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CONTRATO DE CONSULTORIA No MC-915.104.10.03.2013
CONSULTORÍA “CONSULTORIA PRECIO GLOBAL FIJO SIN FORMULA DE REAJUSTE,PARA LA ELABORACION DE LOS ESTUDIOS Y DISEÑOS DE ALGUNOS ELEMENTOS DE INFRAESTRUCTURA DEL SISTEMA INTEGRADO DE TRANSPORTE MASIVO SITM-MIO – GRUPO5 UBICADO EN LA CIUDAD DE CALI , DEPARTAMENTO DEL VALLE EN LOS CORREDORES PRETRONCALES Y ALIMENTADORES II, SECTOR 2¨
VIA POLVORINES
ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PAVIMENTOS
SIETE LTDA.
Santiago de Cali 2015
1
TABLA DE CONTENIDO
DESCRIPCION DEL PLAN DE TRABAJO Y PLAN DE ESTUDIO .......... 1-1 1.
RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE ........................................................................ 1-1 1.1
RECORRIDO INICIAL. ................................................................................................................... 1-1 1.2
INSPECCIÓN VISUAL ................................................................................................................... 1-1 1.3
EXPLORACIÓN DE CAMPO ......................................................................................................... 1-2 1.4
ENSAYOS DE LABORATORIO. .................................................................................................... 1-2 1.5
ESTUDIO DE TRÁNSITO ............................................................................................................... 1-2 1.6
ESTUDIO TOPOGRÁFICO ............................................................................................................ 1-3 1.7
DISEÑO GEOMÉTRICO................................................................................................................. 1-3 1.8
CONCATENACION DE DISCIPLINAS ........................................................................................... 1-3 1.9
EVALUACIÓN ECONÓMICA ......................................................................................................... 1-3 1.10
OBJETIVOS Y ALCANCE ........................................................................ 2-1 2.
OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................... 2-1 2.1
OBJETIVOS ESPECIFICOS .......................................................................................................... 2-1 2.2
ALCANCE GENERAL DEL ESTUDIO ........................................................................................... 2-2 2.3
GEOLOGIA DE LA ZONA ........................................................................ 3-1 3.
GEOLOGIA SUPERFICIAL ............................................................................................................ 3-1 3.1
Zona Depósito de Piedemonte ........................................................................................ 3-1 3.1.1
EVALUACION FUNCIONAL .................................................................... 4-1 4.
VIA POLVORINES ......................................................................................................................... 4-1 4.1
INVENTARIO OBRAS DE DRENAJE Y OBRAS DE ARTE ..................... 5-1 5.
EVALUACIÓN GEOTÉCNICA .................................................................. 6-1 6.
DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO DE CAMPO ................................................................................. 6-1 6.1
ENSAYOS DE LABORATORIO ..................................................................................................... 6-3 6.2
2
DETERMINACIÓN DEL CBR DE DISEÑO .................................................................................... 6-5 6.3
ESTATIGRAFIA Y NIVEL FREATICO........................................................................................... 6-5 6.4
RESUMEN DE ESPESORES PARA LA VIA EN ESTUDIO ......................................................... 6-8 6.5
EVALUACIÓN DE TRÁNSITO................................................................. 7-1 7.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 7-1 7.1
PERÍODO DE DISEÑO: ................................................................................................................. 7-1 7.2
TASA DE CRECIMIENTO: ............................................................................................................. 7-2 7.3
DETERMINACION DE LOS FACTORES DAÑO ............................................................................ 7-3 7.4
Vehiculos mixtos ............................................................................................................. 7-3 7.4.1
Buses del Sistema ........................................................................................................... 7-3 7.4.2
DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES DE 8.2 TONELADAS PARA 7.5
PAVIMENTO FLEXIBLE .......................................................................................................................... 7-7
DETERMINACIÓN DEL ESPECTRO DE CARGAS PARA PAVIMENTO RIGIDO. ........................ 7-8 7.6
Via a Polvorines ............................................................................................................. 7-10 7.6.1
DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE METODO AASHTO -93 ............... 8-1 8.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 8-1 8.1
PARÁMETROS DE DISEÑO .......................................................................................................... 8-2 8.2
Tránsito............................................................................................................................. 8-2 8.2.1
Pérdida de Serviciabilidad ............................................................................................... 8-3 8.2.2
Confiabilidad .................................................................................................................... 8-4 8.2.3
Caracterización de los materiales ................................................................................... 8-5 8.2.4
Subrasante ______________________________________________________________ 8-5 8.2.4.1
Subbase granular _________________________________________________________ 8-6 8.2.4.2
Base Granular ___________________________________________________________ 8-7 8.2.4.3
Capa Asfáltica ___________________________________________________________ 8-9 8.2.4.4
Condiciones de Drenaje .................................................................................................. 8-9 8.2.5
DETERMINACION DE ESPESORES DE LA ESTRUCTURA ...................................................... 8-11 8.3
Via a Polvorines ............................................................................................................. 8-11 8.3.1
DISEÑO PAVIMENTO METODOLOGIA PCA -84 .................................... 9-1 9.
3
CARACTERIZACIÓN DE LA SUBRASANTE ................................................................................ 9-2 9.1
CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES DE APOYO ........................................................... 9-3 9.2
CARACTERIZACIÓN DEL CONCRETO HIDRÁULICO ................................................................. 9-5 9.3
CUANTIFICACIÓN DEL TRANSITO DE DISEÑO.......................................................................... 9-6 9.4
CONSIDERACIÓN DE BERMAS Y TRANSFERENCIA DE CARGA ............................................. 9-6 9.5
FACTOR DE MAYORACIÓN DE CARGAS ................................................................................... 9-6 9.6
DISEÑO DEL ESPESOR DE LA LOSA ......................................................................................... 9-7 9.7
ESTRUCTURA DE PAVIMENTO DISEÑADAS EN CONCRETO RIGIDO ..................................... 9-7 9.8
CONTROL DE ESFUERZOS EN EL CONCRETO POR EFECTOS DEL ALABEO DE LAS LOSAS9.9
9-8
DISEÑO DE JUNTAS ..................................................................................................................... 9-9 9.10
CORTE DE JUNTAS .................................................................................................................... 9-16 9.11
SELLO DE JUNTAS .................................................................................................................... 9-17 9.12
CASOS ESPECÍFICOS PROCESO CONSTRUCTIVO ................................................................ 9-19 9.13
EVALUACION ECONOMICA ................................................................. 10-1 10.
PRESUPUESTO PAVIMENTO NUEVO VIA POLVORINES ........................................................ 10-2 10.1
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................... 11-1 11.
ANEXOS. Anexo No. 1 Resultados de Laboratorio Anexo No. 2 Ubicación de apiques para la vía Anexo No. 3 Memoria de cálculo Pavimento rígido PCA-84 Anexo No. 4 Memoria de cálculo Alternativa con geomalla. Anexo No.5 Programa de mantenimiento preventivo y periódico del pavimento. Anexo No. 6 Registro Fotográfico Anexo No. 7. Plano de intervención Pavimento.
4
INDICE DE TABLAS
Tabla 4.1 Evaluación funcional Vía Polvorines ............................................................................ 4-1
Tabla 6.1 Resumen Tabla % CBR Vía a Polvorines ................................................................. 6-5
Tabla 6.2 Resumen Tabla Espesores Vía Polvorines ................................................................. 6-8
Tabla 7.1 Tendencias de crecimiento .......................................................................................... 7-2
Tabla 7.2 Factores daño para diseño de pavimentos ................................................................ 7-3
Tabla 7.3. Comparación de las cargas transmitidas por eje a los pavimentos. Bus Padrón. .. 7-4
Tabla 7.4. Comparación de las cargas transmitidas por eje a los pavimentos. Bus alimentador
...................................................................................................................................................... 7-4
Tabla 7.5. Carga transmitida al pavimento más crítica por tipo de vehículo a plena capacidad. 7-
4
Tabla 7.6 Carga transmitida al pavimento por tipo de vehículo vacío ....................................... 7-5
Tabla 7.7 Factores daño para buses a máxima capacidad ........................................................ 7-6
Tabla 7.8 Factores daño para buses vacíos ............................................................................... 7-6
Tabla 7.9 Factores daño para buses a capacidad media .......................................................... 7-6
Tabla 7.10 Factores daño a utilizar para buses del Sistema S.I.T.M......................................... 7-7
Tabla 7.11 Resumen Número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas, por Vía. ........................ 7-8
Tabla 7.12. Cargas máximas por eje vigentes en Colombia ....................................................... 7-9
Tabla 7.13 Calculo del número de repeticiones esperadas cada año por tipo de eje en el carril
de diseño Vía a Polvorines ......................................................................................................... 7-11
Tabla 8.1 Resumen tránsito de diseño vías Pretroncales en Ejes equivalentes ....................... 8-3
Tabla 8.2 Resumen tránsito de diseño vías Pretroncales en Espectro de carga Vía a Polvorines
...................................................................................................................................................... 8-3
Tabla 8.3 Tabla resumen CBR de diseño corredor Pretroncal .................................................. 8-5
Tabla 8.4 Valores de CBR de diseño para el corredor pretroncal ........................................ 8-6
Tabla 8.5 Evaluación de la calidad del drenaje según el tiempo de evacuación del agua..... 8-10
Tabla 8.6. Valores recomendados para coeficientes de drenaje mi en capas granulares ....... 8-10
Tabla 8.7 Determinación de estructura pavimento vía Polvorines Periodo 10 años ............... 8-12
Tabla 8.8 Determinación del factor de Calage según metodología de Shell ........................... 8-14
Tabla 8.9 Chequeo esfuerzos y deformaciones Vía Polvorines ............................................. 8-16
5
Tabla 8.10. Espesores mínimos recomendados por la metodología de diseño AASHTO 1993 . 8-
16
Tabla 8.11 Resumen estructuras de pavimento propuestas para construcción pavimento nuevo
.................................................................................................................................................... 8-18
Tabla 9.1 Resumen tránsito de diseño vías Pretroncales en Espectro de carga Vía a Polvorines
...................................................................................................................................................... 9-6
Tabla 9.2 Resumen diseño pavimento rígido Vía Polvorines ..................................................... 9-7
Tabla 9.3 - Longitud y diámetro de barras pasa juntas ............................................................. 9-10
Tabla 9.4 Recomendaciones para la selección de las barras de anclaje. .............................. 9-11
Tabla 10.1 Alternativa 1 Construcción pavimento nuevo en concreto MR=45 k/cm2 ............. 10-2
Tabla 10.2 Alternativa 2. Construcción pavimento nuevo en concreto MR=42 k/cm2 ........... 10-2
Tabla 10.3 Alternativa 2. Construcción pavimento nuevo en concreto asfáltico estructura
convencional ............................................................................................................................... 10-2
Tabla 10.4 Alternativa 2. Construcción pavimento nuevo en concreto asfáltico estructura con
geosintéticos ............................................................................................................................... 10-3
Tabla 10.5 Resumen comparativo de presupuesto por m2 construcción pavimento rígido ... 10-3
Tabla 10.6 Resumen comparativo de presupuesto por m2 construcción pavimento flexible 10-3
Tabla 11.1 Resumen CBR de diseño para el corredor Pretroncal ........................................... 11-2
Tabla 11.2 Estructuras típicas de pavimento existentes para el corredor Pretroncal ............. 11-2
Tabla 11.3 Resumen tránsito de diseño vías Pretroncales en Espectro de carga Vía a
Polvorines ................................................................................................................................... 11-3
Tabla 11.4 Resumen alternativas evaluadas para Estructura de Pavimento nueva vías en
pavimento rígido ......................................................................................................................... 11-3
Tabla 11.5 Resumen alternativas evaluadas para Estructura de Pavimento nueva vías en
concreto asfáltico. ....................................................................................................................... 11-3
Tabla 11.6 Comparativo precio por m2 alternativas en pavimento rígido ................................ 11-5
Tabla 11.7 Comparativo precio por m2 alternativas en pavimento Flexible ............................ 11-5
6
INDICE DE FIGURAS
Figura 6.1 Ubicación de las vías para trabajo de campo ............................................................ 6-2
Figura 6.2 Curvas Límites de Atterberg Vía Polvorines .............................................................. 6-3
Figura 6.3 Carta de Plasticidad Vía Polvorines .......................................................................... 6-4
Figura 6.4 Perfiles estratigráficos Vía Polvorines ....................................................................... 6-6
Figura 6.5 Perfiles estratigráficos Vía Polvorines ....................................................................... 6-6
Figura 6.6 Estructura de pavimento típica zona pavimentada Vía Polvorines .......................... 6-7
Figura 6.7 Estructura de pavimento típica zona en afirmado Vía Polvorines ............................ 6-8
Figura 8.1. Abaco para la determinación del Coeficiente de Aporte Estructural de Subbase
Granulares .................................................................................................................................... 8-7
Figura 8.2 Abaco para la determinación del Coeficiente de Aporte Estructural de Base
Granulares .................................................................................................................................... 8-8
Figura 8.3 Sección transversal pavimento flexible convencional Vía Polvorines ..................... 8-17
Figura 8.4 Sección transversal pavimento flexible con Geomalla Vía Polvorines .................... 8-18
Figura 9.1. Correlación de CBR y el Modulo de Reacción (K) de la subrasante ........................ 9-3
Figura 9.2. Estimación del Módulo de Reacción del apoyo de la losa por efecto de la capa de
subbase granular .......................................................................................................................... 9-5
Figura 9.3 Estructura de pavimento Vía a Polvorines MR = 45 kg/cm2. ................................... 9-8
Figura 9.4 Estructura de pavimento Vía a Polvorines MR = 42 kg/cm2. ................................... 9-8
Figura 9.5 - Vista en planta de canastilla de pasadores............................................................ 9-12
Figura 9.6 Corte A-A de canastilla de pasadores .................................................................... 9-12
Figura 9.7 Corte B-B de canastilla de pasadores .................................................................... 9-12
Figura 9.8. - Junta de contracción .............................................................................................. 9-13
Figura 9.9 Junta de expansión .................................................................................................. 9-14
Figura 9.10 Junta de expansión en intersección asimétrica ................................................... 9-14
Figura 9.11 - Detalle Junta de expansión .................................................................................. 9-15
Figura 9.12 - Junta de construcción ........................................................................................... 9-16
Figura 9.13 - Corte de juntas...................................................................................................... 9-17
Figura 9.14- Colocación de tirilla ................................................................................................ 9-18
Figura 9.15 Colocación de sello ................................................................................................ 9-19
7
Figura 9.16 - Modulación con presencia de estructuras hidráulica ........................................... 9-20
Figura 9.17 - Modulación y junta presencia de sumidero .......................................................... 9-20
Figura 9.18 - Modulación, junta y acero de refuerzo por presencia de estructuras hidráulicas 9-20
Figura 9.19 Detalle juntas alrededor de cámaras alternativa de rombo .................................. 9-21
Figura 9.20 Detalle juntas alrededor de cámaras alternativa de círculo .................................. 9-22
Figura 9.21 Detalle junta semicircular alrededor de sumideros ............................................... 9-22
figura 11.1 Estructura de pavimento recomendada para Vía a Polvorines ............................... 11-4
8
INTRODUCCION
METRO CALI S.A, mediante contrato de Consultoría No. MC-915.104.10.03.2013,
firmado con la firma SIETE LTDA, tiene establecido la elaboración de los estudios y
diseños de algunos elementos de infraestructura del sistema integrado de transporte
masivo SITM – MIO, Grupo 5, ubicado en la ciudad de Cali, departamento del Valle, en
los corredores pretroncales y alimentadores II, Sector 2 correspondiente
específicamente a: Vía a Polvorines. El presente documento contiene todo lo referente
a los Diseños de Pavimentos, elaborado dentro del marco de los términos de referencia
suministrados.
El presente estudio, contiene la información solicitada en el Anexo No. 8,
correspondiente a los parámetros generales de estudios y diseños para corredores
pretroncales y alimentadores.
El informe contiene a lo largo de sus capítulos, la descripción general del plan de
trabajo y plan de estudios, objetivos y alcance general, remitiéndose posteriormente a la
geología de la zona, a la evaluación funcional del corredor, a su evaluación geotécnica,
deflectométrica, evaluación de tránsito para posteriormente conjugar todas estas
variables y plantear soluciones de rehabilitación, según el caso analizado para terminar
con una evaluación económica de las alternativas.
El diseño de pavimento rígido se ha hecho con la metodología PCA-84 y por la
metodología AASHTO-93 para pavimento flexible, la cual fue solicitada como un
adicional al no tener completamente definida la estructura de pavimento a construir.
Esperamos que este informe logre satisfacer las expectativas para el cual fue
contratado.
|
1-1
DESCRIPCION DEL PLAN DE TRABAJO Y PLAN DE ESTUDIO 1.
Para la elaboración del presente estudio, se ha requerido la coordinación de las
diferentes disciplinas que conforman el proyecto, desarrollándose en las siguientes
etapas:
RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE 1.1
Se ha realizado una recopilación de información existente de los diseños de
Pretroncales del año 2008, que han servido como guía para la elaboración del presente
documento. Así mismo se ha confrontado información del proyecto actual que
desarrolla METRO CALI, para el mantenimiento de pretroncales a lo largo de los
sectores, sur, occidente, centro y oriente y que actualmente están en ejecución,
basándose principalmente en matriz de rutas del sistema de transporte masivo para el
complemento del tránsito.
RECORRIDO INICIAL. 1.2
Se hizo un recorrido inicial para el conocimiento general de todos los corredores que
forman parte del proyecto, para poder ir caracterizando inicialmente la zona desde el
punto de vista geológico para establecer posteriormente la geotecnia requerida.
INSPECCIÓN VISUAL 1.3
Conocidos el corredor, se procede a realizar una inspección visual desde el punto de
vista funcional, determinando sectores de afirmado, sectores próximos a deteriorarse y
sectores en buen estado, representándoles con color rojo, amarillo y verde
respectivamente. No obedece esta actividad a una metodología tipo Invias, por el
1-2
método Vizir, ya que el alcance se enfoca a dar soluciones con base en un presupuesto
preestablecido, y según dicha metodología, se tendrían condiciones críticas para todos
los tramos.
EXPLORACIÓN DE CAMPO 1.4 Con base en la longitud del corredor, se determinó previamente la posible ubicación de
los sondeos, elaborando mediante esquemas basados en fotografía digital (google
earth), la ubicación de los mismos, determinando los ensayos requeridos y la toma de
CBR de subrasante. Esta exploración es realizada por la firma CESCO LTDA, tanto en
el campo como en laboratorio.
ENSAYOS DE LABORATORIO. 1.5
Procesamiento de las muestras obtenidas en campo, para clasificación, gradación, y
conocimiento general de sus características físicas y mecánicas del suelo encontrado y
de los materiales que hacen parte actualmente de la estructura de pavimento.
ESTUDIO DE TRÁNSITO 1.6
Elaborado por el Especialista Fernando Delgado, quien se encargó del trabajo de
campo para conteos y procesamiento de la información para determinar los tránsitos
promedios diarios y la composición vehicular de los diferentes vehículos comerciales
para con base en ello poder determinar el espectro de cargas para pavimento rígido.
1-3
ESTUDIO TOPOGRÁFICO 1.7
Con base en tecnologías de punta, se hace el levantamiento topográfico del corredor,
tanto planimétricamente como altimétricamente, información requerida para el diseño
de rasante de la vía, la cual debe ir ajustada según la solución de pavimento propuesta
para este corredor vial.
DISEÑO GEOMÉTRICO 1.8
Se establecen los abscisados de la vía, los anchos y los alineamientos tanto en planta
como en perfil, para lograr tener un abscisado concordante en las diferentes actividades
llevadas a cabo, de tal forma que se pueda referenciar los puntos de manera precisa.
CONCATENACION DE DISCIPLINAS 1.9
Con toda la información conjunta, se procede a la determinación de los espesores del
pavimento, buscando alternativas técnica y económicamente viables, pasadas en los
requerimientos de los términos de referencia.
EVALUACIÓN ECONÓMICA 1.10
Establecidas las soluciones de rehabilitación se procede a la evaluación económica de
cada una de ellas y a recomendar la más adecuada.
|
2-1
OBJETIVOS Y ALCANCE 2.
OBJETIVO GENERAL 2.1 Diseñar para la via que conforma el Grupo de Pretroncales, soluciones de intervención,
del pavimento actual, como construcción de pavimento nuevo, de tal forma que sea la
alternativa que técnica y económicamente mejor se ajuste a las condiciones del
proyecto, cumpliendo con el período establecido para la vida útil del pavimento.
OBJETIVOS ESPECIFICOS 2.2
- Evaluar las condiciones geotécnicas de la zona del proyecto de este corredor
vial, para con base en ellas determinar la capacidad de soporte del suelo de
subrasante y definir la estructura de pavimento más adecuada.
- Analizar geotécnicamente el corredor, para poder establecer posibles
problemas de tipo constructivo durante el desarrollo del contrato.
- Optimizar los recursos económicos para establecer soluciones que devuelvan la
funcionalidad a la vía actual y que paralelamente corresponda a intervenciones
que aprovechen al máximo los materiales remanentes existentes en el corredor
analizado.
- Establecer soluciones acorde a las condiciones presupuestales del contrato, de
manera que sean viables de construir desde el punto de vista económico.
- Hacer las evaluaciones económicas de las alternativas evaluadas y hacer las
recomendaciones desde el punto de vista técnico-económico.
2-2
ALCANCE GENERAL DEL ESTUDIO 2.3
El alcance del presente estudio, consiste en la determinación de los espesores de
pavimento requerido para la zona y establecer soluciones en pavimento rígido para la
vía a Polvorines como principal opción, no dejando descartado un análisis en pavimento
flexible.
El alcance se enfoca a plantear soluciones que económicamente se ajusten a los
presupuestos establecidos para la vía, basados en la evaluación geotécnica, estudios
de tránsito, condiciones geológicas de la zona, etc.
|
3-1
GEOLOGIA DE LA ZONA 3.
Dentro del estudio realizado por INGEOMINAS, por la subdirección de amenazas
geológicas y entorno ambiental, se ha establecido un estudio completo de
Micronozificación Sísmica de Santiago de Cali, y específicamente en su informe 4,
correspondiente a las Investigaciones y zonificación geológica de la Ciudad, se
establecen claramente las diferentes unidades geológicas de la ciudad.
GEOLOGIA SUPERFICIAL 3.1
Para el caso que nos compete, el proyecto se desarrolla en dos zonas diferentes. Una
zona oeste, que corresponde a la zona de Polvorines. Teniendo en cuenta el citado
estudio, a continuación se describe la zona geotécnica encontrada según el Estudio de
Microzonificación Sismica de la ciudad de Cali.
Zona Depósito de Piedemonte 3.1.1
Esta zona está conformada por lo abanicos de las quebradas que se encuentran entre
los barrios Cristales hasta Meléndez, cuya característica común es que sus cuencas
son pequeñas y están conformadas por rocas sedimentarias, lo cual infiere que los
depósitos de piedemonte formados guarden cierta similitud. Esta zona presenta un
espesor aproximado de 300m al terciario y 1.0 km al basamento hacia la zona del
velódromo.
Esta zona se compone principalmente por materiales MH y CH superficialmente, donde
cerca del 15% de las muestras corresponden a suelos limo arenosos con un promedio
de 15% de grava y 33% de arena. La humedad natural se encuentra entre 20 y 50%,
con un valor representativo del 37%. El límite líquido varía entre 40 y 100% con un
valor promedio del 67%. El límite plástico se sitúa entre el 25 y 55% con valores
3-2
representativos del 40%. Los índices de plasticidad poseen una distribución normal
entre 10 y 60% con un valor promedio de 31%.
|
4-1
EVALUACION FUNCIONAL 4.
Dado que el alcance de las intervenciones generales para todas las vías pretroncales
que se propongan, van a obedecer a un presupuesto preexistente, se plantea realizar
una evaluación funcional, catalogando bajo tres colores diferentes, los tramos de vía
que requieran reconstrucción o rehabiliación, como críticos o de color rojo, los que
requieran una intervención parcial como un bacheo o un refuerzo estructural por no
observarse un deterioro crítico de la estructura con color amarillo, y por último con color
verde, aquellos que no requieren ningun tipo de intervención.
VIA POLVORINES 4.1
Requiere de una reconstrucción total pero preferiblemente, en pavimento rigido, dado
que el pavimento contiguo ha sido concebido mediante losas de concreto. Según la
evaluación funcional toda la longitud esta en estado crítico por no poseer capa de
rodadura.
Tabla 4.1 Evaluación funcional Vía Polvorines
ESTADOLONGITUD
(m)ANCHO (m)
AREATOTAL
(m2)
% DEL AREA
TOTAL
247 6 1482 100,0
TOTALES 1482
|
5-1
INVENTARIO OBRAS DE DRENAJE Y OBRAS DE ARTE 5.
La vía Polvorines que conforma las vías pretroncales de los corredores proyectados, no
cuenta con sumideros, como obras de drenaje superficial, además no se evidenció la
presencia de filtros longitudinales en la zona de los separadores centrales.
Se hizo un inventario del número total de sumideros para la vía.
El inventario detallado del estado, reposición o diseño de nuevas estructuras de
drenaje, se encuentran contenidas en el Informe Hidráulico del presente proyecto. En
la vía a polvorines, no se encontró la presencia de ningún sumidero.
|
6-1
EVALUACIÓN GEOTÉCNICA 6.
DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO DE CAMPO 6.1
Para los trabajos de campo, se efectuaron un total de cinco apiques para todo el
corredor vial del proyecto de la Elaboracion de los Estudios y Diseños de algunos
elementos de la Infraestructura del Sistema Integrado de Transporte Masivo SITM-
MIO, cuya ubicación se muestra en la Figura 6.1 y se tomaron en total cinco muestras
para ensayo de CBR. Dichos apiques se llevaron hasta 2.0m de profundidad.
Se buscó distribuir los apiques, de tal forma que se representara la vía para el diseño
de la estructura de pavimento.
En cada apique se recobraron de dos a tres muestras de suelo, dependiendo la
variación en la estratigrafía.
El número de perforaciones, la ubicación y la profundidad se determinaron de tal forma
que permitieran establecer de manera adecuada, la variación en el tipo de suelo. Las
muestras recobradas fueron descritas en forma visual por el geotecnólogo, quien hace
la descripción inicial de la clasificación en campo, color, cambio de humedad,
condiciones de consistencia y demás observaciones que considere convenientes para
conocer apropiadamente el suelo.
En el Anexo No. 1 correspondiente a “Resultados de Laboratorio” se presenta el
registro de campo descrito anteriormente, con los ajustes realizados según los
resultados obtenidos en el laboratorio, en el Anexo No. 2 se indica la ubicación de los
apiques tomados a este corredor vial.
6-2
Figura 6.1 Ubicación de las vías para trabajo de campo
VIA A POLVORINES
6-3
ENSAYOS DE LABORATORIO 6.2
Las muestras representativas obtenidas de los sondeos se las sometió en el laboratorio
a un programa de ensayos básicos que contó con pruebas de humedad natural, límites
de Atterberg para clasificación y granulometría.
Con el fin de tener una mayor claridad en el comportamiento geotécnico, se han
realizado gráficas para el corredor vial donde se indican las variaciones en los límites
de Atterberg, y humedad natural para poder predecir mejor sus características
geotécnicas. En las siguientes Figuras se indican dichas variaciones para este
corredor vial, integrando todos los resultados, y considerando como capa de
subrasante, la capa de apoyo del material granular existente.
Figura 6.2 Curvas Límites de Atterberg Vía Polvorines
En la figura anterior, se ha representado la variación del suelo de subrasante en lo que
corresponde a los límites Líquido, Límite Plástico, Humedad natural e Indice de
plasticidad. Se observa que los valores de límite líquido son elevados, superiores al
50%, indicando suelos de alta compresibilidad. Los Indices de plasticidad variables
6-4
entre 10 y 30%. La humedad natural del suelo se encuentra por debajo del límite
plástico, indicando un suelo en estado semisólido.
Para un mejor entendimiento de las características del suelo de subrasante, en cuanto
a su clasificación, se presenta la carta de plasticidad, en donde se aprecia que los
suelos son predominantemente de tipo limosos de alta compresibilidad que clasifican
como MH.
Figura 6.3 Carta de Plasticidad Vía Polvorines
Del análisis realizado geotécnicamente la vía a Polvorines,presenta un suelo predominante que corresponde a limos de alta compresibilidad tipo MH.
6-5
DETERMINACIÓN DEL CBR DE DISEÑO 6.3
Se tomaron cinco muestras inalteradas en molde de CBR las cuales se ensayaron con
humedad natural y en condiciones de saturación, luego de cuatro días de inmersión en
agua, midiéndose la expansión registrada por la muestra. Los resultados se presentan
para la vía, para determinar posteriormente el CBR de diseño.
. Tabla 6.1 Resumen Tabla % CBR Vía a Polvorines
De acuerdo con los resultados de laboratorio en lo que corresponde a las medidas de
expansión en el molde CBR, predominan valores inferiores al 2.0%, no experando
suelos comportamiento expansivo.
Para la vía a Polvorines, se adoptará un CBR para diseño de 3.1%
ESTATIGRAFIA Y NIVEL FREATICO 6.4
La estratigrafía de la zona del proyecto es muy homogénea, indicando suelos muy
blandos, de tipo limo arcilloso, cuya representación gráfica permite visualizar de manera
más clara, las diferentes capas encontradas en todos los apiques realizados, tal como
se muestra en las siguientes figuras:
WN SAT
1 5,4 3,0 0,44
2 5,9 3,1 0,36
3 6,6 4,1 0,34
4 5,0 2,3 0,38
3,1
% EXPANSIONCBR No.% CBR
CBR PROMEDIO
6-6
Figura 6.4 Perfiles estratigráficos Vía Polvorines
Figura 6.5 Perfiles estratigráficos Vía Polvorines
6-7
La vía a Polvorines, se encuentra en material de afirmado, el sector que se va a
intervenir, sin embargo se realizaron apiques en la zona donde se encuentra la losa,
con el fin de poder determinar el espesor de la losa actual.
De acuerdo con los apiques realizados, se tiene que la losa existente, presenta un
espesor de 18 cms, apoyada sobre un material de rocamuerta de 60 cms de espesor.
Subyaciendo este material se encuentra un suelo fino que corresponde a un limo de
alta compresibilidad que clasifica como MH.
En la siguiente figura, se esquematiza la estructura de pavimento típica encontrada en
la zona del pavimento.
Figura 6.6 Estructura de pavimento típica zona pavimentada Vía Polvorines
El tramo a intervenir se encuentra en afirmado, y corresponde a un relleno granular de
espesor variable entre 20 y 60 cms, siendo el espesor predominante o representativo
40 cms, el cual contiene plasticidad no propia para superficie de apoyo de la nueva losa
a construir. En la siguiente figura se esquematiza la estructura típica del tramo en
afirmado.
Losa de concreto e = 18 cms
Rocamuerta e = 60 cms
Subrasante MH
6-8
Figura 6.7 Estructura de pavimento típica zona en afirmado Vía Polvorines
Nivel Freático
No se encontró la presencia del nivel freático hasta 2.0 m de profundidad investigada
RESUMEN DE ESPESORES PARA LA VIA EN ESTUDIO 6.5
En la siguiente tabla se muestra el resumen de los espesores que fueron graficados
en las figuras anteriores para la vía.
Tabla 6.2 Resumen Tabla Espesores Vía Polvorines
Rocamuerta e = 40 cms
Subrasante MH
LOSA CONC RELLENO BASE TRIT. ROCA M. TOTAL GRAN SUBRASANTE
CBR 1 40 40 MH
S1 40 40 SM
S2 40 40 ML
CBR 2 50 0 MH
S3 90 0 MH
S4 20 20 MH
CBR 3 18 20 30 30 MH
S5 17 60 60 ML
S6 18 60 60 MH
CBR 4 18 20 20 40 MH
APIQUE No.ESPESORES
|
7-1
EVALUACIÓN DE TRÁNSITO 7.
INTRODUCCIÓN 7.1
En este capítulo se realizará la estimación de la variable tránsito como parámetro de
diseño y dimensionamiento de las estructuras de pavimento presentadas para este
proyecto. Es importante recalcar que dependiendo del método de diseño utilizado, las
solicitaciones transmitidas a las capas de los diferentes materiales que componen la
estructura del pavimento y al material de la subrasante por parte de la flota vehicular,
son expresadas ya sea en ejes equivalentes simples de rueda doble de 8.2 toneladas
de peso para el método de diseño empírico de la AASHTO versión 1993, o mediante el
respectivo espectro de cargas para los métodos de dimensionamiento de carácter
mecanicistas.
La información necesaria utilizada para este estudio fue suministrada por METRO CALI
S.A. en lo que respecta a las rutas del sistema, y para el otro tipo de tránsito,
correspondiente al tráfico mixto, son el resultado del estudio de Tránsito realizado por
SIETE LTDA, para este proyecto, del cual se obtuvieron los tránsitos promedios diarios,
la composición vehicular y la determinación de las tasas de crecimiento.
PERÍODO DE DISEÑO: 7.2
El período de diseño establecido dentro de los términos corresponde a 10 años para
pavimento flexible y 20 años para pavimento rígido. Periodos superiores a 10 años,
para pavimento flexible no es recomendable, pues el comportamiento del asfalto a
través del tiempo, muestra su oxidación progresiva, pérdida de sus propiedades por
efecto de las condiciones climáticas y el paso repetido de los vehículos. Períodos de
mayor duración es posible diseñarlos, pero no dan garantía del buen comportamiento
de la mezcla asfáltica a través del tiempo así su espesor sea el adecuado, para estos
7-2
periodos superiores a 10 años, se consideran estrategias para prolongar la vida útil del
pavimento.
TASA DE CRECIMIENTO: 7.3
La tasa de crecimiento ha sido fijada en el estudio de Tránsito realizado por SIETE
LTDA, la cual fue determinada por el Especialista en Tránsito en un valor representativo
de 4.0% para toda la flota vehicular mixta. Para el caso de los buses del sistema, se
adoptó el valor sugerido por METRO CALI S.A, correspondiente a 1.1%. Lo anterior
sustentado, bajo el argumento que no se cuenta con información histórica del tránsito
actuante en las diferentes vías, por tanto se tomó como referencia una tasa de
crecimiento de acuerdo con las características de la región y las políticas
macroeconómicas del país, las cuales se indican en la siguiente tabla.
Tabla 7.1 Tendencias de crecimiento
Variable Índice de Crecimiento
Crecimiento de la población 1.07%
Economía Nacional 4%
Crecimiento en la red vial del Valle 3%
Tasa de Crecimiento parque vehicular 7%
Fuente Cuadro Informe de Tránsito. Siete Litda.2014
De acuerdo con los índices anteriores, se consideró descartar los extremos o sea el
crecimiento poblacional que es bajo y el crecimiento del parque vehicular que es alto,
valor este último que se considera coyuntural, debido a los tratados de libre comercio
que ha firmado el gobierno nacional y que ha producido un boom en la compra de
vehículos, pero se espera un equilibrio del mercado en el corto plazo. Por lo anterior y
considerando las expectativas del gobierno en cuanto a crecimiento económico del 4%,
se consideró que este es un valor prudente para proyectar los tránsitos actuales en esta
vía Pretroncal de Cali.
7-3
DETERMINACION DE LOS FACTORES DAÑO 7.4
Vehiculos mixtos 7.4.1
Se requiere determinar el número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas, para lo cual se
trabajará con los factores daño indicados en la Tabla 7.2, los cuales fueron obtenidos
de los pesajes realizados por el Instituto Nacional de Vías, a más de 300000 vehículos
durante el período del año 2000 a 2006, y los obtenidos en el año 1996, adoptando los
valores más críticos. En la siguiente tabla, se hace un comparativo de los factores daño
obtenidos por el INVIAS en el año 1996, en el año 2007 y el valor adoptado para el
presente proyecto.
Tabla 7.2 Factores daño para diseño de pavimentos
Buses del Sistema 7.4.2
Para los buses del sistema, también se determinó los factores daño de los buses
padrones y de los buses complementarios, por ser el tipo de vehículo esperado para las
vías objeto de este diseño.
Para el caso de los buses padrones, se hizo el análisis de las diferentes marcas que
pueden formar parte del sistema, y se escogió la carga por eje del más crítico. En la
Tabla 7.3 se indica esta situación.
VEHICULO FD INVIAS 96 FD INVIAS 07 ADOPTADO
BUS 1,00 1,00 1,00
C2P 1,01 1,14 1,14
C2G 2,72 3,44 3,44
C3-C4 3,72 4,32 4,32
C5 4,88 4,40 4,88
>C5 5,23 4,72 5,23
7-4
Tabla 7.3. Comparación de las cargas transmitidas por eje a los pavimentos. Bus Padrón.
Para el caso de los buses alimentadores, se hizo el análisis de las diferentes marcas
que pueden formar parte del sistema, y se escogió la carga por eje del más crítico. En
la Tabla 7.4 se indica esta situación.
Tabla 7.4. Comparación de las cargas transmitidas por eje a los pavimentos. Bus alimentador
En la Tabla 7.5 se presenta el resumen de los pesos por eje más críticos para los dos
tipos de buses del sistema que circularan por las vías pretroncales.
Tabla 7.5. Carga transmitida al pavimento más crítica por tipo de vehículo a plena capacidad.
Tipo de Bus Pesos por eje (Kg)
Delantero Eje 2 Eje 3
Padrón (80 pasajeros) 6657 11144 No aplica
Complementario (50 pasajeros) 2808 5831 No aplica
TIPO DE AUTOBUS CAP
NOMINAL
PESO EJE
(Kg)
CARGA EJE
DELANTERO
PESO EJE
(Kg)
CARGA EJE
TRASERO
PESO EJE
(Kg)
PESO TOTAL
(Kg)CANT PAS
M 1721 - 1722 (V) 80 Pas 2,780 5,906 Kg 2,030 10,414 Kg 16,320 16,320 94
M 1721 - 1722 (A) 80 pas 2,780 6,287 Kg 2,030 8,961 Kg 15,248 15,248 79
M O500M 80 Pas 3,080 6,206 Kg 1,890 10,274 Kg 16,480 16,480 94
VW 17210 (V) 80 Pas 3,080 6,657 Kg 1,890 8,821 Kg 15,478 15,478 80
VW 17210 (A) 80 Pas 930 4,507 Kg 3,400 10,331 Kg 14,838 14,838 80
VOLVO 7R 80 Pas 1,677 5,734 Kg 4,327 11,738 Kg 17,472 17,472 80
CHR 7,2 80 Pas 1,286 4,863 Kg 4,213 11,144 Kg 16,007 16,007 80
MB OH 1623 GNV 80 Pas 1,560 5,139 Kg 4,220 10,869 Kg 16,008 16,008 80
TIPO DE AUTOBUS CAP
NOMINAL
PESO EJE
(Kg)
CARGA EJE
DELANTERO
PESO EJE
(Kg)
CARGA EJE
TRASERO
PESO TOTAL
(Kg)CANT PAS
VOLKSWAGEN 9,150 48 PAS 1,610 2,484 Kg 940 5,831 Kg 8,315 50 PAS
NPR 48 PAS 1,245 2,307 Kg 960 5,663 Kg 7,970 50 PAS
MERCEDEZ LO-915 48 PAS 1,634 2,808 Kg 1,102 5,693 Kg 8,501 50 PAS
7-5
Con el fin de que los diseños no queden ni sobredimensionados, ni subdiseñados, se
consideraran los factores daño considerando que los buses estarán a su plena
capacidad de carga en las horas pico, y ocupados parcialmente el resto de horas que
trabaja el sistema.
En las Tablas 7.6 se indican las cargas reales transmitidas al pavimento, estando los
buses vacíos y considerando un peso por pasajero de 70 Kg, tal como lo especifica el
estudio realizado por Metro Cali, para el avalúo de las cargas.
Tabla 7.6 Carga transmitida al pavimento por tipo de vehículo vacío
Tipo de Bus Pesos por eje (Kg)
Delantero Eje 2 Eje 3
Padrón (80 pasajeros) 4977 7224 No aplica
Complementario (50 pasajeros) 1758 3.381 No aplica
Con base en los datos reportados en el cuadro anterior y en la fórmula para el Factor
Daño FD = (Po/6.6)4+(P1/8.2)4+(P2/8.2)4, teniendo en cuenta como carga de referencia
para eje sencillo 6.6 Toneladas y para eje de rueda doble 8.2 toneladas, se determinan
los factores daño a utilizar para el cálculo del número de ejes equivalentes de 8.2
toneladas.
Para fines comparativos, se presentan los factores daño calculados para los buses a
máxima capacidad, para los buses vacíos, y en una condición promedio, los cuales se
indican en la Tabla 7.7 a la tabla 7.9.
7-6
Tabla 7.7 Factores daño para buses a máxima capacidad
Tabla 7.8 Factores daño para buses vacíos
Tabla 7.9 Factores daño para buses a capacidad media
Teniendo en cuenta que durante las horas pico los buses se esperan que circulen a
máxima capacidad y en las horas valle, medianamente llenos, se calculó el factor daño
ponderado, considerando 5 horas pico y 6 horas valle, obteniéndose para diseño los
valores indicados en la Tabla 7.10.
Delantero Trasero
Padron 6,60 11,10 4,36
Complementario 2,81 5,83 0,29
FACTOR DAÑO PARA BUSES A MAXIMA CAPACIDAD
Peso por ejeF.DTIPO VEHICULO
Delantero Trasero
Padron 5,00 8,20 1,33
Complementario 1,80 3,40 0,04
FACTOR DAÑO PARA BUSES VACIOS
TIPO VEHICULOPeso por eje
F.D
Delantero Trasero
Padron 5,80 9,65 2,51
Complementario 2,31 4,62 0,12
FACTOR DAÑO PARA BUSES MEDIANAMENTE LLENOS
TIPO VEHICULOPeso por eje
F.D
7-7
Tabla 7.10 Factores daño a utilizar para buses del Sistema S.I.T.M
DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES DE 8.2 7.5TONELADAS PARA PAVIMENTO FLEXIBLE
El tránsito de diseño para pavimentos asfálticos nuevos y para el dimensionamiento de
refuerzos según la metodología AASHTO 1993, se cuantifica por medio del número de
ejes equivalentes de 8,2 toneladas esperados a lo largo del periodo de diseño y para el
carril de diseño.
Para este corredor vial, basados en el estudio de tránsito, elaborado por la firma SIETE
LTDA, el cual puede consultarse para ampliar la información, se ha determinado el
número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas, tomando como año cero el año 2015, y
a partir de él calculas las repeticiones esperadas, tal como se indica a continuación.
En la Tabla 7.18, se presenta el resumen del cálculo de ejes equivalentes de 8.2
toneladas, en el carril de diseño y en el período de diseño, con base en los cuales se
hará el respectivo diseño del pavimento, para la alternativa de pavimento flexible.
TIPO VEHICULO FD lleno FD medio FD Ponderado
Padron 4,36 2,51 3,52
Complementario 0,29 0,12 0,21
FACTOR DAÑO PONDERADO
7-8
Tabla 7.11 Resumen Número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas, por Vía.
DETERMINACIÓN DEL ESPECTRO DE CARGAS PARA PAVIMENTO 7.6RIGIDO.
El tránsito de diseño para estructuras de pavimento rígidos de acuerdo a la metodología
definida por la P.C.A. versión 1984, se cuantifica por medio del espectro de cargas
esperado a lo largo del periodo de diseño y para el carril de diseño. Puesto que para
este proyecto no se cuenta con la información de campo necesaria para la obtención de
dicho espectro de cargas del parque vehicular predominante de la vía con referencia a
los pesos por eje representativos, se tomaran las cargas máximas por eje estipuladas
en la resolución 004100 de 2004 emanada por el Ministerio de Transporte. La siguiente
tabla relaciona los pesos por ejes máximos especificados para el país.
CALCULO DE EJES EQUIVALENTES DE 8.2. TONELADAS POR AÑO EN EL CARRIL DE DISEÑO
Numero de Carriles por sentido: 1Factor de Distribución por Carril: 1Factor de Distribución por Sentido: 0,5
TOTAL
COMPLEMENTARIOSFD 0,21 FD 1,14 FD 3,44 FD 4,32
TPD EJES TPD EJES TPD EJES TPD EJES
2015 0,0% 75 2874 4,0% 38 7906 32 20090 2 1577 147 324472016 1,1% 76 2913 4,0% 40 8322 33 20717 2 1577 151 335292017 1,1% 77 2951 4,0% 42 8738 34 21345 2 1577 155 346112018 1,1% 78 2989 4,0% 44 9154 35 21973 2 1577 159 356932019 1,1% 79 3028 4,0% 46 9570 36 22601 2 1577 163 367762020 1,1% 80 3066 4,0% 48 9986 37 23229 2 1577 167 378582021 1,1% 81 3104 4,0% 50 10403 38 23856 2 1577 171 389402022 1,1% 82 3143 4,0% 52 10819 40 25112 2 1577 176 406512023 1,1% 83 3181 4,0% 54 11235 42 26368 2 1577 181 423612024 1,1% 84 3219 4,0% 56 11651 44 27623 2 1577 186 440702025 1,1% 85 3258 4,0% 58 12067 46 28879 2 1577 191 45781
TOTAL EJES EQUIVALENTES DE 8,2, TONELADAS EN EL CARRIL DE DISEÑO
PERIODO DE DISEÑO 10 AÑOS 4,23E+05PERIODO DE DISEÑO 7 AÑOS 2,50E+05PERIODO DE DISEÑO 5 AÑOS 1,73E+05PERIODO DE DISEÑO 3 AÑOS 1,01E+05
AÑO
BUSES DEL SISTEMA CAMIONES
TPD VEH.COM.TASA
C2P C2G C3EJES
EQUIVALENTESTASA
7-9
Tabla 7.12. Cargas máximas por eje vigentes en Colombia
TIPO DE EJE CARGA MAXIMA (Ton)
Simple rueda simple 6.0
Simple rueda doble 11.0
Tándem 22.0
Trídem 24.0
Así, un vehículo tipo C2P se considerara compuesto por dos ejes simples de rueda
simple con un peso por eje de 6.0 Ton y un vehículo tipo C2G se considerara
compuesto por un primer eje simple de rueda simple o eje direccional con un peso por
eje de 6.0 Ton y un segundo eje simple de rueda doble con un peso por eje de 11.0
Ton.
Los vehículos tipo C3-C4 se asumirán compuestos por un primer eje simple de rueda
simple o eje direccional de 6.0 Ton, un segundo eje simple de rueda doble de 11.0 Ton
y un tercer eje tándem de 22.0 Ton como condición más crítica.
Los vehículos tipo C5 se considerara compuesto por un primer eje simple de rueda
simple de 6.0 Ton de peso y dos ejes tipo tándem de 22.0 Ton de peso
respectivamente.
Los vehículos tipo >C5 se asumirá compuesto por un primer eje simple de rueda simple
o eje direccional de 6.0 Ton de peso, un segundo eje tipo tándem de 22.0 Ton de peso
y un tercer eje tipo tridem de 24.0 Ton de peso respectivamente, distribución típica de
un vehículo tipo C6.
La siguiente tabla detalla el espectro de cargas para el transito predominante esperado
de la vía en el carril de diseño y para un periodo de diseño de 20 años más 1 año
asumido como tiempo de construcción del proyecto, desde luego considerando un nivel
de confianza de esta variable de 90%.
Para el caso de los buses del sistema, se establece para los buses complementarios un
eje delantero simple de rueda simple de 3.5 toneladas de peso, y un eje trasero simple
7-10
de rueda doble de 6.5 toneladas. Para los padrones, se tiene un eje delantero simple
de rueda simple de 6.0 toneladas y un eje trasero simple de rueda doble de 11.5
toneladas.
Para mayor claridad, en cada una de las siguientes tablas se presenta el cálculo del
espectro de cargas para los diferentes corredores viales diseñados en pavimento rígido.
Via a Polvorines 7.6.1
Dado que la vía actual se encuentra en pavimento rígido, se dará continuidad a este
corredor en el mismo tipo de pavimento, para lo cual se determinó el espectro de
cargas, basado en el estudio de tránsito realizado. En la siguiente tabla se indica el
espectro de carga por año y el resumen para el período de diseño establecido de 20
años.
7-11
Tabla 7.13 Calculo del número de repeticiones esperadas cada año por tipo de eje en el carril de diseño Vía a Polvorines
Número de Carriles por sentido: 1Factor de Distribución por Carril: 1Factor de Distribución por Sentido: 0,5
SRS SRD SRS SRS SRS SRD SRS Tandem2,8 Ton 5,8 Ton 6 Ton 6 Ton 6 Ton 11 Ton 6 Ton 22 Ton
2015 75 13688 13688 38 6935 6935 32 5840 5840 2 365 3652016 76 13870 13870 40 7300 7300 33 6023 6023 2 365 3652017 77 14053 14053 42 7665 7665 34 6205 6205 2 365 3652018 78 14235 14235 44 8030 8030 35 6388 6388 2 365 3652019 79 14418 14418 46 8395 8395 36 6570 6570 2 365 3652020 80 14600 14600 48 8760 8760 37 6753 6753 2 365 3652021 81 14783 14783 50 9125 9125 38 6935 6935 2 365 3652022 82 14965 14965 52 9490 9490 40 7300 7300 2 365 3652023 83 15148 15148 54 9855 9855 42 7665 7665 2 365 3652024 84 15330 15330 56 10220 10220 44 8030 8030 2 365 3652025 85 15513 15513 58 10585 10585 46 8395 8395 2 365 3652026 86 15695 15695 60 10950 10950 48 8760 8760 2 365 3652027 87 15878 15878 62 11315 11315 50 9125 9125 2 365 3652028 88 16060 16060 64 11680 11680 52 9490 9490 2 365 3652029 89 16243 16243 67 12228 12228 54 9855 9855 2 365 3652030 90 16425 16425 70 12775 12775 56 10220 10220 2 365 3652031 91 16608 16608 73 13323 13323 58 10585 10585 2 365 3652032 92 16790 16790 76 13870 13870 60 10950 10950 2 365 3652033 93 16973 16973 79 14418 14418 62 11315 11315 2 365 3652034 94 17155 17155 82 14965 14965 64 11680 11680 2 365 3652035 95 17338 17338 85 15513 15513 67 12228 12228 2 365 365
TOTAL 325768 325768 227397 227397 180312 180312 7665 7665
C2P
TPDAÑO
COMPLEMENTARIOS C2GCAMIONES
TPD TPD TPD
C3-C4
TANDEM TRIDEM
2,8 Ton 5,8 Ton 6,0 Ton 11 Ton 22 Ton 24 Ton
325.768 325.768 642.771 180.312 7.665 0
EJES SIMPLES
|
8-1
DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE METODO AASHTO -93 8.
INTRODUCCIÓN 8.1
El pavimento de tipo flexible, disipa a través de las capas que conforman la estructura,
los esfuerzos generados por las solicitaciones de carga, de tal forma que a nivel de
subrasante ya se hayan disipado al menos en un 90%.
Debido a lo anterior, el diseño de los espesores que conformarán la estructura de
pavimento, debe ser los mínimos posibles que garanticen que los esfuerzos a los que
estarán sometidos los diferentes materiales sean inferiores a los que ellos son capaces
de resistir. Por esta razón, para lograr vías que duren el tiempo para el cual fueron
diseñadas, no sólo se debe garantizar un buen diseño, sino una buena calidad de los
materiales utilizados en unión con un buen proceso constructivo.
Los términos de referencia especifican dentro de sus condiciones las siguientes
exigencias:
Para diseño de pavimentos flexibles nuevos
Periodo diseño 10 años
Confiabilidad 80%. Para los diseños la consultora determinó la utilización de un
nivel de confiabilidad del 90%, dada la incertidumbre en los ajustes a la flota del
Sistema de Transporte Masivo, y por tratarse de vías nuevas.
Desvío estándar So=0.49
Serviciabilidad Final: 2.5
Se deberán respetar los espesores mínimos de concreto asfáltico y base
granular recomendados por la guía AASHTO respectiva.
La determinación de espesores para satisfacer el número estructural requerido
debe realizarse siguiendo el criterio de que las capas granulares no tratadas
deben estar protegidas de tensiones verticales excesivas que les producirían
deformaciones permanentes.
8-2
PARÁMETROS DE DISEÑO 8.2
La Metodología de la AASHTO-1993, busca determinar el número estructural necesario
para resistir el paso de un determinado tráfico representado en un número de ejes
equivalentes simples de rueda doble de 8.2 Ton, a lo largo de un período de diseño.
El método contempla además del tránsito, la serviciabilidad, la confiabilidad del diseño,
la capacidad portante de la sub-rasante, características de los materiales, el drenaje y
los efectos ambientales asociados. El método de diseño AASHTO 1993, usa
coeficientes estructurales para evaluar la resistencia de los materiales que componen
las capas de una estructura de pavimento, los cuales se obtienen a partir de
deducciones obtenidas en las experiencias del ensayo vial AASHO.
Entre Las recomendaciones de diseño de la AASHTO, están los espesores mínimos de
la carpeta asfáltica y de la base granular, dependiendo del nivel de tránsito que
soportará la estructura en el carril de diseño y en el periodo de diseño.
Dentro de los parámetros de diseño tenidos en cuenta por la Metodología AASHTO,
pueden definirse:
Tránsito 8.2.1
Cuantificado por el Número de Ejes simples de rueda doble Equivalentes de 8.2 Ton,
que se esperan circulen a lo largo de la vida útil del proyecto, y para un carril de diseño.
En las siguientes tablas, se resumen los valores de tránsito de diseño para las
alternativas de pavimento flexible y para las de pavimento rígido.
8-3
Tabla 8.1 Resumen tránsito de diseño vías Pretroncales en Ejes equivalentes
Tabla 8.2 Resumen tránsito de diseño vías Pretroncales en Espectro de carga Vía a Polvorines
Pérdida de Serviciabilidad 8.2.2
Es el cambio o pérdida en la calidad de servicio que la estructura de pavimento
proporciona al usuario, definido como la diferencia entre los índices de servicio inicial
(Po) y el índice de servicio final o terminal deseado (Pf). AASHTO recomienda el valor
de Po como 4.2 para pavimentos flexibles, mientras que Pf depende de las
características de la vía, con valores de 2.5 para vías de gran importancia y 1,8 para
Numero de Carriles por sentido: 1Factor de Distribución por Carril: 1Factor de Distribución por Sentido: 0,5
TOTAL
COMPLEMENTARIOSFD 0,21 FD 1,14 FD 3,44 FD 4,32
TPD EJES TPD EJES TPD EJES TPD EJES
2015 0,0% 75 2874 4,0% 38 7906 32 20090 2 1577 147 324472016 1,1% 76 2913 4,0% 40 8322 33 20717 2 1577 151 335292017 1,1% 77 2951 4,0% 42 8738 34 21345 2 1577 155 346112018 1,1% 78 2989 4,0% 44 9154 35 21973 2 1577 159 356932019 1,1% 79 3028 4,0% 46 9570 36 22601 2 1577 163 367762020 1,1% 80 3066 4,0% 48 9986 37 23229 2 1577 167 378582021 1,1% 81 3104 4,0% 50 10403 38 23856 2 1577 171 389402022 1,1% 82 3143 4,0% 52 10819 40 25112 2 1577 176 406512023 1,1% 83 3181 4,0% 54 11235 42 26368 2 1577 181 423612024 1,1% 84 3219 4,0% 56 11651 44 27623 2 1577 186 440702025 1,1% 85 3258 4,0% 58 12067 46 28879 2 1577 191 45781
TOTAL EJES EQUIVALENTES DE 8,2, TONELADAS EN EL CARRIL DE DISEÑO
PERIODO DE DISEÑO 10 AÑOS 4,23E+05PERIODO DE DISEÑO 7 AÑOS 2,50E+05PERIODO DE DISEÑO 5 AÑOS 1,73E+05PERIODO DE DISEÑO 3 AÑOS 1,01E+05
EJES EQUIVALENTESTASA
AÑO
BUSES DEL SISTEMA CAMIONES
TPD VEH.COM.TASA
C2P C2G C3
TANDEM TRIDEM
2,8 Ton 5,8 Ton 6,0 Ton 11 Ton 22 Ton 24 Ton
325.768 325.768 642.771 180.312 7.665 0
EJES SIMPLES
8-4
carreteras de poco interés. METRO CALI S.A., exige un índice de serviciabilidad final
de 2.5, por lo tanto la pérdida del índice de serviciabilidad será ΔPSI de 1.7.
Confiabilidad 8.2.3
Significa la probabilidad de que el sistema estructural que conformará el pavimento,
cumpla su función y objetivo previsto dentro de la vida útil tomada, cumpliendo con los
requerimientos del tránsito y del medio ambiente; la confiabilidad se estima mediante la
desviación normal estándar (Zr) y el error estándar asociado (So).
Por requerimiento de los términos de referencia, las vías se diseñaran con un nivel de
confiabilidad del 80%, pero para las soluciones de mantenimiento que involucran solo
capas superiores, pero se trabajará con una confiabilidad del 90% para estructuras de
pavimento nueva. Si se utilizaran niveles de confiabilidad del 90% para las soluciones
de mantenimiento, no se podría cumplir con el requerimiento de intervenciones
superficiales de cajeos de 30.0 cms, por lo que se diseñará con una confiabilidad del
80% por restricciones de cambio de rasante e intervenciones de redes de servicios
públicos.
Las vías se diseñaran para un nivel de confianza del 80 %, en donde se tasaría:
Zr = 0.841
Para un nivel de confianza del 90%, Zr = 1.282
So = 0.49 Sin Análisis de confiabilidad en la estimación del tránsito
El nivel de confiabilidad depende de la importancia de la vía, a mayor importancia se
requiere un nivel de confiabilidad mayor. El valor del error estándar asociado se asume
en 0.44 cuando en la estimación del tránsito se consideró la confiabilidad, y 0.49
cuando no se ha considerado la confiabilidad en la estimación de dicha variable.
8-5
Caracterización de los materiales 8.2.4
Subrasante 8.2.4.1
La resistencia de la sub-rasante se cuantifica por medio del módulo resiliente, que es
cuantificado mediante pruebas tri-axiales o a través de correlaciones con el valor del
CBR; para este proyecto se estimará por medio del valor del CBR de diseño. Cuando
los suelos son de muy baja capacidad de soporte siempre es recomendable hacer un
mejoramiento del suelo de subrasante, o utilizar geosintéticos que ayuden a darle una
mejor capacidad de soporte al suelo.
Para la vía a Polvorines se obtuvo como CBR de diseño un valor de 3.1%, como se
indica en la siguiente tabla.
Tabla 8.3 Tabla resumen CBR de diseño corredor Pretroncal
Para la determinación del Módulo Resiliente, se partió de las dos siguientes
correlaciones
MR = 1500 CBR para CBR inferior a 10%
Y la propuesta por la AASHTO-2002 se tiene
MR= 2555(CBR)0.64
Donde CBR en %
MR en psi.
Partiendo de estas dos correlaciones se calcularon los módulos resilientes y se obtuvo
para diseño un módulo resiliente promedio, tal como se indica en la siguiente tabla:
VIACBR diseño
(%)Descripción
La Sirena 2,9 Pavimento nuevo a construir
Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 2,2 Pavimento nuevo a construir
Calle 72U entre Carreras 28D y 27 2,6 Mejoramiento via existente
Carrera 27 entre Calles 121 y 126 2,3 Pavimento nuevo a construir
Carrera 27 entre Calles 126 y 121 1,4 Mejoramiento via existente
Carrera 41B entre Calles 57 Y 36 2,8 Mejoramiento via existente
Carrera 41B entre Calles 36 Y 57 2,8 Mejoramiento via existente
Via a Polvorines 3,1 Pavimento nuevo a construir
Calle 84 entre Carreras 26C y Transversal 103 2,5 Carril nuevo a construir
VIACBR diseño
(%)Descripción
La Sirena 2,9 Pavimento nuevo a construir
Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 2,2 Pavimento nuevo a construir
Calle 72U entre Carreras 28D y 27 2,6 Mejoramiento via existente
Carrera 27 entre Calles 121 y 126 2,3 Pavimento nuevo a construir
Carrera 27 entre Calles 126 y 121 1,4 Mejoramiento via existente
Carrera 41B entre Calles 57 Y 36 2,8 Mejoramiento via existente
Carrera 41B entre Calles 36 Y 57 2,8 Mejoramiento via existente
Via a Polvorines 3,1 Pavimento nuevo a construir
Calle 84 entre Carreras 26C y Transversal 103 2,5 Carril nuevo a construir
8-6
Tabla 8.4 Valores de CBR de diseño para el corredor pretroncal
Subbase granular 8.2.4.2
Para la estimación del coeficiente de aporte estructural de la subbase granular, se
tendrá en cuenta la condición mínima de CBR exigida por las especificaciones de
construcción del Instituto Nacional de Vías en su artículo INV 300 – 07, en donde se
declara que para vías con tránsito pesado el valor del CBR para este tipo de material
debe ser mayor o igual que 30%. Así, utilizando la figura siguiente que relaciona las
características mecánicas de los materiales clasificado como subbase granular con el
coeficiente de aporte estructural, se obtiene un valor de a3 de 0.11/pulg para esta clase
de material, sin embargo conociendo la similitud de las subbases granulares con las
bases granulares, y que obtienen CBRs muy superiores a 30%, se adoptará para
pavimento nuevo, un valor de coeficiente de aporte estructural de 0.12.
Es importante recalcar que las características del material para subbase granular, se
deben de regir por el cumplimiento de las especificaciones exigidas por el Instituto
Nacional de Vías, en su artículo INV 300 e INV 320.
VIACBR diseño
(%)
MR 1500
CBR (psi)
MR AASHTO-
2002 (psi)
PROMEDIO
(psi)
La Sirena 2,9 4350 5050 4700
Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 2,2 3300 4232 3766
Calle 72U entre Carreras 28D y 27 2,6 3900 4709 4305
Carrera 27 entre Calles 121 y 126 2,3 3450 4354 3902
Carrera 27 entre Calles 126 y 121 1,4 2100 3169 2634
Carrera 41B entre Calles 57 Y 36 2,8 4200 4938 4569
Carrera 41B entre Calles 36 Y 57 2,8 4200 4938 4569
Via a Polvorines 3,1 4650 5271 4960
Calle 84 entre Carreras 26C y Transversal 103 2,5 3750 4593 4171
MODULOS RESILIENTES (psi)
VIACBR diseño
(%)
MR 1500
CBR (psi)
MR AASHTO-
2002 (psi)
PROMEDIO
(psi)
La Sirena 2,9 4350 5050 4700
Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 2,2 3300 4232 3766
Calle 72U entre Carreras 28D y 27 2,6 3900 4709 4305
Carrera 27 entre Calles 121 y 126 2,3 3450 4354 3902
Carrera 27 entre Calles 126 y 121 1,4 2100 3169 2634
Carrera 41B entre Calles 57 Y 36 2,8 4200 4938 4569
Carrera 41B entre Calles 36 Y 57 2,8 4200 4938 4569
Via a Polvorines 3,1 4650 5271 4960
Calle 84 entre Carreras 26C y Transversal 103 2,5 3750 4593 4171
MODULOS RESILIENTES (psi)
8-7
Figura 8.1. Abaco para la determinación del Coeficiente de Aporte Estructural de Subbase Granulares
Fuente: Guía de diseño de pavimentos AASHTO, 1993.
Base Granular 8.2.4.3
Para la estimación del coeficiente de aporte estructural de la base granular, se tendrá
en cuenta la condición mínima de CBR exigida por las especificaciones de construcción
del Instituto Nacional de Vías en su artículo INV 300 – 07, en donde se especifica que
para vías con tránsito pesado, el valor del CBR para este tipo de material debe ser
mayor o igual que 100%.
Así, utilizando la figura siguiente que relaciona las características mecánicas de los
materiales clasificados como base granular con el coeficiente de aporte estructural, se
obtiene un valor de a2 de 0.14/pulg para esta clase de material. Es importante recalcar
que las características del material para base granular, se deben regir por el
cumplimiento de las especificaciones exigidas por el Instituto Nacional de Vías –
Normas I.N.V en su artículo INV 300 e INV 330.
8-8
Figura 8.2 Abaco para la determinación del Coeficiente de Aporte Estructural de Base Granulares
Fuente: Guía de diseño de pavimentos AASHTO, 1993.
El aporte estructural se obtiene al igual que la subrasante, por medio de los módulos
resilientes, a través de pruebas tri-axiales dinámicas, o por medio de correlaciones con
ensayos como el CBR.
Para el caso de la base granular, el aporte estructural, se obtiene usando los
nomogramas de la AASHTO, por medio del valor mínimo de resistencia recomendado
por las especificaciones del INVIAS, que corresponde a un valor de CBR de 80%. Para
los diseños se parte de un CBR de 100%, obteniendo un coeficiente estructural de 0.14
aproximadamente.
Para la sub-base granular, el aporte estructural se obtiene en forma similar a la base
granular, mediante el uso de los nomogramas de la AASHTO, por medio del valor
mínimo de resistencia recomendado por las especificaciones del INVIAS, que
8-9
corresponde a un valor de CBR de 20%. Para este proyecto, se consideró un CBR de
30%, obteniéndose un coeficiente estructural de 0.12 aproximadamente.
Capa Asfáltica 8.2.4.4
El coeficiente de aporte estructural de la capa asfáltica, se obtuvo de las
recomendaciones dadas en el Manual de diseño de Pavimentos para altos y medios
volúmenes de tránsito, en el cual se han establecido unos coeficientes estructurales
para los diferentes materiales, teniendo en cuenta las características mecánicas de
dichos materiales obtenidas en diferentes investigaciones realizadas en el país, y las
recomendaciones establecidas para estos parámetros por el método AASHTO.
Para la temperatura media del Aire, TMAP de Cali, que se encuentra en el rango entre
20 Y 30oC, se establece un coeficiente para la mezcla densa en caliente de ai= 0.30.
Condiciones de Drenaje 8.2.5
El método de diseño AASHTO 93 tiene en cuenta la influencia del agua en la
resistencia y potencial expansivo de la subrasante, así como en la resistencia de las
capas granulares de la estructura de pavimento mediante la modificación de los
coeficientes estructurales de cada una de estas capas. Estos factores son una medida
de la calidad del drenaje, el cual se establece por medio del tiempo de permanencia del
agua en la estructura del pavimento. La siguiente tabla relaciona el tiempo de
evacuación de agua, con la calidad de drenaje de la estructura.
8-10
Tabla 8.5 Evaluación de la calidad del drenaje según el tiempo de evacuación del agua
TIEMPO DE EVACUACION
CALIDAD DEL DRENAJE
2 horas Excelente
1 dia Bueno
1 semana Aceptable
1 mes Pobre
No drena Muy pobre Fuente: Guía de diseño de pavimentos AASHTO, 1993.
Teniendo en cuenta que en el área urbana de la ciudad, la época de precipitaciones
máximas en el año va del mes de abril al mes de junio de acuerdo a la información
climática recopilada del IDEAM, lo que equivale a que de los 12 meses del año 3 meses
(25% del año) presenta niveles importantes de lluvia. De esta forma, Considerando la
calidad de drenaje aceptable para la vía como condición critica y 25% de tiempo en el
año en que la estructura estaría cerca a niveles de humedad próximos a la saturación,
según la siguiente tabla se recomienda tomar valores de coeficientes de mi entre 1.00 a
0.80, para lo cual se tomara 1.00 para las características de infraestructura de drenaje
para la vía.
Tabla 8.6. Valores recomendados para coeficientes de drenaje mi en capas granulares
Fuente: Guía de diseño de pavimentos AASHTO, 1993.
<1% 1-5% 5-25% >25%Excelente 1.4-1.35 1.35-1.30 1.30-0.20 1.2
Bueno 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00Aceptable 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80
Pobre 1.15-1.05 1.08-0.80 0.80-0.60 0.60Muy Pobre 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40
CALIDAD DEL DRENAJE
% niveles de humedad cercanos a saturación
8-11
DETERMINACION DE ESPESORES DE LA ESTRUCTURA 8.3
A continuación se presenta la expresión de cálculo de la AASHTO para determinar los
números estructurales requeridos, y los parámetros respectivos de diseño del método,
tal como fueron definidos en los numerales previos.
07.8)MR(Log32.2
)1SN(
10944.0
5.12.4
PSILog
2.0)1SN(Log36.9SoZr)N(Log
19.5
N = variable según la vía (Numero de ejes equivalentes de diseño).
Zr = 0.841 (Desviación normal estándar para confiabilidad del 80%).
Zr = 1.282 (Desviación normal estándar para confiabilidad del 90%).
So = 0,49 (Error estándar con errores en la estimación del tránsito).
ΔPSI = 1.7 (Perdida del índice de serviciabilidad).
De acuerdo a los valores obtenidos de los diferentes parámetros y variables de diseño,
se despeja de la ecuación de la AASHTO el número estructural requerido (Sn),
mediante iteraciones sucesivas, obteniéndose los siguientes números estructurales
para cada uno de los corredores viales
Se desea seleccionar un conjunto de espesores de las capas con los materiales
mencionados, que proporcionen una capacidad estructural que sea acorde con la
capacidad estructural requerida de acuerdo a los parámetros de diseño antes
mencionados.
Via a Polvorines 8.3.1
Como corresponde a diseño de una estructura de pavimento nueva, se calculará para
un nivel de confianza del 90%. De igual forma, dado que es una construcción nueva,
8-12
de acuerdo con los términos de referencia, el periodo de diseño establecido es de 10
años. En la siguiente tabla se presenta el resumen de las variables adoptadas para
diseño.
Tabla 8.7 Determinación de estructura pavimento vía Polvorines Periodo 10 años
Chequeo de esfuerzos y deformaciones para pavimento propuesto
Esta estructura propuesta, se chequeará por esfuerzos y deformaciones a nivel de la
carpeta asfáltica y de la subrasante, teniendo en cuenta las ecuaciones de la Shell,
previa caracterización de los materiales de base y subbase granular.
El módulo resiliente de las capas de base y subbase granular dependen del estado de
esfuerzos a los cuales está sometido el material, y las características mecánicas del
material sobre el cual se apoya la respectiva capa. Este módulo resiliente idealmente
se determina mediante ensayos triaxiales dinámicos en base a su ecuación constitutiva.
Características del Proyecto:Número de ejes equivalentes de 8,2 Ton 4,23E+05 PARA PERIODO DISEÑO 10 AÑOSIndice de Serviciabilidad inicial Po 4,2Indice de Serviciabilidad final Pf 2,5Pérdida de Serviciabilidad 1,7Confiabilidad del diseño R(%) 90Error o desviación estándar So 0,49Parámetro estadístico Zr -1,282CBR de diseño subrasante 3,1Módulo resiliente de la subrasante (psi) 4960
MDC-2 10 3,94 0,30 1,0 1,18
Base granular 20 7,87 0,14 1,0 1,10
Subbase granular 30 11,81 0,12 1,0 1,42
Remanente 0 0,00
Subrasante
ESPESOR TOTAL 60
3,70 3,6 1,03
Coeficiente
estructural ai
Coeficiente
de drenaje mi
NUMERO ESTRUCTURAL
CARACTERIZACION Número
estructural
Sn de la
alternativa
Número
estructural Sn
requerido
Factor de
seguridad
PERIODO
DISEÑO
10 AÑOS
ALTERN. ESTRUCTURA ESPESOR
(cms)
ESPESOR
(Pulg)
8-13
Para la ejecución de este proyecto se asumirán los valores del módulo resiliente de las
capas granulares de acuerdo a la expresión recomendada por Shell, tal como se
muestra a continuación.
10.4522 MRH0.206MR
Dónde:
MR1: es el módulo resiliente de la capa de apoyo en Kg/cm2
H2: es el espesor del estrato de la capa de análisis en milímetros
MR2: es el módulo resiliente de la capa de análisis en Kg/cm2
Subbase Granular
SUBRASANTE0.45SBGSBG MRH0.206MR
220.45
SBG cmKg832
cmKg 310mm) (3000.206MR
Para este material se asumirá una relación de Poisson de 0.45.
Base Granular
SUBBASE0.45BGBG MRH0.206MR
220.45
SBG cmKg1860
cmKg 832mm) (2000.206MR
Para este material se asumirá una relación de Poisson de 0.40.
Carpeta asfáltica Se adoptará un valor de módulo de Elasticidad de la carpeta asfáltica de 13000 kg/cm2,
para una frecuencia de 10 hz y una temperatura promedio de la ciudad de Cali de 24oC,
según experiencia de la consultora para este tipo de mezclas.
Para la estimación del número de aplicaciones de carga admisibles tanto de fatiga
como de ahuellamiento en las capas asfálticas y en la estructura de subrasante
respectivamente, se utilizarán las leyes de fatiga proporcionadas por Shell, tal como se
describe a continuación.
8-14
Leyes de desempeño de Shell para fatiga de materiales asfálticos
0.20.36r (N/K)*(E)*1.08)Vb*(0.856ε
Dónde:
Vb= 10.0% (porcentaje asumido de volumen de asfalto en las mezclas asfálticas).
E = 1.30*109 N/m2 = 13000 Kg/cm2 (Modulo dinámico de la mezcla asfáltica a la
temperatura y frecuencia de carga de servicio)
K: Factor de Calage = K1 * K2 * K3 K= 10 * 2.5 * 0.33 = 8.25
Coeficientes determinados según la siguiente tabla.
Tabla 8.8 Determinación del factor de Calage según metodología de Shell
εr: deformación unitaria a tracción en la fibra inferior de la capa asfáltica para la
condición de carga y estructura dadas
N: número de repeticiones admisibles por fatiga en la capa asfáltica para la condición
de carga y características de la estructura dadas
Distribución lateral de las cargas. K2
Diferentes temperaturas de
trabajo de la mezcla a lo largo del día y del
año.
K3
Espesores pequeños y
temperaturas bajas. 1.0
Espesores altos y temperaturas
altas. 0.33
Cualquiera 2,5
COEFICIENTE DE CALAGE K=K1*K2*K3
Mezclas abiertas y %
bajo de Asfalto.
Mezclas densas ricas en Asfalto.
Auto reparación de Pequeñas fisuras.
Diferentes estados de Tensiones.
K1 2.0 10.0
8-15
Leyes de desempeño de Shell para ahuellamiento de subrasante
0.252z N*10*95.1ε Para confiabilidad del 90%, donde:
εz: deformación unitaria vertical en la parte superior de la subrasante para la condición
de carga dada
N: número de repeticiones admisibles por ahuellamiento en la subrasante para la
condición de carga, confiabilidad y características de la estructura dadas.
Leyes de desempeño de Shell para esfuerzo a compresión de subrasante
Para el chequeo de esfuerzos a compresión a nivel de subrasante, se propone la
correlación:
v = 0.007x MR /(1+0.7 Log N)
Donde MR, es el módulo resiliente de la subrasante
N es el tránsito de diseño.
Teniendo en cuenta lo anterior, se calculan los esfuerzos y deformaciones admisibles
de acuerdo con las leyes establecidas anteriormente, las cuales se indican en la
siguiente tabla, y se comparan con los esfuerzos y deformaciones actuantes, las cuales
se obtienen del programa computacional DEPAV, que calcula los esfuerzos máximos.
La siguiente tabla indica los resultados y comparaciones respectivas.
8-16
Tabla 8.9 Chequeo esfuerzos y deformaciones Vía Polvorines
Como puede observase en la tabla anterior, los esfuerzos actuantes son inferiores a los
admisibles, teniendo factores de seguridad adecuadas para fatiga, deformación y
ahuellamiento a nivel de subrasante.
Según las recomendaciones dadas por la guía de diseño AASHTO versión 1993, se
debe respetar un cierto valor mínimo para los espesores de los materiales asfalticos y
para la base granular en función del valor de transito de diseño para la estructura de
pavimento, tal como se indica en la siguiente tabla:
Tabla 8.10. Espesores mínimos recomendados por la metodología de diseño AASHTO 1993
Fuente: Guía de diseño de pavimentos AASHTO, 1993.
N de diseño: 4,23E+05 ejes equivalentes de 8,2 toneladas %Vb 10,7
CARPETA ASFALTICA
CARPETA ASFALTICA
e t z e z e t z e z
MDC-2 10 13000 0,35
Base granular 20 1739 0,40 Fatiga 1,5
Subbase granular 30 778 0,45 Ahuellamiento 2,0
Subrasante 290 0,5 Deformación 1,3
7,65E-041 6,37E-04 0,414,25E-04 0,21 6,01E-04
CARACTERIZACION
SECTOR ESTRUCTURA SUBRASANTEFACTOR DE SEGURIDAD
ESFUERZOS ADMISIBLES
ESPESOR (cms)
E (Kg/cm²) m
SUBRASANTE
SHELLESFUERZOS ACTUANTES
< 0.05 1.0 o TSD 4.00.05 - 0.15 2.0 4.00.15 - 0.50 2.5 4.00.50 - 2.00 3.0 6.02.00 - 7.00 3.5 6.0
>7.00 4.0 6.0
Transito de diseño N*106
Capa Asfáltica
(in)
Base Granular
(in)
8-17
La estructura requerida para cumplir con las condiciones de tránsito y características de
la subrasante según el diseño estructural realizado, corresponde a una capa asfáltica
de 10 cms de espesor y una base granular de 50 cms de espesor y una subbase
granular de 30 cms, cumpliendo a cabalidad los requerimientos de espesores mínimos
sugeridos por la metodología.
Estructura de pavimento recomendada según metodología AASHTO 1993
La estructura de pavimento recomendada de acuerdo a los criterios de diseño de
pavimentos flexibles del método AASHTO versión 1993, pero sin considerar control de
componentes dado que la exigencia de espesores de capa asfáltica son muy altos, pero
chequeada por esfuerzos y deformaciones y verificando espesores mínimos requeridos
según nivel de tránsito, se define la estructura de pavimento, la cual se esquematiza en
la siguiente figura.
Figura 8.3 Sección transversal pavimento flexible convencional Vía Polvorines
Con el fin de establecer una disminución en los espesores de los granulares, se plantea
la colocación de una malla biaxial extruida tipo Pavco 2020 o similar, cuyo cálculo esta
soportado con la ayuda de software de diseño de casas productores de Geosintéticos,
como PAVCO, cuya memoria de cálculo se indica en el Anexo respectivo. La siguiente
figura esquematiza esta condición.
Carpeta asfáltica e= 10 cms
Base granular tipo INVIAS e = 20 cms
Subbase granular tipo INVIAS e = 30 cms
Geotextil Tejido Pavco T2400 o similar
8-18
Figura 8.4 Sección transversal pavimento flexible con Geomalla Vía Polvorines
En la tabla siguiente se resumen las dos alternativas evaluadas
Tabla 8.11 Resumen estructuras de pavimento propuestas para construcción pavimento nuevo
Las estructuras de pavimento recomendadas corresponden a las alternativas
sombreadas, aspecto que se encuentra aclarado en el capítulo correspondiente a
Conclusiones.
Carpeta asfáltica e= 10 cms
Base granular tipo INVIAS e = 15 cmsGeomalla biaxial coextruida Pavco 2020 o similar
Subbase granular tipo INVIAS e = 20 cms
Geotextil Tejido Pavco T2400 o similar
ALTERNATIVASMDC-2 (CMS)
BASE GRANULAR (CMS)
SUB-BASE (CMS)
GEOMALLA BIAXIAL
PERIODO DISEÑO
1 10 20 30 NO 10 AÑOS2 10 15 25 SI 10 AÑOS
VIA A POLVORINES
|
9-1
DISEÑO PAVIMENTO METODOLOGIA PCA -84 9.
El diseño de la estructura de pavimento correspondiente a los tramos que requieren ser
construidos en concreto rígido, ya sea para dar continuidad al mismo tipo de pavimento
o para construir carriles contiguos, corresponde básicamente a la vía a Polvorines. Los
diseños se realizarán con base en las siguientes consideraciones hechas por METRO
CALI S.A., definidas en los términos de referencia a saber:
Período de diseño 20 años.
La estructura de pavimento deberá dimensionarse siguiendo los lineamientos del
método PCA versión 1984, considerando los efectos de erosión en el apoyo y de
fatiga en el concreto de la losa.
Factor de seguridad de carga de 1.10
Factor de seguridad por repeticiones de carga de 1.10
Barras de transferencia de carga SI
Sin tener en cuenta efecto berma.
El valor del módulo de rotura del concreto hidráulico para diseño deberá estar
entre 4.2 y 4.5 MPa.
El material de apoyo de la losa deberá ser como mínimo una subbase granular
con un espesor no inferior a 15.0 cm.
La relación de esbeltez de las losas (relación entre el largo y el ancho) deberá
estar entre 1.0 y 1.20. Adicionalmente la longitud de la losa deberá ser menor a
20 veces su espesor.
El dimensionamiento de la estructura para los corredores determinados en concreto
rígido, consistirá en determinar el espesor de la losa y de las capas de apoyo,
condiciones de anclaje y transferencia de carga de las losas, y las características de los
materiales de acuerdo a los parámetros de subrasante, tránsito, clima y condiciones
especificadas por METRO CALI S.A. Estas características planteadas para la
estructura deberán brindar un apoyo homogéneo y estable a la placa de concreto y
garantizar a lo largo del periodo de diseño condiciones de seguridad, comodidad y
9-2
economía para los usuarios del Sistema de Transporte Masivo y para la misma entidad.
Para el dimensionamiento de este tipo de estructura de pavimento, se utilizaran la
metodología de diseño de carácter mecanicista planteada por PCA (Portland Cement
Association) versión 1984.
La metodología de diseño de la PCA considera dos criterios de análisis: el primero
correspondiente al análisis de fatiga en el concreto hidráulico de la losa producido por la
acción de esfuerzos repetitivos generados por las diferentes magnitudes de cargas de
los vehículos, mientras que el segundo criterio corresponde a la evaluación de la
erosión del apoyo, en donde se busca limitar los efectos generados por las deflexiones
de las losas. En ambos casos los consumos acumulados para las condiciones de
repeticiones y magnitudes de carga, deberá ser menor a 100%.
CARACTERIZACIÓN DE LA SUBRASANTE 9.1Se considera la capacidad de soporte de la subrasante por medio del módulo de
reacción K. De acuerdo al capítulo 6 correspondiente a la evaluación geotécnica de la
subrasante, el valor del CBR de diseño para el suelo de subrasante en condiciones
críticas (valor del CBR después de 4 días de inmersión) es de 3.1% para la vía
Polvorines. Para la estimación del valor del módulo de reacción de la subrasante K, se
utilizará una correlación de este parámetro con el valor del CBR, tal como se detalla en
la figura mostrada a continuación.
9-3
Figura 9.1. Correlación de CBR y el Modulo de Reacción (K) de la subrasante
Para la vía a Polvorines, con CBR de 3.1%, se tiene un Módulo de reacción de la
subrasante de 29 Mpa/m.. Para esta vía, según el diseño de rasante, en la mayoría de
longitud, se encuentra su nivel por debajo del terreno actual, por lo que se requiere
excavar y retirar este material granular.
CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES DE APOYO 9.2Como es bien conocido las estructuras de pavimento de rígido debido a la gran rigidez
de las losas, distribuyen las cargas que le transmite el tránsito sobre una amplia área de
la subrasante, generando que esta soporte niveles de esfuerzos muy reducidos. Por
esta situación, para estos tipos de pavimentos no es trascendental contar con apoyos
de alto valor de soporte, sino que lo importante es que la superficie de apoyo de la losa
9-4
sea uniforme y estable en el tiempo. Cuando la subrasante está compuesta por
materiales finos es necesario colocar capas de mejor calidad entre las losas y la
subrasante con el objeto de facilitar la construcción, mejorar el drenaje, controlar el
efecto de bombeo en la subrasante y además de brindar un apoyo homogéneo a las
placas del pavimento.
Teniendo en cuenta que METRO CALI S.A. exige que el apoyo de la losa sea una capa
de subbase granular de espesor mínimo 15 cm, se plantea la utilización de una base
granular de 25 cms de espesor para el caso de la vía a Polvorines.
El valor del módulo de reacción del conjunto subrasante y capa granular para el apoyo
de la losa, se estima teniendo en cuenta el valor del módulo de reacción de la
subrasante y el espesor respectivo de las capas intermedias.
Para el caso de la vía a Polvorines, con un espesor de base granular de 25 cms, y
partiendo del K de la subrasante de 29 Mpa/m, se obtiene un módulo de reacción del
subrasante- base granular obteniendo un valor de 4.8 Kg/cm3 equivalente a 48.0
Mpa/m, tal como se indica en la Figura 9.2.
9-5
Figura 9.2. Estimación del Módulo de Reacción del apoyo de la losa por efecto de la capa de subbase granular
CARACTERIZACIÓN DEL CONCRETO HIDRÁULICO 9.3
El parámetro crítico de resistencia del concreto hidráulico para el diseño de los
pavimentos rígidos es el módulo de rotura. Cuando los esfuerzos a que se somete el
concreto no exceden el 45% de su módulo de rotura, se dice que este material puede
soportar un número ilimitado de estas tensiones y su efecto no es destructivo. Cuando
los esfuerzos exceden el 50% de su módulo de rotura, la acción repetitiva de esta clase
de cargas puede ocasionar la falla del concreto. Se dice que se ha consumido la
resistencia a la fatiga o capacidad estructural del concreto, cuando sobreviene su falla
por repetición de esfuerzos. Losas con módulos de rotura bajos son permeables y poco
durables, mientras que losas con módulos de rotura altos se vuelven quebradizas e
ineficientes bajo condiciones de subrasantes deformables y drenaje de la vía pobre. Se
recomiendan valores del módulo de rotura entre 42.0 Kg/cm2 a 50.0 Kg/cm2. Dadas las
9-6
condiciones del proyecto y según las exigencias de METRO CALI S.A., se asumirá un
valor del módulo de rotura del concreto para diseño de 42.0 Y 45 Kg/cm2.
CUANTIFICACIÓN DEL TRANSITO DE DISEÑO 9.4Este método cuantifica las solicitaciones del tránsito por medio del espectro de carga de
acuerdo a las condiciones de peso de los ejes y repeticiones esperadas para el parque
automotor, a lo largo del periodo de diseño y para el carril de diseño. Tal como se
evaluó en el Capítulo 7 correspondiente a la cuantificación de la variable tránsito, la
siguiente tabla resume el espectro de cargas con tipo de eje, peso por eje y el número
de repeticiones esperadas en el periodo de diseño y en el carril de diseño. El tránsito
fue cuantificado para un periodo de diseño: 20 años
Tabla 9.1 Resumen tránsito de diseño vías Pretroncales en Espectro de carga Vía a Polvorines
CONSIDERACIÓN DE BERMAS Y TRANSFERENCIA DE CARGA 9.5
De acuerdo a las condiciones geométricas del proyecto y las especificaciones dadas
por METRO CALI S.A., para el dimensionamiento de la estructura de pavimento del
corredor pretroncal, se considerará la transferencia de carga entre juntas transversales
por medio de pasadores de acero, y no se tendrá en cuenta el efecto de bermas para la
valoración de esfuerzos en el concreto.
FACTOR DE MAYORACIÓN DE CARGAS 9.6
Este método de diseño permite que la magnitud de las cargas reales esperadas de
acuerdo al espectro definido en la evaluación del tránsito, se multipliquen por un factor
de seguridad de cargas Fsc, Según los requerimientos de METRO CALI, se asume un
valor de 1.1
TANDEM TRIDEM
2,8 Ton 5,8 Ton 6,0 Ton 11 Ton 22 Ton 24 Ton
325.768 325.768 642.771 180.312 7.665 0
EJES SIMPLES
9-7
DISEÑO DEL ESPESOR DE LA LOSA 9.7Para la definición del espesor de la losa de la estructura de pavimento rígido y la
estimación de los consumos de erosión y de fatiga definidos según la metodología PCA,
se utilizara el software BS-PCA desarrollado por la Universidad de Cauca, bajo los
siguientes parámetros de diseño.
Mr = 42.0 y 45 Kg/cm2 (Modulo de rotura del concreto a 28 días).
No se considera el efecto de las bermas.
Barras de acero como pasadores de carga.
Factor de seguridad de cargas = 1.10.
Factor de seguridad por repeticiones = 1.10.
Considerando diferentes espesores de losa, se verifican los consumos de fatiga y
erosión encontrándose los siguientes resultados, cuyas memorias se soportan en el
Anexo correspondiente a memorias de cálculo.
Tabla 9.2 Resumen diseño pavimento rígido Vía Polvorines
ESTRUCTURA DE PAVIMENTO DISEÑADAS EN CONCRETO RIGIDO 9.8
Se analizaron las dos alternativas con módulo de rotura de 42 y 45 kg/cm2,
obteniéndose los espesores indicados en las siguientes figuras.
FATIGA (%) EROSION (%)
1 23 42 25 44 42 22 45 25 38 51 25 42 25 20 22 502 24 45 25 20 12 79
CONSUMO
Polvorines
Calle 84 entre Cra 23D y Transversal 103
VIA ALTERNATIVA LOSA (cms)
MR (Kg/cm2)
BASE GRANULAR
(cms)
GRANULAR REMANENTE
(cms)
9-8
Figura 9.3 Estructura de pavimento Vía a Polvorines MR = 45 kg/cm2.
Figura 9.4 Estructura de pavimento Vía a Polvorines MR = 42 kg/cm2.
CONTROL DE ESFUERZOS EN EL CONCRETO POR EFECTOS DEL 9.9ALABEO DE LAS LOSAS
Estos esfuerzos en el concreto se producen por los cambios térmicos que sufren las
losas de hormigón durante el día y/o la noche, y a través del espesor de la losa. Este
tipo de solicitaciones son más críticas en la dirección más larga de las losas y se deben
controlar tanto en el borde, como en el centro de éstas. Como recomendación válida,
se debe garantizar que la longitud de la losa (L) para controlar el fenómeno de alabeo
debe ser:
LosaH20L
Losa de concreto MR= 45Kg/cm2 e = 22 cms
Base granular tipo INVIAS e = 25 cms
Losa de concreto MR= 42Kg/cm2 e = 23cms
Base granular tipo INVIAS e = 25 cms
9-9
DISEÑO DE JUNTAS 9.10
Las juntas son parte primordial en el diseñó de estructuras de pavimento en concreto
hidráulico puesto que actúan como planos de falla controlados generando además de
un efecto estético agradable a la vista, condiciones funcionales adecuadas a lo largo de
la vida útil de la estructura. Las juntas de contracción son las encargadas de controlar
las grietas generadas por los esfuerzos de retracción durante el fraguado del concreto y
los efectos producidos por el alabeo de la losa.
Los pasadores son barras de acero liso dispuestos perpendicularmente a las juntas
transversales del pavimento para transferir las cargas impuestas por los vehículos de
una placa a la siguiente, sin restringir los movimientos horizontales, manteniendo
además las losas alineadas horizontal y verticalmente. METRO CALI S.A. exige que la
transferencia de carga a través de las juntas de las losas del pavimento se haga por
medio de barras de acero liso tipo A-37, tratados previamente a su instalación con un
recubrimiento epóxicos que lo proteja de la corrosión, además deberán de quedar
engrasados de forma que permitan libremente el desplazamiento horizontal de las
losas. Las características de los elementos de acero utilizados para generar
transferencia mecánica de cargas entre las losas dependen del espesor de ésta, y es
tal como está dispuesto en la siguiente tabla.
9-10
Tabla 9.3 - Longitud y diámetro de barras pasa juntas
Espesor de losa
Diámetro del pasador
Longitud total
Separación entre centros
(cm) (cm) (pg.) (cm) (cm)
- 10 1.27 1/2 25 30
11 - 13 1.59 5/8 30 30
14 - 15 1.91 3/4 35 30
16 - 18 2.22 7/8 35 30
19 - 20 2.54 1 35 30
21 - 23 2.86 1 1/8 40 30
24 - 25 3.18 1 1/4 45 30
26 - 28 3.49 1 3/8 45 30
29 - 30 3.81 1 1/2 50 30 TOMADO DEL ICP
De igual forma las barras de anclaje deben ir en acero corrugado, y sus dimensiones se
indican en la siguiente tabla.
9-11
Tabla 9.4 Recomendaciones para la selección de las barras de anclaje.
Espesor
de losa
(cm)
Barras de = 1/2 pg. Barras de = 5/8 pg.
longitud
(cm)
Separación entre barras
según carril
(cm) longitud
(cm)
Separación entre barras
según carril
(cm) longitud
(cm)
Separación entre barras
según carril
(cm)
3.05 m 3.35 m 3.65 m 3.05
M
3.35
m
3.65
m
3.05
m
3.35
m
3.65
m
Acero de fy = 1875 kgf/cm2 (40.000 Psi)
15.0
45
80 75 65
60
120 120 120
70
120 120 120
17.5 70 60 55 120 110 100 120 120 120
20.0 60 55 50 105 100 90 120 120 120
22.5 55 50 45 55 85 80 120 120 120
25.0 45 45 40 85 80 70 120 120 120
Acero de fy = 2.800 kgf/cm2 (60.000 Psi)
15.0
65
120 110 100
85
120 120 120
100
120 120 120
17.5 105 95 85 120 120 120 120 120 120
20.0 90 80 75 120 120 120 120 120 120
22.5 80 75 65 120 120 120 120 120 120
25.0 70 65 60 120 115 110 120 120 120
Nota: Cuando se empleen barras de acero liso, las longitudes dadas en la tabla se multiplicarán por 1.5
Fuente: ICPC
Las barras pasa juntas podrán ser instaladas en la posición indicada por medios
mecánicos, o bien para garantizar su adecuada colocación es recomendable utilizar una
canastilla de pasadores, las cuales se esquematizan en las siguientes figuras. Estas
deberán asegurar las pasa juntas en la posición correcta durante el colocado y acabado
del concreto, mas no deberán impedir el movimiento longitudinal de la misma.
9-12
Figura 9.5 - Vista en planta de canastilla de pasadores
Figura 9.6 Corte A-A de canastilla de pasadores
Figura 9.7 Corte B-B de canastilla de pasadores
9-13
Juntas de Contracción: Cuando el extendido del concreto se realiza carril por carril la junta longitudinal será
coincidente con la junta de construcción, por lo cual no será necesario inducir la
fisuración por medio de cortes. Pero, cuando el ancho del extendido corresponde a dos
carriles o más, se deberá inducir la fisuración de la junta longitudinal por medio de
cortes antes de las 48 horas de haberse colocado el concreto e incluso antes de las 24
horas si existe un alto riesgo de fisuración. La profundidad del corte será igual a 1/3 del
espesor de la losa.
La carga entre losas adyacentes se transfiere mecánicamente por pasadores de carga
principalmente. En los casos de tráfico bajo, la transferencia puede realizarse mediante
trabazón de agregados. Las juntas longitudinales se hacen en el límite de las vías de
circulación teniendo en cuenta la ubicación de la señalización horizontal que se
colocará posteriormente (no deben colocarse juntas sobre las bandas de pintura).
En las zonas donde puedan presentarse deformaciones del suelo por cambios de
humedad, deben colocarse barras de refuerzo en las juntas longitudinales de unión
durante la construcción.
En la siguiente figura se esquematizan las juntas de contracción.
Figura 9.8. - Junta de contracción
9-14
Juntas de Expansión:
Son creadas para aislar una estructura fija, como son los pozos de inspección,
sumideros entre otros. Así mismo se deben utilizar donde se presenten cambios de
dirección de la vía e intersecciones con otros pavimentos.
Con el fin de incrementar la transferencia de carga y la eficiencia de la junta se deben
usar pasadores de carga ubicados en la mitad de la losa, además deben de ir
engrasados en su totalidad para facilitar el movimiento.
Figura 9.9 Junta de expansión
En juntas de expansión en una intersección asimétrica o en rampas, las dovelas se
deben omitir para permitir los movimientos horizontales diferenciales y evitar el daño del
concreto colindante. Así mismo se construye la losa aumentándole su espesor para
absorber los esfuerzos de borde no transferidos tal como se muestra en la siguiente
figura. Figura 9.10 Junta de expansión en intersección asimétrica
9-15
En la siguiente figura se muestra un detalle del sello en junta de expansión.
Figura 9.11 - Detalle Junta de expansión
Juntas de Construcción:
Este tipo de juntas se utiliza en juntas transversales cuando se deba detener la
construcción de la placa o en juntas longitudinales cuando se realizan dos franjas de
pavimentación.
En estas juntas se puede utilizar aditivos epóxicos o deben llevar barras de refuerzo
corrugadas, ubicadas en el eje neutro. El diámetro, la longitud y el espaciamiento se
deben especificar con los mismos criterios de las juntas transversales de contracción.
La siguiente figura muestra el detalle de la junta de construcción.
9-16
Figura 9.12 - Junta de construcción
Se debe buscar que la junta de construcción coincida con la junta de contracción, de no
lograrlo se debe crear una junta de emergencia, igualmente se debe reforzar esta unión
como se especifica para las juntas de construcción.
CORTE DE JUNTAS 9.11
Después del curado de las losas se procederá al corte de las juntas transversales y
longitudinales con discos abrasivos. El corte de las juntas deberá comenzar por las
transversales de contracción, e inmediatamente después continuar con las
longitudinales.
Este corte deberá realizarse cuando el concreto presente las condiciones de
endurecimiento propicias para su ejecución y antes de que se produzcan
agrietamientos no controlados. El contratista será el responsable de elegir el momento
propicio para efectuar esta actividad sin que se presente pérdida de agregado en la
junta o desportillamientos de la losa; sin embargo, una vez comenzado el corte deberá
continuarse hasta finalizar todas las juntas. El inicio de los trabajos deberá iniciar entre
las 4 ó 6 horas de haber colocado el concreto y deberá terminar antes de 12 horas
después del colado. En la siguiente figura se detalla el corte de las juntas.
9-17
Figura 9.13 - Corte de juntas
Se realiza un corte inicial con un ancho de 3 mm y a una profundidad de 1/3 del
espesor de la losa de concreto con el fin de inducir la falla controlada. Posteriormente,
se realiza un ensanchamiento del corte para poder alojar el material de sello.
En el caso de que se requiera de cortes de juntas en dos etapas (escalonados), el
segundo corte no deberá realizarse antes de 48 horas después del colado.
SELLO DE JUNTAS 9.12
El sistema de sellado debe garantizar la hermeticidad del espacio sellado, la adherencia
del sello a las caras de la junta, la resistencia a la fatiga por tracción y compresión, el
arrastre por las llantas de los vehículos, la resistencia a la acción del agua, los
solventes, los rayos ultravioletas, la acción de la gravedad y el calor.
El espacio de la junta a sellar ha de estar seco y completamente limpio, lo que se puede
lograr con lavado, barrido y luego soplado con compresor. Para sellar las juntas se
emplean llenantes elastoméricos autonivelantes a base de poliuretanos o siliconas
vaciadas en frío.
La tirilla de respaldo a emplear deberá impedir efectivamente la adhesión del sellador a
la superficie inferior de la junta, además deberá ser compatible con el sellador de silicón
a emplear y no se deberá presentar adhesión alguna entre el silicón y la tirilla de
respaldo.
9-18
Previamente al vaciado del compuesto llenante, se coloca una tirilla de respaldo (backer
rod) presionándola dentro de la junta con un colocador adecuado como se observa en
la siguiente figura
Figura 9.14- Colocación de tirilla
El operario debe hacer un nudo en el sitio donde empieza a instalar el cordón y en el
extremo donde termina, extendiendo el cordón sin tensionarlo para evitar que cuando
se aplique el sellante, el cordón se retraiga y dañe el material de sello.
Al colocar el sello se debe cumplir con el factor de forma mínimo de 1/1 y máximo de
2/1, como relación entre sus dos dimensiones, vaciándolo sin que quede menisco
convexo, ni sobrantes rebosantes. La superficie del sello debe quedar 5 mm por debajo
del borde de la junta, y en ningún caso debe haber adherencia en tres puntos por lo
cual se aísla la base del sello con la tirilla de respaldo, lo que también limita el espesor
del sello y produce economía evitando consumos innecesarios. Lo anterior se describe
en la siguiente figura.
9-19
Figura 9.15 Colocación de sello
CASOS ESPECÍFICOS PROCESO CONSTRUCTIVO 9.13
Presencia de Estructuras Hidráulicas:
Cuando el proyecto presente estructuras hidráulicas tales como pozos de inspección,
sumideros, cámaras de redes, etc. se debe ajustar la modulación de las losas
manteniendo la relación de esbeltez, con el fin que la Junta Transversal coincida con
dichas estructuras y así prevenir fisuras. Figura No. 9.16
Así mismo alrededor de los sumideros se debe ajustar la modulación para que la junta
transversal coincida con el eje del sumidero como se muestra en la Figura No. 9.17
Para el caso en que el pozo de inspección coincida con la Junta Longitudinal, se ajusta
la modulación, con el fin que la junta transversal coincida con el pozo, como es el caso
en la figura No. 9.18
A continuación se esquematiza el procedimiento:
9-20
Figura 9.16 - Modulación con presencia de estructuras hidráulica
Figura 9.17 - Modulación y junta presencia de sumidero
Figura 9.18 - Modulación, junta y acero de refuerzo por presencia de estructuras hidráulicas
9-21
Así mismo cuando se tienen varios pozos de inspección, se debe remodular con el
objeto que estos coincidan dentro de la misma losa, la cual debe de ser reforzada
mediante una parrilla, como se muestra en el caso B de la ilustración anterior.
En el caso que pueda haber una deformación diferencial en el material de soporte de la
losa, se debe tener en cuenta el diseño de acero de refuerzo localizado en el tercio
inferior del espesor.
A continuación se esquematiza los diferentes tipos de Juntas para las estructuras
hidráulicas:
Cuando la junta de expansión alrededor de las tapas de los pozos coincide con la junta
transversal y la junta longitudinal se construye como se describe en la figura:
Figura 9.19 Detalle juntas alrededor de cámaras alternativa de rombo
Cuando la junta de expansión alrededor de las tapas de los pozos no coincide con la
junta longitudinal, se debe ajustar la modulación para que la junta transversal coincida
con el eje del pozo:
9-22
Figura 9.20 Detalle juntas alrededor de cámaras alternativa de círculo
Alrededor de los sumideros se debe ajustar la modulación para que la junta transversal
coincida con el eje del sumidero. No se deben dejar ángulos rectos en las losas
colindantes con el sumidero. Se recomienda emplear formaleta semicircular con el fin
que el esfuerzo sea tangencial y así evitar fisuración producto de las aristas vivas.
Figura 9.21 Detalle junta semicircular alrededor de sumideros
En las intersecciones se deben modular las losas de tal manera que se eviten formas
irregulares y esbeltas. Cualquier losa asimétrica o que no cumpla con los criterios de
esbeltez debe ser reforzada.
Para la modulación en vías con accesos se recomienda que las juntas transversales de
un sentido coincidan con las longitudinales del otro. Así mismo, no es recomendable
hacer losas con forma triangulares o que tengan ángulos menores a 75°, debido a la
alta esbeltez y difícil colocación del acero de refuerzo en las franjas triangulares que
se formarían y que son sensibles a fracturación.
|
10-1
EVALUACION ECONOMICA 10.
Para efectos comparativos entre las alternativas, se establece el precio por m2,
tomando como base el análisis de precios unitarios realizado por el Especialista en
Presupuesto, los cuales hacen parte de otro Tomo.
A continuación se presenta el resumen de las diferentes alternativas evaluadas, para el
caso de pavimento nuevo, teniendo en cuenta estructuras convencionales granulares y
alternativas con geomallas y geotextiles, para un período de diseño de 10 años.
Para las vías que se encuentran actualmente pavimentadas, se establecen soluciones
de mantenimiento consistentes en excavar carpeta asfáltica y parte del granular
existente, dejando un remanente e instalando una base granular nueva y una carpeta
asfáltica nueva elaborada con un asfalto normalizado. De igual forma dado que estas
soluciones para períodos de diseño de 7 y 5 años, conllevan a cajeos de espesores
superiores a 30 cms, que es el valor máximo permitido por METRO CALI para
mantenimiento, se plantean también alternativas de solución con asfalto modificado,
haciendo los comparativos económicos del caso.
La alternativa de pavimento rígido por su elevado costo inicial, se plantea solo para las
vías que se proyectan en este tipo de rodadura, como es la Vía a Polvorines, para darle
continuidad al pavimento existente.
Las siguientes tablas, establecen los comparativos anteriormente mencionados, en los
que se establecen los precios a costo directo, por metro cuadrado.
10-2
PRESUPUESTO PAVIMENTO NUEVO VIA POLVORINES 10.1
Tabla 10.1 Alternativa 1 Construcción pavimento nuevo en concreto MR=45 k/cm2
Tabla 10.2 Alternativa 2. Construcción pavimento nuevo en concreto MR=42 k/cm2
Tabla 10.3 Alternativa 2. Construcción pavimento nuevo en concreto asfáltico estructura
convencional
ITEM DESCRIPCION UND CANT. VR. UNIT VR.TOTAL
1 EXCAVACION PARA REPARACION DE PAVIMENTO
M3 0,47 9.335 4.387,45
2 RETIRO MATERIAL DE LA EXCAVACION A MAQUINA <=10KM.
M3 0,47 25.180 11.834,60
3 BASE COMP.MAT. TRITURAD GRANUL M3 0,25 74.380 18.595,00 4 LOSA CONCRETO E=0.22 MR=45,INC.JUNTA-
BAK, INCLUYE REFUERZOM2 1,00 125.637 125.637,00
VALOR TOTAL POR M2 MANTENIMIENTO ESTRUCTURA DE PAVIMENTO 160.454,05
ITEM DESCRIPCION UND CANT. VR. UNIT VR.TOTAL
1 EXCAVACION PARA REPARACION DE PAVIMENTO
M3 0,48 9.335 4.480,80
2 RETIRO MATERIAL DE LA EXCAVACION A MAQUINA <=10KM.
M3 0,48 25.180 12.086,40
3 BASE COMP.MAT. TRITURAD GRANUL M3 0,25 74.380 18.595,00 4 LOSA CONCRETO E=0.23 MR=42,INC.JUNTA-
BAK, INCLUYE REFUERZOM2 1,00 126.128 126.128,00
VALOR TOTAL POR M2 MANTENIMIENTO ESTRUCTURA DE PAVIMENTO 161.290,20
ITEM DESCRIPCION UND CANT. VR. UNIT VR.TOTAL
1 EXCAVACIÓN PARA REPARACION DE PAVIMENTO
M3 0,60 9.335 5.601,00
2 RETIRO MATERIAL DE LA EXCAVACIÓN A MAQUINA ;= 10 KM
M3 0,60 25.180 15.108,00
3 GEOTEXTIL TEJIDO T2400 PAVCO O SIMILAR M2 1,00 5.531 5.531,00 4 SUBBASE GRANULAR TIPO INVIAS M3 0,30 72.620 21.786,00 5 BASE GRANULAR TIPO INVIAS M3 0,20 74.380 14.876,00 6 IMPRIMACION CRL-1 M2 1,00 1.457 1.457,00 7 MEZCLA MDC-2 CON ASFALTO
NORMALIZADOM3 0,10 400.716 40.071,60
VALOR TOTAL POR M2 ESTRUCTURA DE PAVIMENTO ALTERNATIVA 1 COSTO DIRECTO 104.430,60
10-3
Tabla 10.4 Alternativa 2. Construcción pavimento nuevo en concreto asfáltico estructura con geosintéticos
En las siguientes tablas se presenta el resumen comparativo para cada una de las
alternativas evaluadas, tanto en pavimento rígido como en pavimento flexible.
Tabla 10.5 Resumen comparativo de presupuesto por m2 construcción pavimento rígido
Tabla 10.6 Resumen comparativo de presupuesto por m2 construcción pavimento flexible
Teniendo en cuenta los cuadros comparativos anteriores, y siendo que el pavimento
rígido está diseñado para 20 años mientras que el flexible lo está para 10 años, esta
consultora recomienda la construcción de un pavimento rígido por su diferencia de
ITEM DESCRIPCION UND CANT. VR. UNIT VR.TOTAL
1 EXCAVACIÓN PARA REPARACION DE PAVIMENTO
M3 0,50 9.335 4.667,50
2 RETIRO MATERIAL DE LA EXCAVACIÓN A MAQUINA ;= 10 KM
M3 0,50 25.180 12.590,00
3 GEOTEXTIL TEJIDO T2400 PAVCO O SIMILAR M2 1,00 5.531 5.531,00 4 SUBBASE GRANULAR TIPO INVIAS M3 0,25 72.620 18.155,00 5 GEOMALLA BIAXIAL PAVCO 2020 O SIMILAR M2 1,00 5.629 5.629,00 6 BASE GRANULAR TIPO INVIAS M3 0,15 74.380 11.157,00 7 IMPRIMACION CRL-1 M2 1,00 1.457 1.457,00 8 MEZCLA MDC-2 CON ASFALTO
NORMALIZADOM3 0,10 400.716 40.071,60
VALOR TOTAL POR M2 ESTRUCTURA DE PAVIMENTO ALTERNATIVA 1 COSTO DIRECTO 99.258,10
VIA VALOR POR M2 PERIODO DISEÑO (AÑOS) ALTERNATIVA
$160.454,05 20 MR= 45 k/cm2
$161.290,20 20 MR= 42 k/cm2VIA POLVORINES
VIA VALOR POR M2 PERIODO DISEÑO (AÑOS) ALTERNATIVA
$104.430,60 10 1 sin geomalla
$99.258,10 10 2 con geomallaVIA A POLVORINES
10-4
costo no es significativa comparada con el mantenimiento que requerirá el pavimento
flexible a través del tiempo e igualmente para dar continuidad al tipo de pavimento
construido que corresponde a pavimento rígido.
|
11-1
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 11.
Una vez realizado el estudio para el diseño de la estructura de pavimento, de la vía a
Polvorines, que conforma el grupo de Pretroncales correspondiente al grupo de esta
consultoría, se obtienen las siguientes conclusiones:
- Se plantearon soluciones de construcción de pavimento nuevo, conformado por
estructuras convencionales de granulares y bajo alternativas con utilización de
geomallas tipo biaxiales con el fin de reducir el espesor de granulares, y la colocación
de geotextiles de tipo tejido, en la alternativa de pavimento flexible. Se hizo también
evaluación de la estructura de pavimento en concreto rígido, siendo ésta la alternativa
sugerida, dados los costos comparados con el período de diseño de 20 años y su
menor mantenimiento. Así mismo para dar continuidad al mismo tipo de rodadura que
presenta actualmente la vía a Polvorines.
- Los diseños nuevos para pavimento flexible se diseñaron para 10 años y para
pavimento rígido para 20 años.
- De acuerdo con la evaluación geotécnica realizada al corredor vial, se encontró la
presencia de suelos blandos, de baja capacidad de soporte, que clasifican básicamente
como suelos limosos de alta compresibilidad. Para el caso de la vía a Polvorines, se
encontró una capacidad de soporte del nivel de subrasante levemente superior, por
corresponder a zonas de ladera. En la Tabla 11.1 se presenta el resumen de los CBR
de diseño de la subrasante utilizado en los diseños de la estructura de pavimento.
- Las anteriores consideraciones se hacen teniendo en cuenta los techos
presupuestales para el corredor. Las zonas de intervención se indican claramente en
los planos denominados tipo de intervención de pavimentos que hacen parte del Anexo
No. 7 de este informe.
11-2
Tabla 11.1 Resumen CBR de diseño para el corredor Pretroncal
- Los apiques realizados, permitieron determinar de forma muy aproximada los
espesores de la estructura de pavimento existente, cuyo resumen se presenta en la
siguiente tabla. Para el caso de la vía a Polvorines, se especifica el tramo en afirmado
que tiene un relleno de 40 cms de espesor, y el tramo pavimentado que consta de una
losa de 18.0 cms y un relleno granular de 60 cms. En la Tabla 11.2 se resumen las
estructuras típicas existentes.
Tabla 11.2 Estructuras típicas de pavimento existentes para el corredor Pretroncal
- La variable tránsito se cuantificó con base en el estudio realizado de los conteos
vehiculares, y se determinaron los factores daño para los buses del sistema,
considerando un valor ponderado teniendo en cuenta el grado de ocupación de los
buses en las horas pico y Valle. Para el resto del parque automotor, se utilizaron los
factores daño del Instituto Nacional de Vías. Para pavimento flexible se obtuvo en ejes
equivalentes repeticiones esperadas de 4.23 x 105 y para pavimento rígido el espectro
indicado en la siguiente tabla.
VIACBR diseño
(%)Descripción
La Sirena 2,9 Pavimento nuevo a construir
Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 2,2 Pavimento nuevo a construir
Calle 72U entre Carreras 28D y 27 2,6 Mejoramiento via existente
Carrera 27 entre Calles 121 y 126 2,3 Pavimento nuevo a construir
Carrera 27 entre Calles 126 y 121 1,4 Mejoramiento via existente
Carrera 41B entre Calles 57 Y 36 2,8 Mejoramiento via existente
Carrera 41B entre Calles 36 Y 57 2,8 Mejoramiento via existente
Via a Polvorines 3,1 Pavimento nuevo a construir
Calle 84 entre Carreras 26C y Transversal 103 2,5 Carril nuevo a construir
VIACBR diseño
(%)Descripción
La Sirena 2,9 Pavimento nuevo a construir
Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 2,2 Pavimento nuevo a construir
Calle 72U entre Carreras 28D y 27 2,6 Mejoramiento via existente
Carrera 27 entre Calles 121 y 126 2,3 Pavimento nuevo a construir
Carrera 27 entre Calles 126 y 121 1,4 Mejoramiento via existente
Carrera 41B entre Calles 57 Y 36 2,8 Mejoramiento via existente
Carrera 41B entre Calles 36 Y 57 2,8 Mejoramiento via existente
Via a Polvorines 3,1 Pavimento nuevo a construir
Calle 84 entre Carreras 26C y Transversal 103 2,5 Carril nuevo a construir
VIACARPETA
ASFALTICA
BASE
TRITURADAROCAMUERTA RELLENO
LOSA
CONCRETO/
RELLENO
SUBRASANTE
La Sirena tramo pavimentado 5 20 40 MH
La Sirena tramo afirmado 40 MH
Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 60 ML-CL
Calle 72U entre Carreras 28D y 27 10 a 15 20 40 ML-CL
Carrera 41B entre Calles 36-57 ambas calzadas 10 a 15 20 50 MH
Carrera 27 entre Calles 121 y 126 40 MH
Carrera 27 entre Calles 126 y 121 8 A 12 20 50 MH
Via a Polvorines 40 18 y 60 MH
Calle 84 entre Carrera 26C y Transversal 103 12 20 40 MH
VIACARPETA
ASFALTICA
BASE
TRITURADAROCAMUERTA RELLENO
LOSA
CONCRETO/
RELLENO
SUBRASANTE
La Sirena tramo pavimentado 5 20 40 MH
La Sirena tramo afirmado 40 MH
Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 60 ML-CL
Calle 72U entre Carreras 28D y 27 10 a 15 20 40 ML-CL
Carrera 41B entre Calles 36-57 ambas calzadas 10 a 15 20 50 MH
Carrera 27 entre Calles 121 y 126 40 MH
Carrera 27 entre Calles 126 y 121 8 A 12 20 50 MH
Via a Polvorines 40 18 y 60 MH
Calle 84 entre Carrera 26C y Transversal 103 12 20 40 MH
11-3
Tabla 11.3 Resumen tránsito de diseño vías Pretroncales en Espectro de carga Vía a Polvorines
- Definidas las diferentes variables, se establece el diseño de estructuras de
pavimento nuevas para vías en afirmado, evaluadas mediante metodología AASHTO-
93 y verificadas por esfuerzos y deformaciones, estableciendo factores de seguridad
por fatiga, ahuellamiento y deformación de subrasante. Para pavimento nuevo, se
diseñó para período de diseño de 10 años, nivel de confiabilidad del 90%, obteniéndose
las alternativas resumidas en la siguiente tabla.
Tabla 11.4 Resumen alternativas evaluadas para Estructura de Pavimento nueva vías en
pavimento rígido
Tabla 11.5 Resumen alternativas evaluadas para Estructura de Pavimento nueva vías en concreto
asfáltico.
Se recomienda utilizar la alternativa de diseño 2 del pavimento rígido, dado que
requiere un menor mantenimiento, su costo es competitivo por estar diseñada para 20
TANDEM TRIDEM
2,8 Ton 5,8 Ton 6,0 Ton 11 Ton 22 Ton 24 Ton
325.768 325.768 642.771 180.312 7.665 0
EJES SIMPLES
ALTERNATIVASLOSA
CONCRETO MR
(kg/cm2)B.G. NUEVA
(CMS)
MATERIAL REMANENTE
(CMS)
PERIODO DISEÑO (AÑOS)
1 22 45 25 0 202 23 42 25 0 20
ALTERNATIVASLOSA
CONCRETO MR
(kg/cm2)B.G. NUEVA
(CMS)
MATERIAL REMANENTE
(CMS)
PERIODO DISEÑO (AÑOS)
1 24 45 25 20 202 25 42 25 20 20
VIA A POLVORINES
CARRIL CALLE 84 ENTRE CARRERA 23C Y TRANSVERSAL 103
ALTERNATIVASMDC-2 (CMS)
BASE GRANULAR (CMS)
SUB-BASE (CMS)
GEOMALLA BIAXIAL
PERIODO DISEÑO
1 10 20 30 NO 10 AÑOS2 10 15 25 SI 10 AÑOS
VIA A POLVORINES
11-4
años, comparativamente con la alternativa para pavimento flexible cuyo período de
diseño es de 10 años y requiere un mayor mantenimiento.
- Para la vía proyectada en concreto rígido, para dar continuidad al corredor
existente como es el Caso de la vía a Polvorines, se evaluaron alternativas con
módulos de rotura diferentes de 42 y 45 Kg/cm2. Para el caso de la primera y última
losa de la vía a Polvorines, debe incrementarse su espesor en 6 cms más, para
compensar la no existencia de pasadores de carga entre losas. En la siguiente
figura se indica las estructuras sugeridas para la pavimentación de la Vía a
Polvorines.
figura 11.1 Estructura de pavimento recomendada para Vía a Polvorines
- Con fines comparativos de las alternativas evaluadas, se presenta el resumen de
costos por m2, para los diferentes períodos de diseño y diferentes alternativas, basados
en los costos directos definidos por el ingeniero de presupuestos de la empresa
consultora, tanto para pavimento flexible como rígido. Se aclara que el costo por m2
corresponde a la estructura de pavimento, incluyendo su cajeo, uso de geosintéticos y
materiales que la conforman, pero no incluye sardineles, tal como se puede verificar en
el capítulo correspondiente a Evaluación Económica.
Losa de concreto MR= 42 Kg/cm2 e = 23cms
Base granular tipo INVIAS e = 25 cms
11-5
Tabla 11.6 Comparativo precio por m2 alternativas en pavimento rígido
Tabla 11.7 Comparativo precio por m2 alternativas en pavimento Flexible
VIA VALOR POR M2 PERIODO DISEÑO (AÑOS) ALTERNATIVA
$160.454,05 20 MR= 45 k/cm2
$161.290,20 20 MR= 42 k/cm2VIA POLVORINES
VIA VALOR POR M2 PERIODO DISEÑO (AÑOS) ALTERNATIVA
$104.430,60 10 1 sin geomalla
$99.258,10 10 2 con geomallaVIA A POLVORINES
|
ANEXOS
ANEXO 1 RESULTADOS DE LABORATORIO
ANEXO 2 UBICACIÓN DE APIQUES PARA LAS VIAS
ANEXO 3 MEMORIAS DE CALCULO
PAVIMENTO RIGIDO PCA-84
ANEXO 4 MEMORIA DE CALCULO
ALTERNATIVA CON GEOMALLA (Software Pavco)
ANEXO 5 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y
MANTENIMIENTO PERIODICO DEL PAVIMENTO
ANEXO 6 REGISTRO FOTOGRÁFICO
ANEXO 7 PLANO DE INTERVENCION DE PAVIMENTO
TIPOS DE INTERVENCIÓN
Construcción de pavimento rigido nuevo conlosa de concreto MR = 42 kg/cm2 e = 23cms ybase granular tipo INVIAS e = 25cms.
Sin intervención.INTERVENCIÓN TIPO (1)
a) K0+ 000 Hasta K0+ 346.00
b) Area de Intevención total aprox = 1966.00m²
Longitud = 246.00m
INTERVENCIÓN TIPO (1)
Losa de concreto MR = 42 kg/cm2 e 23cms.
Base granular tipo INVIAS e = 25cms.
1.
2.
Construcción de pavimento rigido nuevo con losa deconcreto MR = 42 Kg/cm2 e = 23cm y base granulartipo INVIAS e = 25cm.
1.
INTERVENCIÓN TIPO (1)
Losa de concreto MR = 42 Kg/cm2 e = 23cm.
Base Granular tipo INVIAS e = 25cm.
VÍA A POLVORINES