Tesis0345ic

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PREDISEÑO GEOMETRICO Y DISEÑO DE ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO PARA LA VIAVEREDA CRUZ DE BONZA (PAIPA)-LA TRINIDAD (DUITAMA) SECTOR SANTODOMINGO–RIO SURBA MUNICIPIO DE PAIPA, DEPARTAMENTO DE BOYACA

GERSON OLIVERIO MORENO SUESCA

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL BOGOTA D.C 2014

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PREDISEÑO GEOMETRICO Y DISEÑO DE ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO PARA LA VIAVEREDA CRUZ DE BONZA (PAIPA)-LA TRINIDAD (DUITAMA) SECTOR SANTODOMINGO–RIO SURBA MUNICIPIO DE PAIPA, DEPARTAMENTO DE BOYACA

GERSON OLIVERIO MORENO SUESCA

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL

DIRECTOR PABLO ANDRES ROMERO INGENIERO CIVIL

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL BOGOTA D.C 2014

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Nota de aceptaci贸n

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________ Presidente del Jurado

________________________________________ Jurado

_______________________________________ Jurado

Bogot谩 D.C. Marzo de 2014

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Dedicatorias

A Dios y a la Virgen María, porque me iluminan y cuidan todos los días de mi vida.

A mi esposa por su amor y apoyo.

A mis padres por su amor, apoyo y comprensión.

A mis hermanos por su guía y comprensión.

A mis profesores por su guía y colaboración.

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Contenido

Resumen................................................................................................................................ 10 Introducción .......................................................................................................................... 11 1.

Planteamiento Del Problema ......................................................................................... 12

2.

Justificación Del Proyecto ............................................................................................. 13

3.

Objetivos........................................................................................................................ 14 3.1 General ........................................................................................................................ 14 3.2 Específicos .................................................................................................................. 14

4.

Alcance y Limitaciones ................................................................................................. 15 4.1 Alcance ........................................................................................................................ 15 4.2 Limitaciones ................................................................................................................ 15

5.

Metodología ................................................................................................................... 16

6. Descripción General Del Municipio de Paipa .................................................................. 17 6.1 Aspectos Históricos y Geográficos ............................................................................. 17 6.1.1 Localización ......................................................................................................... 18 7.

Estado Actual de la Vía ................................................................................................. 20

8.

Estudio de Suelos .......................................................................................................... 24

9.

Levantamiento Topográfico .......................................................................................... 25

10.

Prediseño Geométrico ................................................................................................ 26

10.1 Velocidad de diseño .................................................................................................. 26 10.2

Ancho de calzada ................................................................................................... 27

10.3 Pendiente Transversal ó Bombeo .............................................................................. 28 10.4 Bermas....................................................................................................................... 28 10.5 Curvas Horizontales .................................................................................................. 29 10.5.1 Fricción Transversal Máxima (fTmáx) ............................................................. 29 10.5.2 Radios de Curvatura Mínimos ............................................................................ 30 10.5.3 Sobreancho de las curvas (S) .............................................................................. 31 10.5.4 Peralte ..................................................................................................................... 31

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10.6 Curvas Verticales ...................................................................................................... 32 10.6.1 Pendiente Mínima de la Tangente Vertical. ....................................................... 32 10.6.2 Pendiente Máxima de la Tangente Vertical........................................................ 32 10.6.3 Longitud Mínima Curvas Verticales Convexas (Lmin) ..................................... 32 10.6.4 Longitud Mínima Curvas Verticales Cóncavas (Lmin) ..................................... 33 11.

Análisis de Tránsito ................................................................................................... 35 11.1.1 Niveles de Tránsito: ............................................................................................ 35 11.1.2 Tasa de Crecimiento Anual (r): .......................................................................... 36 11.1.3 Factor de Daño por Tipo de Vehículo (FD) ...................................................... 36 11.1.4 Tránsito en el Carril de Diseño (Fd) ................................................................... 37 11.1.5 Factor de Corrección por Estacionalidad ........................................................... 37 11.1.6 Periodo de Diseño............................................................................................... 37 11.1.7 Porcentaje de vehículos comerciales .................................................................. 38 11.1.8 Número acumulado de ejes equivalentes de 80kN en el año de diseño ............. 38 11.1.9 Número acumulado de ejes equivalentes de 80kN en el carril de diseño para el periodo de diseño ........................................................................................................... 38 11.1.10 Número acumulado de ejes equivalentes de 80kN en el carril de diseño para el periodo de diseño con el nivel de confianza dado (N') .................................................. 39 11.1.11 Tránsito Atraído................................................................................................ 39 11.1.12 Tránsito Generado ............................................................................................ 40

12.

Diseño de la Estructura del Pavimento Flexible ........................................................ 41

12.1 Determinación de Espesores Constructivos .............................................................. 41 Mezcla Densa en Caliente Tipo 2 ..................................................................................... 41 Base Granular .................................................................................................................... 42 Subbase Granular .............................................................................................................. 42 12.4 Características de los Materiales ............................................................................... 42 12.4.1 Subbases Granulares ........................................................................................... 42 12.4.2 Mezcla asfáltica en caliente MDC-2 .................................................................. 45 13.

OBRAS DE DRENAJE ............................................................................................. 47

13.1 Bermacunetas: ........................................................................................................... 47 13.2 Alcantarillas: ............................................................................................................. 47

7

14.

Presupuesto ................................................................................................................ 49

15.

Conclusiones y Recomendaciones ............................................................................. 50

Anexos .................................................................................................................................. 52 Glosario ................................................................................................................................. 95 Referencias Bibliogrรกficas .................................................................................................... 96

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Lista de Figuras

Figura 1: Mapa del Municipio de Paipa....................................................................................... 17 Figura 2. Empalme Vía Pavimentada Abscisa K0+000 ........................................................... 21 Figura 3. Empalme Vía Pavimentada Abscisa K0+000 ........................................................... 21 Figura 4. Estado Actual de la Vía Abscisa K0+980 .................................................................. 22 Figura 5. Estado Actual de la Vía Abscisa K1+150 .................................................................. 22 Figura 6. Estado Actual de las Alcantarillas Abscisa K1+590 ................................................. 23 Figura 7. Empalme con el Puente Sobre el Río Surba Abscisa K2+090 .............................. 23 Figura 8. Elementos Para el Cálculo de la Longitud Mínima en Curvas Verticales Convexas ......................................................................................................................................... 33 Figura 9. Elementos Para el Cálculo de la Longitud Mínima de Curva Vertical Cóncava .. 34 Figura 10. Corte Transversal Estructura del Pavimento .......................................................... 41 Figura 11. Detalle Bermacuneta .................................................................................................. 93 Figura 12. Detalle Alcantarilla ...................................................................................................... 93 Figura 13. Detalle Perfil de Alcantarilla ....................................................................................... 94 Figura 14. Detalle Cuerpo de la Alcantarilla............................................................................... 94

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Lista de Tablas

Tabla 1: Velocidad de diseño ....................................................................................................... 27 Tabla 2 Ancho de calzada ............................................................................................................ 28 Tabla 3. Bombeo de la calzada .................................................................................................... 28 Tabla 4. Ancho de berma .............................................................................................................. 29 Tabla 5. Coeficiente de Fricción Transversal Máximo.............................................................. 30 Tabla 6. Radio Mínimo de Curvatura .......................................................................................... 30 Tabla 7. Pendiente Máxima Tangente Vertical .......................................................................... 32 Tabla 8. Resultados Conteo Vehicular. ...................................................................................... 35 Tabla 9. Niveles de Tránsito ......................................................................................................... 36 Tabla 10. Tasa de crecimiento ..................................................................................................... 36 Tabla 11. Factor de Daño ............................................................................................................. 37 Tabla 12. Composición porcentual vehículos comerciales ...................................................... 38 Tabla 13. Nivel de confianza ........................................................................................................ 39 Tabla 14. Tránsito Generado........................................................................................................ 40 Tabla 15. Espesor de la capa de rodadura ................................................................................ 42 Tabla 16. Granulometría Subbase Granular .............................................................................. 43 Tabla 17. Granulometría Base granular ..................................................................................... 43 Tabla 18. Requisitos de los Agregados Para Subbases y bases Granulares ...................... 45 Tabla 19. Franja Granulométrica Mezcla en Caliente MDC-2 ................................................ 46 Tabla 20 Estado Actual de Alcantarillas ..................................................................................... 47 Tabla 21. Conteo vehicular ........................................................................................................... 91

Tabla 22. Conteo vehicular ................................................................................................... 92

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Resumen

Este trabajo de grado contiene el prediseñogeométrico y diseño de estructura del pavimento flexible para la vía vereda cruz de bonza (Paipa)-la trinidad (Duitama) sector santo domingo-río surba municipio de Paipa, departamento de Boyacá.

Para su desarrollo se inició con un estudio de suelos hecho por la empresa “INGENIERIA Y GEOLOGIA LTDA” con el fin de obtener el CBR de la subrasante necesario para el diseño del pavimento flexible.

Además, durante el desarrollo del trabajo se mostraran otros aspectos de la vía como son: estado actual, condiciones de drenaje, diseño geométrico de acuerdo a las normas INVIAS, diseño del pavimento flexible, presupuesto de obra.

Se espera al final brindar unas conclusiones y recomendaciones que permitan la buena ejecución del proyecto, cumpliendo las normas técnicas del INVIAS y dando una solución de movilidad a la comunidad de la vereda.

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Introducción

El presente trabajo tiene por objeto realizar el prediseño geométrico y diseño de estructura de pavimento flexible de la vía vereda cruz de bonza (Paipa)-la trinidad (Duitama) sector santo domingo–rio surba municipio de Paipa, departamento de Boyacá.

Para esto se trabajara en conjunto con la alcaldía de Paipa, la Universidad Agraria de Colombia UNIAGRARIA, y además se contara con el apoyo de la empresa INGENIERIA Y GEOLOGIA LTDA, encargada de hacer el estudio de suelos.

Se busca que al final del trabajo se presenten el prediseño geométrico y diseño de estructura del pavimento flexible cumpliendo con las normas dadas por el Instituto Nacional de Vías INVIAS. Además, se pretende determinar un presupuesto aproximado que permita a la alcaldía de Paipa gestionar los recursos que permitan la ejecución del proyecto.

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1. Planteamiento Del Problema

La vía que conduce del municipio de Paipa hacia el municipio de Duitama entre los sectores de Santo Domingo y el Río Surba, pertenece al anillo vial turístico del resguardo de bonza, por esto el interés de la Alcaldía de Paipa de pavimentarla para lograr atraer más turistas a ésta zona del municipio lo que generará más empleos e ingresos a los habitantes de la región.

Además, ésta vía sirve como alternativa de comunicación entre los municipios de Paipa y Duitama, por lo que es importante se encuentre en buen estado para brindar comodidad y sobretodo seguridad a los conductores que por ella transiten.

También es la vía por la cual los campesinos de la zona trasladan y comercializan sus productos por lo que su arreglo es un aporte al bienestar de las familias campesinas de la vereda.

En épocas de lluvias la vía sufre daños en su superficie de rodadura ya que, aunque cuenta con algunas alcantarillas, éstas están deterioradas y cubiertas de vegetación, y no cuenta con cunetas, lo que no permiten el correcto control y la evacuación de aguas lluvias.

Es por esto que se busca con éste trabajo de grado dar una herramienta a la Alcaldía de Paipa que le permita hacer una estructura de pavimento flexible y la construcción de obras de arte que eviten el daño y deterioro de ésta importante vía del municipio.

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2. Justificación Del Proyecto

Al pertenecer ésta vía al llamado “Anillo Turístico de Paipa” es un objetivo de la Alcaldía de Paipa realizar los trabajos necesarios para hacer de ésta una vía cómoda y segura para los conductores y vehículos que transiten por ella, mejorando el turismo de la región que es uno de los soportes de la economía del municipio.

También es objetivo de la Alcaldía de Paipa, el brindar mejores condiciones de tránsito a los campesinos de la vereda de Bonza, tanto para su propia movilidad como para la de sus productos; con la pavimentación de la vía se logra la disminución en tiempo de transporte, disminución en costos de combustibles, disminución de daños a vehículos, todo esto beneficiando a los usuarios de la vía.

Esta vía es también de uso recreativo, por ella transitan deportistas como ciclistas y atletas; al ser pavimentada la vía, también brindara seguridad y comodidad a estas personas que la usan como elemento de recreación o entrenamiento.

Aunque actualmente no está muy deteriorada en su mayoría, es importante hacer los trabajos de pavimentación y construcción de estructuras de control de aguas lluvias para evitar que sufra un daño o deterioro que haga más costoso su mantenimiento ó recuperación en el futuro.

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3. Objetivos

3.1 General

Hacer un prediseño geométrico y diseño de estructura de pavimento flexible de la vía Santo Domingo-Rio surbia, municipio de Paipa, entre las abscisas K0+000 – K2+098.

3.2 Específicos

-Definición del CBR de la subrasante de acuerdo al estudio de suelos.

-Realizar el análisis de tránsito de la vía con el fin de hacer el diseño de la estructura del pavimento flexible.

- Hacer el levantamiento topográfico para conocer las características topográficas de la vía.

- Realizar un prediseñogeométrico de la vía con el fin de hacerla máscómoda y segura para los usuarios.

- Realizar un diseño de la estructura del pavimento flexible que brinde comodidad y seguridad a los usuarios, cumpliendo con las normas vigentes en el país.

- Realizar un presupuesto de obra y costos de intervención del proyecto, para gestionar recursos por parte de la alcaldía de Paipa, para la futura ejecución del proyecto.

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4. Alcance y Limitaciones

4.1 Alcance

De acuerdo al CBR y al tránsito evaluado, se pretende presentar un prediseño geométrico y diseño de estructura de pavimento flexible con el fin de mejorar las condiciones de comodidad y seguridad de la vía.

4.2 Limitaciones

Empalme de la vía existente que tiene una calzada de 5.5m con la vía a propuesta que tiene una calzada de 6m.

El ajuste de las curvas horizontales, debido a que la norma indica que el mínimo radio de curvatura debe ser de 43m.

Aunque en su mayoría de trayecto la vía cuenta con espacios laterales para hacer las modificaciones de: amplitud de calzada, bermacunetas, sobreanchos de curvas; existen sitios donde es imposible realizar estas estructuras debido a la existencia de muros externos de casas y fincas.

El control del tránsito debido al cierredel carril donde se estén realizando los trabajos, e incluso en ciertos momentos se deberá cerrar en ambos carriles debido a la necesidad de girar los vehículos como volquetas.

El transporte y descargue de material como subbase granular, base granular y mezcla asfáltica en volquetas, debido a lo angosto de la vía.

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5. Metodología

Los pasos a seguir para la elaboración del proyecto serán los siguientes:

-Inspección del tramo de vía a tratar detectando puntos críticos como curvas, anchos de vía, ubicación de alcantarillas y otras obras de arte.

- Realización del estudio de suelos.

- Estudio de tránsito - PrediseñoGeométrico de la vía.

- Diseño estructura del pavimento flexible - Calculo de presupuesto - Planos e informe final

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6. Descripción General Del Municipiode Paipa

Figura 1: Mapa del Municipio de Paipa Tomado dehttp://www.paipaboyaca.gov.co/mapas_municipio.shtml?apc=bcEl%20municipio%20en%2 0el%20departamento-1-&x=1794945

6.1 Aspectos Históricos y Geográficos

La conformación de Paipa como centro poblado se remonta desde la época precolombina, cuando su población era innata de la región correspondiente al cacicazgo del Tundama,auténticos guerreros defensores de su cultura y riquezas del Templo de Suamoximpugnadas por la invasión de los españoles en el año de 1537 con el incendio delTemplo del Sol. Es en 1539 cuando el Mariscal Gonzalo Jiménez de Quesada conforma elprimer asentamiento o poblado indígena.

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Como el primer suceso que conllevó a Paipa a “Ciudad Turística”, es la llegada de losprimeros especialistas en 1825, para realizar el análisis de la composición del agua salinade Paipa. Pero es en 1852 cuando el gobierno central comienza a interesarse por lasriquezas naturales y envía una comisión geográfica dirigida por el General AgustínCodazzi.

Con el conocimiento de su riqueza natural de aguas termominerales, se construyen laspiscinas municipales en 1938 dando inicio a la conformación de su complejo turístico queen 1955 se refuerza con la construcción del lago Sochagota. La Asamblea Departamentaldeclara en 1960, a Paipa como ciudad “capital turística.”

La construcción de la termoeléctrica en 1953, genera desplazamientos poblacionales deotras partes del país y a partir de 1964 Paipa presenta un crecimiento urbano disperso ycaótico por el crecimiento inusitado de su población.

En 1973 se inicia el primer Concurso Departamental de Bandas y en 1975, extiende sucobertura y se oficializa el primer Concurso Nacional de Bandas, evento que desdeentonces ha caracterizado a Paipa en este género musical.

6.1.1 Localización El municipio de Paipa está localizado en el valle de Sogamoso, uno de los valles internosmás importantes de la región andina, en la parte centro oriental del País y noroccidentaldel departamento de Boyacá a 2525 mts sobre el nivel del mar, dista aproximadamente184 Km de Santafé de Bogotá y 40 Km de Tunja. Su cabecera municipal seencuentra a los 5°47’ de latitud norte y 73° 06’ de longitud oeste.

Presenta unatemperatura promedio de 13°C., con una precipitación media anual de 944 mm. Abarca unaextensión de 30.592,41 hectáreas aproximadamente.

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Morfológicamente su territorio de norte a sur, presenta tres regiones a saber: media faldacon colinas y páramos al norte; un plano inclinado con aguas freáticas superficiales(utilizadas antes en aljibes) y un área pantanosa, asiento de antiguo lago, el cual haceparte del pantano de Vargas, donde brotan aguas termominerales en inusitadaabundancia. La red hidrográfica está conformada por el río Chicamocha y las QuebradasValencí y El Rosal y el Lago de Sochagota, alimentado este último por la Quebrada ElSalitre o Quebrada Honda.

Las tierras del área se encuentran dedicadas a ganadería extensiva y cultivos de papa,cebada, maíz, trigo, arveja, fríjol y hortalizas. En los sectores próximos a los núcleosurbanos se cultivan frutales perennes como: pera, manzana, ciruela. La ganadería estaprincipalmente orientada a la cría, levante y engorde de ganado vacuno, también se daen menor escala la explotación de ganado lechero.1

1

Tomado del Plan de Ordenamiento Territorial Paipa 2000-2009

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7. Estado Actual de la Vía

El tramo de vía, propósito de este trabajo es de dos carriles, clasificada según su funcionalidad como terciaria (aquellas vías que unen las cabeceras municipales con sus veredas o las veredas entre sí), según su competencia es una vía distrital o municipal (vías rurales o urbanas a cargo de los distritos ó de los municipios),y según el tipo de terreno se clasifica como ondulada, está ubicada en la vereda de Bonza, entre los municipios de Paipa y Duitama, y consta de una longitud total 2.09Km, y un ancho de calzada de 5.5m.

Actualmente, cuenta con una superficie de rodadura en material de recebo de 0.20m de espesor que está en estado aceptable, permitiendo el tránsito de vehículos sin mayores problemas de comodidad y seguridad.

En cuanto a la topografía es una vía irregular con tramos con pendientes entre 3 y hasta 18%, tiene gran número de curvas tanto verticales como horizontales y cuenta con terrenos a ambos lados de la vía que facilitan la construcción de obras como cunetas ó sobreanchos de vía donde sean requeridas.

En cuanto al manejo de aguas lluvias, la vía cuenta con nueve (9) alcantarillas, ubicadas en las abscisas K0+270, K0+450, K0+760, K1+370, K1+480, K1+590, K1+680, K1+810, K1+990 éstas se encuentran deterioradas y cubiertas de vegetación, es necesario hacer una limpieza de las existentes y la construcción de otras nuevas donde sean requeridas, también es necesario la construcción de cunetas ya que son inexistentes actualmente.

Dentro del tramo de vía no se encuentran pasos sobre ríos o quebradas, aunque al final de la obra se encuentra un empalme con el puente sobre el río surba.

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Figura 2. Empalme Vía PavimentadaAbscisa K0+000

Figura 3. Empalme Vía PavimentadaAbscisa K0+000

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Figura 4. Estado Actual de la VíaAbscisa K0+980

Figura 5. Estado Actual de la VíaAbscisa K1+150

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Figura 6. Estado Actual de las AlcantarillasAbscisa K1+590

Figura 7. Empalme con el Puente Sobre el RĂ­o SurbaAbscisa K2+090

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8. Estudio de Suelos

El estudio de suelos fue realizado por la empresa “Ingeniería y Geología LTDA”, ésta empresa cuenta con una experiencia de 21 años desarrollando labores de consultoría, construcción de proyectos de ingeniería y exploración geotécnica.

La empresa cuenta con su propio laboratorio de suelos, concretos, asfaltos y pavimentos, lo mismo que equipos para exploración y muestreos.

La empresa está debidamente registrada ante la cámara de comercio de Sogamoso y tiene su sede en ésta ciudad en la dirección carrera 11 No 25-23 y su teléfono de contacto es 7713726.

En cuanto al trabajo de campo, se realizaron 9 perforaciones con barreno manual en tiempo seco y hasta una profundidad de 1.5m.

Se tomaron muestras de las capas que componen el suelo, para realizar los diferentes ensayos de laboratorio como penetración estándar (SPT) y penetración dinámica (DCPT), esto con el objetivo de hallar el CBR de la subrasante.

En resumen, de acuerdo a los resultados del estudio de suelos se encontró una primera capa “A” de afirmado existente compuesta de grava arcillosa mal gradada catalogada según el Sistema Unificado de Clasificación del Suelo S.U.C.S como GC, además se encontró una capa “B” (Subrasante) compuesta por arcilla inorgánica de plasticidad media, catalogada según el S.U.C.S como CL, ésta capa de subrasante arrojó un resultado de CBR de 11%.

Los resultados del estudio de suelos se muestran en su totalidad en los anexos.

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9. Levantamiento Topográfico

Los trabajos de topografía fueron realizados en colaboración con el SENA, seccional Sogamoso y la alcaldía de Paipa.

Se partió de un punto conocido de empalme entre la vía pavimentada y el tramo objeto de nuestro proyecto, se abscisó la vía realizando mediciones cada 10 metros siguiendo el recorrido del eje, además se tomaronen estos puntos mediciones perpendiculares al eje a diferentes distancias de hasta 20metros para tomar el mayor número de detalles posibles, luego con estos datos generar el perfil longitudinal, los perfiles transversales y las cantidades de obra (corte y terraplén) necesarias para generar el presupuesto.

De acuerdo a los resultados de la topografía se puede decir que ésta es una vía irregular con pendientes longitudinales entre 3 y 18%, lo que nos define que es un terreno ondulado.

También se determinaron las curvas con sus elementos geométricos como deltas, radios y cuerdas.

En los anexos se muestran los planos de perfiles longitudinales, transversales, cuadros de cantidades de obras y cuadros de elementos geométricos de las curvas.

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10. Prediseño Geométrico

El prediseño geométrico de la vía presentado a continuación se hizo siguiendo los lineamientos del “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras” del Instituto Nacional de Vías INVIAS año 2008”.

Se aclara que el cumplimiento en la ejecución de éste diseño cambiaría el alineamiento del eje de la vía existente, debido a factores como: aumento de radio en curvas horizontales, sobreanchos, cambios de pendientes de alineamientos verticales.

Por tanto se presenta el diseño geométrico de acuerdo al “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras” del Instituto Nacional de Vías INVIAS año 2008” y se deja a consideración de la Alcaldía de Paipa la posible consecución de los recursos para su ejecución.

Variables de diseño:

10.1 Velocidad de diseño: Velocidad guía o de referencia de un tramo homogéneo de carretera, que permite definir las características geométricas mínimas de todos los elementos del trazado, en condiciones de seguridad y comodidad2.

Utilizando la tabla 2 y con la clasificación de la vía como terciaria y de terreno ondulado se obtiene la velocidad de diseño de 40Km/h

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Tomado de “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras” INVIAS Pg 273

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CATEGORIA TIPO DE DE LA TERRENO CARRETERA

VELOCIDAD DE DISEÑO Km/h

20 30 40 50 60 70 80 90

Primaria de dos calzadas

Primaria de una calzada

Secundaria

Terciaria

100

110

Plano Ondulado Montañoso Escarpado Plano Ondulado Montañoso Escarpado Plano Ondulado Montañoso Escarpado Plano Ondulado Montañoso Escarpado

Tabla 1: Velocidad de diseño Tomado de: “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008”Pg 38

10.2 Ancho de calzada

Es la parte de la vía destinada a la movilización de los vehículos, puede estar constituida por dos ó más carriles. De acuerdo a la siguiente tabla tomada del Manual de Diseño de Carreteras del INVIAS, la vía deberá tener un ancho de calzada de seis (6) metros y un ancho de carril de tres (3) metros.

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CATEGORIA TIPO DE DE LA TERRENO CARRETERA

Primaria de dos calzadas

Primaria de una calzada

Secundaria

Terciaria

VELOCIDAD DE DISEÑO Km/h

20 30 Plano Ondulado Montañoso Escarpado Plano Ondulado Montañoso Escarpado Plano Ondulado Montañoso Escarpado Plano Ondulado 6,0 Montañoso 6,0 6,0 Escarpado 6,0 6,0

40

50

60

70

7,3 7,3

7,3 7,0 7,3 7,0 7,3 6,6 7,0 7,0 6,0 6,6 7,0 6,0 6,0 6,0

7,3 7,3 7,0 7,3 7,3 7,0

80 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,0 7,3 7,3

90 100 110 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3

Tabla 2 Ancho de calzada Tomado de: “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008”Pg 151

10.3 Pendiente Transversal ó Bombeo

Es la pendiente que se le da a la vía a partir del eje con el fin de facilitar el escurrimiento del agua superficial hacia las cunetas. Éste depende del material de la vía, para nuestro caso como la superficie de rodadura es concreto asfáltico el bombeo será de 2%, éste dato es tomado de la siguiente tabla del Manual de Diseño de Carreteras del INVIAS.

TIPO DE SUPERFICIE DE RODADURA BOMBEO % Superficie de concreto hidráulico ó asfáltico 2 Tratamientos superficiales 2-3 Superficie de tierra ó grava 2-4 Tabla 3. Bombeo de la calzada Tomado de: “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008”Pg 152

10.4 Bermas La berma es la faja comprendida entre el borde de la calzada y la cuneta. Cumple cuatro funciones básicas: proporciona protección al pavimento y a sus capas inferiores, que de otro

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modo se verían afectadas por la erosión y la inestabilidad; permite detenciones ocasionales de los vehículos; asegura una luz libre lateral que actúa sicológicamente sobre los conductores aumentando de éste modo la capacidad de la vía y ofrece espacio adicional para maniobras de emergencia aumentando la seguridad3 De acuerdo a las características de la vía y al Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008, Tabla 4, para nuestro proyecto se debe diseñar una berma cuneta de 1mt de ancho.

CATEGORIA DE LA CARRETERA

TIPO DE TERRENO

VELOCIDAD DE DISEÑO Km/h

20 30 40 50 60 70 80 90 100 Plano 2,5/1,0 2,5/1,0 2,5/1,0 Ondulado 2,0/1,0 2,0/1,0 2,5/1,0 1,8/0,5 1,8/0,5 1,8/0,5 2,0/1,0 Primaria de dos Montañoso calzadas Escarpado 1,8/0,5 1,8/0,5 1,8/0,5 Plano 2,0 2,0 2,5 Ondulado 1,8 2,0 2,0 2,5 1,5 1,5 1,8 1,8 Primaria de una Montañoso calzada Escarpado 1,5 1,5 1,8 Plano 1,0 1,5 1,8 Ondulado 1,0 1,0 1,5 1,8 Montañoso 0,5 0,5 1,0 1,0 Secundaria Escarpado 0,5 0,5 0,5 Plano 1,0 Ondulado 0,5 1,0 Montañoso 0,5 0,5 0,5 Terciaria Escarpado 0,5 0,5 0,5 Tabla 4. Ancho de berma Tomado de: “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008”Pg 153

110 2,5/1,0 2,5/1,0

10.5 Curvas Horizontales De acuerdo a las características topográficas de la vía y a la imposibilidad de diseñar curvas de grandes radios, para el prediseño geométrico de curvas horizontales se tendrán en cuenta las indicaciones del “Manual de Diseño Geométrico del INVIAS 2008”.

10.5.1 Fricción Transversal Máxima (fTmáx) Está determinada por numerosos factores, entre los cuales: el estado de la superficie de rodadura, la velocidad del vehículo y el tipo y condiciones de las llantas de los vehículos. Se adoptan los valores 3

Tomado de “Manual de Diseño de Carreteras INVIAS 2008”, Pg 152

30

del coeficiente de fricción transversal máxima indicados por los estudios recientes de la AASHTO. Los cuales se indican en la siguiente tabla.4 Para éste proyecto se toma un factor de fricción transversal máximo de 0.23.

Velocidad Especifica (Km/h) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Coeficiente de Fricción Transversal Máxima 0.35 0.28 0.23 0.19 0.17 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11 0.09 0.08 Tabla 5. Coeficiente de Fricción Transversal Máximo Tomado de: “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008”, Pg103

10.5.2 Radios de Curvatura Mínimos Éste valor depende de la velocidad específica, del peralte máximo y del coeficiente de fricción transversal. Se puede calcular mediante dos maneras, una es usando la siguiente fórmula: Rcmin = (Vel.)2______ 127 * (emáx + fTmáx) La segunda forma para obtener el Rcmin es mediante el uso de la siguiente tabla.

Velocidad Peralte Coeficiente de Especifica Máximo Fricción (Km/h) (%) Transversal

Total emáx + fTmáx

Radio Mínimo (m) CALCULADO REDONDEADO

20 6,0 0.35 0.41 7,7 30 6,0 0.28 0.34 20,8 40 6,0 0.23 0.29 43,4 50 6,0 0.19 0.25 78,7 60 6,0 0.17 0.23 123,2 Tabla 6. Radio Mínimo de Curvatura Tomado de: “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008”Pg

4

Tomado de: “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008”Pg 103

15 21 43 79 123

31

De acuerdo a la tabla 6, el radio mínimo de para las curvas horizontales debe ser de 43m.

10.5.3 Sobreancho de las curvas (S) En vías terciarias, el sobreancho de la curva se puede determinar mediante el uso de la siguiente ecuación, dicha ecuación se usa para camiones de dos ejes con una longitud de 8m.

S= 32 * n Rc Donde n = número de carriles Rc= radio de curvatura Para éste proyecto el valor de n=2, y Rc= es de 43m S= 32 * 2= 0.74m 43 10.5.4 Peralte

Inclinación dada al perfil transversal de una carretera en los tramos en una curva horizontal para contrarrestar el efecto de la fuerza centrífuga que actúa sobre un vehículo en movimiento. También contribuye al escurrimiento de agua lluvia.

De acuerdo al manual de Diseño de Carreteras del INVIAS en carreteras terciarias al ser difícil disponer de entretangencias amplias, se considera que el peralte máximo más adecuado es de 6%.5

5

Tomado de “Manual de Diseño de Carreteras INVIAS 2008”, Pg 103

32

10.6 Curvas Verticales Se presentan las longitudes mínimas de curvas cóncavas y convexas que son las que se presentan en el perfil longitudinal de la vía.

10.6.1 Pendiente Mínima de la Tangente Vertical.

La pendiente mínima longitudinal de la rasante debe garantizar especialmente el escurrimiento fácil de las aguas lluvias en la superficie de rodadura y en las cunetas.6Ésta pendiente mínima debe ser

de 0.5%

10.6.2 Pendiente Máxima de la Tangente Vertical.

Éste parámetro está relacionado con la velocidad de diseño de la vía, la siguiente gráfica muestra las diferentes pendientes máximas de diseño en porcentaje de acuerdo a la velocidad de diseño.

CATEGORIA DE LA CARRETERA Primaria de dos calzadas Primaria de una calzada Secundaria Terciaria

VELOCIDAD ESPECIFICA DE LA TANGENTE VERTICAL (Km/h) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 6 6 6 5 8 7 6 6 5 10 9 8 7 6 6 6 14 12 10 10

Tabla 7. Pendiente Máxima Tangente Vertical Tomado de: “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008”, Pg128

10.6.3 Longitud Mínima Curvas Verticales Convexas (Lmin)

Para éste prediseño se toma como parámetro de cálculo de la longitud mínima de las curvas verticales convexas el criterio de seguridad del Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008.

De acuerdo a éste concepto se debe tener en cuenta la distancia de visibilidad de parada (Dp), la diferencia algebraica de pendientes en porcentaje (A) entre la tangente de entrada 6

Tomado de Manual de Diseño de Carreteras INVIAS 2008”, Pg 127

33

(S1) y la tangente de salida (S2), la altura del ojo del conductor sobre la calzada (h1) que es de 1.08m y la altura (h2) de un posible obstáculo en la vía que se asume de 0.6m.

Estos elementos se muestran en la figura 8.

Teniendo en cuenta las anteriores variables se aplica la siguiente formula.

Lmin=

A * (Dp)2____

Reemplazando los valores de h1 y h2

200 * (√h1 + √h2)

2

A * (Dp)2____ 658 * (√h1 + √h2)2

PIV

Lmin=

h2

S1

PTV

Dp

S2

PCV

h1

L

Figura 8. Elementos Para el Cálculo de la Longitud Mínima en Curvas Verticales Convexas Tomado de: “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008”Pg 137

10.6.4 Longitud Mínima Curvas Verticales Cóncavas (Lmin) Para éste prediseño se toma como parámetro de cálculo de la longitud mínima de las curvas verticales cóncavas, el criterio de seguridad del Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008.

Factores a tener en cuenta: Dp= Distancia de visibilidad de parada

34

H= Altura de los faros delanteros del vehículo, se toma como 0.6m α= Angulo de divergencia de los rayos de luz de los faros delantero = 10 A= Diferencia algebraicas de pendientes en porcentaje, entre la tangente de entrada y la de salida.

Dp

Obstaculo

S1

PCV

H

a

PTV

S2

L

Figura 9. Elementos Para el Cálculo de la Longitud Mínima de Curva Vertical Cóncava Tomado de: “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008”, Pg 140

Teniendo en cuenta los anteriores elementos de cálculo, se utiliza la siguiente ecuación: Lmin=

A * (Dp)2_____Reemplazando los valores de H y tan α 200 * (H + Dp * tan α)

Lmin= A * (Dp)2_____ 120 + 3.5 * Dp

35

11. Análisis de Tránsito Para el estudio de tránsito nos basamos en el “Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito”. Del INVIAS, para vías en las cuales no existen series históricas de tránsito.

Con el fin de caracterizar la vía como de “Bajos Volúmenes de Tránsito” es necesario la realización de un conteo vehicular durante por lo menos dos días, uno normal y un día festivo ó el día de mercado en el sector.

De acuerdo a esto se realizó el conteo vehicular los dias 29 y 30 de Octubre de 2013, siendo el 30 día miércoles, día de mercado en el municipio de Paipa.

Las planillas de conteo se muestran en los anexos.

Los resultados de dichos conteos se muestran en la siguiente tabla: Fecha 29-Oct-13 30-Oct-13 Total

Autos 24 16 40

Conteo Buses 12 13 25

C2-P 6 10 16

Tabla 8. Resultados Conteo Vehicular.

Fuente: Autor del libro

Para efectos de diseño se toman solamente los vehiculos comerciales (buses y camiones), aunque se necesita el dato de automoviles para hallar el porcentaje vehicular.

11.1.1 Niveles de Tránsito: Éste método caracteriza el tránsito en dos niveles de acuerdo a las repeticiones de ejes de 80kN en el carril de diseño, éstos dos niveles se presentan en la siguiente tabla.

36

Nivel de Tránsito T1 T2

Número de ejes equivalentes de 80kN durante el periodo de diseño en el carril de diseño < 150.000 150.000 - 500.000

Tabla 9. Niveles de Tránsito Tomado de: “Manual de Diseño de Pavimentos Asfalticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito INVIAS 2007” Pg 7

11.1.2 Tasa de Crecimiento Anual (r):De acuerdo al método, el INVIAS recomienda el uso de la siguiente tabla para la determinación de la tasa de crecimiento del tránsito de acuerdo al nivel del mismo.

Nivel de tránsito T1 T2

Tasa de crecimiento 2.0 3.0

Tabla 10. Tasa de crecimiento Tomado de: “Manual de Diseño de Pavimentos Asfalticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito INVIAS 2007” Pg 9

Como se verámásadelante en el numeral 11.2.10el número acumulado de ejes equivalentes de 80kN en el carril de diseño para el periodo de diseño con el nivel de confianza dado (N') es de 41996, por lo que el tránsito se encuentra en el nivel T1, y la tasa de crecimiento es de 2.0

11.1.3 Factor de Daño por Tipo de Vehículo (FD): Éste factor de daño depende del tipo de vehículos encontrados en el conteo. La siguiente tabla muestra los factores de daño usados en éste método.

37

Tipo de Vehículo Autos Bus Grande C2-P C2-G C3-C4 C5 > C5

Factor de Daño (FD) Vacío Cargado 0.0 1.0 0.01 1.01 0.08 2.72 0.24 3.72 0.25 4.88 0.26 5.23

Tabla 11. Factor de Daño Tomado de: “Manual de Diseño de Pavimentos Asfalticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito INVIAS 2007” Pg 11

11.1.4 Tránsito en el Carril de Diseño(Fd): Ésta variable va de acuerdo al ancho de calzada, para ésta vía se definió en el diseño geométrico un ancho de calzada de seis metros.

De acuerdo al “Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito” si el ancho de calzada es de seis metros ó más se considera como tránsito de diseño la mitad del tránsito total, lo que significa el uso de un Fd=0.5

Volumen de vehículos comercialesó Tránsito Normal: De acuerdo a los resultados del conteo el total de vehículos comerciales (buses y camiones) es de 18 en un día normal y 23 en un día de mercado.

El volumen de vehículos comerciales es de: (6/7) x 18 + (1/7) x 23 = 19

11.1.5 Factor de Corrección por Estacionalidad: Es un valor que afecta al volumen de vehículos comerciales dependiendo de los cambios en el tránsito durante los diferentes meses del año, al no existir series históricas de estudios de tránsitos mensuales en la vía se adopta un valor de 1 para ésta variable.

11.1.6 Periodo de Diseño: “Dado el bajo nivel de tránsito de las vías que caen dentro del ámbito de éste Manual y considerando las limitaciones de tipo operativo con que probablemente

38

desarrollen su misión las entidades encargadas de su construcción y su mantenimiento, se ha

considerado prudente adoptar un periodo de diseño estructural de diez (10) años”.7

11.1.7 Porcentaje de vehículos comerciales: Se calcula el porcentaje de vehículos comerciales (buses y camiones) dentro del total de vehículos comerciales obtenidos durante el conteo.

La siguiente tabla muestra éstos resultados.

Total de Vehículos Comerciales Durante el Conteo

% Buses

% Camiones

41

61

39

Tabla 12. Composición porcentual vehículos comerciales Fuente: Autor del libro

11.1.8 Número acumulado de ejes equivalentes de 80kN en el año de diseño: Ésta variable se calcula mediante la formula N80kNaño base = 365dias/año x [Σ (Volumen Vehículos Comerciales x %Vki x FDk)] x Fd. N80kNaño base = 365dias/año x [(19x0.61x1.0) + (19x0.39x1.01)] x 0.5 N80kNaño base = 3481

11.1.9 Número acumulado de ejes equivalentes de 80kN en el carril de diseño para el periodo de diseño: Ésta variable se calcula mediante la formula N80kNcarril de diseño = N80kN x (1+r)n - 1 r Tomando r = 2% y n = 10 años N80kNcarril de diseño = 3481 x (1+0.02)10 – 1 0.02

= 38116

Tomado de: “Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito, INVIAS 2007”.Pg 6 7

39

11.1.10 Número acumulado de ejes equivalentes de 80kN en el carril de diseño para el periodo de diseño con el nivel de confianza dado (N'): El Método AASHTO-93 considera que las diferencias entre el tránsito estimado para el diseño y el tránsito que realmente soporta la vía presenta una distribución normal con una desviación estándar, en pavimentos asfálticos, de s= 0.058.

Éste nivel de confianza es asumido por el proyectista, para nuestro caso usaremos un nivel de confianza de 80%, con Zr = 0.842

Confiabilidad 70% 75% 80% 85% 90% 95% 96% 97% 98% 99%

Zr 0.524 0.674 0.842 1.036 1.282 1.645 1.751 1.881 2.055 2.328

Tabla 13. Nivel de confianza Tomado de: “Manual de Diseño de Pavimentos Asfalticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito INVIAS 2007” Pg 16

N'80kN = N80kNcarril de diseño x (100.05Zr) N'80kN = 38116 x (100.05x0.842) = 41996 ejes de 80kN en el carril de diseño.

11.1.11 Tránsito Atraído: Debido a lo complejo de su cuantificación, se toma el concepto del Instituto de Ingenieros de Estados Unidos que asigna un porcentaje de entre 5 y 25% del tránsito normal.

Para nuestro trabajo se tomara un porcentaje del 10% del tránsito normal que es de 19 vehículos Tomado de: “Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito, INVIAS 2007” Pg 10 8

40

Tránsito Atraído = 19 x 0.1 = 2 vehículos 11.1.12 Tránsito Generado: “Es el crecimiento que se presenta por el incremento que en la producción agrícola, pecuaria, minera, industrial, comercial o turística que se genera en unazona por la construcción de una nueva carretera o el mejoramiento y/o pavimentación de una vía existente”9 Para éste proyecto se adoptará un 2% del tránsito normal, ya que la zona de ubicación del proyecto se encuentra dentro de la categoría de “Área con potencial turístico alto” de acuerdo a la siguiente tabla.

Clasificación del área del proyecto Área con potencial minero alto Área con potencial agrícola alto Área con potencial turístico alto Área con bajo potencial de desarrollo

Porcentaje de tránsito Población generado como función beneficiada, hab del Tránsito normal Menos de 5000 5000 o más

3.0 6.0

Menos de 5000 5000 o más Menos de 5000 5000 o más

2.5 5.5 2.0 3.5 1.5

Tabla 14. Tránsito Generado Tomado de: “Manual de Diseño de Pavimentos Asfalticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito INVIAS 2007”, Pg 31

Tránsito Generado = 19 x 0.02 = 1

Tomado de: “Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito, INVIAS 2007”. Pg 30 9

41

12. Diseño de la Estructura del Pavimento Flexible

12.1 Determinación de Espesores Constructivos De acuerdo a la recomendación del estudio de suelos no es posible el uso del afirmado existente como parte de la estructura del pavimento, por tanto se adopta la alternativa 5 del Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito, de INVIAS página 74 que muestra la siguiente estructura de pavimento:

1 2

3

1 MDC-2 e=50mm 2 BG e=150mm 3 SBG e=150mm Figura 10. Corte Transversal Estructura del Pavimento

Siendo: MDC-2: Mezcla densa en caliente tipo 2 BG: Base granular SBG: Subbase granular

Mezcla Densa en Caliente Tipo 2: Se toma de la siguiente tabla del Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito, INVIAS, página 75.

42

Como el tránsito del proyecto está por debajo de los 150000 ejes de 80kN en el carril de diseño, el espesor de la capa de rodadura es de 50mm.

Categoría de tráfico T1 T2

Rango de ejes de 80kN en el carril de diseño < 150.000 150.000 - 500.000

hmin (mm) 50 75

Tabla 15. Espesor de la capa de rodadura Tomado de: “Manual de Diseño de Pavimentos Asfalticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito INVIAS 2007”, Pg75

De acuerdo a la tabla 450.3 del“Manual de Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVIAS”, para capas de rodadura con espesores compactados entre 40 y 60mm se deben utilizar mezclas tipo MDC-2 ó MSC-2.

Base Granular: Para ésta se toma un espesor mínimo recomendado por el Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito, INVIAS, página 75 de 150mm.

Subbase Granular: Éste espesor también es adoptado de acuerdo a las recomendaciones del Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito, INVIAS, página 77 que le da un espesor de 150mm.

12.4 Características de los Materiales: A continuación se describen algunas características generales de los materiales, éstas son tomadas del “Manual de Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVIAS”.

12.4.1 Subbases Granulares: Para la construcción de afirmados y subbases granulares, los materiales serán agregados naturales clasificados o podrán provenir de la trituración de rocas y gravas, ó podrán estar constituidos por una mezcla de productos de ambas procedencias.

43

Los agregados para la construcción de la subbase granular se deberán ajustar a alguna de las franjas granulométricas que se indican en la siguiente tabla.

TAMIZ NORMAL ALTERNO 50.0mm 2" 37.5mm 1 1/2" 25.0mm 1" 12.5mm 1/2" 9.5mm 3/8" 4.75mm No 4 2.0mm No 10 425µm No 40 75µm No 200

PORCENTAJE QUE PASA SBG-1 SBG-2 100 70-95 100 60-90 75-95 45-75 55-85 40-70 45-75 25-55 30-60 15-40 20-45 6-25 8-30 2-15 2-15

Tabla 16. Granulometría Subbase Granular Tomado de: Manual de Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVIAS

Para la construcción de bases granulares, será obligatorio el empleo de un agregado que contenga una fracción producto de trituración mecánica.

Al igual que para la subbaselos agregados para la construcción de la base granular se deberán ajustar a alguna de las franjas granulométricas que se indican en la siguiente tabla.

TAMIZ NORMAL ALTERNO 37.5mm 1 1/2" 25.0mm 1" 19.0mm 3/4" 9.5mm 3/8" 4.75mm No 4 2.0mm No 10 425µm No 40 75µm No 200

PORCENTAJE QUE PASA BG-1 BG-2 100 70-100 100 60-90 70-100 45-75 50-80 30-60 35-65 20-45 20-45 10-30 10-30 5-15 5-15

Tabla 17. Granulometría Base granular Tomado de: Manual de Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVIAS

44

En ambos casos, las partículas de los agregados serán duras, resistentes y durables, sin exceso de partículas planas, alargadas, blandas o desintegrables y sin materia orgánica u otras sustancias perjudiciales. Sus condiciones de limpieza dependerán del uso que se vaya a dar al material.

La siguiente tabla muestra los ensayos, normas y porcentajes que deben cumplir los materiales usados para bases y subbases granulares.

45

ENSAYO

Granulometría

NIVEL DE TRANSITO T1

NORMA DE ENSAYO INVIAS

SUBBASE GRANULAR

BASE GRANULAR

E-213

Tabla 320.1

Tabla 330.1

≤50

≤40

DUREZA Desgaste en la máquina de los Ángeles (Gradación A) En seco, 500 revoluciones (%) En seco, 100 revoluciones (%)

E-218

≤8 ≤55

Después de 48 horas de inmersión, 500 revoluciones (%)

≤2

Relación húmedo-seco, 500 revoluciones Desgaste en el equipo Micro-Deval (%)

E-238

Evaluación de la resistencia mecánica por el método del 10% de finos Valor en seco (KN) Relaciónhúmedo-seco (%)

E-224

Contenido de terrones de arcilla y partículas deleznables (%)

E-211

≤2

≤2

E-220

≤12

≤12

≤18

≤18

Durabilidad Perdidas en el ensayo de solidez de sulfatos Sulfato de sodio (%) Sulfato de magnesio (%) Limpieza Limite liquido (%)

E-125

≤40

≤40

Índice de plasticidad (%)

E-126

≤6

≤3

Equivalente de arena (%)

E-133

≥25

≥30

Valor de azul de metileno

E-235

Contracción lineal

E-127

≥10

Geometría de las partículas Índices de alargamiento y aplanamiento (%)

E-230

≥35

Porcentaje de caras fracturadas (una cara)

E-227

≥50

Angularidad de la fracción fina (%)

E-239

Resistencia del material CBR (%) Nota: Porcentaje asociado al valor mínimo especificado de la densidad seca, medido en una muestra sometida a cuatro días de inmersión. Método D

E-148

≥30

≥80

Tabla 18. Requisitos de los Agregados Para Subbases y bases Granulares Tomado de: Manual de Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVIAS

12.4.2 Mezcla asfáltica en caliente MDC-2: Los agregados pétreos no serán susceptibles de ningún tipo de meteorización o alteración físico-química apreciable bajo las condiciones más desfavorables que presumiblemente se puedan dar en la zona de empleo. Tampoco podrán dar origen, con el agua, a disoluciones que puedan causar daños a estructuras o a otras capas del pavimento, o contaminar corrientes de agua.

46

El agregado fino deberá proceder en su totalidad de la trituración de piedra de cantera o de grava natural, o parcialmente de fuentes de arena. La proporción de agregado fino no triturado, no podrá exceder la del agregado fino triturado.

El material bituminoso para elaborar la mezcla en caliente será seleccionado en función de las características climáticas de la zona y las condiciones de operación de la vía.

La siguiente tabla muestra la franja granulométrica para la mezcla en caliente MDC-2

TIPO DE MEZCLA

37.5 11/2"

25.0 1"

19.0 3/4"

12.5 1/2"

TAMIZ (mm/U.S. Estándar) 9.5 2.74 2.0 0.425 3/8" No 4 No 10 No 40

0.180 No 80

0.075 No 200

% PASA DENSA MDC-2 100 80-95 70-88 49-65 29-45 14-25 8-17 4-8 Tabla 19. Franja Granulométrica Mezcla en Caliente MDC-2 Tomado de: Manual de Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVIAS

47

13. OBRAS DE DRENAJE

13.1 Bermacunetas: Actualmente la via no cuenta con cunetas, como vimos en la página 29, de acuerdo al tipo de vía y a la velocidad de diseño se deben diseñar bermacunetas de 1mt de longitud, en los anexos figura 11 se muestra el detalle de la bermacuneta propuesta para ser construida en éste proyecto.

13.2 Alcantarillas:

Como se muestra en el capítulo 7 del presente libro pagina 20, la vía cuenta con nueve (9) alcantarillas, ubicadas en las abscisas K0+270, K0+450, K0+760, K1+370, K1+480, K1+590, K1+680, K1+810, K1+990, dichas alcantarillas se encuentran en mal estado y llenas de maleza por lo que se deben hacer trabajos de limpieza en encoles, cuerpo y descoles, la siguiente tabla muestra el estado y el tratamiento necesario en cada alcantarilla.

No 1 2 3 4 5 6 7 8

Abscisa K0+270 K0+450 K0+760 K1+370 K1+480 K1+590 K1+680 K1+810

Tratamiento Limpieza Limpieza Limpieza, construcción de descole Limpieza Limpieza, construcción de descole Limpieza Limpieza Limpieza, construcción de descole

9

K1+990

Limpieza

Tabla 20 Estado Actual de Alcantarillas Fuente: Autor del libro

De acuerdo al nuevo diseño geométrico se garantiza la pendiente mínima de 0,5% que permite un escurrimiento normal de aguas de escorrentía, además es necesaria la construcción de nuevas alcantarillas en las abscisas K0+230, K1+550 y K1+950 puntos en

48

donde de acuerdo a los nuevos alineamientos se forma una batea, en los anexos, figuras 12, 13 y 14 se muestran los detalles de alcantarilla propuesta para su construcci贸n.

49

14. Presupuesto Con base en los resultados del levantamiento topográfico, y el diseño de la estructura del pavimento flexible por el método de INVIAS, se realizó el siguiente presupuesto de obra, para el valor de costo unitario de los diferentes Ítems se utilizó la tabla de actividades y precios de INVIAS 2013.

PREDISEÑO GEOMETRICO Y DE ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO PARA LA VIA VEREDA CRUZ DE BONZA (PAIPA)-LA TRINIDAD (DUITAMA) SECTOR SANTO DOMINGO–RIO SURBA MUNICIPIO DE PAIPA, DEPARTAMENTO DE BOYACA

ESPECIFICA CION INVIAS

COMPONENTE Y SUS ACTIVIDADES

Localización y replanteo topográfico

UND

CANT

COSTO UNITARIO

COSTO TOTAL

Km

2,09

$1.741.921

$3.640.614,89

230 - 07

Mejoramiento de la subrasante utilizando unicamente material adicionado

M3

627,00

$61.533

$38.581.191,00

600 - 07

Excavaciones varias sin clasificar

M3

1.933,48

$10.534

$20.367.278,32

630 - 07

Concreto clase F (2000psi)

M3

15,00

$348.075

$5.221.125,00

630 - 07

Concreto clase G (Ciclopeo 40%9

M3

70,00

$422.080

$29.545.600,00

M3

2.796,45

$45.161

$126.290.478,45

ML

60,00

$375.837

$22.550.220,00

M3

1.881,00

$93.607

$176.074.767,00

610 - 07 661 - 07 320 - 01

Relleno para estructuras Suministro e instalación de tubería de concreto reforzado D=900mm diametro interno, incluye emboquillada Suministro, transporte, extendida y compactación de material granular para Sub-base. E=0.15 mts.

330 - 07

Suministro, transporte, extendida y compactación de material granular para base. E=0.15 mts.

M3

1.881,00

$122.207

$229.871.367,00

420 - 07

Riego de imprimacion con emulsion asfaltica (0.8 LT/M2)

M2

12.540,00

$981

$12.301.740,00

450 - 07

Construcción de carpeta asfáltica en caliente MDC-2, (incluye barrido, soplado, suministro y compactación)

M3

627,00

$481.984

$302.203.968,00

Construccion Bordillo en concreto 2500 PSI, según diseño.

ML

4.180,00

$59.359

$248.120.620,00

M3

7.837,96

$25.098

$196.717.120,08

M3

418,00

$445.457

$186.201.026,00

ML

6.270,00

$1.159

$7.266.930,00

20,00

$187.745

$3.754.900,00

672

Excavación varias en material comun en seco a mano 600 Cuneta revestida en concreto fundidas en sitio.

671 - 07 700 - 07 710 - 07

Linea de Demarcacion con pintura en frio Suministro e instalación señal vial reglamentaria, diámetro 75 cm. según norma INV

UND

TOTAL COSTO DIRECTO AIU 30% (ADMINISTRACION 22%, IMPREVISTOS 3% Y UTILIDAD 5%) TOTAL

$1.608.708.946,00 $482.612.684,00 $2.091.321.630,00

50

15. Conclusiones y Recomendaciones

De acuerdo al estudio de suelos, cuenta con una capa de material de afirmado de grava arcillosa mal gradada no apta para hacer parte de la estructura del pavimento, no se encontró nivel freático, por lo que el suelo es impermeable.

La capa de subrasante tiene un CBR de 11%, lo que indica una buena capacidad portante del suelo, apta para la construcción de la estructura del pavimento.

De acuerdo al análisis vehicular, se pudo clasificar la vía como de bajo volumen de tránsito, perteneciendo según el Manual de Diseño de Pavimentos Asfalticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito INVIAS 2007 a la categoría T1.

El tramo de vía tiene pendientes longitudinales promedios entre 0.5% y 18%, categorizándola como terciaria ondulada.

El diseño geométrico presentado cambia las características actuales de la vía, como anchos de carril, radios de curvatura, pendientes verticales, alineamientos horizontales y verticales, con lo que se busca darle más comodidad y seguridad para los usuarios.

El resultado del diseño de la estructura del pavimento es de 5cm de MDC-2, 15cm de base granular y 15cm de subbase granular, las características de los materiales se muestran en el capítulo 12 “Diseño de la Estructura del Pavimento”.

En cuanto a obras de arte, cuenta con algunas alcantarillas, el problema es que están llenas de vegetación y los encoles y descoles están deteriorados, por lo cual no cumplen con su función, es necesario hacer una limpieza y mantenimiento, en el capítulo de drenajes pagina

51

47 se muestra el cuadro de resumen de ubicación y tratamiento que necesita cada alcantarilla para su buen funcionamiento.

Se recomienda la posibilidad de construir un muro de contención en concreto reforzado o en gaviones en la zona aledaña al puente sobre el río surba, ya que el ancho de calzada queda muy cercana a la margen del río, y aunque actualmente no se presentan inconvenientes, se debe evitar la futura erosión de ésta zona por parte del río y el posible deterioro de la estructura del pavimento.

El presupuesto de la obra es de $2091´321.630, lo que indica que cada Kilómetro de vía tiene un costo aproximado de $1.000´000.000, lo que es aceptable para éste tipo de obras.

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Anexos Estudio de suelos

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91

Tabla 21. Conteo vehicular

92

Tabla 22. Conteo vehicular

93

1.37

.33

.10

.17

1.00

.10

.10

.10

Figura 11. Detalle Bermacuneta

Material: Concreto clase F (2500psi)

0,55

0,2

Unidades en metros

1,8

36"

0,6

1,3

Figura 12. Detalle Alcantarilla

1,8

1,3

0,6

94

2,2

3

1,8

Linea superior del tubo

0,15

0,25

1,1

Figura 13. Detalle Perfil de Alcantarilla

Concreto ciclopeo 0,2

Concreto clase F

1,8

0,15

0,37

2,35

tuberia de 36"

Figura 14. Detalle Cuerpo de la Alcantarilla

Especificaciones Tubería de 36” Concreto para solado y muros clase F (2500psi) Concreto para recubrimiento de tubo, clase G (40% ciclópeo y 60% concreto de 2500psi) Las unidades de la alcantarilla están dadas en metros.

95

Glosario

CBR ó Índice de california: medida de la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo.

SPT: Ensayo de penetración estándar.

DCPT: Ensayo con el cono dinámico de penetración.

INVIAS: Instituto Nacional de Vías.

AASHTO: American Association of StateHighway and TransportationOfficials, (Asociación Americana de Carreteras Estatales y Transportes Oficiales) IDEAM: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia TPD: Transito promedio Diario.

MDC 2: Mezcla asfáltica en caliente tipo 2.

BG 2: Base Granular Tipo 2.

SBG 1: Subbase Granular Tipo 1.

GC: Grava arcillosa.

CL: Arcillas de baja plasticidad.

BN: Pendiente transversal que se le da al pavimento con el fin de conducir las aguas de escorrentía hacia la cuneta.

96

Referencias Bibliográficas

Montejo Fonseca, A. (2002). Ingeniería de pavimentos para carreterasBogotá: Universidad Católica de Colombia.

Crespo, V. C. (1994). Mecánica de suelos y cimentaciones México: Limusa.

Jaime, S. D. (1998). Ingeniería de suelos aplicada a las cimentaciones Bucaramanga: segunda edición, 1-163.

Manuel, D. V. (2001). Ingeniería de fundaciones Bogotá: Escuela colombiana de ingeniería.

http://www.slideshare.net/anafenech/modelo-apa-bibliografia

http://es.wikipedia.org/wiki/American_Association_of_State_Highway_and_Transportatio n_Officials http://institucional.ideam.gov.co/jsp/index.jsf http://www.ingenierocivilinfo.com/2011/09/indice-de-serviciabilidad-pavimentos-de.html http://www.camineros.com/docs/cam057.pdf Manual de Diseño Geométrico de Carreteras, INVIAS 2008.

Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos Para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito, INVIAS 2008