Memoria Pav. Los Boldos 2h6qe

Proyecto: PAVIMENTACIÓN PASAJE “LOS BOLDOS”, SECTOR CERRO ALTO Comuna: LOS ÁLAMOS Provincia: ARAUCO 1. GENERALIDADES. La presente memoria se refiere al diseño del pasaje “Los Boldos” de la comuna de Las Álamos, el cual se postulará al proceso FRIL GLOSA ARAUCO 2015.

2. SISTEMA DE EVACUACIÓN DE AGUAS LLUVIAS. En virtud de las condiciones topográficas del pasaje, que se ubica en un sector que solo permite eliminar las aguas lluvias hacia una quebrada natural ubicada cerca del fondo de pasaje (bolsa de retorno), se hace necesario verificar las condiciones que presenta para la evacuación de las aguas lluvias. Se realizarán las siguientes verificaciones: • Verificación del ancho de vena de escurrimiento para un período de retorno (T) de 2 años. • Verificación de inundación para un período de retorno (T) de 100 años. 2.1. SOLUCION ADOPTADA. Se ha considerado que la evacuación será gravitacional, hacia el fondo de pasaje (bolsa de retorno), a través del pasaje diseñado. El pasaje diseñado tiene una franja central pavimentada de perfil cóncavo, de 3 m de ancho. Su pendiente longitudinal es variable entre 1% y 4,6%. 2.2. BASES DE CÁLCULO. Para determinar los caudales de aguas lluvias que escurrirán por el pasaje, se utilizó la formula que brinda para ello el Método Racional, siguiendo el siguiente procedimiento: Q = c x I x A / 3.6

donde: Q = caudal [m3/s] c = coeficiente de escurrimiento A = área aportante [km2] I = intensidad lluvia de diseño [mm/hr]

2.2.1. Áreas Aportantes. Para determinar las áreas aportante, se recurrió a un estudio topográfico realizado en forma previa al diseño de las obras de pavimentación. Del análisis del plano de la cuenca, se determinó el área aportante principal, A=4800 m2 que evacua directamente al sumidero diseñado al final del pasaje. 2.2.2. Coeficiente de escurrimiento. La determinación del coeficiente de escurrimiento, se hizo teniendo en consideración los valores contenidos en la tabla 3.1.2.7 de la Guía de Diseño, Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos con casas aisladas, del Ministerio de Vivienda y Urbanismo. Coeficiente de Escurrimiento: c= 0,5 2.2.3. Intensidad de lluvia. Para estimar las intensidades de lluvia de diseño, se debe conocer previamente el tiempo de concentración, y dado que se trata de una cuenca pequeña, se usará la fórmula de Morgali y Linsley(1965): Tc= 7 * (L0.6 * n0.6) / (I0.4 * S0.3) Donde: Tc= tiempo de concentración [min] L= longitud de escurrimiento [m] n= coeficiente de rugosidad de Manning (hormigón: 0,013) I= intensidad de lluvia [mm/hr] S= pendiente [m/m] Para determinar las intensidades, para los períodos de retorno de 2 y 100 años, empleamos las formula de determinación de la precipitación para lluvias de duración de 1 hora. PtT = 1.1 x PD10 x CDt x CFT

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Donde: PtT = lluvia para período de retorno T y duración t. PD10= lluvia máxima diaria para T 10 años= 105,1 (mm) Concepción CDt= coeficiente de duración, para duración t(hrs). CFT= coeficiente de frecuencia, para período de retorno T(años). Para determinar las intensidades de lluvias para los períodos de retorno de 2 y 100 años, y tiempos de duración menores a 1 hora, empleamos la formula siguiente: PtT = (0,21 x ln(T) + 0,52) x (0,54 x t1/4 – 0,5) P6010 Donde: PtT = lluvia para período de retorno T y duración t. P6010= lluvia para T 10 años y duración t 1 hora = 21,97 (mm) T= período de retorno [años]. t= duración [min]. Área

km2 A2

T

Superficie

años

0,0048

Tc L(m)

S(m/m)

n

I(P60T)

Tc,min

I

Q

min

mm/hr

m3/s

Tc(min)

2

71

0,0303

0,013

13,84

6,66

10

6,73

0,00449

100

71

0,0303

0,013

32,07

4,76

10

15,04

0,01

Tc< Tc mínimo, se adopta Tc=10 (min) 2.3. VERIFICACIÓN DE PASAJE. Para determinar la capacidad de porteo del pasaje, para los escenarios a verificar, se aplicó la siguiente fórmula:

Q=0,377 (z/n) x i0,5 x y2,667 Donde: Q = Caudal [m3/s] z = recíproco de la pendiente transversal del pasaje. n= coeficiente de rugosidad de Manning (hormigón: 0,013). i = pendiente longitudinal (m/m). y = altura de agua [m]

T

Qtrabajo

z

(años)

(m3/s)

2

0,00449

33,3

100

0,01

33,3

n

i

Ancho vena

y

Q

(m/m)

(m)

(m)

(m3/s)

0,013

0,0306

1,5

0,0225

0,00678

0,013

0,0306

3,0

0,045

0,04306

En ambos casos Q > Qtrabajo, por tanto se cumple las exigencias de que el ancho de vena de escurrimiento sea menor a 1,5 (m) para el período de retorno de 2 años y que no haya inundación para el período de retorno de 100 años.

3. DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO.

Un pavimento de hormigón o pavimento rígido consiste básicamente en losas de hormigón simple o armado, apoyadas directamente sobre una base o sub-base. Las losas de hormigón del pavimento, serán de 3,0 m de ancho, tendrán un espesor de 12 cm y una longitud de 4 m (distancia máxima entre juntas de dilatación). Se construirán sobre una carpeta de estabilizado de 15 cm de espesor, cuyo material debe cumplir con las exigencias mecánicas señaladas en las especificaciones técnicas. Para el diseño estructural del pavimento, se empleará el método AASHTO 1993, adaptado para el diseño de pavimentos en Chile, contenido en el Manual de Diseño del Ministerio de Vivienda y Urbanismo.

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3.1. PARÁMETROS DE DISEÑO. Los parámetros con que se cuenta para llevar a cabo el diseño son:

3.1.1 Tránsito de solicitante. Dado que no se cuenta con censo de transito que permita determinar la solicitación del pavimento y que se trata de un pasaje, el manual establece que el tránsito de solicitante debe ser Ti=10.000 (vehículos pesados durante 20 años). 3.1.2 Subrasante. La subrasante del pavimento, consistirá en suelo mejorado con carpeta de relleno granular de 30 cm de espesor, por cuanto el suelo natural fue clasificado por laboratorio de mecánica de suelos como limo ML (USCS) y tipo A-5(4) según clasificación AASHTO, lo que implica que es base deficiente. El C.B.R. esperado del material de mejoramiento es mayor o igual a 20%. Según se indica el tabla 15.1 del Manual, se trata de una buena subrasante y el valor más conservador de su módulo de reacción debe ser K= 4 (kg/cm3). 3.1.3 Base. La base del pavimento, consistirá en capa de estabilizado de 15 cm de espesor, cuyo material debe ser un suelo tipo GW-GM / A-1 a (0) con C.B.R. > 60%. 3.1.4 Carpeta de Rodado. La carpeta de rodado, consistirá en losas de hormigón de cemento vibrado (h.c.v.) de 12 cm de espesor, construidas con hormigón H-35, cuya resistencia a compresión a 28 días debe ser de 350 (kg/cm2) y su resistencia a flexotracción mayor o igual a 45 (kg/cm2) Rd=45(kg/cm2).

MODELO MATEMÁTICO La fórmula general de diseño, relaciona el número de ejes equivalentes de 8,16 Ton con el espesor de la losa de hormigón, para diferentes valores de los parámetros de cálculo.

Ecuación de diseño:

En que: Td = Transito total de ejes equivalentes de 8.16 (Ton) proyectados para la vida de diseño. H = Espesor de las losas en cm. Rd = Resistencia media a la flexotracción a los 28 días del hormigón.

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Cd = Coeficiente de drenaje. J = Coeficiente de transferencia de carga. Kd = Módulo de reacción de diseño en Kg/cm3. E = Módulo de elasticidad del hormigón en Kg/cm2. &P = Pérdida de serviciabilidad = Pi - Pf Pi = Indice de serviciabilidad inicial. Normalmente se utiliza el valor Pi = 4.5 Pf = Indice de serviciabilidad final. Normalmente se utiliza el valor Pf = 2.0 ó 2.5

CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO (R). La confiabilidad (R) puede ser definida como la probabilidad de que la estructura tenga un comportamiento real igual o mejor que el previsto durante la vida de diseño adoptada. Para el caso de pasajes, el Manual recomienda valores de R de entre 50 y 70 (%). A modo de seguridad, para este proyecto consideraremos R=50(%).

FACTOR DE SEGURIDAD (FS). Cada valor de R está asociado estadísticamente a un valor del coeficiente de STUDENT (Zr). A su vez, Zr determina, en conjunto con el factor "So", un factor de seguridad (FS).

FS = 10(Zr*S0) Donde: Zr = Coeficiente de Student para el nivel de confiabilidad (R%) adoptado. So = Desviación normal del error combinado en la estimación de los parámetros de diseño y modelo de deterioro. Para el nivel de confiabilidad R=50(%) el factor de seguridad es FS= 1. TRANSITO DE DISEÑO (Td). El tránsito de diseño se obtiene a partir de la ponderación de los ejes equivalentes de diseño (Ti) por el factor de seguridad (FS).

Td = Ti x FS En este caso Td = Ti x 1

Td = 10.000

MODULO DE REACCION DE DISEÑO. Un factor de relativa importancia en el diseño de espesores de un pavimento de hormigón es la calidad del suelo que conforma la subrasante. Esta, usualmente se refiere al módulo de reacción de la subrasante k, que representa la presión de una placa circular rígida de 76 cm. de diámetro dividida por la deformación que dicha presión genera. Su unidad de medida es el Kg./cm2/cm. (Kg./cm3). En este caso, se adoptó el valor más conservador establecido en tabla 15.1 del manual, K= 4(kg/cm3) DRENABILIDAD DE LA SUB-BASE. Las características de drenabilidad se expresan a través de un coeficiente de drenaje de la sub-base (Cd), cuyo valor depende del tiempo en que ésta se encuentra expuesta a niveles de humedad cercana a la saturación y del tiempo en que drena el agua. En virtud de que la sub-base es de un suelo clasificado como arcilla de baja compresibilidad, que será mejorada con una carpeta de relleno granular de 30 cm de espesor, en terreno ubicado en zona de clima mediterráneo que es considerado como benigno, pero sin datos respecto de su permeabilidad, a modo de seguridad se consideró que su calidad de drenaje es mala y se adoptó valor de Cd= 0,9. Proyecto: Pavimentación.

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COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CARGAS (J). La capacidad de carga representa la capacidad de un pavimento de hormigón de transferir parte de las cargas solicitantes a través de las juntas transversales. La eficiencia de la transferencia de carga depende de múltiples factores y tiende a disminuir durante la edad con las repeticiones de carga. El efecto de traspaso de cargas se considera en conjunto con el del sistema de berma, a través de un coeficiente J, cuyos valores se indican en la tabla 15.4 del Manual. Para este proyecto, dado que el pavimento no lleva barras de transferencia de carga ni tiene bermas pavimentadas el valor del coeficiente es J= 4.0 MODULA DE ELASTICIDAD DEL HORMIGON. E = 170.000 [Kg/cm²] Reemplazando los valores en las fórmulas correspondientes, se obtiene que el Transito total soportado por el pasaje es: Tt = 196.354 (EE) > Td

p.l.t. el diseño del pasaje soporta el transito solicitante.

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