Memoria Pavimento REV1

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PROYECTO PAVIMENTACIÓN Y AGUAS LLUVIAS PROYECTO : PAVIMENTACIÓN SECTOR NUEVO REINO, COMUNA DE CISNES, REGIÓN DE AYSÉN. MANDANTE : MUNICIPALIDAD DE PUERTO CISNES. CONTENIDOS : MEMORIA EXPLICATIVA Y DE CÁLCULO Inés de Suarez 218 Of 214, Concepción Fono 09 4491058 - (041) 2461639 e-mail: [email protected]

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MEMORIA DE PAVIMENTACIÓN DE UN PROYECTO EN AYSEN, CHILE

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PROYECTOPAVIMENTACIÓN Y AGUAS LLUVIAS

PROYECTO : PAVIMENTACIÓN SECTOR NUEVO REINO, COMUNA DE CISNES, REGIÓN DE AYSÉN.

MANDANTE : MUNICIPALIDAD DE PUERTO CISNES.CONTENIDOS : MEMORIA EXPLICATIVA Y DE CÁLCULO

SEPTIEMBRE DE 2013

Inés de Suarez 218 Of 214, Concepción Fono 09 4491058 - (041) 2461639e-mail: [email protected]

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INDICE

1.- GENERALIDADES___________________________________________________1

2.- MECÁNICA DE SUELOS______________________________________________1

3.- ESTIMACIONES DE TRÁNSITO_______________________________________2

4.- CARACTERÍSTICAS DE LAS CALLES__________________________________2

5.- PARÁMETROS DE DISEÑO___________________________________________3

5.1.- Parámetros de diseño de pavimentos rígidos______________________________3

5.2.- Diseño de Pavimentos Rígidos_________________________________________5

6. CAUDAL DE DISEÑO__________________________________________________7

6.1 SELECCIÓN DE UNA LLUVIA DE DISEÑO____________________________7

6.2 FÓRMULAS UTILIZADAS__________________________________________7

6.3 INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN___________________________________7

6.4 ÁREA TOTAL APORTANTE DE LA CUENCA._________________________8

6.5 CAUDAL DE DISEÑO.______________________________________________9

6.6 DISPOSICION DE AGUAS LLUVIAS._________________________________9

6.7 CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS COLECTORES DE AGUA_______10

6.8 CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS SUMIDEROS_________________10

7. OBRAS DE ARTE Y REFUERZOS ESPECIALES___________________________11

8. TALUDES___________________________________________________________11

9. ENROCADO_________________________________________________________12

ANEXOS________________________________________________________________13

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1.- GENERALIDADES

La presente Memoria de Cálculo corresponde al Proyecto de Pavimentación y Evacuación de Aguas Lluvias de la Calle y Pasaje "Costanera San Luis", además de la prolongación de la Calle Séptimo de Línea para empalmarse con Calle Costanera San Luis, de la ciudad de Puerto Cisnes, Región de Aysén.

El proyecto considera la ejecución de calzadas de HCV, un reemplazo de suelo y el saneamiento de aguas lluvias a través de sumideros de agua.

2.- MECÁNICA DE SUELOS

Para establecer las características y condiciones del suelo de fundación se practicaron

calicatas en 3 sectores del proyecto. Las calicatas fueron elaboradas por un Laboratorio

Oficial en atención a los criterios requeridos por la Licitación.

El material identificado fue una arena limosa: SM según la clasificación USCS, A-4 según

la clasificación AASHTO. La estratigrafía del suelo se presenta en la Tabla 2.1, la cual se

obtuvo de 2 calicatas (N°02 y N°03) según la mecánica de suelos.

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Calicata Profundidad (m) Descripción

02

0.00 a 0.20 Material de estabilizado contaminado. Material de rechazo..

0.20 a 2.00Limo con presencia de arena, plasticidad alta, color café, vetas de color plomo. Presencia de materia orgánica, envaralados y ramas. Suelo de origen fluvial.

Sin presencia de nivel freático al 30/04/2013.

03

0.00 a 0.30 Capa vegetal.

0.30 a 0.70Arena fina, compacta, limpia de color gris con algo de amarillo, sin olor. Sin presencia de materia orgánica. Suelo de origen fluvial.

0.70 a 1.00Arena gruesa, compacta, color amarillo, sin olor y con gravas redondeadas. Sin presencia de materia orgánica. Suelo de origen fluvial.

1.00 a 1.60Arena gruesa, compacta, color amarillo, sin olor. Sin presencia de materia orgánica. Suelo de origen fluvial.

Nivel freático, 1,60m (nivel del río).

Tabla 2.1 Perfil estratigráfico de las calicatas.

3.- ESTIMACIONES DE TRÁNSITO

Se utilizan los valores de solicitación de tránsito de diseño (Ejes equivalentes, EE)

recomendados por el Código de Normas y Especificaciones Técnicas para Obras de

Pavimentación (MINVU,2008), para vías de tipo Calle y Pasaje:

TIPO DE VÍA EE

CALLE 200.000

PASAJE 50.000

Tabla 3.1 Solicitaciones de tránsito.

4.- CARACTERÍSTICAS DE LAS CALLES

Las calzadas proyectadas tienen perfil de calle y pasaje respectivamente cuyas dimensiones

son las indicadas en la siguiente tabla:

VIA Ancho Bermas Aceras Soleras Espesor

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Calle 7.00 No Si, a ambos lados. Tipo A0.16 HCV

0.15 Base

Pasaje 3.50

Si , 0.50

a cada

lado

Solo en un costado. ----0.16 HCV

0.15 Base

Tabla 4.1 Características de las calles.

En general las calzadas han sido proyectados en HCV de espesor e=0.16 m en calles y

pasajes. Se considera la construcción de bermas en el pasaje, las que serán de material

estabilizado con un espesor de 0.15 cm y un ancho a cada lado de 0.50 cm y aceras en

calles a ambos lados de la calzada. En el caso del pasaje, sólo se considera la construcción

de acera a un lado de la calzada, opuesto a la orilla del río.

La base proyectada será de 15 cm bajo la calzada con CBR ≥80%.

Se considera:

- Tela de geotextil colocada sobre la sub-rasante para evitar la contaminación de la base.

- Reemplazo de suelo de 1 m de espesor, bajo el nivel de la sub-rasante.

- Geomalla bajo el reemplazo de suelo.

5.- PARÁMETROS DE DISEÑO

El diseño de los pavimentos rígidos se realizará de acuerdo a lo señalado en el Método

AASHTO-98 presente en el Manual de Carreteras Volumen 3: Instrucciones y Criterios de

Diseño.

5.1.- Parámetros de diseño de pavimentos rígidos

A continuación se analizan los diferentes parámetros que influyen en el diseño y

comportamiento del pavimento rígido.

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Tránsito

Se utilizan los valores establecidos en el Código de Normas y Especificaciones Técnicas de

Obras de Pavimentación del Ministerio de Vivienda y Urbanismo. Por tratarse de vías con

bajo flujo vehicular se verificará una solicitación de tránsito de 200.000 EE para la calle y

50.000 EE para el pasaje.

Calidad del terreno de fundación

Para los pavimentos de hormigón, el parámetro que entrega la calidad del suelo de

fundación corresponde al módulo de reacción de la sub-rasante (k), el que se puede

determinar como una correlación con el valor de CBR en la profundidad a la que afectan las

cargas.

Según las calicatas y muestras analizadas, el suelo existente corresponde a una arena limosa

SM según la el sistema de clasificación USCS, A-4 según la clasificación AASHTO. No se

pudo determinar su CBR debido a su mala calidad, lo cual imposibilitó la realización del

ensayo. Para efecto del diseño del pavimento, se considera un CBR de 3%.

Tipo y calidad de las capa granular

En un pavimento rígido, la función de la capa granular (base), es entregar apoyo al

hormigón en una superficie homogénea. Esta capa granular está formada por material

granular con un C.B.R. entre 80% y 95% de la D.M.C.S y que cumpla con lo señalado en

las especificaciones técnicas.

Calidad de la losa de hormigón

En el diseño de pavimentos por el método AASHTO, el espesor de la losa de hormigón será

función, entre otros parámetros, de la calidad del hormigón, la que se mide por la

resistencia media a flexo-tracción a los 28 días. En este caso se ha adoptado como

resistencia de diseño de 4.2 MPa, el que se considera conservador, pero entrega un margen

de seguridad, especialmente considerando que los contratistas que ejecuten algunas obras

no cuentan con la tecnología avanzada que les permita obtener resistencias mayores.

Además, no se considera el uso de barras de traspaso de carga entre losas.

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Clima

El parámetro clima influye en el pavimento rígido de dos maneras:

Por el Agua: la presencia de agua en la sub-base genera fenómenos de bombeo de

finos, los que hacen perder sustentación a la losa, la que falla al aumentar su flexión.

Del mismo modo la acumulación de finos bajo las losas produce escalonamiento de

ellas.

Por la temperatura: los cambios de temperatura y la diferencia entre la superficie del

pavimento y el fondo de la losa, produce fenómenos de alabeo, con lo que la losa

falla por flexo-tracción. Este proceso se minimiza considerando losas de menor

longitud, que en este caso se ha determinado en 4 m.

Por el viento: aumenta las tasas de evaporación en la superficie del hormigón y por

lo tanto incrementa la posibilidad de que se produzca agrietamiento por contracción.

Saneamiento

Este punto es muy importante en el diseño de un pavimento, ya que de él depende que el

agua que ingrese a las capas estructurales pueda salir y/o que las aguas que se acerquen al

pavimento sean interceptadas y evacuadas antes que puedan dañarlo.

En este caso el saneamiento se ha basado en la evacuación de aguas lluvias por medio de

escurrimiento superficial, para eliminarlas por el sistema de saneamiento de la ciudad o el

diseñado especialmente según sea el caso..

Índice de Serviciabilidad

Se asume un valor del índice de serviciabilidad inicial p i=4,5.

Considerando que el pavimento debe mantener un nivel de serviciabilidad mínimo durante

toda su vida útil, lo que está asociado a un programa de mantención el que depende del

pavimento que se coloque, se diseñará el pavimento para un índice de serviciabilidad final

p f =2,0

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5.2.- Diseño de Pavimentos Rígidos

Analizados los antecedentes básicos obtenidos a través de los estudios de ingeniería básica,

se procedió a realizar el diseño del pavimento utilizando el método AASHTO 1998 para

pavimentos rígidos presente en el Manual de Carreteras Volumen 3: Instrucciones y

Criterios de Diseño. Los ejes equivalentes (EE) que soporta la estructuración del pavimento

queda determinada por W18, con la siguiente ecuación:

log (W 18)=log ( R )+ GF

+(5,065−0,03295 ∙ pf2,4) ∙( log ( S'

c

σ 't)−log( 4,754

σ t))+ZR ∙ So.

Parámetro Valor Unidad Descripción

pi 4,5   Serviciabilidad inicial

pf 2   Serviciabilidad final

Sc' 4,2 MPa Resistencia a la flexotracción del hormigón

D 160 mm Espesor de la losa

Ec 29000 MPa Módulo de elasticidad del Hormigón

μ 0,15   Razón de Poisson del hormigón

L 4 m Distancia entre juntas

TB 0,94   Factor de ajuste por berma

E b 103,4 MPa Módulo de elasticidad de la base

Hb 150 mm Espesor de la base

f 1,4   Coeficiente de fricción entre losa y base

CBR 3 % CBR de la sub-rasante

L1 80 kN Carga del Eje simple

L2 1   Código de eje simple

Zr -0,253

  Coeficiente estadístico

So 0,4   Desviación estándar

TEMP 9 °C Temperatura media anual

PRECIP 3939 mm Precipitación media anual

WIND 9,0 nudos Velocidad del viento media anual

N5 245 dias Dias con precipitación mayor a 5mm

Tabla 5.2 Parámetros de Diseño

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Las fórmulas utilizadas para determinar W18 y que utilizan los parámetros de la tabla

anterior, se describen en el Anexo.

La capacidad de la estructuración compuesta por 16 cm de espesor de losa y 15 cm de

espesor de base granular es de 1,6 millones de Ejes Equivalentes (EE), lo cual es mayor a

las solicitaciones dadas para calles : 200.000 EE y pasajes: 50.000. Por lo tanto la

estructuración es adecuada.

Además se verificó que el escalonamiento promedio de las juntas es de 0,5 mm es inferior

al valor máximo recomendado en el Manual de Carreteras Volumen 3: 5mm. El detalle de

todas las fórmulas para el cálculo, se encuentran en los anexos.

6. CAUDAL DE DISEÑO

6.1 SELECCIÓN DE UNA LLUVIA DE DISEÑO

Por no existir información más acabada se utilizará la información recogida del documento:

"Técnicas alternativas para soluciones de aguas lluvias en sectores urbanos" del MINVU.

6.2 FÓRMULAS UTILIZADAS

Para el cálculo hidráulico se utilizará el método racional:

Q= c ∙i ∙ A3,6

Donde:

Q : Caudal en m3/s.

c : Coeficiente de escorrentía

i : Intensida de la lluvia de diseño en mm/hr.

A : Área tributaria en km2.

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6.3 INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN

Para la determinación de la intensidad de precipitación de diseño se utilizaron los valores

de Precipitaciones Máximas para 10 años de período de retorno, presentadas en el

documento: "Técnicas alternativas para soluciones de aguas lluvias en sectores urbanos"

del MINVU. Por no contar con información ni registros, para este caso se consideró la

precipitación para una lluvia de 60 minutos y un período de retorno de 10 años de i=33

mm/hr, dada para la ciudad de Aysén, la cual cuenta con características similares a las de

Puerto Cisnes, debido a sus condiciones geográficas.

6.4 ÁREA TOTAL APORTANTE DE LA CUENCA.

Las áreas tributarias se definieron en base a la ubicación de los puntos bajos donde se

ubicaron los sumideros de captación de las aguas lluvia. En la Figura 6.1 se muestran las 3

áreas definidas para este efecto.

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Figura 6.1 Áreas tributarias de agua lluvia

Las dimensiones de las áreas tributarias se resumen en la siguiente tabla:

Áreas A (m2) A (km2)A 1 21000 0,021A 2 20000 0,020A 3 38000 0,038

Tabla 6.1 Parámetros de diseño.

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6.5 CAUDAL DE DISEÑO.

El caudal estimado para el diseño se determina de la siguiente expresión:

Q=C ∙ i ∙ A3,6

Donde:

C : 0,56 factor ponderado para obras de pavimentación

i : 33 mm/h

A : Area tributaria del sistema de evacuación asociado a un sumidero determinado.

El cálculo de los caudales generados por la lluvia de diseño sobre las áreas tributarias da

como resultado:

Áreas Q (m3/s) Q (l/s)A 1 0,108 108A 2 0,103 103A 3 0,195 195

Tabla 6.2 Áreas tributarias

6.6 DISPOSICION DE AGUAS LLUVIAS.

Las aguas lluvia serán captadas en sumideros y conducidas de manera gravitacional hacia el

Río San Luis a través de tuberías de PVC.

6.7 CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS COLECTORES DE AGUA

La capacidad máxima de una tubería se obtiene para una razón entre la altura del agua y el

diámetro de la tubería (h/D) de 0,94.

Según las ecuaciones del Anexo A.2, las capacidades de los colectores son:

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Colector i D Q (m3/s)C1 0,03 0,45 0,531C2 0,03 0,45 0,531C3 0,03 0,4 0,388

Tabla 6.3 Características de los colectores de agua lluvia

Se verifica que la capacidad de los colectores es mayor a los caudales de diseño.

6.8 CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS SUMIDEROS

La capacidad del sumidero depende del tipo, tamaño y diseño de la rejilla, características de

la cuneta, la calle donde se ubica y las condiciones de operación. Su capacidad hidráulica se

puede calcular suponiendo que el sumidero funciona como vertedero para pequeñas alturas

de agua y como orificio para alturas de agua mayores.

Las siguientes expresiones se utilizan para determinar las capacidades para ambas

condiciones, suponiendo que la capacidad del sumidero está dada por el aporte de la rejilla

horizontal.

Capacidad Tipo de funcionamiento Condición de altura límite

Q1=1,66 ∙ ( L+2∙ b ) ∙ h1,5 Como Vertedero h<1,6 ∙A

(L+b)

Q2=2,66 ∙ A ∙h0,5 Como orificio h ≥ 1,6 ∙A

(L+b)

Tabla 6.4 Ecuaciones de diseño de sumideros

Donde:

L : Longitud del sumidero (m).

b : Ancho del sumidero (m).

h : Altura de agua en la cuneta (m)

A : Área libre de la rejilla del sumidero (m2).

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Para los sumideros utilizados se tiene que la capacidad de cada uno, es de 0,374 m3/s, lo

cual es superior a los caudales generados por la lluvia de diseño, por lo tanto los sumideros

son adecuados para el proyecto.

L (m) b (m) h (m) A (m2) Q (m3/s)0,98 0,41 0,25 0,22 0,374Tabla 6.5 Características del sumidero proyectado

7. OBRAS DE ARTE Y REFUERZOS ESPECIALES

Se considera la construcción de:

- Cámaras sumidero para la captación de aguas lluvia.

- Cámaras de descarga para el agua proveniente de los drenes.

- Muro de boca para el depósito del agua de los sumideros en el lecho del río.

8. TALUDES

Se considera la construcción de terraplenes y cortes como se indica en los planos. Los

taludes para estos efectos serán V:H=1:2, tanto para corte como terraplén. El cálculo de la

estabilidad se detalle en el Anexo A.4.

9. ENROCADO

Se considera la protección de la plataforma a través de un enrocado proyectado en la ribera

del río San Luis, como se indica en los planos. Las rocas utilizadas para esta obra, serán de

300 kg. El detalle de cálculo se encuentra en el Anexo A.3.

El coronamiento del enrocado se establece de 0,5 m por sobre el nivel de la calzada.

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Álvaro Díaz WornerIngeniero Civil

Rodrigo Bahamondes SotoIngeniero Civil

MsCs de la Ingeniería

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ANEXOS

A.1 Fórmulas del método AASHTO 1998 para el diseño de pavimentos rígidos.

log (W 18)=log ( R )+ GF

+(5,065−0,03295 ∙ pf2,4) ∙( log ( S'

c

σ 't)−log( 4,754

σ t))+ZR ∙ So

log (R)=5,85+7,35 ∙ log(( D25,4 )+1)−4,62 ∙ log(( L1

4,45 )+L2)+3,28 ∙ log(L2)

F=1,00+

3,63 ∙(( L1

4,45 )+L2)5,2

(( D25,4 )+1)

8,46

∙ L23,52

G=log( p i−p f

p i−1,5 )donde :

W 18 : ejes equivalentes de 80 kN (EE) acumulados durante la vida de diseño.

ZR : coeficiente estadístico, asociado al Nivel de Confianza (1-R),en una curva de

distribución normal estándar.

So : desviación estándar de la combinación de errores de predicción de tránsito y de

predicción del comportamiento general del pavimento para un nivel de tránsito

dado.

D : espesor de la losa (mm).

S'c : resistencia media a la flexo-tracción del hormigón a los 28 días, con carga en los

tercios, (MPa).

L1 : carga de eje simple, 80 kN.

L2 : código de eje simple = 1.

pi : índice de serviciabilidad inicial.

pf : índice de serviciabilidad final.

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σ 't : tensión de tracción máxima en la losa para una condición de carga de borde, en

MPa, considerando efecto de temperatura

Correlaciones entre k y el CBR

k=69,78 ∙ log(CBR)−10,16

k : módulo de reacción de la sub-rasante en MPa/m.

Tensión de tracción máxima en la losa con carga de borde, considerando el efecto de

la temperatura.

σ t '=C ∙TB ∙ F ∙¿

σ l : tensión de tracción máxima en la losa de hormigón para una condición de carga

de borde, en MPa, dada por la ecuación (X)

σ l=80,012743

D2 ∙[4,227−4,547 ∙(180l )

0,2

−0,00158 ∙( Eb ∙ Hb

k )0,5

−0,0308 ∙(Hb ∙(Eb

Ec)

0,75

)0,5]

l=5,622 ∙4√ Ec ∙ D3

12∙(1−μ)∙ k

D : Espesor de la losa (mm)

Ec : Módulo de elasticidad del hormigón (salvo condiciones especiales usar 29.000

MPa)

Eb : Módulo de elasticidad de la base, MPa.

H b : Espesor de la base, mm.

k : módulo de reacción de la sub-rasante en MPa/m.

μ : Razón de Poisson para el hormigón (salvo casos especiales, usar 0,15)

TB : Factor de ajuste por tipo de berma dado por la Tabla 3.604.212(1) MC V3.

F : Factor de ajuste por fricción dado por la siguiente ecuación:

F=1,117−2,457 ∙ 10−7 ∙ D ∙ Eb−4,549 ∙10−4 ∙ D+9,100∙ 10−5 ∙ Eb−0,000315∙ f

f : Coeficiente de Fricción entre la losa y la base dado por la Tabla3.604.212(1)

MCV3.

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b : Factor de ajuste por longitud de losa, dado por la siguiente ecuación:

log (b)=−1,944+2,279 ∙Dl+91,7 ∙

Ll−75718996,95∙

D2

k ∙l4 +( 0,731l )∙( Eb ∙ H b

1,5

k )0,5

L : Distancia entre juntas de contracción, m.

∆ T ¿ : Diferencial de temperatura positivo. Se define como la diferencia entre la

temperatura de la fibra superior e inferior de la losa, en °C, dado por la siguiente

ecuación:

∆ T ¿

WIND : Velocidad media anual del viento, nudos.

TEMP : Temperatura media anual del ambiente, °C

PRECIP: Precipitación media anual, mm

Tensión de tracción máxima en la losa para una condición de carga de borde,

considerando efecto de temperatura, en las condiciones de prueba AASHO.

σ t=σ l( AASHO)∙ F AASHO ∙¿

σ l( AASHO)=80012,743

D2 ∙[4,125−( 7,286D 0,15 )]

F AASHO=1,192−0,000497 ∙ D

log (b)AASHO=−1,944+0,134 ∙ D0,25−0,0137∗D0,5+ 29,0679

D0,75−30,150

D−546,368

D1,5

∆ T ¿¿

Verificación del escalonamiento sin barras de traspaso de carga

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El escalonamiento del pavimento diseñado no debe superar los 5 mm.

Para pavimentos sobre bases granulares se tiene que:

ESCALGR=W 180,461188 ∙(0,006742 ∙ N 5−0,125288 ∙GR−0,148135 ∙ BAL+DEFLEX 0,369655+0,457194 ∙DREN−0,373423)

ESCALGR : Escalonamiento promedio de juntas transversales, mm.

W 18 : Ejes equivalentes acumulados, millones.

N 5 : Número de días con precipitación mayor a 5 mm.

DREN : 0 si existe dren.

1 en cualquier otro caso.

GR : 1 si es base granular.

0 en cualquier otro caso.

BAL : 1 si es base abierta ligada.

0 en cualquier otro caso.

DEFLEX : Deflexión de esquina de la losa, cm:

DEFLEX=( Pk ∙ l2 ) ∙(1,1−0,88 ∙ a ∙√2

l )

P : Carga de rueda, 4086 kg.

a : Radio del área de carga, 14,37 cm.

l : Radio de rigidez relativa del sistema losa fundación, cm:

l=0,562 ∙4√ Ec ∙ D3

12 ∙ (1−μ2 )∙ k

Ec : 29.000 MPa.

D : Espesor de losa, mm.

μ : Coeficiente de Poisson, 0,15.

k : Módulo de reacción de la sub-rasante, MPa/m.

A.2 Ecuaciones para el cálculo hidráulico de tuberías

El modelo hidráulico utilizado, se presenta en la siguiente figura:

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D2

h

𝜑 D

Figura. Esquema de tuberíaSegún el modelo, se tiene que:D : Diámetro de la tubería, mm.φ : Ángulo que forma el espejo de agua medido desde el centro, radianes.h : Altura del agua dentro de la tubería (o tirante), mm. Área Mojada

Am=D 2

8∙ (φ−sen ( φ ))

Perímetro Mojado

Pm=D ∙ φ

2

Radio Hidráulico

Rh=Am

Pm

= D4 ∙ φ

∙(φ−sen(φ))

Altura del agua

h=D2

∙(1−cos (φ2 ))

Velocidad de escurrimiento

V=C ∙(Rh ∙i)12

C=1n

∙ Rh

16

Donde:

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V : Velocidad de escurrimiento, m/s.Rh : Radio Hidráulico, m.n : Coeficiente de rugosidad de Manning=0,013. Según Nch 1105, se recomienda

utilizar n=0,013.

Considerando que el caudal se puede definir como:Q=Á rea ∙ Velocidad

Q=i

12

8 ∙ n∙( D8

16 )13 ∙((φ−sen (φ ))5

φ2 )13

Q : caudal en m3/s.

A.3 ENROCADOS

Dimensionamiento del enrocado

Peso del enrocado

Se utilizará la fórmula de California Highway Division de los EEUU, presentada en el

Manual de Carreteras Volumen 3.

W = 0,0113 ∙ s ∙ V 6

[(s−1)∙ sen(ϕ−θ)]3

donde:

W : Peso del enrocado (kg); aproximadamente 70% de las unidades debe tener un peso

igual o mayor a W .

s : Peso específico o densidad relativa al agua del enrocado (2,65 máximo). En el

caso que el agua contenga sedimento en suspensión o sea salina, e peso específico

del agua γ a >1 ton/m3 . Por ejemplo si γ s=2,65 ton/m3, entonces s=2,651,1

=2,41.

V : Velocidad media de escurrimiento (m/s).

ϕ : Ángulo de reposo del enrocado (°).

θ : Ángulo de inclinación del talud (°) medido con respecto a la horizontal (<90°).

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El ángulo asociado al talud V:H=1:2 es de 26,5°.

Para los siguientes parámetros de diseño, se obtuvo un peso mínimo de la roca de 163 kg.

V 4 m/s

s 2,65 ton/m3

θ 26,5 °

φ 60 °

W 163 kg

Se propone utilizar rocas con peso mínimo de 300 kg , según lo recomendado en el Manual

de Carreteras Volumen 3, dada la experiencia nacional.

Espesor del enrocado

El espesor del enrocado se determinó mediante la expresión:

e=0,13322 ∙ W13

donde,

e : Espesor del enrocado (m).

W : Peso nominal de la roca (kg).

e=0,13322 ∙ 30013=0,89 m

Se adopta un espesor de 1 m medido perpendicularmente a la superficie libre del enrocado.

Por lo tanto el espesor medido de manera horizontal, es de 2,2 m.

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Coronamiento

Se propone un coronamiento del enrocado de 0,5 m por sobre el nivel de la calzada según se muestra en la siguiente figura:

Variable

Nivel del agua

Calzada Proyectada

TerraplénTalud V:H=1:2Lecho del río

Geocolchón

Enrocado

Geocolchón

Figura A.3.1 Esquema del enrocado proyectado

A.4 TALUDES

Análisis de Estabilidad

El suelo en el cual se realizará el proyecto, es del tipo granular sin cohesión, según lo

reportado en la mecánica de suelos.

Se considera la protección del terraplén mediante un geocolchón de 15 cm de espesor,

relleno con grava de río y sobre éste se proyecta el enrocado de 1m de espesor compuesto

por rocas de cantera.

Para el análisis de estabilidad se utilizó el software STB 2010, el cual utiliza el método de

Bishop, basado en el método de las dovelas, con el cual, se calcula el factor de seguridad

asociado a la superficie de falla más desfavorable, según las características geométricas del

talud, propiedades del suelo.

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Los parámetros de entrada para el programa fueron:- Suelo del terraplén∅=30 °

γ=1,9 T /m3

c=0T /m2

- EnrocadoEspesor=1m(medido perpendicularmente desdeel talud)∅=36 °

γ=2,65T /m3

c=0T /m2

- GeocolchónEspesor=0,15m(medido perpendicularmente desde eltalud )∅=36 °

γ=2,65T /m3

c=0T /m2

Se consideró una altura máxima del nivel del río de 1 m, según consultas a los habitantes del lugar.

Del análisis realizado, se obtuvo un Factor de Seguridad de 1,6. El factor es mayor al propuesto en el Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación, MINVU, versión 2008, por lo tanto se verifica la estabilidad de la estructura proyectada.

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A.4.1 Captura del resultado obtenido con STB 2010.

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