SIMPLE 0.39945 -
14.3 SIMPLE 0.39945 -
Veh.Agric 9.9 SIMPLE 0.0853
- -
9.9 SIMPLE 0.0853 -
Veh.Const 9.9 SIMPLE 0.0853
- -
9.9 SIMPLE 0.0853 -
OTROS 9.9 SIMPLE 0.0853
- -
9.9 SIMPLE 0.0853 -
TOTAL 14705159.59
7.2 Confiabilidad ®
ESAL o W18= 14705159.59
Es como un Factor de Seguridad y ante esa situación debemos reflexionar en los valores de
confiabilidad que debemos utilizar, empleando los mejores criterios, al hacer un diseño para un
pavimento.
Tabla 18. Porcentajes de Confiabilidad (R)
TIPO DE CAMINO
CONFIABILIDAD RECOMENDADA
ZONA URBANA ZONA RURAL
RUTAS INTERESTATALES Y AUTOPISTAS 85 - 99.9 80 - 99.9
ARTERIAS PRINCIPALES 80 -99 75 - 99
COLECTORAS 80 - 95 75 - 95
LOCALES 50 -80 50 - 80
Fuente: AASHTO-93
pág. 25
Se utilizara un valor que está dentro del rango de confiabilidad de ramales del 90%
7.3 Desvió estándar (S0)
Es un valor estadístico, la AASHTO 93 recomienda para pavimentos flexibles un valor
mínimo de 0.40 y un máximo de 0.50, en este caso se considera el valor de 0.45, debido a que
es un pavimento flexible.
7.4 Coeficiente de Drenaje (m)
El drenaje, es un factor determinante en el comportamiento de la estructura del pavimento a
lo largo de su vida útil y por lo tanto lo es también en el diseño del mismo seleccionado
por el tipo de suelo encontrado que son buenos para el drenaje.
Tabla 19. Capacidad del Drenaje del Suelo
1.40 - 1.35 1.30 - 120
1.35 - 1.25 1.15 - 1.00
1.25 - 1.15 1.00 - 0.80
P = % DEL TIEMPO QUE EL PAVIMENTO ESTA EXPUESTO A NIVELES DE HUMEDAD
BUENO
REGULAR
1.35 - 1.30 1.2
1.25 - 1.15 1
1.15 - 1.05 0.8
EXCELENTE
1 DIA
1 SEMANA
1 MES
NO DRENA
2 HORAS
2 - 5 HORAS
5 - 10 HORAS
10 - 15 HORAS
5% - 25% >25%
CALIDAD DEL DRENAJE AGUA REMOVIDA EN:
CALIDAD DEL DRENAJE
85% DE SATURACION
EXCELENTE
BUENO
REGULAR
POBRE
50% DE SATURACION
< 1% 1% - 5%
MAYOR A 15 HORASMALO
2 HORAS
CAPACIDAD DEL DRENAJE PARA REMOVER LA HUMEDAD
Fuente: AASHTO 93
7.4.1Calculo de CBR de Diseño
Para determinar el CBR de Diseño, se hizo necesario realizar varias pruebas, teniendo en
cuenta la longitud del tramo. Todas estas pruebas como es de esperarse que los resultados
obtenidos difieran entre ellos a causa de las variaciones naturales del suelo y las
imprecisiones que pueden cometerse al efectuar los ensayos.
pág. 26
El valor a tomar de los materiales existentes debe ser representativo en el tramo del camino a
considerar en el diseño del pavimento por los que existen muchos criterios para seleccionar el
CBR adecuado, siendo el más utilizado el del instituto del asfalto que recomienda tomar un valor
tal que el 60%,75% o el 87.5% de los valores individuales que sean mayores o iguales que él,
de acuerdo con el tránsito que se espera circule por el pavimento, tal como se indica en la tabla
siguiente:
Tabla 20. Límite para selección de CBR de Diseño
Fuente: ASHTO 93
Para el caso de nuestra investigación el valor de percentil de diseño será del 87.5% por
tener un ESAL's de
De la Línea de Sondeo se tienen las muestras de suelos para cada muestra recogida
posteriormente se llevan a laboratorio y se determina los valores de CBR para cada una.
Algunas de las muestra tienen un mismo valor de CBR debido a las características similares de
los suelos, a esto se le llama frecuencia.
Luego de ordenar los valores de CBR de menor a mayor junto con sus respectivas frecuencia
Se determina el número y el porcentaje de valores iguales o mayores de cada uno.
Con los % de valores CBR Mayores o Iguales y los Valores CBR obtenidos de laboratorio, se
gráfica dichos datos en papel milimetrado, resultando una curva extensa.
Aplicar recomendación del Instituto del Asfalto de USA, en nuestro caso el percentil del 75%
del CBR será el CBR de diseño de la Capa Subrasante.
Nivel de Transito Valor porcentil para diseño de subrasante(%)
< 60
75
> 87.5
pág. 27
Y por último introducir dicho porcentaje en la gráfica y leer el valor de CBR de diseño.
Tabla 21. Selección del CBR de DiseÑO
9 2 14 100
11 3 12 86
12 2 9 64
16 1 7 50
17 1 6 43
24 1 5 36
30 1 4 29
33 1 3 21
50 1 2 14
55 1 1 7
14
Con los valores CBR y % de valores se dibuja un gráfico donde se determina el CBR de
diseño.
Valor CBR
Obtenido
Frecuencia Numero de Valores Mayores o Iguales Numero de Valores
Mayores o Iguales
% de Valores de
CBR Mayores o Iguales
pág. 28
Ilustración 2. Selección del CBR de diseño
En el diseño de espesores de una estructura de pavimento flexible, el método del instituto del
asfalto, considera como parámetro fundamental la evaluación de los materiales para obtener el
módulo de resiliencia (MR).
Como no es fácil tener el equipo para llevar a cabo este tipo de pruebas, se han establecidos
factores de correlación entre el módulo de resiliencia (MR) y la prueba del CBR (AASHTO T-
193). Los valores obtenidos son bastante aproximados.
Para calcular el módulo de resilencia a partir del CBR se han desarrollado las siguientes
formulas empíricas:
MR = 1500 x CBR para CBR < 7.2%
pág. 29
MR = 3000 x CBR0.65 para CBR de 7.2% a 20% MR =
4326 x lnCBR + 241 para suelos granulares
Por lo tanto para nuestro caso haremos uso de la formula; MR = 3000 x CBR0.65 = 3000(11)0.65
= 14,257 psi
7.4.2 Capa Base
Para la base se empleará material del Banco denominado “La Peñona” ubicado a 1.5 km,
partiendo del ensaye CBR de este material resulto con un CBR=74%, por lo que el Módulo de
Resilencia y coeficiente estructural es obtenido a través del gráfico: variación de a2 para bases
granulares
pág. 30
Ilustración 3. Coeficiente estructural a2, para pavimentos flexibles
Fuente:
A.A.S.H.T.O 93
7.4.3 Capa Sub base
Para la conformación de la sub base se utilizó un segundo banco de materiales denominado
“La pinta mico”, el cual está ubicado a 3 km. partiendo del ensaye CBR de este material resulto
con un CBR=43%, por lo que el Módulo de Resilencia y coeficiente estructural es obtenido a
través del gráfico: variación de a3 para bases granulares;
a3: 0.121
MR: 14,257
pág. 31
Ilustración 4. Coeficiente estructural a3, para pavimentos flexibles
Fuente: A.A.S.H.T.93
pág. 32
8. Coeficientes del paquete estructural
Además del coeficiente de drenaje, existen otros factores estructurales que involucran las
características y propiedades de los diferentes materiales que formarán parte del paquete
estructural. Estos, están representados con la siguiente simbología:
8.1 La carpeta de rodamiento (a1)
En el caso de a1 es el coeficiente de capa de la carpeta en nuestro caso el adoquín, para ello
la AASHTO 93 recomienda usar un coeficiente de 0.45 partiendo que el módulo elástico del
adoquín es de 450,000 PSI
8.2 La base (a2)
a2: 0.1320 (ver acápite 5.1.10.1)
8.3 La sub-base
a3: 0.121 (ver acápite 5.1.10.2)
pág. 33
Resumen de datos de diseño:
Índice de Confianza (%): 99,9
Índice de Servicio Inicial: 4.2
Índice de Servicio Final: 2.5
Índice de Servicio de Diseño: 1.7
Desviación Estándar, So: 0.45
CBR de Subrasante (%): 11.0
Módulo de Resiliencia, Mr.: 14,257 psi
Período de Diseño (Años): 20
9) Número de Ejes Equivalentes: 14705159.59
10) Número estructural: 4.95
11) Zr Para un nivel determinado de confiabilidad, por ejemplo R = 99%, el valor de ZR
puede ser obtenido de las curvas de distribución normal (Curvas de Gauss), y corresponde al
área en el sector que va desde (- ∞) hasta (100-R / 100). En una curva de Gauss se tiene que
para R = 99%, el valor de ZR = (-2.327)
pág. 34
8.4 Cálculo de espesores con método de diseño AASHTO-93
Variables = 4.95
Numero de Ejes Equivalentes = 14705159.59
Módulo de Resilencia = 14,257
ZR = - 2 .327
Índice de Servicio de Diseño (∆PSI) = 2.2
Para determinar que el valor SN asumido es correcto se hace una igualación del
logaritm010 del ESAL de Diseño con la Ecuación AASHTO 93 donde se obtiene
que:
pág. 35
9. Espesores con WINPAS
La verificación o comprobación de resultados fue posible mediante el uso del Software
WINPAS desarrollado por la American Concrete Pavement Asociation (ACPA) para la
evaluación y diseño de pavimento rígido y flexible.
A continuación se presenta el procedimiento de introducción de datos al programa
WINPAS a fin de validar los espesores calculados anteriormente.
Ilustración 5. Software WINPAS
Fuente: AASHTO 93
pág. 36
Ilustracion 6
Fuente: AASHTO 93
pág. 37
Ilustracion 7
Fuente: AASHTO 93
Fuente 8. Calculo del Numero Estructural del Asfalto
Fuente: WINPAS
pág. 38
Dados los resultados obtenidos en el software WINPAS se deduce que estructuralmente el
pavimento propuesto requiere de una capa de su-base de 15 pulgadas debido a que la
surasante posee una capacidad de soporte por debajo de los 4.95 de Numero Estructural
requeridos en el estudio de suelo.
Tabla 22. Diseño de Pavimento
NUMERO ESTRUCTURAL REQUERIDO = 4.95
CAPA
ADOQ. + C. ARENA
SUB-BASE
ESPESOR plg
8"
15"
SN TOTAL
5.58
Fuente: WINPAS
pág. 39
10. ANEXOS
Libro de Diseño de Pavimentos AASHTO 93.
Manual de Pavimentos (SIECA).
Anuarios del MTI 2005 – 2011.
Instituto Nacional de Información de Desarrollo (Censo 2005).
Banco Central de Nicaragua (BCN).
