I.7 CÁLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO. 7.1 CALCULO DE ...

I.7 CÁLCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO.
7.1 CALCULO DE LA PROFUNDIDAD DE LA HELADA
Dadas las características climáticas de la zona donde se emplaza el camino en estudio, resulta
imprescindible iniciar todo cálculo de espesores de pavimento de diseño con una estimación
de la profundidad de penetración de la helada.
Para tales efectos se han utilizado los antecedentes de la estación meteorológica de Punta
Arenas ya que aun estando más alejada que Puerto Natales posee una mayor cantidad de
datos por lo que los supuestos estadísticos son más confiables.
La acción de la helada está relacionada con la temperatura ambiente, y como ésta afecta al
suelo.
Los suelos susceptibles a la helada corresponden a todo suelo inorgánico que contienen más
de 3% en peso de partículas más finas que 0,02 mm.
Así, la penetración de la helada (para un suelo susceptible a la helada) dependerá de la
duración de la temperatura media bajo cero grado (ºC) acumulada durante un período de
tiempo, representado como índice de helada.
Este tiempo versus la temperatura se acostumbra a medir en grados día, es decir, un grado día
representa un día con temperatura media de un grado bajo cero (ºC) y 10 grados día podría ser
el resultado de 10 días con temperatura media de 1 grado bajo cero o un día con temperatura
media de 10 grados bajo cero (ºC).
La diferencia entre el máximo y mínimo valor de los grados acumulados se denominará índice
de la helada.
En el presente estudio, se han utilizado los registros de temperatura de la estación Punta
Arenas, para los años 1993, 1994 y 1995, los cuales se adjuntan.
A su vez el índice de la helada ha sido relacionado con la profundidad de la penetración de la
helada, en forma empírica, (Yoder Principles of Paviment Design) a través del un gráfico,
donde la ordenada representa la penetración de la helada en pulgadas y la absisa el índice de la
helada en ºF.
Los resultados arrojados para los años analizados, para la estación Punta Arenas, son los
siguientes:
Año (cm) Indice de Helada Penetración de Helada
1993 31.86 22.0
1994 46.62 28.0
1995 114.12 41.0
De la tabla anterior se elige como resultado de cálculo teórico una profundidad de la helada de
41,0 cm. que corresponde al mayor valor de los tres años analizados, lo que queda
corroborado con el hecho que éste fue un año especialmente helado. Como se mencionó los
41 cm. son teóricos por lo que como factor de seguridad se adopta como valor de diseño para
el presente estudio 60 cm. de profundidad de penetracion de la helada.

7.2 ESTUDIO DE TRÁNSITO
El tránsito en el sector en estudio, está representado por los valores registrados en el punto
de control Nº 6 del Plan Nacional de Censos de la XII Región. El punto mencionado se
ubica unos 55 kms al sur del inicio del proyecto, en un lugar denominado Bif.Teniente
merino. Se descartó el punto Nº 5 por encontrarse cercano a Puerto Natales y así
influenciado por tránsito local.
Se consideró como tránsito base para la estimación, los volúmenes medidos el año 1996 en
la rama de/a Puerto Natales, corrigiendo el tránsito de primavera que aparece anormalmente
bajo. Este valor se reemplazó por lo medido en 1994 para generar con los tránsitos de
verano 1996 e invierno 1996 una estimación del TMDA año 1996.
En relación a las tasas de crecimiento y ejes equivalentes por tipo de vehículo se adoptaron
las obtenidas para el estudio Punta Arenas - Aeropuerto.
A continuación se entrega la fig.7.2 con la ubicación de los puntos censales en la XII
Región.
Asimismo, se entrega el cuadro 7.2.1 con la proyección de tránsitos y el cuadro 7.2.2 con
las solicitaciones estimadas a lo largo de la vida útil del pavimento.
lugar biff.
tte. merino
de/a
natales
CUADRO N° 7.2.1
PROYECCIONES PRELIMINARES DE TRANSITO
SECTOR CORDON ARAUCO
V.LIV CS-2E C+2E C.ARTIC. BUSES TOTAL VEQ
AÑO 1998 174 16 26 40 36 292 479
AÑO 2008 281 19 45 69 58 472 784
AÑO 2018 416 23 71 108 86 704 1184
Con los tránsitos (TMDA) indicados en el Cuadro precedente se calcularon las
solicitaciones que afectarán la ruta en un perÍodo de 20 años, comenzando el año 2.000. El
siguiente Cuadro muestra esos cálculos.

CUADRO Nº 7.2.2
CAMINO: PUNTA ARENAS - PUERTO NATALES
SECTOR CORDÓN ARAUCO
AÑO INICIO: 2000 AÑOS SERVICIO: 20
F. PISTA: 1
C.SIMPLE C.MULT BUS
TMDA/2 1998 8 33 18
EE/VEH: 0.8 3 1.75
TASA CREC(%):
1998 2008 5.618 5.594 4.885
2009 2019 4.615 4.434 4.018
S O L I C I T A C I O N E S
TMDA EN EL AÑO E.E HORMIGÓN ( miles )
AÑO C.SIMPLE C.MULT BUS DEL AÑO ACUMUL
2000 9 37 20 56 56
2001 9 39 21 59 114
2002 10 41 22 62 176
2003 11 43 23 65 241
2004 11 46 24 69 310
2005 12 48 25 72 382
2006 12 51 26 76 459
2007 13 54 28 81 539
2008 14 57 29 85 624
2009 14 60 30 89 713
2010 15 62 31 93 806
2011 16 65 33 97 902
2012 17 68 34 101 1004
2013 17 71 35 106 1109
2014 18 75 37 111 1220
2015 19 78 38 115 1335
2016 20 82 40 121 1456
2017 21 86 41 126 1582
2018 22 89 43 132 1714
2019 23 94 45 138 1852
7.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS
La prospección para determinar las características de los suelos en que se apoyará la
carretera, consistió en la excavación de 13 calicatas de 1,5 m de profundidad, de ellas se
extrajeron muestras de los estratos más representativos para ser ensayadas en el laboratorio.
En el Volumen III se incluyen los resultados de los ensayos realizados.
El siguiente Cuadro muestra un resumen de los resultados de los ensayos; en él se incluye la
identificación de las calicatas y las propiedades más significativas del estrato preponderante
en cada una de ellas.

CUADRO Nº 7.3.1
CARACTERÍSTICAS DEL ESTRATO PREDOMINANTE
Estrato Predominante
Pozo Nº Km. Ubicación USCS AASHTO % Finos CBR al 95% CBR
dens. ter
C - 1 190.720 0,22 - 1,60 SM-SC A-2-4 34.0 17.0 24.0
C - 2 191.219 0.37 - 1.30 SM-SC A-2-4 31.0 8.0 14.0
C - 3 191.776 0.65 - 1.50 GW-GM A-1-a 5.0 103.0 25.0*
C - 4 192.170 0.40 - 1,50 GW A-1-a 4.0 85.0 98.0
C - 5 192.675 0,50 - 1,00 SP A-3 3.0 24.0 15.0
C - 6 193.217 0,30 - 1,20 SM A-2-4 23.0 29.0 29.0*
C - 7 193.580 0,30 - 1,10 GM-GC A-2-4 28.0 9.0 12.0
C - 8 194.080 0.40 - 1,50 GP A-1-a 4.0 79.0 136.0
C - 9 194.620 0.40 - 1,50 GW-GM A-1-a 9.0 91.0 91.0*
C - 10 195.220 0,00 - 1,25 CL A-4 54.0 9.0 27.0
C - 11 195.710 0.40 - 1,50 CL A-4 80.0 13.0 2.0*
C - 12 196.060 0.45 - 1,50 CL A-4 71.0 7.0 14.0*
C - 13 196.680 0,50 - 1,50 SM-SW A-1-b 10.0 33.0 12.0*
Nota: (*) Valor estimado
El método de diseño AASHTO utiliza como parámetro del suelo, el valor promedio de la
serie de K determinados en la prospección y procurando que el coeficiente de variación del
conjunto no sea muy superior que 15%. Esta última condición no siempre es fácil de lograr
salvo cuando las variaciones se concentran en conjuntos adyacentes, en cuyo caso se puede
sectorizar. Esta última situación no es la del caso que se analiza puesto que la variaciones
están distribuidas a todos lo largo del sector en estudio.
En el siguiente Cuadro se muestra el cálculo de los parámetros de diseño.
CUADRO Nº 7.3.2
K para Diseño
Pozo Nº Km. CBR
dens.terreno
K (MPa/m) K (MPa/m)
C - 1
C - 2
C - 3
C - 4
190.720
191.219
191.776
192.170
24.0
14.0
25.0*
98.0
82.8
62.4
84.9
226.4
82.8
62.4
84.9
C - 5
C - 6
C - 7
C - 8
192.675
193.217
193.580
194.080
15.0
29.0*
12.0
136.0
64.4
93.3
58.6
289.4
64.4
93.3
58.6
C - 9
C - 10
C - 11
194.620
195.220
195.710
91.0*
27.0
2.0*
214.1
89.1
214.1
89.1
C - 12
C - 13
196.060
196.680
14.0*
12.0*
62.4
58.6
62.4
58.6
PROMEDIO
DES.STD.
115.5
79.9
87.0
46.6
El Cuadro precedente merece los siguientes comentarios:
- El valor CBR = 2% que arrojó el pozo Km. 195,710, se eliminó de la serie en atención
a que corresponde a una situación muy especial de baja densificación del terreno
natural y principalmente, porque en esa zona la rasante proyectada va en corte de más
de 3 m de altura, de manera que el estrato no es representativo de lo que será la
situación real.

- Retirando el valor señalado, resulta un valor medio del K de 115,5 MPa/m con una
desviación estándar de 79,9 MPa/m. Si aplicamos el criterio de que la serie para cálculo
es la de valores comprendidos en la banda Valor Medio ± dos desviaciones estándar, se
debe retirar el valor del pozo C-8; finalmente y por analogía también se retiro el valor
correspondiente al pozo C-4.
- La serie modificada da los resultados que se muestran en la última columna de Cuadro
precedente; K = 79,9 ≈ 80 MPa/m con una desviación estándar de 46,6 MPa/m. El
valor, que se utilizará para diseño está por el lado de la seguridad.
7.4 DETERMINACION DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Los espesores de las losas de hormigón requeridas para las condiciones de tránsito y
características de los suelos de la subrasante, se calculan según el método de diseño
AASHTO, versión 1993.
Los parámetros, además a los ya mencionados relacionados con el tránsito y los suelos de
la subrasante, que se utilizan en los cálculos son:
- Pérdida de Soporte = 0 - Nivel de Confianza ( primaria ) = 75%
- Factor Seguridad = 1.72 - Resist. Flexotracción ( MPa ) = 4.8
- Coeficiente Drenaje = 1.1 - Coef. Transferencia Juntas = 4.0
- Ind. Serviceavilidad Inicial = 4.5 - Ind. Serviceavilidad Final = 2.0
- Módulo Elasticidad ( MPa) = 29.000
El resultado, que se muestra en Cuadro adjunto, es H = 182 mm por lo que se adopta el
espesor mínimo aceptable de 200 mm. Bajo el pavimento se debe considerar una sub-base
de 150 mm de espesor y una capa de suelo no heladizo que alcance hasta 0,60 m por debajo
de la rasante.

Cuadro: Diseño Pavimentos Rígidos (trabajos/parenas/arauco/calpav.xsl )