informe pavimentos definitivo

7/23/2019 Informe Pavimentos Definitivo

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Calle 3E-mail:Monter

[VESTPEDEL P

4 No 8-15 Cetvpmunicipioa - Crdoba

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DIOS Y DO DE UREBLITO (

l. 301 293 [email protected]

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OCIACITO SINNICIPIO

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ISEOS PBA, CDI

Km 26) EN

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S2009

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ESTUDIOS Y DISEOS PARA LA PAVIMENTACIN DE LA VA VALENCIA -SAN PEDRO DE URABA, CDIGO 64895, SECTOR VALENCIA (Km 0) ALCASERO DE EL PUEBLITO (Km 26). DEPARTAMENTO DE CRDOBA

DISEO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

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Calle 34 No 8-15 Cel. 301 293 11 50 Tel. (4) 790 60 80 Manuel Jos Meza SotoE-mail:[email protected] Ingeniero Civil, M.ScMontera - Crdoba

CONTENIDO

1. INTRODUCCIN ............................................................................................................... 1-12. OBJETIVOS Y ALCANCES .............................................................................................. 2-1

2.1 OBJETIVO ............................................................................................................ 2-12.2 ALCANCES ........................................................................................................... 2-1

3. LOCALIZACIN Y DESCRIPCIN DEL PROYECTO ..................................................... 3-14. TRNSITO ........................................................................................................................ 4-1

4.1 RECOPILACIN DE LA INFORMACIN ............................................................. 4-14.2 PERODO DE DISEO ......................................................................................... 4-54.3 DETERMINACIN DE LA TASA DE CRECIMIENTO .......................................... 4-54.4 DETERMINACIN DEL FACTOR DIRECCIONAL ............................................... 4-54.5 DETERMINACIN DEL INCREMENTO DEL TRNSITO NORMAL ................... 4-54.6 CONVERSIN DE VEHCULOS A EJES EQUIVALENTES DE 80 KN. FACTORDE DAO Y FACTOR DE EQUIVALENCIA POR TIPO DE VEHCULO .......................... 4-64.7 DETERMINACIN DEL TRNSITO ACUMULADO EN EJES EQUIVALENTES DE80 KN, EN EL CARRIL DE DISEO DURANTE EL PERODO DE DISEO. ................... 4-7

5. GEOTCNIA ................................................................................................................... 5-10

5.1 EXPLORACIN DE CAMPO .............................................................................. 5-105.2 ENSAYOS DE LABORATORIO .......................................................................... 5-105.3 ESTRATIGRAFIA. ............................................................................................... 5-105.4 NIVEL FRETICO ................................................................................................. 5-15.5 CARACTERSTICAS DE LA SUBRASANTE. ....................................................... 5-1

6. DISEO PAVIMENTO FLEXIBLE Y RGIDO MTODO AASHTO 1993 ......................... 6-26.1 GENERALIDADES ................................................................................................ 6-26.2 CONFIABILIDAD ................................................................................................... 6-36.3 DESVIACIN ESTANDAR ................................................................................... 6-46.4 ERROR ESTANDAR ............................................................................................. 6-4


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6.5 NDICE DE SERVIACIBILIDAD ............................................................................ 6-56.6 COEFICIENTE DE TRANSMICIN DE CARGA .................................................. 6-56.7 MDULO RESILIENTE Y MDULO DE REACCIN DE LA SUBRASANTE ...... 6-56.8 MDULO DE REACCIN DEL CONJUNTO SUBRASANTE / SUBBASE .......... 6-66.9 COEFICIENTES ESTRUCTURALES ................................................................... 6-76.10 COEFICIENTES DE DRENAJE ............................................................................ 6-76.11 MDULO DE ROTURA Y MDULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO ........ 6-76.12 ALTERNATIVAS DE DISEO .............................................................................. 6-86.13 DISEO DE JUNTAS ........................................................................................... 6-9

7. REVISIN DISEO PAVIMENTO FLEXIBLE METODO RACIONAL ........................... 7-137.1 CARACTERIZACIN DINMICA DE LOS MATERIALES ................................. 7-137.2 DEFINCIN DE LOS MDELOS DE FALLA DE LOS MATERIALES ............... 7-157.3 CLCULO DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES .......................................... 7-167.4 REVISIN DEL DISEO DE PAVIMENTO FLEXIBLE ...................................... 7-16

8. REVISIN DISEO PAVIMENTO RGIDO METODO PCA 1984 .................................... 8-18.1 PERODO DE DISEO ......................................................................................... 8-18.2 MDULO DE REACCIN DEL CONJUNTO ........................................................ 8-18.3 CARACTERSTICAS DEL CONCRETO PARA LA LOSA .................................... 8-18.4 ESPECTRO DE CARGAS .................................................................................... 8-18.5 FACTOR DE SEGURIDAD DE CARGA ............................................................... 8-28.6 REVISIN DEL DISEO DE PAVIMENTO RGIDO ............................................ 8-2

9. DISEO DE MEZCLAS Y ESTUDIO DE FUENTES DE MATERIALES .......................... 9-310. SECCIONES TRANSVERSALES ................................................................................. 10-4

10.1 SECCIN TPICA EN TERRAPLN ................................................................... 10-410.2 SECCIN TPICA EN CORTE ............................................................................ 10-410.3 SECCIN TPICA MIXTA EN CORTE Y TERRAPLN ...................................... 10-4

11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 11-5


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NDICE DE CUADROSPg.

Cuadro 4-1 Variacin horaria del trnsito estacin km 0+500 ............................................... 4-1Cuadro 4-2 Variacin diaria del trnsito estacin km 0+500 ................................................. 4-2Cuadro 4-3 Variacin horaria del trnsito estacin km 25+000 ............................................. 4-3Cuadro 4-4 Variacin diaria del trnsito estacin km 25+000 ............................................... 4-4Cuadro 4-5 Factor direccional ............................................................................................... 4-5Cuadro 4-6 Factor dao por tipo de vehculo pavimento flexible .......................................... 4-6Cuadro 4-7 Factor dao por tipo de vehculo pavimento rgido ............................................. 4-6Cuadro 4-8 Trnsito semanal (TS). Estacin km 0+500........................................................ 4-7Cuadro 4-9 Trnsito promedio diario semanal (TPDS). Estacin km 0+500 ......................... 4-7Cuadro 4-10 Ejes equivalentes 80 kN para el ao base ....................................................... 4-7Cuadro 4-11 Ejes equivalentes 80 kN acumulados ............................................................... 4-8Cuadro 4-12 Trnsito por construccin. ................................................................................ 4-8Cuadro 5-1 Ensayos de laboratorios y normas aplicables .................................................. 5-10Cuadro 5-2 Resultados de los ensayos CBR (%) .................................................................. 5-2Cuadro 5-3 CBR de diseo AASHTO 1993 ........................................................................... 5-1Cuadro 5-4 CBR de diseo AASHTO 1993 (percentil 50%) .................................................. 5-1Cuadro 5-5 CBR de diseo racional (percentil 70%) ............................................................. 5-1Cuadro 6-1 Niveles sugeridos de confiabilidad ..................................................................... 6-4Cuadro 6-2 Desviacin normal estndar ............................................................................... 6-4Cuadro 6-3 Nivel de serviciabilidad flexibles y rgidos ........................................................... 6-5Cuadro 6-4 Coeficiente de transmisin de cargas ................................................................. 6-5Cuadro 6-5 Resultados mdulo resiliente Mr y modulo de reaccin Ks de la subrasante .... 6-6Cuadro 6-6 Mdulo de reaccin del conjunto Kc ................................................................... 6-6Cuadro 6-7 Coeficiente estructural para las capas del pavimento ........................................ 6-7Cuadro 6-8 Coeficiente de drenaje para los materiales granulares ...................................... 6-7Cuadro 6-9 Alternativas tramo 1 y 3: km0+000 al km03+500 y km10+000 al km12+500 ..... 6-8Cuadro 6-10 Alternativas tramo 2 y 4: km3+500 al km10+000 y km12+500 al km19+000 ... 6-8


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Cuadro 6-11 Alternativas tramo 5: km19+000 al km26+000 ................................................. 6-9Cuadro 7-1 Temperatura de la mezcla ................................................................................ 7-13Cuadro 7-2 Mdulo dinmico carpeta asfltica ................................................................... 7-13Cuadro 7-3 Mdulo resiliente de la subrasante ................................................................... 7-14Cuadro 7-4 Mdulo de elasticidad de las capas granulares ................................................ 7-14Cuadro 7-5 Coeficientes de Poisson ................................................................................... 7-14Cuadro 7-6 Resumen alternativa 1 metodologa racional ..................................................... 7-1Cuadro 7-7 Resumen alternativa 2 metodologa racional ..................................................... 7-1Cuadro 8-1 Mdulo de reaccin del conjunto Kc ................................................................... 8-1Cuadro 8-2 Espectro de cargas ............................................................................................. 8-1Cuadro 8-3 Resumen diseo estructuras pavimento rgido BS-PCA .................................... 8-2Cuadro 11-1 Unidades homogneas ................................................................................... 11-5Cuadro 11-2 Alternativas tramo 1 y 3. km 0+000 al km 3+500 y km10+000 al km12+500 . 11-6Cuadro 11-3 Alternativas tramo 2 y 4. km 3+500 al km 10+000 y km12+500 al km19+000 11-6Cuadro 11-4 Alternativas tramo 5. km 19+000 al km 26+000 ............................................. 11-7Cuadro 11-5 Comparacin estructuras AASHTO 1993 con el mtodo INVIAS 2008 ......... 11-7


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NDICE DE FIGURASPg.

Figura 3-1 Localizacin del proyecto ..................................................................................... 3-2Figura 4-1 Variacin horaria del trnsito estacin km 0+500 ................................................ 4-2Figura 4-2 Variacin diaria del trnsito estacin km 0+500 ................................................... 4-3Figura 4-3 Variacin horaria del trnsito estacin km 25+000 .............................................. 4-4Figura 4-4 Variacin diaria del trnsito estacin km 25+000 ................................................. 4-4Figura 5-1 Perfil estratigrfico km 0+000 al km 26+000 ........................................................ 5-1Figura 5-2 Perfil de resultados de CBR ................................................................................. 5-1

ANEXOS

Anexo 1 Mapa de localizacin del proyecto.Anexo 2 Registro de conteos vehiculares.Anexo 3 Registro de exploracin.Anexo 4 Resultados de ensayos de laboratorios.Anexo 5 Perfil estratigrfico del proyecto.Anexo 6 Plano de secciones tpicas secciones transversales.Anexo 7 Memorias de clculo.Anexo 8 Especificaciones tcnicas de construccin.Anexo 9 Registro fotogrfico.


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1. INTRODUCCIN

El Instituto Nacional de Vas INVIAS mediante el convenio No. 3487 de 2008 celebradocon el Municipio de Valencia, Departamento de Crdoba apoya la realizacin de losESTUDIOS Y DISEOS PARA LA PAVIMENTACIN DE LA VA VALENCIA - SAN PEDRODE URABA, CDIGO 64895, SECTOR VALENCIA (Km 0) AL CASERO DE EL PUEBLITO(Km 26) EN EL DEPARTAMENTO DE CRDOBA, con el mismo fin, el Municipio de Valenciasolicita y contrata la consultora de dichos estudios a partir de la celebracin del ContratoInteradministrativo No. IC-003 de 2009 entre la Alcalda de Valencia y la Asociacin deMunicipios del Alto Sin y San Jorge TVP Municipios.

El presente informe contiene el DISEO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS de la Carreteraque comunica el Municipio de Valencia en el Departamento de Crdoba y el Municipio deSan Pedro de Uraba en el Departamento de Antioquia en el sector comprendido entreK0+000 (Cabecera Municipal Valencia) y K26+000 (Casero El Pueblito).


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2. OBJETIVOS Y ALCANCES

2.1 OBJETIVO

La elaboracin de ste estudio Diseo Estructural de Pavimentos, tiene por objetoproporcionar las estructuras de pavimento adecuadas, que sean capaz de soportar lascargas del trnsito futuras bajo condiciones de clima de la zona del proyecto.

2.2 ALCANCES

El alcance del estudio implica el estudio de materiales, trnsito y clima, teniendo en cuentalas recomendaciones del Manual de Diseo de Pavimentos para Bajos Volmenes deTrnsito

del Instituto Nacional de Vas del 2008. Ubicacin general del proyecto. Estudio de la variable trnsito y proyeccin de los ejes de diseo. Estudio y anlisis de los materiales de subrasante. Estudio y anlisis de los materiales de la estructura de pavimento. Perfil estratigrfico de los materiales del corredor. Definicin de las secciones homogneas. Diseo de la estructura de pavimento mtodo AASHTO 1993. Revisin del diseo por las metodologas racional y PCA. Secciones transversales del diseo del pavimento. Conclusiones y recomendaciones finales.


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3. LOCALIZACIN Y DESCRIPCIN DEL PROYECTO

El proyecto se localiza en la zona sur oriental del Departamento de Crdoba en los lmitescon el Departamento de Antioquia, en la zona llamada Media Luna que comprende los vallesdel Sinu, San Jorge y Bajo Cauca cuenta con una gran diversidad de flora y fauna, ademsrodeada del ri San Jorge con tierra y valles frtiles para la ganadera, agricultura, pesca,esta zona tambin cuenta con yacimientos ricos en minerales tales como Nquel en CerroMatoso, (23 kilmetros del Municipio de Puerto Libertador), en la actualidad la EmpresaCerro Matoso tiene proyectado una produccin 1.300.000 libras de Ferro nquel el cualgenera muchas divisas para los Municipio del San Jorge en especial para la Apartada,Montelbano y Puerto Libertador; en este momento la Empresa tiene proyectado dentro de 4o 5 aos abrir un modulo de explotacin en predios del Municipio de Puerto Libertador el cualle generara fuente de trabajo y bienestar para el Municipio.

En el Municipio de San Pedro de Urab encontramos una zona rica en la agricultura yganadera; en este momento la inversin es mnima debido a la dificultad que se tiene entransportar la produccin de pltanos a un sitio de comercializacin. En consecuencia, sehace necesario hacer inversin en infraestructura vial, para hacer de esta Regin competitivaque le permita, promover y comercializar sus productos, generar empleos y el mejoramientoque todo esto conlleva para lograr el desarrollo regional.

El Municipio de Valencia, cuenta con cultivos de madera sembradas en Teka, Melina yAcacia lista para su comercializacin, lo que generara gran impacto en la industria madereray el ofrecimiento de empleo a la poblacin; adems de la produccin ganadera.

El Municipio de Valencia y San Pedro de Uraba cuenta con una sola va de penetracin paracomercializar sus bienes y servicio por lo cual toda su economa depende de la existencia deesta infraestructura, en temporada de lluvias la va se torna intransitable generandodescompensacin en la calidad de vida de sus habitantes, razn suficiente para realizar elmejoramiento de este corredor vial.


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Figura 3-1 Localizacin del proyecto


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4. TRNSITO

Los mtodos usuales para el diseo de pavimentos asflticos consideran esta variableen trminos de repeticiones de ejes de 80 kN en el carril de diseo, cuya valoracin concierto grado de confiabilidad exige un conocimiento ms o menos preciso de la magnitudde las cargas pesadas circulantes, a efectos de establecer su respectiva equivalenciacon el eje patrn de diseo.

4.1 RECOPILACIN DE LA INFORMACIN

Se realizaron dos (2) conteos vehiculares desde las 6:00 am hasta las 6:00 pm, en un totalde siete (7) das consecutivos; las estaciones se ubicaron directamente en el sitio del

proyecto, precisamente en las abscisas Km 0+500 y Km 25+000.

Los cuadros 4-1 y 4-2 presentan las variaciones horarias y diarias de la estacin Km 0+500 ylos cuadros 4-3 y 4-4 presentan las variaciones horarias y diarias de la estacin Km 25+000.

Los registros de conteos de campo para ambas estaciones se encuentran en el Anexo 2.Registro de conteos vehiculares.

Cuadro 4-1 Variacin horaria del trnsito estacin km 0+500

Fuente: Elaboracin propia, Julio 2009.

HORA SABADO DOMINGO LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES TOTAL % TPD6-7am 9 8 9 13 9 11 7 66 9%7-8am 9 7 6 5 9 9 6 51 7%8-9am 9 12 8 7 5 8 7 56 8%9-10am 10 11 4 17 9 8 15 74 11%

10-11am 8 6 11 13 7 10 13 68 10%11-12am 10 12 7 10 5 9 11 64 9%12-1pm 11 10 3 13 6 16 13 72 10%1-2pm 6 6 11 7 8 9 8 55 8%2-3pm 10 5 9 11 17 4 12 68 10%3-4pm 4 9 7 6 8 0 14 48 7%4-5pm 8 3 8 6 3 0 7 35 5%5-6pm 5 7 5 12 6 0 10 45 6%Total 99 96 88 120 92 84 123 702 100%


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Figura 4-1 Variacin horaria del trnsito estacin km 0+500


Cuadro 4-2 Variacin diaria del trnsito estacin km 0+500


DIA TPD % TPDSSabado 99 14%

Domingo 96 14%Lunes 88 13%Martes 120 17%

Miercoles 92 13%Jueves 84 12%

Viernes 123 18%


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Figura 4-2 Variacin diaria del trnsito estacin km 0+500


Cuadro 4-3 Variacin horaria del trnsito estacin km 25+000


HORA SABADO DOMINGO LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES TOTAL % TPD

6-7am 16 0 5 4 7 4 9 45 9%7-8am 1 7 3 6 6 3 6 32 7%8-9am 8 8 5 4 4 7 10 46 9%9-10am 8 6 9 9 9 8 14 63 13%

10-11am 9 6 8 6 6 10 5 50 10%

11-12am 15 9 5 5 5 9 9 57 12%12-1pm 4 1 3 3 3 6 0 20 4%1-2pm 5 12 9 7 7 5 0 45 9%2-3pm 9 6 6 10 10 6 0 47 10%3-4pm 3 3 5 5 5 5 0 26 5%4-5pm 4 6 5 7 6 5 0 33 7%5-6pm 4 6 6 3 3 4 0 26 5%Total 86 70 69 69 71 72 53 490 100%

VARIACIN HORARIA DEL TRNSITO


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Figura 4-3 Variacin horaria del trnsito estacin km 25+000


Cuadro 4-4 Variacin diaria del trnsito estacin km 25+000


Figura 4-4 Variacin diaria del trnsito estacin km 25+000


DIA TPD % TPDS

Sabado 86 18%Domingo 70 14%Lunes 69 14%Martes 69 14%

Miercoles 71 14%

Jueves 72 15%Viernes 53 11%

VARIACION DIARIA DEL TRNSITO


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4.2 PERODO DE DISEO

Considerando las limitaciones de tipo operativo con que probablemente se desarrollen lostrabajos de mantenimiento, rehabilitacin y reconstruccin de la futura pavimentacin, seconsidera apropiado adoptar un perodo de diseo de 10 aos para las alternativas depavimento flexible, y un perodo de 20 aos para las alternativas del pavimento rgido.

4.3 DETERMINACIN DE LA TASA DE CRECIMIENTO

Para este proyecto se adopt una rata de crecimiento del 10%, dado que se prev que elcrecimiento o incremento anual de circulacin de los vehculos para este proyecto ser muyalto, a raz de la pavimentacin de la carretera.

4.4 DETERMINACIN DEL FACTOR DIRECCIONALEl cuadro 4-5 se indica el factor direccional, para este proyecto se adopt Fd = 0.50, dadoque la va tiene una ancho de calzada mayor de 6 m, segn la seccin transversal tpica delestudio de Diseo Geomtrico de Vas - Volumen II.

Cuadro 4-5 Factor direccional

Fuente: Manual de diseo de pavimentos asflticos para vas con bajos volmenes de trnsito. Abril de 2007.

4.5 DETERMINACIN DEL INCREMENTO DEL TRNSITO NORMAL

Para este proyecto se adopt que el trnsito del proyecto se incrementa en un cien porciento (100%) del trnsito normal, por considerar que el proyecto generar condiciones deoperacin ms atractivas a travs de las rutas Turbo San Pedro de Urab Montera yApartad San Pedro de Urab Montera. Por otro lado se tendr un incremento en laproduccin agrcola, ganadera y comercial que se genera en una zona por la construccin deuna nueva carretera o el mejoramiento y/o pavimentacin de una va existente.

Ancho de la calzada Trnsito de diseo Fd

Menos de 5 m Total en los dos sentidos 1.00

Igual o Mayor de 5 m y menor de 6 m 3/4 del total en los dos sentidos 0.75Igual o mayor de 6 m 1/2 del total en los dos sentidos 0.50


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4.6 CONVERSIN DE VEHCULOS A EJES EQUIVALENTES DE 80 KN. FACTOR

DE DAO Y FACTOR DE EQUIVALENCIA POR TIPO DE VEHCULOLos factores de dao (FD) para pavimentos flexibles, se indican en el cuadro 4-6, y son losque se aplican en el clculo de los ejes equivalentes de 80 kN.

Cuadro 4-6 Factor dao por tipo de vehculo pavimento flexible

Fuente: Manual de diseo de pavimentos asflticos para vas con bajos volmenes de trnsito. Abril de 2007.

Los factores de equivalencia de carga (FEC) para pavimentos rgidos, se indican en elcuadro 4-7, y son los que se aplican en el clculo de los ejes equivalentes de 80 kN.

Cuadro 4-7 Factor dao por tipo de vehculo pavimento rgido

VEHCULOPESO POR EJES, EN KN

FECSRS SRD TANDEM TRIDEM

Bus 24.5 60 0.4

C2P 24.5 60 0.4C2G 60 110 5.1C3-4 60 220 10.1C3S2 70 220 / 220 20.0CSS3 70 220 240 14.4

Fuente: AASHTO Guide for Design of Pavement Structure, 1993.

Se adopt tanto para los factores de dao (FD) y factores de equivalencia de carga (FEC),utilizar el escenario ms crtico cuando los vehculos se encuentran cargados; lo anteriorpara garantizar que la estructura responda ante las condiciones ms desfavorables, yadems por no contar con un registro de pesajes de la zona.

Vaco CargadoAutos 0.0

Bus grande 1.0C2p 0.01 1.01C2g 0.08 2.72

C3-C4 0.24 3.72C5 0.25 4.88

> C5 0.26 5.23

Factor de dao (FD)Tipo devehculo


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4.7 DETERMINACIN DEL TRNSITO ACUMULADO EN EJES EQUIVALENTES

DE 80 KN, EN EL CARRIL DE DISEO DURANTE EL PERODO DE DISEO.Para determinar el trnsito de diseo, se adopt utilizar la informacin de conteos realizadoen la estacin Km 0+500, por considerar que presenta mayor flujo vehicular al comparar conla estacin Km 25+000. El cuadro 4-8 indica el trnsito semanal (normal) horario para cadatipo de vehculo.

Cuadro 4-8 Trnsito semanal (TS). Estacin km 0+500


El cuadro 4-9 indica el trnsito promedio diario semanal TPDS incluyendo el incremento deltrnsito para cada tipo de vehculo, de acuerdo a los conteos de la estacin Km 0+500.

Cuadro 4-9 Trnsito promedio diario semanal (TPDS). Estacin km 0+500


La informacin del cuadro 4-9, es el punto de partida para el clculo de ejes equivalentes 80kN. A continuacin se presenta dicho procedimiento paso a paso:

1. Se calcula el nmero de ejes equivalentes en el carril de diseo (trnsito normal) enel ao base mediante la siguiente expresin:

365

%

Cuadro 4-10 Ejes equivalentes 80 kN para el ao base


HORA SABADO DOMINGO LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES TOTAL6-7am 9 8 9 13 9 11 7 667-8am 9 7 6 5 9 9 6 518-9am 9 12 8 7 5 8 7 56

9-10am 10 11 4 17 9 8 15 7410-11am 8 6 11 13 7 10 13 6811-12am 10 12 7 10 5 9 11 6412-1pm 11 10 3 13 6 16 13 721-2pm 6 6 11 7 8 9 8 552-3pm 10 5 9 11 17 4 12 683-4pm 4 9 7 6 8 0 14 484-5pm 8 3 8 6 3 0 7 355-6pm 5 7 5 12 6 0 10 45Total 99 96 88 120 92 84 123 702

100%

HORA AUTOS BUSES C2-P C2-G C3-4 C5 >C5 TOTALTPDS 71 56 39 20 3 0 0 201

INCREMENTO DEL TRANSITO (ATRAIDO Y GENERADO)

N80kN ao base flexible AUTOS BUS C2-P C2-G C3-4 C5 >C529,833 0 10,168 7,268 10,070 2,328 0 0

N80kN ao base rgido AUTOS BUS C2-P C2-G C3-4 C5 >C532,146 0 4,067 2,878 18,881 6,320 0 0

EJES EQUIVALENTES 8.2 t (AO BASE)


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2. Se calcula el nmero acumulado de ejes equivalentes en el carril de diseo para elperodo de diseo (n) (trnsito normal) Conociendo la tasa de crecimiento anual (r),se acumula el trnsito equivalente en el carril de diseo para los aos del perodo dediseo (n), utilizando la siguiente expresin:

1 1 Cuadro 4-11 Ejes equivalentes 80 kN acumulados


3. Se calcula el nmero de ejes equivalentes en el carril de diseo durante el perodo dediseo (trnsito normal) para un nivel de confianza del 90%, que corresponde un Zrde 1.282.

10.

551.081

2.133.9934. Se calcula el nmero de ejes equivalentes en el carril de diseo durante la

construccin de la obra. El cuadro 4-12 indica el trnsito por construccin para cadatipo de vehculo, de acuerdo a los volmenes de materiales a transportar en obra.

Cuadro 4-12 Trnsito por construccin.


10%10 1.282

N80kN flexibles AUTOS BUS C2-P C2-G C3-4 C5 >C5475,461 0 162,049 115,828 160,487 37,097 0 0

10%

20 1.282N80kN rgidos AUTOS BUS C2-P C2-G C3-4 C5 >C51,841,166 0 232,946 164,854 1,081,405 361,962 0 0

EJES EQUIVALENTES 8.2 t (ACUMULADO) Rata de Crecimento (r)

Perodo de Diseo (n) Confiabilidad (90%)

Confiabilidad (90%)Perodo de Diseo (n)Rata de Crecimento (r)EJES EQUIVALENTES 8.2 t (ACUMULADO)

N80kN ao base AUTOS BUS C2-P C2-G C3-4 C5 >C5Repeticiones 0 0 0 10000 10000 5000 5000

FD 0.00 1.00 1.01 2.72 3.72 4.88 5.23N80kN flexibles

Repeticiones 0 0 0 10000 10000 5000 5000FEC 0.00 0.40 0.40 5.10 10.10 20.00 14.40N80kN 0 0 0 51,000 101,000 100,000 72,000

N80kN rigidos

EJES EQUIVALENTES 8.2 t POR CONSTRUCCIN

114,950

324,000


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5. Se calcula el nmero de ejes equivalentes totales en el carril de diseo, sumando eltrnsito normal (incluyendo atrado y generado), ms el trnsito de construccin.

551.081 114.950 666.031 2.133.993 324.000 2.457.993

6. Finalmente, esta consultora considera apropiado utilizar un trnsito mnimo de ejesequivalentes de 80kN para efectos del diseo del pavimento.

.

..


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5. GEOTCNIA

En el diseo de una estructura de pavimento, la evaluacin geotcnica se convierte en unaetapa definitiva, puesto que en ella se identifican los estratos presentes en el subsueloestudiado, sus caractersticas fsicas y mecnicas, posicin del nivel fretico y demsparmetros que se estimen necesarios. Para cumplir con los objetivos mencionados, sedeben programaron las actividades investigativas que consisten en trabajos exploratorios decampo, programa de ensayos de laboratorio y anlisis de resultados.

5.1 EXPLORACIN DE CAMPO

Para identificar el tipo de suelo dominante en tramo vial a disear se program la ejecucinde 52 apiques exploratorios con equipo manual hasta una profundidad mxima de 2 m,distribuidos en toda el rea a disear.

5.2 ENSAYOS DE LABORATORIO

Los especmenes de suelo obtenidos de las muestras de los trabajos de campo fueronsometidos al siguiente programa de ensayos, con el objeto de obtener las caractersticasgeotcnicas del material, tales como clasificacin (UCSC), resistencia, entre otras.

Cuadro 5-1 Ensayos de laboratorios y normas aplicablesENSAYO NORMA APICABLE.

Humedad Natural ASTM D 2216Lmites de Atterberg ASTM D 4318

C.B.R. Laboratorio (Remoldeado) ASTM D 1883Clasificacin de Suelos (USCS) ASTM D 2487

Ver Anexo 4. Resultados ensayos de laboratorios.

5.3 ESTRATIGRAFIA.

Una vez realizada la clasificacin de suelos con base en los resultados de los ensayos delaboratorio, se establece la descripcin definitiva en los registros de exploracin dondequeda consignado sus caractersticas cualitativas y clasificacin de conformidad a la USCS(UnifiedSystemClasificationSoil) para cada una de los estratos identificados. De esta formala estratigrafa del tramo es la que se presenta en la figura 5-1.


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Figura 5-1 Perfil estratigrfico km 0+000 al km 26+000


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5.4 NIVEL FRETICO

No se detect capa fretica en ninguno de los sondeos realizados hasta una profundidadmxima de 2.0 m.

5.5 CARACTERSTICAS DE LA SUBRASANTE.

Los parmetros para caracterizar los suelos que conformarn la subrasante, resultan de losresultados de los ensayos de laboratorio practicados a las muestras alteradas e inalteradasobtenidas para este propsito. Como la subrasante no ser afectada por los suelos mssuperficiales, a continuacin tan solo se hace referencia de los valores porcentuales dehumedades naturales y lmites de Atterberg de la segunda muestra de cada sondeo, extradaentre 1.50 y 2.00 m, ya que estos suelos son los que tendrn directa ingerencia con lasubrasante de la va considerada en este proyecto.

Para obtener la magnitud de resistencia de la subrasante (California Bearing Ratio) seprocedi a realizar el ensayo de C.B.R con muestras de tipo remoldeado, en estado desaturacin. De los resultados obtenidos se estima un C.B.R de diseo, considerndose comoun material de media capacidad de respuesta.


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Cuadro 5-2 Resultados de los ensayos CBR (%)

ABSCISAS CBR NATURAL CBR SUMERGIDO0+500 10.73 8.011+000 12.59 8.591+500 14.31 8.732+000 11.45 7.942+500 13.60 8.233+000 12.88 6.373+500 12.88 7.944+000 7.16 4.944+500 9.52 6.655+000 10.73 6.235+500 7.08 4.186+000 8.09 4.936+500 6.80 4.36

7+000 8.30 5.517+500 5.65 4.658+000 5.87 4.518+500 4.22 5.089+000 4.22 6.019+500 5.37 4.36

10+000 7.23 4.7210+500 14.31 9.1611+000 12.45 8.0111+500 14.96 8.9412+000 15.10 8.7312+500 14.43 7.9313+000 8.52 5.6213+500 11.38 7.0514+000 11.45 6.9814+500 7.37 4.7215+000 8.41 5.3315+500 7.87 5.2716+000 10.88 6.7416+500 6.58 4.5417+000 6.58 4.5417+500 8.09 5.4218+000 7.08 4.5318+500 7.30 4.7219+000 9.16 6.0119+500 15.81 8.5920+000 12.88 8.1620+500 13.45 7.4421+000 12.95 7.1621+500 11.92 7.3922+000 9.80 6.2722+500 8.94 5.6423+000 12.81 6.7923+500 9.08 8.3824+000 10.13 5.8724+500 10.80 8.5925+000 12.24 7.0825+500 8.30 5.3026+000 8.87 5.72


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Figura 5-2 Perfil de resultados de CBR


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De acuerdo a los resultados obtenidos en la investigacin geotcnica, se tienenpreliminarmente cinco (5) unidades homogneas para el tramo vial en estudio.

Se calcul el CBR de diseo con el promedio de los resultados geotcnicos, segn lasrecomendaciones de la metodologa de diseo empleada AASHTO 1993.

Cuadro 5-3 CBR de diseo AASHTO 1993

INICIO FINCBR

PROMEDIO

Km 0+000 Km 03+500 8.0%

Km 3+500 Km 10+000 5.1%

Km 10+000 Km 12+500 8.6%

Km 12+500 Km 19+000 5.5%Km 19+000 Km 26+000 7.0%

Como puede notarse en el cuadro 5-3, las secciones homogneas con fines de diseo depavimentos pueden resumirse de cinco (5) a tres (3). Los resultados de CBR de las unidadeshomogneas para el diseo AASHTO 1993 (percentil 50%) se presentan en el cuadro 5-4 ylos CBR de las unidades homogneas para el diseo racional (percentil 70%) se presentanen el cuadro 5-5.

Cuadro 5-4 CBR de diseo AASHTO 1993 (percentil 50%)

INICIO FINCBR

PROMEDIO

Km 0+000 Km 03+5008.0%

Km 10+000 Km 12+500

Km 3+500 Km 10+0005.1%

Km 12+500 Km 19+000

Km 19+000 Km 26+000 7.0%

Cuadro 5-5 CBR de diseo racional (percentil 70%)

INICIO FINCBR

PROMEDIO

Km 0+000 Km 03+500 7.9%Km 10+000 Km 12+500

Km 3+500 Km 10+0004.6%

Km 12+500 Km 19+000

Km 19+000 Km 26+000 6.2%


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6. DISEO PAVIMENTO FLEXIBLE Y RGIDO MTODO AASHTO 1993

6.1 GENERALIDADES

Como criterio de este consultor, se ha adoptado tanto para el diseo de los pavimentosflexibles como rgidos, la metodologa semi emprica desarrollada por la AASHTO (AmericanAssociation Of. State Highway and Transportation Officials) de 1993.

Para el caso de los pavimentos flexibles, se determinan los espesores de las capas de laestructura del pavimento a travs del procedimiento anlisis por capas empleando lasiguiente ecuacin:

( )( )[ ]

( )8.07

R

2.32logM

5.191SN1094/0.4

1.54.2PSI/log0.201SN9.36log

o

S

R

Z

18

LogW +

++

+++= 1

Donde:

W18 = Nmero de ejes equivalentes de 8.2 tZR = Desviacin estndar normalSo = Error estndar combinado de la prediccin del trnsitoPSI = Prdida de serviciabilidadMR = Mdulo de resiliencia de la subrasante (PSI)

SN = Nmero estructural determinado por:SN = a1xD1 + a2xD2xm2 + a3xD3xm3

ai = Coeficiente estructural de la capa i (PSI)Di = Espesor de la capa i (plg)mi = Coeficiente de drenaje de la capa granular i

1 AASHTO Guide for Design of Pavement Structure, 1993.


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Para el caso de los pavimentos rgidos, se determinan los espesores de las capas de laestructura de pavimento empleando la siguiente ecuacin2:

( )(

+

+

+

+++=

0

0.75

0.75

8.46

1982

K

Ec

7.380.09DJ1.51

1.130.09DCdxMrLog0.32Pt4.22

25.4)(D

101.251

1.54.5

PSILog

10.3925.4)7.35Log(DSoZrLogW

Donde:

W18 = Nmero de ejes equivalentes de 8.2 tZR = Desviacin estndar normalSo = Error estndar combinado del trnsito y el comportamiento del pavimentoD = Espesor del pavimento en concreto (mm)PSI = Diferencia entre los ndices de servicio inicial y finalPt = ndice de servicio finalMr = Resistencia media del concreto a flexotraccin a los 28 das (MPa)C = Coeficiente de drenajeJ = Coeficiente de transmisin de carga en las juntasEc = Mdulo de elasticidad del concreto en (MPa)K = Mdulo de reaccin del conjunto del apoyo del concreto hidrulico en (MPa/m)

6.2 CONFIABILIDAD

Representa el concepto de la incertidumbre que se refleja en la prediccin del trnsito y enlos niveles de comportamiento.

La ecuacin bsica fue deducida para condiciones medias del proyecto experimental y enconsecuencia existe la probabilidad de que un 50% de los valores estn sobrevaluados y un50% infraevaluados.

2AASHTO Guide for Design of Pavement Structure, 1993.


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Cuadro 6-1 Niveles sugeridos de confiabilidad3

TIPO DECARRETERA

NIVEL DE CONFIABILIDADRECOMENDADO

URBANO RURALAutopistas y

carreteras nterdepartamentales

85 99.9 80 99.9

Otras arteriasprincipales

80 99 75 95

Colectoras 80 95 75 95Locales 50 80 50 80

Si las variaciones de trnsito y de comportamiento se representan en una curva normalizadade Gauss, el rea total que se encuentra debajo de ella, corresponden al 100% de los

resultados. Si para una confiabilidad del 50% la desviacin normal estndar es 0.00, paravalores mayores que 50% el valor ser negativo.

De acuerdo al cuadro 6-1 por ser este tipo de va una carretera local pero importante en eldesarrollo del departamento, el nivel de confiabilidad sugerido es del 70%.

6.3 DESVIACIN ESTANDAR

Cuadro 6-2 Desviacin normal estndar4CONFIABILIDAD

R (%)DESVIACIN NORMAL

ESTNDAR ZR50 0.00060 -0.253

70 -0.52475 -0.67480 -0.84185 -1.03790 -1.282

Para este estudio se adopta una confiabilidad del 70%, que le corresponde un Zr de -0.524.

6.4 ERROR ESTANDAR

Las variaciones debidas a la prediccin del trnsito y al comportamiento real se suman en unerror estndar, que se aplica directamente al clculo de espesores. Para los pavimentos

flexibles So se encuentra entre 0.40 y 0.50. Para los pavimentos rgidos So se encuentraentre 0.30 y 0.40. Se adopta para los pavimentos flexibles, So = 0.45 y para los pavimentosrgidos, So = 0.35.

3 AASHTO for Guide Design Structures, 19934 AASHTO for Guide Design Structures, 1993


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6.5 NDICE DE SERVIACIBILIDAD

ndice de servicio o serviciabilidad: capacidad que tiene el pavimento para atender el trnsito.El ndice de serviciabilidad vara de 5 (excelente) a 1 (psimo).

PSI = Pi- Pf

El diseo se hace para que el pavimento llegue al final de su vida til con el nivel de serviciomnimo deseado. El nivel superior de servicialidad depende de las condiciones deconstruccin y el final hasta donde se permite llevar la va. En el cuadro 6-3 se encuentranlos valores adoptados por esta consultora.

Cuadro 6-3 Nivel de serviciabilidad flexibles y rgidos

PAVIMENTONDICE DE

SERVICIABILIDADINICIAL Pi

NDICE DESERVICIABILIDAD

FINAL Pf

NIDICE DESERVICIABILIDAD

PSIFlexible 3.8 2.0 1.8Rgido 4.2 2.0 2.2

6.6 COEFICIENTE DE TRANSMICIN DE CARGA

Este factor se introduce para tener en cuenta la capacidad del pavimento de concreto paratransmitir las cargas a travs de las discontinuidades (juntas o grietas).

Cuadro 6-4 Coeficiente de transmisin de cargasBERMA ASFLTO CONCRETO

PAVIMENTO SI NO SI NOSin refuerzo o con juntas 3.2 3.8 - 3.4 2.5 - 3.1 3.6 - 4.2

Reforzado continuo 2.9 3.2 - 2.3 - 2.9 -

Por considerar que el pavimento estar expuesto a un bajo volumen de trnsito y que lascaractersticas mecnicas de la subrasante son de media a buena capacidad de soporte entrminos de CBR, se adopt el valor ms bajo del rango correspondiente para la categorade pavimentos sin refuerzo o con juntas sin bermas de concreto. No se consider el efectoberma teniendo en cuenta el estacionamiento y parqueos de los vehculos cerca de losbordes de las losas. El coeficiente de transmisin de cargas J es 3.6.

6.7 MDULO RESILIENTE Y MDULO DE REACCIN DE LA SUBRASANTE

La subrasante es caracterizada mecnicamente mediante el parmetro mdulo resiliente Mrpara el caso de los pavimentos flexibles y el mdulo de reaccin K en el caso de lospavimentos rgidos.


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El nivel de mayor precisin es a travs del ensayo dinmico de suelos, con el cual sedetermina el valor del Mr, y el ensayo de placa con el cual se determina el valor de K. Sinembargo, comnmente es utilizado el resultado del Mr, a travs de correlaciones del ensayoCBR.

Esta consultora adopt utilizar las siguientes correlaciones:

Mr = 2555 x (CBR)0.61 [PSI]5.

K = 2.55 + 52.5 x LOG (CBR). [MPa].

Cuadro 6-5 Resultados mdulo resiliente Mr y modulo de reaccin Ks de la subrasante

INICIO FIN CBR DE DISENOMDULO

RESILIENTE

Mr (PSI)

MDULO DEREACCIN

Ks (MPa)Km 0+000 Km 03+500

8.0% 9.084 50Km 10+000 Km 12+500Km 3+500 Km 10+000

5.1% 6.903 40Km 12+500 Km 19+000Km 19+000 Km 26+000 7.0% 8.373 47

6.8 MDULO DE REACCIN DEL CONJUNTO SUBRASANTE / SUBBASE

A partir de los resultados de modulo de reaccin de la subrasante Ks que se presentan en elcuadro 6-5, se determina el modulo de reaccin del conjunto subrasante / subbase granulara travs de recomendaciones del mtodo PCA 19846, teniendo en cuenta la capa de subase

granular que se colocar encima de la subrasante para lograr uniformizar el apoyo y lo msimportante controlar futuros problemas de bombeo del apoyo. Los resultados de modulo dereaccin del conjunto Kc se presentan en el cuadro 6-6.

Cuadro 6-6 Mdulo de reaccin del conjunto Kc

INICIO FINCBR DE DISENOPERCENTIL 50%

MDULO DEREACCIN

SUBRASANTEKs (MPa)

MDULO DEREACCINCONJUNTO

Kc (MPa)Km 0+000 Km 03+500

8.0% 50 71Km 10+000 Km 12+500Km 3+500 Km 10+000

5.1% 40 67Km 12+500 Km 19+000

Km 19+000 Km 26+000 7.0% 47 69

5 NCHRP 1-37A. Mechanistic Empirical Design Guide for Pavements, 2004.6 Canadian Portland Cement Association. Thickness Design for Concrete Highway and StreetPavements


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6.9 COEFICIENTES ESTRUCTURALES

Los coeficientes estructurales de los materiales asflticos y granulares se adoptaron deacuerdo a las recomendaciones del INVIAS, ver cuadro 6-7.

Cuadro 6-7 Coeficiente estructural para las capas del pavimento

TIPO DE MATERIALCOEFICIENTE

ESTRUCTURALMezcla densa en caliente MDC-2 (Clima clido) 0.37

Base granular BG 0.14

Sub base granular SBG 0.12

6.10 COEFICIENTES DE DRENAJE

Los coeficientes de drenaje para las capas granulares se adoptan de acuerdo a lasrecomendaciones del INVIAS.

Cuadro 6-8 Coeficiente de drenaje para los materiales granulares

CLASIFICACIN CLIMTICAPOR HUMEDAD

COEFICIENTEDE DRENAJE

rido 0.95Semi-rido 0.95

Sub-hmedo 1.00Hmedo 0.95

Muy hmedo 0.85

De acuerdo al cuadro 6-8, segn la zona del proyecto, para un clima hmedo, se recomiendaun coeficiente de drenaje para los materiales granulares de 0.95.

6.11 MDULO DE ROTURA Y MDULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO

Se adopta una resistencia a la compresin del concreto fc de 4500 PSI (315 Kg/cm2), con loque se correlaciona el mdulo de rotura a flexin MR y mdulo de elasticidad Ec a partir de lasiguiente correlacin:

560PSI39k/cmfc2.2MR 2 =

SI3.200.000P2m222.000k/cfc12500Ec =


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6.12 ALTERNATIVAS DE DISEO

Se seleccionan los espesores realizando un anlisis por capas; primero se calcula el SNrequerido sobre la subrasante, y del mismo modo se calculan los SN necesarios sobre lascapas de subbase y base, usando los valores aplicables para cada caso.

Cuadro 6-9 Alternativas tramo 1 y 3: km0+000 al km03+500 y km10+000 al km12+500

Cuadro 6-10 Alternativas tramo 2 y 4: km3+500 al km10+000 y km12+500 al km19+000

Estructura Pavimentoh

cma CBR (%)

Mr

PSIm PSI So Zr (70%) N (80 KN) SN

Sn

acumulado

SN

corre idoCarpeta Asfltica 10 0.37 1.00 1.8 0.45 0.524 700,000 1.45 1.46 1.46Base Granular 15 0.14 100 42,402 0.95 1.8 0.45 0.524 700,000 1.95 2.25 0.79

Subbase Granular 25 0.12 30 20,344 0.95 1.8 0.45 0.524 700,000 2.66 3.37 1.12

Subrasante 8.0 9,084

Estructura Pavimento h(cm)

a CBR (%) Mr(PSI)

m PSI So Zr (70%) N (80 KN) SN Snacumulado

SNcorregido

Carpeta Asfltica 10 0.37 1.00 1.8 0.45 0.524 700,000 1.45 1.46 1.46Base Granular 35 0.14 100 42,402 0.95 1.8 0.45 0.524 700,000 2.66 3.29 1.83

Subbase Granular



(cm)E (PSI) MR (MPa) J Cd

CBR

(%)

Ks

(MPa/m)

Kc

(MPa/m)N (80 KN) PSI So Zr (70%)

Concreto Hidrulico 21 3,200,000 560 3.6 2,500,000 2.2 0.35 0.524Subbase Granular 25 2,500,000 2.2 0.35 0.524

Subrasante 1.0 8.0 50 71

Alternativa 3. Diseo Pavimento Rgido - Mtodo AASHTO 1993

Alternativa 2. Diseo Pavimento Flexible - Mtodo AASHTO 1993



cma CBR (%)

Mr

PSIm PSI So Zr (70%) N (80 KN) SN

Sn

acumulado

SN

corre idoCarpeta Asfltica 10 0.37 1.00 1.8 0.45 0.524 700,000 1.45 1.46 1.46Base Granular 15 0.14 100 42,402 0.95 1.8 0.45 0.524 700,000 1.95 2.25 0.79




(cm)a CBR (%)

Mr(PSI)

m PSI So Zr (70%) N (80 KN) SN Sn

acumuladoSN

corregidoCarpeta Asfltica 10 0.37 1.00 1.8 0.45 0.524 700,000 1.45 1.46 1.46Base Granular 40 0.14 100 42,402 0.95 1.8 0.45 0.524 700,000 2.95 3.55 2.09

Subbase Granular




CBR

(%)

Ks

(MPa/m)

Kc


Concreto Hidrulico 21 3,200,000 560 3.6 2,500,000 2.2 0.35 0.524

Subbase Granular 30 2,500,000 2.2 0.35 0.524Subrasante 1.0 5.1 40 67





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Cuadro 6-11 Alternativas tramo 5: km19+000 al km26+000

6.13 DISEO DE JUNTAS

Con el objeto de controlar el fenmeno de figuracin del concreto, mantener su capacidadestructural y calidad del pavimento se debe dividir el pavimento en tramos, con base en lossiguientes criterios:

a) La longitud de la losa debe ser mximo 24 veces el espesor la losa.b) La relacin de esbeltez debe estar comprendida entre 1 y 1.4.

Con base en lo anterior y considerando las caractersticas de cada va, se plantea lasiguiente modulacin:

a. Juntas Longitudinales:

La junta longitudinal controla el agrietamiento producido por alabeo. Al momento de la

construccin la junta debe ser marcada separando las losas y proporcionando elalojamiento para el sellado, unida por una barra de anclaje.

Las barras de anclaje se disearon para resistir la fuerza de traccin generada por la friccingenerada entre la losa y el conjunto de subrasante ms material granular. El rea de acerose calcula mediante la expresin.

As = b* f * wfs

As = rea del acero por unidad de longitud de junta (cm / ml)b = Distancia entre junta y borde de losa. (3.00 y 3.20 m)f = Coeficiente de friccin entre la losa y la subrasante f =1.5.w = Peso de losa por unidad de rea. W = 2400 kg/m3 x 0.21 m = 504 kg/m2

Estructura Pavimento h(cm)

a CBR (%) Mr(PSI)

m PSI So Zr (70%) N (80 KN) SN Snacumulado

SNcorregido

Carpeta Asfltica 10 0.37 1.00 1.8 0.45 0.524 700,000 1.45 1.46 1.46Base Granular 15 0.14 100 42,402 0.95 1.8 0.45 0.524 700,000 1.95 2.25 0.79




(cm)a CBR (%)

Mr

(PSI)m PSI So Zr (70%) N (80 KN) SN

Sn

acumulado

SN

corregidoCarpeta Asfltica 10 0.37 1.00 1.8 0.45 0.524 700,000 1.45 1.46 1.46Base Granular 35 0.14 100 42,402 0.95 1.8 0.45 0.524 700,000 2.75 3.29 1.83

Subbase Granular




CBR

(%)

Ks

(MPa/m)

Kc


Concreto Hidrulico 21 3,200,000 560 3.6 2,500,000 2.2 0.35 0.524Subbase Granular 25 2,500,000 2.2 0.35 0.524

Subrasante 1.0 7.0 47 69





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fs = Esfuerzo de trabajo del acero. Fs = 0.67 fy = 0.67 * 4200 = 2814 kg/cm2

De esta manera el acero requerido es:

As = 3.60 x 1.5 x 504 = 0.97 cm2/ml2814

Se recomienda usar barras de anclaje de 12,7 mm (No 4) de acero corrugado fy = 4200 @1.00 m

La longitud de las barras de anclaje debe ser tal que el esfuerzo de adherencia a cada ladode la junta sea igual al esfuerzo de trabajo del acero.

L = 2 x A x fs + 7.5 cm.a x p

L = Longitud de la barra de anclaje (cm)A = rea transversal de una barra de anclaje (cm)a = Esfuerzo de trabajo por adherencia = 10% fc.p = Permetro de una varilla (cm)

L = 2 x (1.29) x 2814 + 7.5 cm.21 x 4

L = 93.93 cm

Se recomienda usar L = 100 cm.

El detalle de la junta longitudinal se presenta a continuacin:


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b. Juntas Transversales

Son las juntas que permiten controlar las grietas causadas por el fenmeno de retraccin defraguado del hormign y por las acciones climticas: temperatura y humedad. La seleccindel espaciamiento, si bien es funcin de la experiencia, se consideran como factoresimportantes el tipo de agregado del hormign, su composicin mineralgica, y la uniformidaddel clima y temperatura.

La AASHTO recomienda que el espaciamiento (en pies) entre juntas de contraccin parapavimentos de hormign, no supere 2 veces el espesor de la losa en pulgadas, lo que paralos diseos considerados sera:

El detalle de la junta transversal se presenta a continuacin:

c. Juntas de Construccin

Estas juntas transversales resultan cuando se debe detener la construccin de la placa yesta no coincida con la junta transversal de contraccin de diseo, o cuando la fundicin essuspendida por ms de 30 minutos, estas ltimas son llamadas juntas transversales deemergencia. Estas juntas deben llevar barras de refuerzo ( = 1 de acero corrugado fy =4200), ubicadas en el eje neutro con las siguientes especificaciones

Longitud = 40 cm.Dimetro = 1Separacin entre centros = 30 cm.


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El detalle de la junta de construccin se presenta a continuacin:

d. Notas tcnicas de construccin

a. El corte de las juntas deber hacerse con disco de diamante, cuando elconcreto se encuentre ni muy fresco ni muy endurecido. El corte inicial deberrealizarse tan pronto como el concreto haya desarrollado la suficienteresistencia para evitar desmoronamientos en los bordes, esto sucede a las 6 o8 horas de colocado el concreto y el corte final antes de 24 horas.

b. El sello debe resistir expansiones y contracciones, se recomienda un sello que

resista 50% a compresin y 100% de expansin.c. Seguir las recomendaciones del proveedor del sello, utilizando materiales

garantizados.d. Despus del corte debe realizarse una limpieza adecuada a la junta para

eliminar el exceso de lechada producto del corte.e. Antes de sellar se debe limpiar la junta en forma integral para librarla de restos

de lechada, compuesto curador y agentes extraos.f. El ancho del corte no debe exceder la especificacin para el tipo de sello a

utilizar.


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7. REVISIN DISEO PAVIMENTO FLEXIBLE METODO RACIONAL

7.1 CARACTERIZACIN DINMICA DE LOS MATERIALES

a. Temperatura de la mezcla:

Para una temperatura media anual de la zona en estudio Wmaat = 28 C, y de acuerdo alespesor de la carpeta a colocar, se obtiene la temperatura de la mezcla.

Cuadro 7-1 Temperatura de la mezclaWmaat 28 C 82 FTmix 41 C 105 F

b. Mdulo de la mezcla:Con la temperatura del pavimento como dato, se realiza el clculo del mdulo de lamezcla, con la formulacin propuesta por Hwang y Witczak para el InstitutoNorteamericano del Asfalto (1979), tal como se presenta en el cuadro 8-2.

SmezCA = 1E+05x10B1 (lbs/pulg2). SmezCA: Mdulo dinmico del concreto asfltico.

B1 = (B3)+5E-06*(B2) 1.89E-03*F-1.1B2 = (B4)0.5*T(B5)B3 = 0.553833 + 0.028829*(P200*F

-0.1703)-0.03476*VA+0.070377*VS+0.931757*F-0.02774

B4 = 0.483*VLAB5 = 1.3+0.49825*Log(F)F = Frecuencia de aplicacin de la carga en HzT = Temperatura de la mezcla en FP200 = Porcentaje de agregados que pasa la malla N 200VA = Porcentaje de volumen de vacos con aireVS = Viscosidad del ligante asfltico a 70 F en poises x 10

6VLA = Volumen del ligante asfltico en %

Cuadro 7-2 Mdulo dinmico carpeta asfltica

SmezCA = 1000 MPa

Nota: Para el clculo del mdulo dinmico de la carpeta se utilizaron propiedades de mezclas tpicas empeladasen nuestro medio.

PARAMETROS UNIDAD VALORPasa 200 % 6Frecuencia de carga Hz 10Vacios con aire % 5Viscocidad absoluta Poises x 10^6 3.68

Volumen asflto % 11

PSI K/cm2 Mpa105 0.18 9,968.09 1.63 5.31 1.80 152,524 10,677 1068

MDULO DEL ASFLTO - INSTITUTO DEL ASFLTO (Hwang y Witczak 1979)MDULO ASFLTICO

B5B4B3B2B1T (F)


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c. Mdulo de la subrasante de la subrasante

Para el clculo del mdulo resiliente de la subrasante se trabaj con la siguienteexpresin. El resumen se encuentra en el cuadro 7-3:

Mr = 2555 x (CBR)0.61 (PSI)7

Cuadro 7-3 Mdulo resiliente de la subrasanteSECCIONES HOMOGENEAS CBR (%) Mr (PSI) Mr (MPa)

Km 00+000 Km 03+5007.9 9,015 63

Km 10+000 Km 12+500Km 03+500 Km 10+000

4.6 6,481 45Km 12+500 Km 19+000

Km 19+000 Km 26+000 6.2 7,776 54

d. Mdulos de las capas granulares

Para el clculo del mdulo resiliente de las capas granulares se trabaj con la siguienteexpresin. El resumen se encuentra en el cuadro 7-4:

[PSI]0.14

a30000Mr = 8

Cuadro 7-4 Mdulo de elasticidad de las capas granulares

MATERIALES (ai)

AASHTO

Mr

(PSI)

Mr

(MPa)Base granular 0.14 30,000 2,100Subbase granular 0.12 25,714 1,800

e. Relaciones de Poisson

Con respecto a las relaciones de Poisson de estos tipos de materiales, se pueden asumirlos valores del cuadro 7-5.

Cuadro 7-5 Coeficientes de Poisson

MATERIALESCOEFICIENTES

DE POISSONConcreto asfltico 0.35

Base granular 0.40Subbase granular 0.40

Subrasante 0.50

7NCHRP 1-37A. Mechanistic Empirical Design Guide for Pavements, 2004.

8NCHRP 1-37A. Mechanistic Empirical Design Guide for Pavements, 2004.


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7.2 DEFINCIN DE LOS MDELOS DE FALLA DE LOS MATERIALES

Tradicionalmente los pavimentos flexibles bajo la concepcin de los mtodos mecanicistasse han diseado utilizando dos criterios bsicos: evitar el agrietamiento de las capasasflticas y evitar el ahuellamiento de la subrasante.

A continuacin se presentan los modelos de falla ms utilizados en nuestro pas y quq hacenparte de la Gua Metodolgica INVIAS 20089.

a. Deformacin unitaria a traccin en la fibra inferior del concreto asfltico.

Modelo Shell.

N=K0.856Vb+1.085.t-5.106E-1.8

Donde:t = Deformacin unitaria por traccin en la base del concreto asflticoN = Nmero de ejes equivalentes de 80 kNE = Mdulo dinmico de la mezcla, MPaVb = Porcentaje en volumen de bitumen = 11%K = Coeficiente de callage = 2.0 (confiabilidad 90%).

b. Deformacin unitaria a compresin en la fibra superior de la subrasante.

Modelo Shell.

z = 1.8*10-2 (N) 0.25 (confiabilidad 95%)

Donde:N = Nmero de ejes equivalentes de 80 kN.

c. Esfuerzo de compresin en la subrasante.

Modelo Dormon y Kerhoven.

Donde:ESR=Mdulo resiliente de la subrasante, MPa.N = Nmero de ejes equivalentes de 80 kN.

9 Gua metodolgica para el diseo rehabilitacin pavimentos asflticos. INVIAS 2008. Capitulo 4.

LogN*0.71

E*0.007

SRzadm

+

=


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d. Deformacin admisible

Modelo Instituto Norteamericano del Asfalto INA.

o = 1.0363 (N) 0.2438

Donde:o = Deflexin en pulgadasN = Nmero de ejes equivalentes de 80 kN.

7.3 CLCULO DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES

Una vez definido el modelo estructural, las caractersticas geomecnicas de los materiales yconfiguracin del eje de referencia que actuara sobre el pavimento, se calculan los valoresde esfuerzos y deformaciones presentadas en los diferentes puntos de inters de laestructura.

El eje de referencia empleado en la modelacin estructural es un eje estndar de 80kN, quetiene las siguientes caractersticas:

Tipo de eje = Eje simple rueda dobleCarga total del eje = 80 kNCarga por llanta = 20 kNRadio de carga = 0.105 mEsfuerzo por llanta = 0.577 MPaSeparacin entre ejes de llantas duales = 0.215 m

Para facilitar estos clculos tan dispendiosos, se utiliza el programa Bisar 3,0, BituimenStress Analysis in Roads, de la casa Shell. Ver Anexo 7. Memorias de clculo.

7.4 REVISIN DEL DISEO DE PAVIMENTO FLEXIBLE

Despus de realizar el clculo de los esfuerzos y deformaciones en los puntos de inters dela estructura, se hace la comparacin de estos valores con los lmites admisiblesestablecidos por las leyes de fatiga o de comportamiento de los materiales, con el fin devalidar las estructuras diseadas por el mtodo AASHTO 1993. El resumen se encuentra enlos cuadros 7-6 y 7-7.


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8. REVISIN DISEO PAVIMENTO RGIDO METODO PCA 1984

8.1 PERODO DE DISEO

Tal como se mencion en el subcaptulo 5.2, el perodo de diseo para el diseo depavimentos rgidos es de 20 aos.

8.2 MDULO DE REACCIN DEL CONJUNTO

Tal como se mencion en el subcaptulo 6.8, el modulo de reaccin del conjunto es el que seencuentra en el cuadro 8.1.

Cuadro 8-1 Mdulo de reaccin del conjunto Kc

INICIO FIN CBR DE DISENOPERCENTIL 70%

MDULO DEREACCIN

SUBRASANTEKs (MPa)

MDULO DEREACCINCONJUNTO

Kc (MPa)Km 0+000 Km 03+500

7.9% 50 71Km 10+000 Km 12+500Km 3+500 Km 10+000

4.6% 37 67Km 12+500 Km 19+000Km 19+000 Km 26+000 6.2% 44 69

8.3 CARACTERSTICAS DEL CONCRETO PARA LA LOSA

Tal como se mencion en el subcaptulo 7.11, el mdulo de rotura a flexin MR es de 39

kg/cm2

, el cual es posible obtener con concretos producidos en planta de concreto hidrulico.

8.4 ESPECTRO DE CARGAS

Los pesos por tipo de eje coinciden con los utilizados presentados en el cuadro 4-7, serefieren a los pesos mximos de los vehculos cargados permitidos por el Ministerio deTransporte. Resolucin 13791 del 21 de Diciembre de 1998.

Las repeticiones durante el perodo de diseo se obtuvieron a travs de la informacin basede conteos vehiculares que se consign en el cuadro 4-9. A partir de esta informacin detrnsito TPDS, se proyectaron las repeticiones esperadas en el final del perodo de diseocon una rata de crecimiento del 10%.

Cuadro 8-2 Espectro de cargas

PESO (t) REPETICIONES PESO (t) REPETICIONES PESO (t) REPETICIONES PESO (t) REPETICIONESBuses 2.45 582,364 6 582,364C2P 2.45 412,135 6 412,135C2G 6 212,040 11 212,040C3-4 6 35,838 22 35,838

SIMPLE RUEDA SIMPLEVEHCULO SIMPLE RUEDA DOBLE TANDEM TRIDEM

ESPECTRO DE CARGAS


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8.5 FACTOR DE SEGURIDAD DE CARGA

Teniendo en cuenta que se trata de una va de trnsito bajo se considera un valor de Factorde Seguridad de Carga (FSC) de 1.0, segn las recomendaciones del mtodo de diseo dela PCA 1984.

8.6 REVISIN DEL DISEO DE PAVIMENTO RGIDO

Contemplando los anteriores parmetros y siguiendo los lineamientos del mtodo de diseode pavimentos rgidos de la PCA 1984, se establece la modelacin estructural con la ayudadel software BS-PCA desarrollado por la Universidad del Cauca.

Cuadro 8-3 Resumen diseo estructuras pavimento rgido BS-PCA

INICIO FIN

CONCRETO

HIDRALICO(cm)

MR=39 k/cm2

SUBBASEGRANULAR(cm)

BERMAS PASADORES FATIGA(%)

EROSIN(%)

Km 0+000 Km 03+50022 15 NO SI 74% 5%

Km 10+000 Km 12+500Km 3+500 Km 10+000

22 20 NO SI 90% 5%Km 12+500 Km 19+000Km 19+000 Km 26+000 22 15 NO SI 82% 5%

En el cuadro 8-3 se puede observar que la estructura diseada por la metodologa AASHTO1993, cumple con los criterios generales de diseo del mtodo de diseo PCA de 1984,debido a que los consumos de fatiga y erosin son menores del valor admisible de 100%,obtenindose una reserva de diseo en el caso de presentarse eventualmente cargas

superiores a las contempladas en el diseo.

En el Anexo 7 Memorias de clculo, se encuentran las modelaciones estructurales paracada tramo homogneo.


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9. DISEO DE MEZCLAS Y ESTUDIO DE FUENTES DE MATERIALES

Se recomienda al contratista de obra realizar los diseos de las mezclas asflticas o formulasde trabajo y evaluar las fuentes de materiales disponibles de la zona, teniendo en cuenta lasrecomendaciones generales y requisitos que maneja el Instituto Nacional de Vas INVIASque se encuentran en el Anexo 8. Especificaciones Tcnicas de Construccin.


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10. SECCIONES TRANSVERSALES

10.1 SECCIN TPICA EN TERRAPLN

10.2 SECCIN TPICA EN CORTE

10.3 SECCIN TPICA MIXTA EN CORTE Y TERRAPLN


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11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

2. El proyecto se localiza en la zona sur oriental del Departamento de Crdoba en loslmites del Departamento de Antioquia. El tramo vial se encuentra ubicado entre elsector de Valencia (km 0+000) al casero de el pueblito (km 26+000).

3. Los materiales encontrados a nivel de subrasante, en su gran mayora pertenecen asuelos arcillosos de baja plasticidad CL y arenas limosas SM, con caractersticasmecnicas de media a buena capacidad portante en trminos de CBR.

4. De acuerdo con los resultados de clasificacin del suelos, nos ndica que lasubrasante se encuentra con un potencial expansivo bajo, segn lasrecomendaciones del INVIAS para materiales de subrasante.

5. De acuerdo a los resultados obtenidos en la investigacin geotcnica, se considerantres (3) unidades homogneas para el tramo vial en estudio, que son las siguientes:

Cuadro 11-1 Unidades homogneas

UNIDADHOMOGENEA

INICIO FIN

1Km 0+000 Km 03+500

Km 10+000 Km 12+500

2Km 3+500 Km 10+000

Km 12+500 Km 19+0003 Km 19+000 Km 26+000

6. El trnsito de diseo se considera de bajos volmenes, en trminos generales setiene un TPD de 100 vehculos diarios, pero se considera que con este proyecto depavimentacin se incrementar el trnsito en un 100% (trnsito atrado y generado).En trminos de ejes equivalentes de 80 kN, para un perodo de diseo de 10 aos(pavimento flexible) se tiene un acumulado en el carril de diseo de 700.000 ejesequivalentes y para un perodo de diseo de 20 aos (pavimento rgido) se tiene unacumulado en el carril de diseo de 2.500.000 ejes equivalentes.

7. Las estructuras de pavimento se disearon por la metodologa AASHTO 1993 por elprocedimiento de proteccin de capas, con la verificacin por la metodologa racionaly PCA. Estas metodologas han sido utilizada en nuestro pas con buenos resultadosen nuestro medio y hacen parte de las normas de diseo de pavimentos del INVIASen su versin ms reciente del ao 2008.


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8. Las alternativas definitivas de pavimentacin son las siguientes:

Cuadro 11-2 Alternativas tramo 1 y 3. km 0+000 al km 3+500 y km10+000 al km12+500

Cuadro 11-3 Alternativas tramo 2 y 4. km 3+500 al km 10+000 y km12+500 al km19+000

Mezcla Densa En Caliente. MDC-2 10Base Granular. BG-2 15

Subbase Granular. SBG-2 25Subrasante. SR


Subrasante. SR

Concreto Hidralico. MR=40 k/cm2 21Subbase Granular. SBG-2 25

Subrasante

Materiales EstructuraEspesores

(cm)


(cm)

Alternativa 2

Alternativa 3

Alternativa 1

EstructuraMaterialesEspesores

(cm)



Mezcla Densa En Caliente. MDC-2 10

Base Granular. BG-2 40Subrasante. SR


Subrasante


(cm)


(cm)

Alternativa 2


(cm)

Alternativa 1

Alternativa 3


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Cuadro 11-4 Alternativas tramo 5. km 19+000 al km 26+000

9. Las estructuras de pavimento flexibles diseadas por el mtodo AASHTO 1993 de laalternativa 1, se compararon con las estructuras que recomiendan las cartas delManual de Diseo de Pavimentos para Altos y Medios Volmenes de Trnsito del

INVIAS en su versin ms reciente del ao 2008.

Cuadro 11-5 Comparacin estructuras AASHTO 1993 con el mtodo INVIAS 2008

Del anterior cuadro 11-5, se puede concluir que las estructuras son muy similaresentre los mtodos de diseo y cumplen con los requerimientos del INVIAS, lasdiferencias se basan en que las cartas de diseo consideran rangos muy amplios delas variables de diseo como son: trnsito T1 [500.000 a 1.000.000], subrasante S1[300 a 500 kg/cm2] o S2 [500 a 700 kg/cm2] para el caso de la regin climtica R3[TMAP 20 a 30 oC y PMA < 2000 mm].




Subrasante. SR


Subrasante

Alternativa 3


(cm)


(cm)

Alternativa 2


(cm)

Alternativa 1

AASHTO

1993

INVIAS

Carta

R3,T1,S2

AASHTO

1993

INVIAS

Carta

R3,T1,S1

AASHTO

1993

INVIAS

Carta

R3,T1,S2

MDC-2 10 8 10 10 10 8BG-2 15 20 15 20 15 20

SBG-2 25 35 30 35 25 35SR

Comparacin Estructuras AASHTO 1993 e INVIAS 2008

Estructura

(cm)Materiales

Tramo 1 y 3 Tramo 2 y 4 Tramo 5


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Este consultor recomienda utilizar las estructuras de diseo planteadas por lametodologa AASHTO de 1993 diseadas con el procedimiento de proteccin de capaa capa las cuales fueron validadas con la metodologa racional, teniendo en cuentalas propiedades fundamentales de los materiales a travs de modelos constitutivos ode falla reconocidos mundialmente.

10. Se plantearon tres (3) alternativas de diseo de pavimentacin para este estudio, dos(2) estructuras de pavimento flexible y una (1) de pavimento rgido. Este consultorrecomienda para este proyecto previo anlisis de costos se construya la alternativaNo. 1. Esta alternativa se trata de una estructura convencional constituida por unacapa de concreto asfltico tipo MDC-2 apoyada en una interface de granulares tipobase BG-2 y subbase SBG-2 que protegern la fundacin existente.

11. Se recomienda hacer control de las especificaciones tcnicas de los materiales acolocar, que se encuentran en el Anexo 8 Especificaciones tcnicas de construccindel presente informe. Estas especificaciones hacen parte de las normas del INVIASen su ms reciente versin del ao 2008.

12. Es necesario garantizar un adecuado sistema de drenaje, de tal forma que lacapacidad estructural de la subrasante y la interface de los granulares, no se veanafectados.

13. Se recomienda validar las hiptesis tenidas en cuenta en el diseo de larehabilitacin, tales como mdulo dinmico de las mezclas asflticas y mduloresiliente de los materiales granulares. En caso de encontrar condiciones que difierana las planteadas inicialmente en el diseo, deber comunicarse a sta consultora conel fin de tomar las medidas necesarias, con el fin de garantizar la vida til de laestructura.


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ANEXO 1. MAPA DE LOCALIZACIN DEL PROYECTO.


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ANEXO 2. REGISTRO DE CONTEOS VEHCULARES


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PROYECTO: ESTUDIOS Y DISEOS PARA LA PAVIMENTACIONDE LA VIA VALENCIA - SAN PEDROUBICACI N: MUNICIPIO DE VALENCIA - CORDOBAFECHA: JUNIO DE 2009

PUESTO DE CONTROL: K05+500 DE LA VA

SENTIDO: AMBOS

FECHA: J UNIO 13 DE 2009

C2-P C2-G C3-4 C5 >C506-07 3 4 2 907-08 5 3 1 908-09 4 2 2 909-10 3 4 3 1010-11 2 3 1 2 811-12 3 3 2 1 10

12-13 4 2 4 1 1113-14 3 1 1 614-15 3 4 2 1015-16 2 1 1 416-17 1 3 4 817-18 2 2 1 5

CONTEO MANUAL DE TRANSITO

TOTALHORA AUTOS BUSESCAMION

TOTALES: 35 32 22 6 0 99

FECHA: J UNIO 14 DE

informe pavimentos definitivo

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