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Universidad de Concepción
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Civil
Avance trabajo final:
“Propuesta de conectividad sector
Pabellones”
Jueves 11 de Junio 2015, Concepción
Integrantes: Mario Farías Riffo
Victor Gutiérrez Eisele
Osvaldo Olguín Molina
Matías Vidal del Valle
Asignatura: Proyecto de Diseño Vial
Profesor: Álvaro Díaz Worner
CAPÍTULO 1: Descripción del proyecto
La Ruta CH-160 es una carretera chilena que abarca la región del Biobío en el sur de Chile.
La ruta se inicia en Concepción y finaliza en Lebu.
Su ampliación a doble pista en el sector de Colcura el año 2013 generó una situación de
segregación para los habitantes de la población de Pabellones, ubicada en el km 38 junto a la
carretera, dejándolos sin conectividad e impidiendo que crucen hacia el sector norte, donde se
encuentra la Escuela Básica Valle Colcura F-687.
El proyecto que se presenta, licitado la Ilustre Municipalidad de Lota, a través de su
Departamento de Secretaría Comunal de Planificación (SECPLAN) contempla el desarrollo y
construcción de un enlace que solucione los problemas de conectividad. Se seleccionó, para esto,
la utilización de un enlace tipo trompeta. Se proyectan, también, soluciones de evacuación de
aguas lluvias para el sector de Pabellones, la evacuación de aguas servidas para la escuela F-687 y
el diseño estructural del pavimento a utilizar en la ruta.
CAPÍTULO 2: Bases de cálculo
Ayahuasca
CAPÍTULO 3: Diseño de pavimentos
3.1 Tramo ruta 160
Se usará el método AASHTO para determinar el paquete estructural del pavimento a lo
largo del tramo de la ruta 160 que comprende este proyecto. Se implementará un sistema
multicapa de manera que las tensiones solicitantes no originen fallas en la subrasante ni en el
propio paquete de capas y al mismo tiempo cumplir con una serviciabilidad inicial y final (p i y pf,
respectivamente).
Para determinar los espesores de las capas, primero se deben calcular las solicitaciones a
las que será sometida la vía durante su vida de diseño, la cual se determinó de 20 años según
recomendación del Manual de Carreteras en función de la clasificación del camino (tabla
3.604.103.A). Las solicitaciones se consideran a través de la cantidad de ejes equivalentes que se
acumularán en estos 20 años.
3.1.1 Solicitaciones
Para calcular los EEAC se utilizó el programa PAVIVIAL, al cual se le ingresaron datos de
Tránsito Medio Diario Anual y tasas de crecimiento. Para tener una estimación del TMDA del
tramo en cuestión, se utilizó el de un camino asimilable según modelo de planificación vial para la
zona sur de la Dirección de Planeamiento. Se ignoran datos de vehículos livianos, pues apenas
aportan ejes equivalentes.
Camiones 2 ejes Camiones 2+ ejes Buses urbanosTMDA 1340 3066 784
Fuente: www.vialidad.cl
Estos TMDA debieron ser ajustados mediante un factor de dirección y uno de pista. El primero
corresponde a 0,5 y se debe a que se trata de una vía bidireccional, y el factor de pista es de 0,8 y
se debe a que la mayor parte de los vehículos pesados transita por la vía derecha.
Los espesores de las capas ligadas y no ligadas se determinan mediante el número
estructural que deben aportar y cumpliendo con recomendaciones mínimas del Manual de
Carreteras.
en que:
EE: ejes equivalentes acumulados durante la vida de diseñoNE: número estructuralZR: coeficiente estadístico que depende del nivel de confianza adoptadoS0: desviación estándar del error combinado de las variables que intervienen en el modeloMR: módulo resiliente de la subrasantepi: índice de serviciabilidad inicialpf: índice de serviciabilidad final
El número estructural, a su vez, se calcula por cada con la siguiente ecuación:
en donde:
ai: coeficiente estructural de capa i
hi: espesor de capa i en mm
mi: coeficiente de drenaje (capas no ligadas)
3.1.2 Confiabilidad
Los valores de ZR y S0 fueron tomados de tabla con valores recomendados en el manual de carreteras, según las solicitaciones de la vía.
Se seleccionó una confiabilidad de 80%, ZR de 0,842 y S0 de 0,45.
3.1.3 Módulo resiliente de la subrasante
Para determinar el Mr de la subrasante, se utilizó una correlación con el CBR de la misma,
que según determinó la mecánica de suelos es de 15 %.
Utilizando la segunda ecuación, se obtiene un Mr de 98 MPa.
3.1.4 Coeficientes estructurales
Los coeficientes estructurales utilizados se seleccionaron según el tipo de capa. Las
recomendaciones entregadas por el Manual de Carreteras se encuentran en la siguiente tabla:
Para las capas ligadas, es decir, carpeta asfáltica, binder y base asfáltica, se seleccionaron
coeficientes estructurales de 0.43, 0.41 y 0.33, respectivamente. Para la subbase granular (CBR =
40 %), el coeficiente estructural es de 0.12, y la base granular (CBR = 80 %) tiene un coeficiente de
0.13.
3.1.5 Coeficientes de drenaje
Los coeficientes de drenaje para las capas no ligadas dependen de la calidad de drenaje y
del tiempo de saturación. Esta tabla del Manual de Carreteras recomienda algunos valores para
distintas zonas del país.
Se seleccionó un valor de 1,15 para cada una de las capas granulares.
3.1.6 Número estructural mínimo de capas asfálticas
El NEA se determina a partir de la temperatura media anual ponderada del aire (TMAPA),
las solicitaciones previstas en ejes equivalentes y el módulo de resiliente de la subrasante, a través
de los gráficos 3.604.108 que se presentan en el Manual de Carreteras. Por recomendación del
MC, se selecciona una TMAPA de 12,2 ºC.
3.1.7 Espesores de las capas
Mediante los cálculos realizados en PAVIVIAL, se determinó que el NET debe ser superior a
121 mm, mientras que el NEA debe superar los 87 mm. Esto se cumple con los espesores de capa
calculados con PAVIVIAL.
Espesor (mm)
Capas ligadasCarpeta asfáltica 70Capa intermedia 70Base asfáltica 100
Capas no ligadas
Base granular 150Subbase granular 150
3.2 Caleteras y pistas de aceleración y deceleración
Análogamente al caso de la ruta 160, se usará el método AASHTO para determinar el
paquete estructural de las caleteras y enlaces. Debido a la jerarquía de la vía, se considera una
vida de diseño de 10 años.
3.2.1 Solicitaciones
En el Manual de Carreteras se recomienda utilizar, para una vía de esta jerarquía, un valor
de 350.000 EE.
3.2.2 Confiabilidad
Los parámetros de confiabilidad, al igual que en el caso anterior, se determinan según los
EE que solicitarán la vía. Los valores seleccionados son de 0,253 para ZR y 0,45 el S0.
3.2.3 Otros parámetros
Los parámetros de Mr de la subrasante, coeficientes estructurales y coeficientes de
drenaje serán los mismos que los utilizados en el caso anterior, ya que las variables de las que
depende cada uno son las mismas.
3.2.4 Espesores de las capas
Luego de ingresar todos los parámetros a PAVIVIAL, comprobamos que los espesores
mínimos recomendados por el Manual de Carreteras son suficientes para cubrir las solicitaciones.
Los espesores serán los indicados en la siguiente tabla:
Espesor (mm)
Capas ligadasCarpeta asfáltica 40Base asfáltica 40
Capas no ligadas
Base granular 150Subbase granular 150
Valores extraídos de la tabla 3.604.108.A del Manual de Carreteras.
CAPÍTULO 4: Diseño de red de aguas servidas
Dentro de los alcances del proyecto se considera el diseño e ingeniería básica de la
evacuación de aguas servidas correspondientes a la Escuela Básica Valle Colcura F-687 hacia una
red de aguas servidas existente, distante a unos 200 metros aproximadamente en sector
Pabellones.
La solución propuesta consiste en colectar las aguas desde la cámara domiciliaria
perteneciente a la escuela, hacia una planta elevadora de aguas servidas (PEAS) con la cual a
través de la impulsión mediante un sistema de bombas, se conduce las aguas servidas a la cámara
de inspección existente n°7 ubicada en el pasaje Las Violetas (Sector Pabellones).
4.1 Caudales de diseño
El cálculo de los caudales de diseño de realizó conforme a la norma chilena
NCh1105of2009 y Anexos RIDDA. Se considera que el establecimiento cuenta con 250 alumnos
como población aportante.
4.1.1 Caudal Medio Diario:
Qmed= P∗R∗D∗C86400
l /s
Poblacion aportante (hab) 250Dotación de consumo (l/hab/dia) 50Coeficiente de recuperacion 0,9Coeficiente de capacidad 1Qmed (l/s) 0,130
Se considera un total promedio de 250 alumnos estudiando en el establecimiento y de
acuerdo a lo dispuesto por el RIDDA se utilizó una dotación de 50 l/hab/dia.
4.1.2 Caudal Máximo horario:
De acuerdo a la normativa se tiene que el cálculo para el caudal máximo horario para
poblaciones aportantes entre 100 hab y 1000 hab se debe realizar una interpolación lineal entre la
tabla entregada por la Sociedad de Ingenieros Civiles de Boston y la ecuación de Harmon.
De lo anterior se obtiene:
QmaxH= 3.32 l/s
4.1.3 Caudal mínimo diario:
Se obtiene considerando que corresponde a un 60% del caudal medio diario.
QminD= 0.078 l/s.
4.2 Diseño de planta elevadora.
Para realizar el diseño de la planta elevadora se consideró una velocidad mínima de
escurrimiento de 0.8 m/s y una velocidad máxima de 2.0 m/s con el fin de evitar sedimentación y
un desgaste de tuberías y piezas, además de prevenir que se produzca el efecto golpe de ariete. Se
realizó el cálculo de las pérdidas de carga regulares con la ecuación de Hazen-Williams, por otro
lado se estimó que las perdidas singulares corresponden al 20% de las regulares.
Además para la elección de la bomba se construyó la curva de operación de una bomba
tipo Pedrollo MC20/50 sumergible de 2 h.p (apta para trabajar con aguas servidas) con la cual se
obtuvo el caudal y altura de elevación óptimos de operación de la bomba. A continuación se
muestra la curva obtenida considerando una impulsión de HDPE PN10 de 75mm.
Así tenemos que los datos de operación de la bomba son los siguientes:
Caudal máximo de diseño (QmaxH) 3.32 (l/s)Cota de aspiración 2,9 mCota de descarga 5.3 mAltura geométrica 2.4 mLargo tubería de impulsión. 190 mPérdida de carga totales 10.38 mAltura de elevación 12.78 m.c.aVelocidad de escurrimiento 1.74 m/sCaudal de bomba 6.33 (l/s)
4.3 Diseño de pozo de aspiración
El pozo de aspiración se diseñará de tal forma que las aguas servidas tengan un tiempo
mínimo de retención de 10 minutos y un tiempo máximo de 30 minutos, con el fin de evitar la
septización de éstas.
El volumen de la planta elevadora se diseña de acuerdo a las consideraciones dadas en la
norma chilena NCh 2472of2000.
4.3.1 Cálculo volumen de pozo de acumulación.
Para el cálculo del volumen del pozo se utiliza la siguiente formula:
V= t∗Qb4
Con t= tiempo mínimo de un ciclo de bombeo (10 minutos)
Qb= Capacidad de la bomba (6.33 l/s)
De lo anterior se obtiene un volumen de 949 lt los cuales aplicando un factor de seguridad de 1.25
se tiene un volumen de 1187 lt, es decir 1.187 m3.
4.3.2 Tiempos de ciclo para caudal máximo de diseño.
Caudal bomba 6.33 l/sCaudal afluente 3.32 l/sTiempo de llenado 5.95 minTiempo de vaciado 6.57 minTiempo de ciclo 12.52 minVolumen 1.187 m3
Así se verifica que el tiempo de ciclo es superior al mínimo que exige la normativa vigente.
4.4 Trazado de impulsión PEAS a Cámara de inspección Existente.
CAPÍTULO 5: Dimensionamiento red de aguas lluvia
Para realizar un correcto dimensionamiento y solución de aguas lluvias se trabajará con la
suma de distintos caudales de diferente ámbito. Primero se considera un caudal adicional
existente en la cuenca aportante de 2 m3 los cuales se sumarán al caudal que entrega la cuenca
por escorrentía debido a una precipitación obtenida de la estadística del Manual de Carretera
Volumen 3 para una duración y periodo de retorno dados según el tamaño de la cuenca y obras
proyectadas.
5.1 Hidrología de la cuenca
El caudal requerido es el asociado a una precipitación máxima media con periodo de
retorno de 10 años y duración de 1 hora obtenido del Manual de Carretera Volumen 3, según tabla
3.702.402.A para Concepción es de 19,9 [mm].
La zona de estudio considerada como área aportante del caudal, corresponde a la cuenca
conformada en el cerro desde la parte sur del sector pabellones latitud 37° 6'50.57"S, longitud 73°
8'52.46"O y barriendo hacia el norte por el cerro hasta el inicio de la zona urbana latitud 37°
6'31.16"S, longitud 73° 8'31.02"O, separada en dos áreas aportantes para el cálculo del caudal de
diseño.
Zona de estudio: áreas aportantes de la cuenca, A1: 287.176 m2 y A2: 64.324m2
5.2 Tipo de Obra.
Las obras proyectadas para dar solución de aguas lluvias provenientes del cerro se desarrollaron de la siguiente manera. Para captar el caudal de diseño proveniente del cerro se proyecta un canal de sección trapezoidal revestido en hormigón con especificaciones según lámina de obras tipo del Manual de Carretera 4.106.501 el cual es capaz de captar y llevar el caudal en dirección Norte por el contorno de la cuenca hasta un canal existente ubicado en el inicio del Pasaje Managua desde el norte, este canal existente es paralelo a la calle Las Camelias y termina al llegar a la ruta 160, desde la cual se plantea proyectar una alcantarilla con control de entrada del tipo circular de hormigón prefabricado sin muro ni alas para atravesar la ruta 160 en dirección norte hasta un registro y conexión a colector de cemento comprimido que se proyecta en dirección Oeste finalizando en el punto de descarga propuesto de cajón doble.
5.3 Cálculo
5.3.1 Formula Racional
Para obtener los caudales de diseño correspondientes a cuencas aportantes de área menor a 20 Km2 se utilizará la Fórmula Racional. La expresión para calcular el gasto de diseño (Q), mediante el Método Racional es la siguiente:
Q=C∗i∗A3,6
Donde:
Q: Caudal en m3/s.
C: Coeficiente de escorrentía.
A: Área de la cuenca aportante en Km2.
i: Intensidad de la lluvia de diseño en mm/h.
Se tiene:
C 0.65 Según tabla 3.702.503 A MC V3i 19,9 [mm/h] Según tabla 3.702.402 A MC V3A1 0,064 [km2]A2 0,287 [km2]Q1 0,22 [m3/s]Q2 1,03 [m3/s]
De esta forma considerando Q1, Q2 y los 2 [m3] adicionales de la cuenca se tiene un caudal
total de diseño de 3.25 [m3/s] que se utilizará para dimensionar las obras de aguas lluvias.
5.3.2 Periodo de Retorno
Para el cálculo del área de inundación de este tipo la Dirección General de Aguas establece el
siguiente criterio de T = 10 años.
5.3.3 Tiempo de Concentración.
Calculado usando el Manual de Carretera Volumen 3 sección 3.702.501, usando la ecuación de
Norma Española:
Tc=18∗L0,76
S0,19
Se tiene:
L 0,72 [km]S 146/721Tc 18
De este modo podemos seleccionar una duración de una hora para la intensidad de lluvia de
diseño.
5.3.4 Dimensionamiento Sección transversal Canal Revestido.
Mediante cálculo del Manual de Carreteras volumen 3, se tiene:
V=QA
=R23∗i1 /2
n
Luego:
Vmax 4,5 [m/s]Vmin 0,25 [m/s]
A0,8125[k
m2]R 0,325 [m]i 0,01[m/m]n 0,012B 1 [m]
y 0,5 [m]z 1,25Q 3,2 [m3/s]V 3,9 [m/s]
De modo que se cumple con el caudal de diseño, en la siguiente imagen se ve un esquema de
diseño obtenido de la lámina 4.106.501 del Manual de Carretera Volumen 4.
Especificaciones Sección Transversal de canal revestido en hormigón.
5.3.5 Dimensionamiento Alcantarilla con Control de Entrada.
Se considera una alcantarilla de tubo circular de hormigón prefabricado sin muros ni alas en
entrada y salida. Para obtener el diámetro capaz de llevar el caudal de diseño se recurre al ábaco
3.703.303 B(3) del Manual de Carretera y se obtiene:
He/D 3,2Q 3,2[m3/s]D 1 [m]
Con estas dimensiones se cumple entonces con el caudal de diseño.
5.3.6 Dimensionamiento Colector Aguas lluvia.
Se proyecta un colector de aguas lluvias para transportar el caudal captado por las obras hasta el
punto de evacuación propuesto, colector de cemento comprimido y diámetro de 800 [mm].
Queda a verificación de caudal, según:
Q=0,3∗D
83∗i1 /2
n
5.3.7 Trazado Proyectado para solución Aguas lluvia.
Tipo de Obra Longitud [m]Canal Proyectado 950,0Canal Existente 70,6Alcantarilla Proyectada 45,0Coletor Proyectado 419,0
