PROYECTO
: LOTEO CON CONSTRUCCIÓN SIMULTANEA DE
LOS
COMITÉS DE VIVIENDA "TRABAJANDO JUNTOS" Y "UN FUTURO PARA MIS HIJOS" CAMINO AYSÉN-PUERTO CHACABUCO, COMUNA DE AYSEN, REGIÓN DE AYSÉN.
MANDANTE
: MUNICIPALIDAD DE AYSEN
CONTENIDOS : MEMORIA DE PAVIMENTACION Y AGUAS LLUVIAS.
DICIEMBRE 2014
Inés de Suarez 218 Of 214, Concepción Fono 09 4491058 - (041) 2461639 e-mail:
[email protected]
INDICE
I.-
GENERALIDADES ................................................................................................................................. 3
II.-
MECÁNICA DE SUELOS ....................................................................................................................... 3
III.
ESTIMACIONES DE TRÁNSITO .......................................................................................................... 5
IV.
CARACTERÍSTICAS DE LAS CALLES ............................................................................................... 6
V.-
PARÁMETROS DE DISEÑO .................................................................................................................. 6
VI.
ANÁLISIS HIDROLOGICO .................................................................................................................... 9
VI.-
OBRAS DE ARTE Y REFUERZOS ESPECIALES ............................................................................ 11
VII.-
OBRAS EN RUTA CH240 PARA ACCESO A LOTEO ................................................................... 12
ANEXO ............................................................................................................................................................ 13
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3 I.-
GENERALIDADES
La presente Memoria corresponde al proyecto de Pavimentación y Evacuación de Aguas Lluvias del Loteo con construcción simultanea de los comités de vivienda trabajando juntos y comité un futuro para mis hijos.
El proyecto, contempla la construcción de 150 viviendas en un terreno de aproximadamente 44.300 m2, ubicado en el sector By-Pass Camino Aysén-Chacabuco Km 3, Lote 1 La Negrita, Comuna de Aysén, Región de Aysén.
El proyecto considera la ejecución de calzadas de HCV, diseño de aceras el diseño de obras de saneamiento y drenaje de aguas lluvias a través de sumideros de agua.
Figura 1.1 Planta de proyecto de Pavimentación del loteo.
II.-
MECÁNICA DE SUELOS
Para establecer las características y condiciones del suelo de fundación se practicaron calicatas, sondajes porchet y pandas en distintos sectores del proyecto como muestra la Fig. 2.1. Los cuales fueron elaboradas en atención a los criterios requeridos por la Licitación.
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4
Figura II.1 Plano de ubicación de exploración En general el material identificado fue una capa vegetal en los primeros 40 cm, bajo este, arena limosa: SM o SP en algunos casos, según la clasificación USCS. Las estratigrafías se adjuntan en el informe de mecánica de suelos. Horizonte
Cotas Límites Espesor Descripción
N° 1
(m) 0.0-0.4
(m) 0.4
Base Existente – Terreno Natural.
2
0.4-3.0
1.35
Arena limosa color gris, compacidad suelta, sin plasticidad, humedad mojado, estructura homogénea, olor térreo, con presencia de bloques dispersos de tamaño máximo 400 mm.
Tabla II.1 Perfil geomecánico promedio.
II.1 PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS
Para el diseño de los pavimentos destinados a sectores de calles interiores o pasajes del Loteo, se debe considerar para el suelo de fundación un Poder de Soporte de California, CBR = 10% a 0.2” de penetración y al 95% de la DMCS dada por el Ensaye Proctor Modificado. Además, se deberá utilizar geotextil de estabilización de suelos como separación entre la base y subrasante. II.2 RECOMENDACIONES DEL ESTUDIO DE SUELOS:
-
Se deberá extraer el material en un espesor de 0,6 m bajo la cota de subrasante de proyecto y reemplazar de acuerdo a la partida “Relleno” con material de CBR>20%.
-
Todos los rellenos que se utilicen en el proyecto, deben ejecutarse con el material que se indica. Deben colocarse en capas no mayor a 25 cm. de espesor suelto y compactarse con rodillo vibrador o placa compactadora adecuada hasta alcanzar una densidad igual al 95% de la D.M.C.S. dada por el
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5 Ensaye Proctor Modificado y certificado por un Laboratorio de Mecánica de Suelos competente y acreditado.
-
Utilización de geotextil entre subrasante y paquete estructural. El geotextil deberá cumplir con la tabla 5.204.202.A. “Estabilización de suelos”, del Manual de Carreteras, Vol. Nº5, de la Dirección de Vialidad del M.O.P.
El material de relleno deberá cumplir con las siguientes condiciones:
-
Grava arenosa constituida por partículas duras y tenaces; libre de grumos o terrones de arcilla, de materiales orgánicos, vegetales o de cualquier otra sustancia perjudicial. El material de base deberá estar comprendido dentro de los siguientes límites granulométricos:
Malla
% en peso que pasa
2"
100
11/2"
70-100
1"
55-85
3/8"
40-70
Nº4
30-60
Nº10
20-50
Nº40
10-30
Nº200
5-15
Tabla II.2 Granulometría para mejoramiento
-
La fracción del agregado que pase la malla Nº 40 deberá tener un límite líquido inferior 25% y un Índice de Plasticidad máx. 5.
-
El Poder de Soporte California, CBR a 0.2” de penetración y al 95% de la DMCS dada por el Ensaye Proctor Modificado, deberá ser igual o superior a 20%.
III. 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 III.1 Solicitaciones de tránsito.
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6 IV. CARACTERÍSTICAS DE LAS CALLES
Las calzadas proyectadas al interior del loteo tienen perfil de calle y pasaje respectivamente cuyas dimensiones son las indicadas en la siguiente tabla. VIA
Ancho
Bermas
Aceras
Soleras
Espesor 0.16 HCV
Calle
7.00
No
Si, a ambos lados.
Tipo A
0.15 Base 0.25 sub-base 0.16 HCV
Pasaje
4
Si , 0.50 a cada lado
No
----
0.15 Base 0.25 sub-base
Tabla IV.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 las calles a ambos lados de la calzada. La base proyectada será de 15 cm bajo la calzada con CBR 25 cm y un CBR
80%. La sub-base granular antiheladiza será de
60%.
Se considera: - Incorporar un geotextil de estabilización de suelos como separación entre la sub-base y subrasante de acuerdo lo mencionado en la sección de estudio de suelo.
V.-
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.
V.1. PARÁMETROS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
A continuación se analizan los diferentes parámetros que influyen en el diseño y comportamiento del pavimento rígido.
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.
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7 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 Para efecto del diseño del pavimento, se considera un CBR de 10% recomendado en el informe de mecánica de suelos. Tipo y calidad de las capas granulares En un pavimento rígido, la función de la capas granulares (base y sub-base), es entregar apoyo al hormigón en una superficie homogénea. Estsa capas granulares están formadas por material granular con un C.B.R. ≥ 80% (base) y C.B.R ≥60% (sub-base) al 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. 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
.
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8 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
V.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 W 18, con la siguiente ecuación: (
)
( )
(
) (
(
)
(
))
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 Eb 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 10 % 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 8.8 °C Temperatura media anual PRECIP 1485 mm Precipitación media anual WIND 14.3 nudos Velocidad del viento media anual N5 64.2 dias Dias con precipitación mayor a 5mm Tabla V.1 Parámetros de diseño.
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 0,2mm 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.
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9 VI.
ANÁLISIS HIDROLOGICO
V.1
INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN
Para la determinación de la intensidad de precipitación de diseño se utilizaron los valores de Precipitaciones Máximas en 24 horas periodo tomadas del “Plan Maestro de Evacuación y Drenaje de Aguas Lluvias de Puerto Aysén y Puerto Chacabuco, Región de Aysén.
Precipitación máxima en 24 horas periodo Ciudad
mm T=2
T=5
T=10
T=25
T=50
T=100
Puerto Aysén
71,8
99,6
118,3
141,4
158,5
175,4
Puerto Chacabuco
70,6
88,3
100,0
114,7
125,7
136,6
Tabla VI.1Precipitación máxima en 24 horas periodo
Se aplicaran los coeficientes de duración respectivas de la ciudad de Puerto Aysén (presentadas en el documento: "Técnicas alternativas para soluciones de aguas lluvias en sectores urbanos" del MINVU) .para encontrar las lluvias de duración 1 hora para los periodos de retornos de 10 y 50 años. P=1.1*PDT CDt P= Lluvia con periodo de retorno T años y duración t horas CDt=coeficiente de duración para t horas
Para periodo de retorno de 10 años con CDt= 0.19 P=1.1*118.3*0.19=24.72 mm/h
Para periodo de retorno de 50 años con CDt= 0.19 P=1.1*158.5*0.19=33.1 mm/h
VI.2.-
CALCULO DE CAUDALES
Para el cálculo hidráulico se utilizará el método racional:
Donde: : Caudal en m3/s. : Coeficiente de escorrentía
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10 : Intensida de la lluvia de diseño en mm/hr. : Área tributaria en km2.
VI.2.1 Área Total Aportante Superficie total del Terreno
:
44300 m2 (0.0443 km2)
VI.2.2 Caudal de Diseño
Q
VI.3
c i A = 0.23 m3/s 3.6
DISPOSICION DE AGUAS LLUVIAS.
Las aguas lluvia serán captadas en sumideros y conducidas de manera gravitacional hacia canales existentes.
VI.4
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 proyectados de diámetro 0,4 m.
Colector
i
D
Q (m3/s)
C
0,05
0,4
0,501
Tabla VI.1 Características de los colectores de agua lluvia
Se verifica que la capacidad de los colectores es mayor a los caudales de diseño.
VI.5
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.
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11
Capacidad (
Tipo de funcionamiento )
Condición de altura límite
Como Vertedero
(
)
Como orificio
(
)
Tabla VI.2 Ecuaciones de diseño de sumideros
Donde: : Longitud del sumidero (m). : Ancho del sumidero (m). : Altura de agua en la cuneta (m) : Área libre de la rejilla del sumidero (m2).
Para los sumideros utilizados se tiene que la capacidad de cada uno, es de 0,173 m3/s, puesto que el caudal máximo de diseño de 0,23 se reparte en los distintos sumideros, siendo el caudal máximo que recibe un sumidero de 0,16 m3/s según la mayor área tributaria, por lo que se verifica que los sumideros proyectados son adecuados. L (m)
b (m)
h (m)
A (m2)
Q (m3/s)
0,98
0,41
0,15
0,22
0,173
Tabla VI.3 Características del sumidero proyectado
VI.-
OBRAS DE ARTE Y REFUERZOS ESPECIALES
Se considera la construcción de: - Cámaras sumidero para la captación de aguas lluvia. - Muro de boca para el depósito del agua de los sumideros en el lecho del río. - Extensión de alcantarillas y sus respectivos muros de boca. - Alcantarilla cajón - Revestimiento de canal existente - Reperfilamiento de canales existentes.
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12 VII.-
OBRAS EN RUTA CH240 PARA ACCESO A LOTEO
Este capítulo es solo de carácter “informativo” ya que el Proyecto de intervención en la ruta CH 240 fue presentado y aprobado por Vialidad, dicho proyecto tiene por finalidad generar adecuados elementos de acceso y de salida para el Loteo “Construcción de Viviendas Comité Trabajando Juntos y un Futuro para mis Hijos” el cual está emplazado en el sector By-Pass Camino Aysén – Chacabuco km 3, Ruta CH 240, Lote 1 La Negrita, Comuna de Aysén, Región de Aysén. Considerado este empalme como punto de acceso para futuros loteos proyectados en la zona.
De acuerdo a los planos que se adjuntan, se proyectan pistas de aceleración y deceleración, una pista adicional, para proporcionar una pista central de deceleración y espera para el adecuado ingreso al loteo.
Álvaro Díaz Worner Ingeniero Civil
Emmanuel Lizama Moreno Ingeniero Civil
Concepción, Diciembre 2014
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13 ANEXO
A.1
(
Metodología AASHTO 1998 para el diseño de pavimentos rígidos.
)
( )
(
( )
) (
((
((
)
)
)
((
(
)
)
((
(
)
)
(
))
)
( )
)
)
donde : : Ejes equivalentes de 80 kN (EE) acumulados durante la vida de diseño. : Coeficiente estadístico, asociado al Nivel de Confianza (1-R),en una curva de distribución normal estándar. : Desviación estándar de la combinación de errores de predicción de tránsito y de del comportamiento general del pavimento para un nivel de tránsito
predicción
dado.
: Espesor de la losa (mm). : resistencia media a la flexo-tracción del hormigón a los 28 días, con carga en los
tercios,
(MPa). : carga de eje simple, 80 kN. : código de eje simple = 1. : índice de serviciabilidad inicial. : índice de serviciabilidad final. : 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
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14 (
)
: 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. (
( )
( ))
: tensión de tracción máxima en la losa de hormigón para una condición de carga
de borde,
en MPa, dada por la ecuación (X)
[
√
(
(
)
(
)
(
(
)
)
]
)
: Espesor de la losa (mm) : Módulo de elasticidad del hormigón (salvo condiciones especiales usar 29.000
MPa)
: Módulo de elasticidad de la base, MPa. : Espesor de la base, mm. : módulo de reacción de la sub-rasante en MPa/m. : Razón de Poisson para el hormigón (salvo casos especiales, usar 0,15) : Factor de ajuste por tipo de berma dado por la Tabla 3.604.212(1) MC V3. : Factor de ajuste por fricción dado por la siguiente ecuación:
: Coeficiente de Fricción entre la losa y la base dado por la Tabla3.604.212(1) MCV3. : Factor de ajuste por longitud de losa, dado por la siguiente ecuación:
( )
(
) (
)
: Distancia entre juntas de contracción, m.
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15 ( )
: 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:
( ) : Velocidad media anual del viento, nudos. : Temperatura media anual del ambiente, °C : 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.
(
(
)
)
(
( )
[
(
( )
)
)]
( )
( )
Verificación del escalonamiento sin barras de traspaso de carga El escalonamiento del pavimento diseñado no debe superar los 5 mm. Para pavimentos sobre bases granulares se tiene que:
( )
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16 : Escalonamiento promedio de juntas transversales, mm. : Ejes equivalentes acumulados, millones. : Número de días con precipitación mayor a 5 mm. : 0 si existe dren. 1 en cualquier otro caso. : 1 si es base granular. 0 en cualquier otro caso. : 1 si es base abierta ligada. 0 en cualquier otro caso. : Deflexión de esquina de la losa, cm:
(
√
) (
)
: Carga de rueda, 4086 kg. : Radio del área de carga, 14,37 cm. : Radio de rigidez relativa del sistema losa fundación, cm:
√
(
)
: 29.000 MPa. : Espesor de losa, mm. : Coeficiente de Poisson, 0,15. : 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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17
D 2
D
h
Figura. Esquema de tubería Según el modelo, se tiene que:
: Diámetro de la tubería, mm. : Ángulo que forma el espejo de agua medido desde el centro, radianes. : Altura del agua dentro de la tubería (o tirante), mm.
Área Mojada
( ))
(
Perímetro Mojado
Radio Hidráulico
(
( ))
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18
Altura del agua
(
( ))
Velocidad de escurrimiento (
)
Donde:
: Velocidad de escurrimiento, m/s.
: Radio Hidráulico, m.
: Coeficiente de rugosidad de Manning=0,013. Según Nch 1105, se recomienda
utilizar
.
Considerando que el caudal se puede definir como:
(
)
(
(
( ))
)
: caudal en m3/s.
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