DISEÑO PAVIMENTO- rigido aeropuerto de ilo.pdf

OBRA:
“”PARCHADO, TRATAMIENTO DE GRIETAS, FISURAS, SELLADO
ASFALTICO Y SEÑALIZACIÓN DEL ÁREA DE MOVIMIENTO DE
AERONAVES DEL AEROPUERTO DE ILO”
MDI. ING. VÍCTOR ELEUTERIO ARÉVALO LAY
DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO DEL AREA DE MANIOBRA DE LOS
VEHICULOS DE EMERGENCIA DEL AEROPUERTO DE ILO
GENERALIDADES
De acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones , la Norma Tecnica CE.010
aprobada mediante DS N° 001-2010 –VIVENDA, del 13 de enero 2010, es la norma
vigente que rige el diseño de los pavimentos en las zonas urbanas y contiene los
requisitos mínimos para el diseño y construcción de los pavimentos urbanos.
Asimismo el MTC mediante RD N° 10-2014-MTC/14. Del 09 de Abril 2014, aprueba el
Manual de Carreteras sección de SUELOS Y PAVIMENTOS, de uso obligatorio en la
gestión de la infraestructura vial y en el capítulo 2, AMBITO DE APLICACIÓN,
establece lo siguiente: “ …… en zonas urbanas: el presente manual de suelos y
pavimentos es para carreteras. Para el caso de pistas urbanas, existe la NORMA TECNICA
DE EDIFICACION CE.010 Pavimentos Urbanos.”
Para nuestro caso la NORMA BASICA será la NT CE0.10, y en el capítulo 4,
DISEÑOESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS URBANOS, METODOS DE DISEÑO indica:
“ Se podrá utilizar cualquier Método de diseño estructural sustentado en teorías y
experiencias a largo plazo, tales como las metodologías del Instituto del Asfalto, de la
AASHTO 93 y de la PCA, comúnmente usadas en el Perú,……… ”
Alternativamente se podrán emplear las metodologías sugeridas en los anexos B,D y F de
esta norma., es decir las metodologías de AASHTO para pavimentos flexibles y de la
PCA para pavimento Rígido
Para el diseño estructural se debe considerar los siguientes factores:
1. Calidad y valor portante del suelo de fundación y de la subrasante.
2. Características y volumen del tránsito durante el periodo de diseño.
3. Vida útil del pavimento.
4. Condiciones climáticas y de drenaje.
5. Características geométricas de la vía.

OBRA:
6. Tipo de pavimento a usarse.
Los requisitos mínimos para los diferentes tipos de pavimentos son:
Fuente : N.T.E. CE.010 PAVIMENTOS URBANOS.
Para nuestro caso por tratarse de un pavimento rígido la estructura de nuestro
pavimento podría estar conformada por una subbase con un CBR mayor o igual a 30
y la capa de rodadura con un espesor mayor o igual a 15cm por tratarse vías de bajo
volumen de tráfico similares a las vías locales y colectoras como máximo.
Asimismo la subrasante deberá estar compactada al 95% con el Proctor estándar en
caso de suelos cohesivos y de ser el caso al 95% del proctor modificado para suelos
granulares., en un espesor mayor o igual a 25cm por tratarse en nuestro caso de vías
similares a las locales y colectoras.
De igual manera nos indica el tipo de material a emplearse en cada caso, siendo en
nuestro caso un concreto hidráulico con un Módulo de Rotura ( MR ) mayor o igual
a 3.4 MPa ( 34kg/cm²), equivalente a un concreto de f´c = 210 kg /cm², según se
puede observar en la tabla siguiente

OBRA:
El MR se calcula en base a la siguiente formula:
MR= √ según el ACI 363, donde el valor de “a” varía entre 1.99 y 3.18.
Para nuestro caso consideraremos el valor de a= 2.39
El MR para un concreto de f´c= 280 seria: MR = 2.39 √280 = 2.39* 16.73= 40 Kg/cm²
De otro lado la tabla 31 de esta norma, clasifica el tráfico de las vías en función de
los EAL, como Trafico liviano, mediano y pesado, según sea el caso como se
transcribe a continuación:
Teniendo en consideración nuestro caso, las vías a pavimentar se consideran
similares a las locales y colectoras, por lo tanto estarán sujetas a tránsito liviano y
mediano, cuyos rangos de EAL serán :

OBRA:
 Transito liviano < 10⁴
 Transito mediano 10⁴ < EAL < 10⁶
Vías urbanas
Se considera vías urbanas al espacio destinado al tránsito de vehículos y/o personas
que se encuentran dentro del límite urbano, según la función que prestan se
clasifican en :
 Vías expresas
 Vías arteriales
 Vías colectoras
 Vías locales.
Vías Locales, son aquellas que tienen por objeto el acceso directo a las áreas
residenciales, comerciales e industriales y circulación dentro de ellas.
Vías Colectoras, son aquellas sirven para llevar el tránsito de las vías locales a las
arteriales, dando servicio tanto al tránsito vehicular, como a las propiedades
adyacentes. El flujo de transito es interrumpido frecuentemente por intersecciones
semaforizadas, cuando empalman con vías arteriales y con controles simples con
señalización horizontal y vertical, cuando empalman con vías locales. El
estacionamiento de vehículos se realiza en áreas adyacentes, destinadas
especialmente a este objetivo. Se usan para todo tipo de vehículos.
De nuestro punto de vista, la plataforma de maniobra de los vehículos de
emergencia, del aeropuerto de ILO las consideramos como como vías locales, y
colectora.
a. Diseño de Pavimento Metodología de la PCA,
Esta metodología de la PORTLAND CEMENT ASSOCIATION ( PCA) esta sugerida en
nuestro reglamento Nacional de Edificaciones y por lo tanto es uno de los modelos
que se emplearan como diseño.
Esta metodología tiene dos criterios para el diseño de pavimentos rígidos, el primero
de ellos es el criterio de erosión, para pavimentos de alto volumen de tráfico, donde
se muestran las fallas por bombeo y erosión de la subrasante o subbase. El segundo
criterio es el de fatiga por flexión del pavimento. Esta falla ocurre cuando las cargas
repetidas producen esfuerzos de pandeo en el pavimento, resultando

OBRA:
eventualmente en el agrietamiento por fatiga. Este último criterio es el que controla
el diseño de pavimentos en esta metodología a ser aplicada.
Los factores para determinar el espesor de diseño del pavimento son :
 Resistencia a flexión ( módulo de rotura)
 Resistencia de la subrasante y de la subbase ( modulo k )
 Clasificación de las calles urbanas.
 Tráfico diario promedio de camiones ( ADTT) y distribución de cargas.
 Periodo de diseño
 Sardineles integrales
 Juntas
 Juntas longitudinales
 Juntas transversales
 Junta de aislamiento
a. Resistencia a flexión o módulo de rotura ( MR)
Para pavimentos de vías locales según la norma CE 010 PAVIMENTOS URBANOS
indica que el MR del concreto debe ser :
La Norma CE. 010 PAVIMENTOS URBANOS, nos indica el tipo de material a
emplearse en caso de vías locales y colectoras, siendo en nuestro caso de via
colectora, un concreto hidráulico con un Módulo de Rotura ( MR ) mayor o igual a
3.4 MPa ( 34kg/cm²), equivalente a un concreto de f´c = 210 kg /cm², según se
puede observar en la tabla siguiente

OBRA:
Otra forma de calcular seria:
Según el ACI 363R-92, f´r = 11.7 √f´c psi para 3,000psi < f´c < 12,000 psi.
En nuestro caso, tenemos un concreto de 280 kg/cm² = 4,000 psi.
Por lo tanto el MR = f´r = 11.7 √ 4,000 psi = 739 psi = 52 kg/cm²
En nuestro caso trabajaremos el diseño con un módulo de rotura mínimo de
42kg/cm² que equivale a 600 psi.
b. Resistencia de la subrasante y de la subbase ( modulo k )
Para el caso de pavimentos rigidos, la resistencia de la subrasante y de la subbase se
da en términos del modulo de Weestergard de reacción de la subrasante ( k ) , que
usualmente se correlacionan con otros valores de soporte d ela subrasante como es
el CBR, y que se puede observar en los cuadros siguientes:
Del estudio de suelos tenemos que nuestra subrasante está conformada por arenas
limosas y arenas con conchuela de color beige en estado semicompacto, de lo que
podemos concluir que nuestro suelo tiene un K = 120 ó mayor.
MR = 42kg/cm² = 600 psi

OBRA:
Del estudio de suelos se tiene que el CBR promedio es de 6 por lo que corresponde
en esta tabla un valor K = 160 psi.
Teniendo en consideración que nuestra subrasante natural presenta un suelo no
uniforme y está conformado por suelos tipo SP, se ha tomado la decisión de colocar
una subbase para dar uniformidad al soporte del pavimento rígido, y según la
norma CE 010, tabla 30 la subbase debe ser de un CBR igual o mayor a 30% y por
proceso constructivo el espesor a considerar seria de 20 cm.
CBR= 6 ; K = 160 psi

OBRA:
De acuerdo al ACI 330, se debe corregir el modulo K por la presencia de la subbase,
en cuyo caso para un K = 160 y una subbase de 20cm u 8” le correspondería un K
de 200 aproximadamente, como se demuestra en la tabla siguiente:
Se debe tomar en cuenta que en nuestro caso emplearemos como subbase un
material con CBR de 40%, por lo que el valor K compuesto por subbase se calculara
en función al CBR de este material y a través del software STREET PAVE 12 de la
ACPA.
c. Clasificación de las calles urbanas.
Del estudio Urbano se puede deducir que las calles son locales y colectora en el caso
de la calle Ceramistas.
Las calles residenciales, se clasifican en residencial ligera y residenciales.
K compuesto = 324 psi

OBRA:
Las calles residenciales ligeras, sirven para tráficos de aproximadamente 20 a 30
lotes o casas. Los volúmenes de tráfico son bajos, menores de 200 vehículos por día
( vpd) con tráfico diario promedio de camiones (ADTT) de 2 a 4 excluyendo
camiones de dos ejes y cuatro llantas, se considera en esta clasificación a las vías
locales.
Calles residenciales, estas soportan tráficos similares más algún camión pesado
ocasional. Estas calles soportan tráficos que sirven hasta 300 casas, así como para
recolectar el trafico residencial ligero dentro del área y distribuirlo en el sistema
principal de calles. Los volúmenes de tráfico van de 200 a 1,000 vpd, con
aproximadamente 10 a 50 ADTT. Para los fines de la norma CE 010, se considera
dentro de esta clasificación a las vías locales.
Podemos decir que los volúmenes de transito están en el rango de las calles
residenciales, cuyos volúmenes de trafico están entre 200 y 1,000 vpd y de 10 a 50
ADTT.
Si asumimos que todo el tráfico se orientara por una calle principal, aun así
estaríamos dentro del rango de calles residenciales, ya que la sumatoria nos
proporciona menos de 500 vpd y menos de 50 ADTT, por lo que asumimos una
clasificación de calles residencial.
d. Tráfico diario promedio de camiones ( ADTT) y distribución de cargas.
El modelo del PCA emplea el tráfico diario promedio de camiones en ambas
direcciones (ADTT) para modelar las cargas sobre el pavimento de concreto., por lo
que para modelarlo se asume que no está distribuido por lo que asumiremos el
100% en una vía.
e. Periodo de diseño
El periodo de diseño es la vida teórica del pavimento antes de requerir una
rehabilitación mayor o reconstrucción. No representa necesariamente la vida real
del pavimento, la cual puede ser mayor que la vida de diseño o menor debido a
incrementos del tráfico no previsto. La norma CE 010 PAVIMENTOS URBANOS
CLASIFICACION CALLES = RESIDENCIAL

OBRA:
cuenta con dos tablas para poder determinar el espesor del pavimento, y está en
función a si cuenta o no con sardineles, y están elaboradas en función a 30 años de
vida útil. La vida útil que consideramos en este caso es de 20 años.
De emplearse las tablas de la norma CE 010, se debe tomar en cuenta la reducción del
volumen de tráfico, y si cuenta o no con sardineles.
PERIODO DE DISEÑO = 20 años

OBRA:
En nuestro caso empleamos la tabla D4(b) ´para estimar el espesor de nuestro
pavimento, y con un K= 300 pci, y MR = 600 para un tráfico residencial tenemos un
espesor de pavimento de 6.5” ó 17 cm.
ESPESOR DE PAVIMENTO = 17cm ó 6.5”

OBRA:
b. Diseño de Pavimento Metodología AASHTO
La metodología AASHTO la podemos encontrar en el manual de carreteras
SUELOS,GEOLOGIA GEOTECNIA Y PAVIMENTOS del TC, aprobado en el año 2014
mediante RD N° 10-2014-MTC/14.
La metodología AASHTO emplea la formula siguiente:
Donde :
W 8.2 = numero previsto de ejes equivalentes de 8.2 toneladas métricas, a lo largo
del periodo de diseño
ZR = desviación normal estándar
SO = error estándar combinado en la predicción del tránsito y en la variación del
comportamiento esperado del pavimento
D = espesor de pavimento de concreto, en milímetros
ΔPSI= diferencia entre los índices de servicio inicial y final
Pt = índice de serviciabilidad o servicio final
Mr = resistencia media del concreto (en Mpa) a flexo tracción a los 28 días
(método de carga en los tercios de luz)
Cd = coeficiente de drenaje
J = coeficiente de transmisión de carga en las juntas
Ec = módulo de elasticidad del concreto, en Mpa
K = módulo de reacción, dado en Mpa/m de la superficie (base, subbase o
subrasante) en la que se apoya el pavimento de concreto.
Los parámetros que intervienen son:
 Periodo de diseño
Se considera para nuestro proyecto un periodo de diseño de 20 años, en
pavimentos rígidos lo mínimo a proyectar son 20 años.
 Ejes equivalentes ( W 8.2 )

OBRA:
Los ejes equivalentes son producto del flujo vehicular, en el periodo de diseño,
básicamente en base a los vehículos pesados, ya que los vehículos livianos tienen
un impacto mínimo en los caminos de bajo volumen, como es el caso del
aeropuerto de Ilo, que tendrá solo vehículos de emergencia.
De acuerdo al estudio de trafico los EE de nuestro proyecto a 20 años nos dan un
resultado de:
De acuerdo al manual de carreteras 2014, del MTC se clasifica en caminos de
bajo volumen con tipo de trafico : Tp₂ cuyo rango de trafico pesado es > 300,001
EE < 500,000 EE.
En consecuencia podemos decir lo siguiente:
 Servicialidad (ΔPSI )
La servicialidad se define como la capacidad del pavimento de servir al tránsito
proyectado por la vía, y se magnifica en una escala de 0 a 5, donde 0 significa
una condición de intransitable y 5 de excelente transitabilidad, valor que en la
práctica no se da.
EE = EALs= W ₁₈ = 350,482
EE = 350,482 = Tp₂

OBRA:
AASHTO emplea como índice de servicio inicial ( Pi ) el valor de 4.5 y como índice
de servicio minimo ( Pt ) el valor de 1.5 determinándose por la diferencia el valor
de ΔPSI.
Para nuestro caso emplearemos el valor del manual de carreteras 2014 que nos
da el cuadro siguiente:
 Confiabilidad “R” ( ZR ) y la desviación estándar ( So )
La confiabilidad tiene el propósito de cuantificar la variación propia de los
materiales, procesos constructivos y de supervisión que hacen que los
pavimentos construidos de la misma forma presenten diversos comportamientos
de deterioro diferentes.
La confiabilidad es en cierto modo un factor de seguridad que equivale a
incrementar un poco el tráfico en el periodo de diseño, de acuerdo a conceptos
estadísticos.
Asimismo AASHTO sugiere la desviación estándar entre 0.30 < So < 0.40, el
manual de carreteras del MTC recomienda los siguientes valores:
ΔPSI = 4.1 – 2.00 = 2.10

OBRA:
 El suelo y el efecto de las capas de apoyo ( Kc )
El parámetro que caracteriza al tipo de subrasante es el módulo de reacción de la
subrasante ( K ) . Adicionalmente se contempla la mejora del nivel de soporte de la
subrasante con la colocación de una capa intermedia granular o tratada, que mejora
las condiciones de apoyo y puede llegar a reducir el espesor calculado de concreto.
Esta mejora se introduce con el módulo de reacción combinado ( Kc ).
Asimismo se considera que los materiales aptos para capa de subrasante son
aquellos suelos con CBR igual o mayor a 6%. En caso de ser menores se procede a la
estabilización de los suelos.
En nuestro caso, del estudio de suelos se tiene que el CBR de la subrasante tiene
un promedio de 6%.
El manual de carreteras del MTC considera la alternativa de obtener el coeficiente K
a partir de la correlación con el CBR de la subrasante según la figura:
Tp₂ = R= 75% = -0.674
Tp₂ = So= 0.35

OBRA:
De la conversión de 44 Mpa/m a Psi/pulg se tiene :
Podemos concluir que el CBR promedio es de 6 por lo que corresponde en esta
figura un valor K = 162 psi.
Teniendo en consideración que nuestra subrasante natural presenta un suelo no
uniforme y está conformado por suelos tipo SP, se ha tomado la decisión de colocar
una subbase para dar uniformidad al soporte del pavimento rígido, y según el
CBR= 6 ; K = 162 psi

OBRA:
manual de carreteras la subbase debe ser de un CBR minimo de 40% y por proceso
constructivo y uniformidad con el existente, el espesor a considerar seria de 20 cm.
De acuerdo al manual de carreteras, se debe corregir el modulo K por la presencia
de la subbase, en cuyo caso para un K = 160 y una subbase de 20cm u 8” le
correspondería un Kc que se calculara de la siguiente formula:
De la figura de correlación del CBR con el módulo de reacción K se tiene los
siguientes datos:
Ko ( kg/cm³ ) = 4.4 kg/cm³
K1 ( kg/cm³) = 12 kg/cm³
h = 20 cm
Kc = [ ( ) ( ) ] = 5.7 kg/cm³ = 203 psi/pulg
Se debe tomar en cuenta que en nuestro caso emplearemos como subbase un
material con CBR de 40%, por lo que el valor K compuesto por subbase se calcula
en función al CBR de este material , obteniéndose un Kc
K compuesto = 203 psi

OBRA:
 Resistencia a flexotraccion del concreto ( Mr )
Otra forma de calcular seria:
Según el ACI 363R-92, f´r = 11.7 √fć psi para 3,000psi < fć < 12,000 psi.
En nuestro caso, tenemos un concreto de 280 kg/cm² = 4,000 psi.
Por lo tanto el MR = f´r = 11.7 √ 4,000 psi = 739 psi = 52 kg/cm²
En nuestro caso trabajaremos el diseño con un módulo de rotura mínimo de 42
kg/cm² que equivale a 600 psi.
 Modulo Elastico del Concreto ( Ec )
AASHTO 93 indica que el modulo elástico puede ser estimado a partir de la correlación,
precisada por el ACI :
* ( fć)½ ( fć en psi )
Para un concreto fć = 280 kg/cm² = 4000 psi
Por lo tanto la E = 3,604,996
 Drenaje ( Cd )
La presencia del agua o humedad en la estructura del pavimento trae consigo los
problemas siguientes:
o Ablandamiento de la subrasante por saturación prolongada.
o Deformación y fisuración creciente por pérdida de capacidad estructural.
MR = 42kg/cm² = 600 psi
Ec = 3,604,996 psi

OBRA:
La metodología AASHTO 93, incorpora el coeficiente de drenaje ( Cd ) para ser
considerada en el diseño.
En nuestro caso tomaremos el coeficiente de drenaje de 1, en vista que estamos en zona
desértica, y la presencia de lluvias es estacionaria y periódica, y las características del
suelo, nos permiten atribuirle una calidad de regular.
 Transferencia de cargas ( J )
La transferencia de carga es un parámetro empleado para el diseño de pavimentos que
expresa la capacidad de la estructura como trasmisora de cargas entre juntas y fisuras.
Sus valores dependen del tipo de pavimento de concreto a construir, la existencia o no de
berma lateral y su tipo, así como la existencia o no de dispositivos de transferencia de
cargas.
El valor de J es directamente proporcional al valor final del espesor de la losa de concreto,
es decir, a menor valor de J , menor espesor de concreto.
En el cuadro siguiente tenemos los valores de J según sea el caso:
En nuestro caso estamos considerando que las vías no tienen pasadores y están sin
bermas, por lo que asumimos un valor de J= 4.0

OBRA:
DISEÑO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO
Con los parámetros descritos anteriormente, y apoyándonos en el nomograma del manual del
MTC, tenemos que el espesor del pavimento rígido es el mínimo de 15.75 cm, bajo las siguientes
consideraciones:
 La subrasante tiene un CBR de 6%.
 Sin pasadores y sin bermas. J = 4.0
Con la finalidad de contrastar este nomograma se recurre al programa desarrollado por el Ing
Vazquez de Colombia y con los datos obtenidos anteriormente se ingresa a la fórmula de AASHTO
para pavimentos rígidos 93, obteniéndose como resultado el espesor mínimo de 6.5 pulgadas o
16.5 cm.

OBRA:
A manera de tanteos y considerando que tendrá el confinamiento por los sardineles
peraltados y las veredas en algunas calles, se asume con los mismos datos pero variando
el coeficiente J= 3.2, nos da como valor de diseño el espesor de 5 pulgadas, que es el
minimo.
Sin embargo la vida del pavimento se eleva en cuanto al volumen de trafico en la vida útil
prevista.
CONCLUSION
 De acuerdo a la metodología AASHTO 93 el espesor del pavimento rígido seria de
8” o 20 cm, sin pasadores y sin bermas.
 Dada la calidad del suelo de la subrasante se colocaría una subbase de 20 cm de
espesor con un CBR mínimo de 40%.

OBRA:
c. Diseño de Pavimento Metodología USACE
Módulo de reacción k de la subrasante
En esta metodología se emplea la humedad y la clasificación de los suelos para
determinar el valor del módulo de reacción k de la subrasante .
En nuestro caso la humedad de nuestro suelo de subrasante está en el orden de 1%
a 3% y de acuerdo al estudio de suelos tenemos la clasificación de suelos de SP , por
lo que nuestro módulo de reacción de la subrasante estaría entre 350 y 250 pci
Requerimientos de Subbase
Esta metodología recomienda que para suelos clasificados como SM se debe
considerar como minimo una subbase de 10cm ó 4” con la finalidad de :
a. Proporcionar uniformidad a la superficie de apoyo del pavimento.
b. Drenaje.
c. Proporcionar una superficie suficiente durante la etapa de construcción del
pavimento para el tránsito del equipo mecánico.
Para el caso de suelos clasificados como CL se requiere disponer de esta capa de
subbase para prevenir los levantamientos o hinchamiento de las arcillas, de igual
manera en los suelos clasificados como SM.
El material de la subbase debe tener los siguientes requerimientos:
a. Porcentaje que pasa la malla N° 10 no más del 85%
b. Porcentaje que pasa la malla N° 200, no más del 15%.

OBRA:
c. Índice de plasticidad máximo de 6.
De acuerdo al cuadro, el módulo de reacción k compuesto por una subbase de 20
cm ó 8”, seria de 280 pci
El material de la cantera ICUY , cumple con estos parámetros, así como el CBR que
es mayor al mínimo de 30%.
Calculo del espesor del pavimento

OBRA:
El espesor del pavimento seria de 7.0” lo que se redondea a 8” o 20 cm .
CONCLUSION GENERAL
Aplicando las tres metodologías de diseño, la de la PCA, AASHTO y USACE, dan como
resultado una estructura de pavimento conformada por:
Pavimento de concreto = 20 cm
Subbase = 20 cm

OBRA:
PAVIMENTOS ESPECIALES
Se considera como pavimentos especiales a los siguientes:
a. Aceras o veredas.
b. Pasajes peatonales
c. Ciclo vías
d. Estos pavimentos deben cumplir los requisitos siguientes:
En nuestro caso las veredas se construirán con concreto f´c = 175 kg/cm² y una base
de material granular de 10 cm con un CBR mínimo de 30%.
La compactación de la subrasante en todos los caso será al 95% del proctor
estándar.

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