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PIP: MEJORAMIENTO VIAL DEL JR. PUNO EN LA CIUDAD DE PUERTO MALDONADO REGION MADRE DE DIOS

AREA FUNCIONAL DE ESTUDIOS Y PROYECTOS

DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO I.

DETERMINACION DEL ESPESOR DE LA BASE Para nuestro caso tomaremos como referencia un CBR de la Sub rasante (valor de diseño)= 8.00%, (se asume un CBR mas critico para el diseño), y según el siguiente cuadro se puede clasificar como: C.B.R

CLASIFICACIÓN

USOS

0-3

Muy pobre

Sub rasante

3-7

Pobre o Regular

Sub rasante

7 - 20

Regular

Sub base

20 - 50

Bueno

Base, Sub Base

50 - 80

Muy Bueno

Base, Sub Base

> a 80

Excelente

Base

Fuente: Carreteras y Aeropuertos - Valle Rodas

Viendo el cuadro anterior, se puede definir que la sub rasante tiene como clasificación general como Regular, y su uso puede ser de sub base.

1.1 CALCULO DEL ESPESOR DE LA BASE – METODO DEL CBR En pavimentos las fallas que se producen se deben principalmente al desplazamiento o a la falla al corte, de los materiales que componen las diferentes capas, por consiguiente el diseño se basa en los ensayos al corte. La determinación de la resistencia al corte de un suelo se puede hacer por medio de un ensayo de “Corte Directo” de una prueba “Triaxial” o simplemente midiendo la resistencia a la penetración del material. El método de California fue propuesto por el Ing. Porter en el año 1929 y adoptado por el Departamento de Carreteras de California, así mismo por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos. Este método si bien es empírico, se basa en un sin número de trabajos de investigación llevados a cabo tanto en los laboratorios de ensayo de materiales, así como en el terreno, lo que permite considerarlo uno de los métodos más usados. En el gráfico, se encuentra las diferentes curvas para el cálculo del pavimento flexible, donde se considera cargas por rueda comprendidas entre 4000 y 18000lbs. Este gráfico puede ser utilizado para el diseño de carreteras, de tránsito liviano, y así como para aeropistas a vuelo regular.

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METODO DEL CBR MEJORAMIENTO VIAL DEL JR PUNO EN LA CIUDAD DE PUERTO MALDONADO

PROYEC T O :

CLASIFICACIÓN DE LAS CAPAS SEGÚN EL CBR DE LOS

MÉTODO DEL C.B.R cm.

C

G AR

AP

OR

RU

A ED

lb 00 40

60

70

MATERIALES CLASIFICACIÓN

USOS

0-3

Muy pobre

Sub rasante Sub rasante

3-7

Pobre o Regular

7 - 20

Regular

Sub base

20 - 50

Bueno

Base, Sub Base

50 - 80

Muy Bueno

Base, Sub Base

> a 80

Excelente

Base

Fuente: Carreteras y Aeropuertos - Valle Rodas

00

00 0

DATOS NECESARIOS PARA EL DISEÑO DEL PAVIMENTO

70 0

12

00

0

00 10

0

10

* Carga por rueda:

15

00

* CBR de diseño de la Subrasante al 95% de la MDS. 8%

37

00

0

CBR =

40 00 0

CARGA POR RUEDA:

50

00

0

Vehículo m ás pesado que transita por la vía; del estudio de tráfico se tiene el vehiculo "C4"

Tipo

Eje

C4

1 (* ) 2 (* * )

000 1 50

000 1 20

1 00

00 0

780

00

ESPESOR COMBINADO DE BASE Y PAVIMENTO

40

C.B.R

Carga por

Carga por

eje(lb)

rueda(lb)

13200 55000

6600 13750

* 2 llantas

plg.

* * 4 llantas

RELACIÓN DE SOPORTE CALIFORNIA (C.B.R) EN PORCENTAJE PARA 0.1" DE PENETRACIÓN.

Se tomará el mayor =

13750 lb

ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO. Con los datos de diseño y utilizando el gráfico adjunto se obtiene un espesor total del pav imento de: Base + Pavimento

40 Cm

Base Granular

25 Cm

Losa de Concreto

15 Cm

N o t a: Debemos tener presente que los terrenos de fundación que t engan un CBR menor del 15%necesitan una capa de sub-base (mín 4" =10cm), en cambio los suelos con CBR mayor del 15%solo requiere de base y capa de rodamiento.

15 Cm

Losa de Concreto

25 Cm

Base Granular

Sub Rasante

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II. 2.1

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DISEÑO DE LA LOSA – CONCRETO FIBROREFORZADO INTRODUCCION El presente proyecto trata de una losa monolítica apoyada sobre el suelo, la cual será ejecutada en concreto fibroreforzado. Pavimentos rígidos realizados en concreto fibroreforzado traen consigo ventajas técnicas y económicas en comparación con las pavimentaciones rígidas ejecutadas en concreto reforzados convencionalmente. La incorporación de fibras de acero WIRAND® logran un incremento sustancial en las propiedades de esfuerzo y tenacidad, especialmente en condiciones de subbase desfavorables. No es necesaria la utilización de una capa regularizadora o recubrimiento para la losa, por lo que el espesor de la losa puede ser generalmente optimizado o reducido. El ahorro en tiempo y costo que viene dado por la utilización de fibras de acero WIRAND® debido a la eliminación de costos de colocación y control del acero convencional, además que el camión de concreto puede accesar directamente hasta el sitio de colocación evitando así gastos en la utilización de bombas de concreto. Las fibras de acero WIRAND® pueden ser añadidas a la mezcla de concreto con mucha facilidad, ya sea directamente al camión con la mezcla lista o en la planta durante el proceso de introducción de los agregados. En el caso de introducción directa en el camión, el tiempo de mezclado será aproximadamente de 1 minuto por metro cúbico, desde el inicio de colocación de las fibras. No es necesaria la utilización de equipos especiales de dosificación de fibras, pero los mismos se encuentran disponibles en caso que el cliente lo considere apropiado para incrementar la productividad de la obra.

2.2

Diseño Estructural El principio general de la metodología de diseño es la determinación del espesor de la losa de concreto o pavimento. La consideración de las características reales del concreto fibroreforzado permite obtener resultados validos en la práctica. El diseño estructural de losas de concreto fibroreforzado se basa en reglas técnicas y recomendaciones incluidas en el código ingles TR 34/3. Este procedimiento facilita el uso de las propiedades mecánicas naturales del concreto mejorando las propiedades de esfuerzo y comportamiento post fisuración debido a la incorporación de fibras de acero WIRAND® FF1. Las reflexiones sobre factores de seguridad están acorde al código EC 2 / TR34.

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[TR34] Los cálculos y las consideraciones de diseño de este método están basadas en los códigos EN206, Eurocódigo 2, y en el reporte TR34 tercera edición, de "The Concrete Society", UK, de pisos de concreto apoyados sobre suelos. Las teorías de diseño están basadas en los métodos de Losberg, Meyerhof y Hetenyi. [NLFM] Los cálculos y las consideraciones de diseño de este método están basados en los códigos EN206, Eurocódigo 2, y en la metodología de diseño basada en la mecánica de la fractura no lineal para losas apoyadas sobre el suelo, desarrollado por Officine Maccaferri S.p.A. [WEST] El siguiente cálculo de diseño está basado en el código EN 206, Eurocódigo 2 en el trabajo de Westergaard para un sistema elástico. Las fibras de acero seleccionadas son las fibras WIRAND® FF1 de Officine Maccaferri S.p.A. Bologna/Italy. El uso de fibras no especificadas en este diseño puede resultar en daños en la losa de concreto. El presente diseño es únicamente valido para las fibras de acero y/o fibras de polipropileno especificadas en la presente evaluación. Las siguientes evaluaciones representan una propuesta para el Ingeniero diseñador y el usuario para el proyecto a desarrollar con el uso de concreto reforzado con fibras de acero WIRAND®. Este reporte no representa ninguna sustitución de la documentación legal del proyecto y deberá ser verificado y aprobado por el Ingeniero proyectista. El mismo deberá ser verificado y aprobado por el usuario si esto representa una necesidad legal. Toda la información base con la cual el autor del diseño ha desarrollado la propuesta deberá ser verificada antes de la ejecución del piso industrial o pavimento en referencia dentro de esta propuesta. 2.3

DISEÑO

2.3.1 Procedimiento de Cálculo El procedimiento de cálculo adaptado por el programa PAVE 2008 está basado en los reglamentos mencionados en los párrafos anteriores, el cual puede ser seleccionado por el diseñador según su preferencia. A partir de un pre-diseño (Peralte de losa y dosificación de fibras metálicas y/o polipropileno) se determina los esfuerzos admisibles de la estructura. Luego, se determinan los esfuerzos actuantes debido a las cargas sobre el pavimento, los cambios de temperatura y los esfuerzos de retracción que están presentes en el concreto; en el caso de las cargas se verificará también si la carga es en el borde del paño, en la esquina o en el centro, considerando también si las juntas serán con dowells o no. Estos esfuerzos actuantes son amplificados utilizando los factores de seguridad que estipule el código seleccionado para el diseño.

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Finalmente, se compararán los esfuerzos actuantes con los admisibles por la estructura y se calcularán factores de seguridad que serán los que determinen la certeza del diseño recomendado. 2.3.2 Datos de Diseño: o o o o o o o o

CBR de Sub rasante = 8%. CBR material de base= 29% Espesor de base= 25cm Resistencia de Concreto f’c = 210kg/cm2 Módulo de rotura de 3.10MPa. Espesor de Losa 15.00cm con de fibra de acero Wirand FF1= 20kg/m3 Dosificación de fibra de polipropileno Fibromac12= 600gr/m3. Carga para el diseño: Camión C4

Figura 01.- Camión C4 (aproximadamente 32tn).

Distribución de Cargas CAMION TIPO C4: Peso bruto = 32tn.

1.5

1.5

1.85

4.5

3.5Tn

4.2Tn

4.2Tn

Figura 02.- Distribución de Cargas por rueda.

Entonces el peso por cada rueda es de: Peso por rueda de eje delantero = 3.50tn Peso por rueda de eje trasero = 2.08tn

4.2Tn

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2.3.3 Cálculo del espesor de la losa de concreto Se introducen los principales datos del sistema (espesor y dosificación de fibras a verificar), datos de temperatura, calidad de concreto, valores de resistencia, etc. como se muestra a continuación:

Figura 03.- Valores de entrada del sistema.

Luego se introducen los parámetros de apoyo, como se comentó inicialmente esta losa estará apoyada sobre un suelo con un CBR de 8%, con lo que se podrá determinar el radio de rigidez, longitud característica y tener la consideración de apoyo para el diseño:

Figura 04.- Apoyo y cálculo de rigidez del sistema.

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Seguidamente, se introducen las cargas que estarán presentes sobre la losa durante su vida útil, entre las cuales el programa determinará cuál es más perjudicial para la losa. En este momento el programa puede determinar las cargas actuantes en el sistema y la carga admisible del sistema, con lo que nos podemos dar una primera impresión de la seguridad de la losa, en este caso contamos para el diseño con la carga más crítica que viene a ser el camión tipo C4:

Figura 05.- Cálculo de cargas actuantes y admisibles del camión.

Finalmente el programa suma los efectos de las cargas a los ocasionados por el alabeo provocado por el cambio de temperatura y los compara con los admisibles:

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Figura 06.- Determinación del Factor de Seguridad Global debido a Cargas de Flexión

Figura 07.- Determinación de Factor de Seguridad Global debido a cargas de Punzonamiento.

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Factores de Seguridad: Factor de Seguridad Global Cargas de Flexión

= 2.11 → OK.

Factor de Seguridad Global Esfuerzos de Flexión

= 4.93→ OK

Factor de Seguridad Mínimo al Punzonamiento

= 1.82 → OK.

Concluimos que el diseño óptimo para este pavimento es de una losa de 15.00cm de espesor con una dosificación de 20kg/m3 de fibras de acero Wirand FF1 y 600gr/m3 de fibras de polipropileno Fibromac 12.