Proyecto final de rehabilitacion de pavimentos by santiago_aristizabal

DISEÑO DE REHABILITACION DE PAVIMENTO: ALTERNATIVA EN PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO “VIA MONTENEGRO – QUIMBAYA, LONGITUD UN KILOMETRO”

ANDRÉS SANTIAGO ARISTIZABAL MORENO – 1112773614 REHABILITACION DE PAVIMENTOS

Ingeniero Civil, Especialista en Administración URIEL ORJUELA OSPINA Tutor

Programa de Ingeniería Civil

Armenia, 11 de Mayo del 2015

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TABLA DE CONTENIDO 1. 2.

INTRODUCCION .......................................................................................................3 OBJETIVOS ...............................................................................................................4 2.1. OBJETIVO GENERAL .........................................................................................4 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS................................................................................4 3. DESCRIPCION DEL LUGAR DE TRABAJO ..............................................................5 4. MARCO REFERENCIAL E INSTITUCIONAL.............................................................6 4.1. MARCO TEÓRICO ..............................................................................................6 4.1.1. Pavimento ........................................................................................................6 4.1.2. Clasificación de los pavimentos .......................................................................6 4.1.2.1. Pavimento Flexibles ..................................................................................6 4.1.2.2. Pavimentos Rígidos ..................................................................................7 4.1.3. Métodos De Diseño Para Los Pavimentos .......................................................7 4.1.3.1. Método De Diseño PCA ( Portland Cement Association) ..........................7 4.1.4. Variable Tránsito ..............................................................................................9 4.1.4.1. Según El Manual De Bajos Volúmenes De Tránsito Para Pavimentos Asfálticos 9 4.1.4.2. Según El Manual De Bajos, Medios Y Altos Volúmenes De Tránsito Para Pavimentos Rígidos ................................................................................................. 14 4.1.4.3. Serviciabilidad ......................................................................................... 15 4.1.4.4. Confiabilidad ........................................................................................... 16 5. CARACTERIZACIÓN DE LA ESTRUCTURA EXISTENTE ...................................... 17 5.1. Estudio geotécnico ............................................................................................ 17 5.2. CAPACIDAD ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO EXISTENTE. ....................... 17 6. ESTUDIO DE TRANSITO ........................................................................................ 20 6.1. TRANSITO PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE ............................. 20 6.1.1. Serie Histórica................................................................................................ 20 6.1.2. Numero De Ejes Equivalentes........................................................................ 20 6.2. TRANSITO PARA DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO ...................................... 30 7. MODELACIÓN Y DISEÑO DE ALTERNATIVAS EN PAVIMENTO FLEXIBLE......... 36 7.1. DISEÑO DE ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN ....................................... 36 7.2. PROCESAMIENTO DE LAS DEFLEXIONES MEDIANTE EL PROGRAMA DEFLEX....................................................................................................................... 36 7.3. OBTENCIÓN DE LOS MÓDULOS DE LA ESTRUCTURA EXISTENTE............ 37 7.4. ESFUERZOS ADMISIBLES .............................................................................. 40 7.4.1. Deformacion admisible en la carpeta asfaltica ............................................... 40 7.4.2. Deformacion admisible en la subrasante ........................................................ 41 7.5. DISEÑO DE ALTERNATIVAS ........................................................................... 41 6.5.2. ALTERNATIVA 1 (RECOMENDADA) ............................................................ 41 6.5.3. ALTERNATIVA 2............................................................................................ 43 7.6. MODULO DE REACCION DE LA SUBRASANTE ............................................. 46 7.7. TRANSITO DE DISEÑO .................................................................................... 48 8. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 52

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INTRODUCCION

El presente documento corresponde a un ejercicio académico de la asignatura de rehabilitación de pavimentos de la universidad del Quindío, en el cual se pretende realizar el diseño de rehabilitación de un tramo de vía, la cual debe contener la solución de alternativa tanto en pavimento flexible como en pavimento rígido. Para efectos prácticos de este documento la información de campo se obtuvo de información secundaria como lo es el caso de la caracterización de la estructura de pavimento existente. Para la determinación del tránsito se hizo uso del registro de la serie histórica de la vía que comunica los municipios de Montenegro y Quimbaya en el departamento del Quindío. Dentro del alcance del presente diseño se encuentra contemplada la rehabilitación únicamente de un tramo con longitud de un kilómetro de la vía mencionada anteriormente.

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2.1.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Diseñar la rehabilitación de la estructura de un pavimento con alternativa en pavimento flexible y rígido para el tramo de un kilómetro de la vial “MONTENEGRO– QUIMBAYA”.

2.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Establecer el tránsito (N° de ejes equivalentes) bajo el cual estará sometida la estructura del pavimento durante el periodo de diseño de las dos alternativas de diseño. Caracterizar mediante el estudio geotécnico obtenido, la zona de estudio del tramo vial, estableciendo las propiedades de los materiales a utilizar en las diferentes capas de las estructuras de pavimento. Chequear los espesores de las capas del pavimento de las diferentes alternativas, con la ayuda del software de diseño DEPAV y BS-PCA, comparando los esfuerzos últimos con las leyes de fatiga de cada material. Definir las diferentes alternativas de diseño.

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DESCRIPCION DEL LUGAR DE TRABAJO

La vía se encuentra en la parte occidental del departamento del Quindío, la zona pertenece al paisaje cultural cafetero, la actividad económica de la zona es la agricultura seguido por el turismo. En la región se cultiva el café, plátano, y diferentes tipos de hortalizas. La vía corresponde a una calzada de 7.3 m de ancho en dos carriles, el pavimento existente corresponde a una estructura flexible en toda su longitud, posee problemas de manejo de taludes y de obras de drenaje, la topografía del sitio es ondulada y posee variedad de curvas verticales y horizontales en su alzado geométrico. Dos grandes focos turísticos se encuentran en estos municipios, el parque del café ubicado en la ciudad de Montenegro y Panaca en el municipio de Quimbaya. Además existen muchas fincas turísticas y hoteles que atraen a muchos visitantes nacionales y extranjeros.

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4.1.

MARCO REFERENCIAL E INSTITUCIONAL

MARCO TEÓRICO

4.1.1. Pavimento Un pavimento es una estructura compuesta por diferentes capas, cada una corresponde a materiales apropiadamente seleccionados y compactados. Estas capas son apoyadas sobre la subrasante y se realizan con el fin de resistir adecuadamente los esfuerzos que le transmite el tránsito (cargas) durante el periodo para el cual fue diseñada la estructura. 4.1.2. Clasificación de los pavimentos Según la función para la cual sea diseñado el pavimento y las cargas que solicite soportar, se han clasificado los pavimentos de la siguiente manera: Pavimentos flexibles, rígidos, semirrígidos y articulados. 4.1.2.1.

Pavimento Flexibles

Este tipo de pavimento está formado generalmente por tres capas: una mezcla asfáltica, base granular y subbase granular. Este pavimento es llamado flexible debido a que puede adaptarse a los asentamientos que se tengan en la capa de fundación. Generalmente el pavimento flexible tiene una composición como:

Imagen 1. Composición de la estructura de un pavimento flexible

Fuente: Federico León Castaño Martínez, Jorge Mario Herrera Betín, Josñe N. Gómez Sáenz, Fredy Reyes Lizcano. Pontificia Universidad Javeriana, Colombia 2009 Infraestructura Vial, Vol 11  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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4.1.2.2. Pavimentos Rígidos Los pavimentos rígidos son aquellos que están conformados por una losa de concreto hidráulico, los cuales pueden recaer sobre una sub-base o directamente sobre la sub-rasante. Se caracterizan por que transmiten directamente los esfuerzos al suelo en una forma disminuida. A continuación se puede ver un esquema de un pavimento rígido. Imagen 2. Estructura de un pavimento rígido.

4.1.3. Métodos De Diseño Para Los Pavimentos Existen diversos métodos de diseño para el cálculo de espesores de capas de cada una de las estructuras de pavimento propuestas. Para el pavimento flexible se pueden diseñar espesores por métodos empíricos como la AASHTO o con métodos empíricos y mecánicos como el RACIONAL, también se pueden calcular mediante estos dos métodos los espesores de capa del pavimento rígido, además del método PCA que permite el diseño de este tipo de pavimentos exclusivamente.

4.1.3.1. Método De Diseño PCA ( Portland Cement Association) Para el diseño de los pavimentos en concreto hidráulico, el método PCA, se basa en los conceptos de fatiga mecánica para determinar, mediante modelos matemáticos el espesor y la calidad del concreto. Se aclara que el método de diseño PCA es únicamente desarrollado para el diseño de pavimentos rígidos, el cual tiene como fundamento el conocimiento de varias teorías de pavimentos como lo son: la teoría de Westergaard, Picket and Ray y el método de los elementos finitos.

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Este método se generó por la experiencia en el comportamiento de varias pruebas e investigaciones como la ARLINGTON Test, así como también varios proyecto laborados por la misma PCA. Gran parte de este método fue desarrollado interpretando los resultados del modelo de elementos finitos en el comportamiento de una losa de espesor variable y dimensiones conocidas (180 x 144pulgadas) a la cual se le aplicaron cargas en el centro, en el borde y de esquina, considerando diferentes condiciones de apoyo y soporte. Módulo De Reacción De La Subrasante: Este parámetro tiene como objetivo reemplazar una masa de suelo por resortes elásticos equivalentes, con una constante K por unidad de área, lo cual en realidad es una conveniencia matemática que facilita los cálculos de esfuerzos y deformaciones en las interfaces de la estructura y el suelo ya que las deformaciones se hacen proporcionales a los esfuerzos aplicados. Este concepto fue introducido por WINKLER y posteriormente desarrollado, discutido y usado por la profesión, vale la pena aclarar que este parámetro no es una propiedad intrínseca del suelo, hay múltiples modelos para su evaluación y no es posible determinarlo únicamente con ensayos normalizados. Juntas: Las juntas son parte muy importante de los pavimentos de concreto y se realzan con el fin de control los esfuerzos que se presentan en el concreto como consecuencia de los movimientos de contracción y de dilatación del material y a los cambios de temperatura y humedad, entre la cara superficial y la de soporte de las losas de concreto. En principio las losas tendrán el ancho del carril y su longitud debe estar comprendida entre 3,6 y 5,0m y la relación entre el largo y ancho de las losas debe oscilar entre 1 y 1,3. Se ha observado que losas cuadradas tienen un mejor comportamiento estructural. Modulo De Rotura: La resistencia a la flexión del concreto es una medida de la resistencia a la tracción del mismo. Con este módulo lo que se busca es medir la resistencia a la falla por momento ya sea a una viga o a una losa de concreto no reforzada. Se mide mediante la aplicación de cargas de concreto de 6x6 pulgadas (150mmx150mm) y con una luz de como mínimo tres veces el espesor. La resistencia a la flexión se expresa como el módulo de rotura (MR) en (Mpa) y es determinada mediante los ensayos ASTM C78 o ASTM C293. El módulo de rotura se encuentra cerca del 10% al 20% de la resistencia a compresión, en dependencia del tipo, dimensiones y volúmenes del agregado grueso utilizado.  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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4.1.4. Variable Tránsito El tránsito puede calcularse de diferentes maneras, dependiendo del volumen total que pueda proyectarse para la vía y el uso que se le vaya dar a la misma. Se explicarán dos maneras de hacerlo basados en los criterios del Instituto nacional de vías (INVIAS) para vías en pavimentos flexibles y para vías en pavimentos rígidos. 4.1.4.1. Según El Manual De Bajos Volúmenes De Tránsito Para Pavimentos Asfálticos El tránsito es una de las variables más importantes para el diseño de pavimentos, pues influye directamente en la vida útil de servicio del mismo y es la variable que habrá que cuantificar para evitar daños funcionales y estructurales del pavimento. De forma práctica se explicarán las fallas a las cuales están sometidos los pavimentos, debido al uso y al nivel de tránsito. Fallas Funcionales: Percepción del usuario de la vía sobre el servicio que esta presta. Concepto de Serviciabilidad. Serviciabilidad: Es la condición necesaria de un pavimento para proveer a los usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento. Inicialmente esta condición se cuantificó a través de la opinión de los conductores, cuyas respuestas se tabulaban en la escala de 5 a 1 tal como se puede observar en la tabla N° 1. Tabla 1. Indice de servicialidad

Fallas Estructurales: Capacidad de disipar la energía por la carga de tránsito sobre los pavimentos. Se han determinado 3 tipos de vehículos para determinar los niveles de tránsito y diferencias a los vehículos que transitan por el país. A: Vehículos livianos (automóviles) B: Buses C: Camiones  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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En la siguiente imagen se pueden observar los tipos de vehículos que transitan por las vías de Colombia. Imagen 3. Tipos de vehículos

La conversión de vehículos a ejes equivalentes de eje simple de rueda doble de 8.2 Tonf, los factores daño necesarios para el cálculo de los ejes equivalentes de 8.2 Tonf, se pueden observar en la tabla N° 2.

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Tabla 2. Factor daño de acuerdo al tipo de vehículo

Factor direccional: En la tabla 3. Se indica el factor direccional (Fd) por adoptar para el diseño según el ancho de la calzada. Tabla 3. Factor distribución

Fuente: Manual de diseño para pavimentos flexibles para bajos volúmenes de tránsito del INVIAS. Cálculo del tránsito para diferentes condiciones de tránsito actual: Cuando existe serie histórica de tránsito: Cuando en el tramo de vía analizado se encuentra una estación de conteo de tránsito, con información continua de por lo menos 5 años. El procedimiento para la determinación del tránsito normal se describe a continuación: a. Identificación de la serie histórica del tránsito en la estación de conteo seleccionada b. Conversión de la serie histórica del tránsito a ejes equivalentes de 8.2 ton

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Dónde: N 8.2tonf.diario.año: Número de ejes equivalentes de 8.2 Tonf en cada año i de la serie histórica. TPDSaño i: Tránsito promedio diario semanal en cada año i de la serie histórica. %Vk año i: Porcentaje del tipo de vehículo k en cada año i de la serie histórica expresada en tanto por uno. FDk año i: Factor de daño del tipo de vehículo K para cada año i. Normalmente es el mismo para todos los años i del periodo de la serie histórica c. Análisis estadístico de la serie histórica: se establecen los modelos de crecimiento factibles para las condiciones del estudio. d. Selección del modelo factible de crecimiento de tránsito: se acepta o rechaza un modelo sobre la base de los resultados de los coeficientes estadísticos, del análisis de las variables independientes adoptadas y de consideraciones acerca de las particularidades del proyecto. e. Estimación del tránsito proyectado para el periodo de diseño, en el carril de diseño y considerando un nivel de confianza predeterminado.  Cálculo del error estándar (σ) del modelo de crecimiento del tránsito seleccionado.

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 Cálculo del error estándar en la predicción del tránsito, error de pronóstico por año en el periodo de diseño.

 Cálculo de los valores de corrección para el tránsito equivalente proyectado en cada uno de los años del periodo de diseño, con base en el nivel de confianza deseado. En la tabla 4 se muestran los valores de Zr para diferentes niveles de confianza. Tabla 4. Valores del Zr de acuerdo al nivel de confiabilidad.

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f. Cálculo del número de ejes equivalentes de 8.2 ton diarios, corregidos por confiabilidad, en cada uno de los años del periodo de diseño. g. Cálculo del número de ejes equivalentes de 8.2 ton acumulados durante el periodo de diseño. h. Cálculo del número de ejes equivalentes de 8.2 ton acumulados en el carril de diseño durante el periodo de diseño, por concepto de la componente normal del tránsito.

4.1.4.2. Según El Manual De Bajos, Medios Y Altos Volúmenes De Tránsito Para Pavimentos Rígidos La variable tránsito se puede calcular con diferentes grados de aproximación. Las más precisas parten del análisis de registros históricos de conteos y peajes sobre la vía que se va a pavimentar. Los conteos permiten que se haga una proyección con la idea de que el tránsito pasado permite predecir el que pasará. Por su parte los menos precisos se hacen teniendo en cuenta el ancho y el tipo de la vía que se tiene, o con base en algunas consideraciones acerca del servicio que va a prestar la vía. La clasificación vehicular se acoge a los lineamientos regulativos de la regulación 4100 de 2004, expedida por el Ministerio de Transporte. Los vehículos se clasifican así: A: Automóviles, camperos, camionetas y microbuses

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Tabla 5. Cargas Máximas vehiculares.

Fuente: Documento diseno de un pavimento rígido. INVIAS Factor Camión: El factor camión se puede entender como el número de aplicaciones de ejes sencillos cargados con 8.2 toneladas que es necesario que circulen por un pavimento para hacer el mismo daño que un camión con una carga cualquiera. El factor camión equivale a la sumatoria de los factores de equivalencia calculados para cada eje.

4.1.4.3. Serviciabilidad En este método de diseño la serviciabilidad de un pavimento se define como la condición de un pavimento para ofrecer a los usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento. Según la AASHTO, la forma de evaluar la serviciabilidad es a través del índice de servicio presente (PSI), el cual varía desde 0 (carretera intransitable), hasta 5 (carretera en excelente estado). El parámetro utilizado en el método de la AASHTO es llamado ΔPSI y corresponde a la variación de este nivel de serviciabilidad a lo largo del periodo de diseño del pavimento y se calcula como: ΔPSI= Po- Pt Donde: Po es la serviciabilidad inicial (Se toma un valor de 4.2 para pavimentos flexibles) y Pt es la serviciabilidad final (se toma como valor mínimo 3.0 para pavimentos asfalticos)

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4.1.4.4. Confiabilidad El parámetro de confiabilidad hace referencia a la probabilidad de que la sección de pavimento que se va a diseñar se comportará como fue concebida en el cálculo para el periodo de diseño establecido. La finalidad de este factor según Montejo 2002, pág. 264, es incorporar algún grado de incertidumbre al proceso de diseño, para asegurar que las diferentes alternativas de este se mantengan para el periodo de análisis. Tabla 6. Niveles de confiabilidad de acuerdo a la clasificación de la vía.

Fuente: Obtenido de Ing. De pavimentos Alfonso Montejo (Tabla 5.44 pág. 264)

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5.1.

CARACTERIZACIÓN DE LA ESTRUCTURA EXISTENTE

Estudio geotécnico

El estudio geotécnico del presente documento pertenece a información secundaria como fue mencionado en la introducción. Para la elaboración del diseño de rehabilitación se hará uso de la siguiente información.

Tabla 7. Estudio geotécnico MUESTRA

APIQUE ABSCISA No. No. PROF. (cm) 1

K0+200

K0+700

K1+200

K1+700

K0+425

K0+925

K1+425

K1+925

5.2.

1 1 2 1 2 3 1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 2 3 1 2 3 1 2 3

48-170 57-127 127-170 40-70 70-125 125-170 59-69 69-91 91-119 119-139 139-170 40-90 90-120 120-140 140-170 52-102 102-152 152-170 44-94 94-144 144-170 64-114 114-174 174-190

GRANULOMETRIA No. 10 99.8% 84.7% 95.1% 89.34% 95.43% 89.4% 89.4% 99.6% 93.67% -

% PASA No. 40 No. 200 73.6% 18.6% 57.5% 13.3% 81.1% 42.8% 74.51% 32.90% 70.00% 19.25% 65.1% 18.5% 65.1% 18.5% 89.6% 19.9% 75.64% 24.51% -

ATTERBERG LL (%) 39% 26% 42% 25% NL 58% 58% NL NL -

CLASIFICACION Wn (%) LP IP AASHTO USCS (%) (%) GRUPO IG 32% 7% SM A-2-4 0.0 31.8% 20% 6% SM A-2-4 0.0 23.0% 27.9% 31% 11% SM A-7-5 2.0 40.8% 35.4% 34.3% 14.8% 16% 8% SC A-2-4 0.0 23.7% 51.2% 52.2% 23.5% NP NP SM A-2 0.2 24.5% 43.5% 27.6% 36.7% 44% 15% SM A-2-7 0.2 51.4% 50.0% 42.2% 44% 15% SM A-2-7 0.2 49.8% NP NP SM A-2 0 38.5% 40.7% NP NP SM A-2 0.00 28.2% 27.3% 26.1%

CBR (%) 30.7% 23.7% 4.7% 2.5% 30.3% 4.5% 4.4% 17.0% -

CAPACIDAD ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO EXISTENTE.

La capacidad estructural de la estructura del pavimento existente fue determinada a partir de información secundaria, para este proceso se necesitó realizar un ensayo que midiese las deformaciones en el pavimento ante la acción de cargas. Para ello se llevó acabo el ensayo de viga benkelman y se obtuvieron los siguientes resultados. Cabe resaltar que dicho ensayo no fue realizado por el autor del presente documento sino que se procesará la información de los datos suministrados por el tutor de la asignatura.  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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Tabla 8. Deflexiones del pavimento RADIO CURVATURA

DEFLEXIONES (1/100mm) Abscisa HUELLA EXTERNA

HUELLA INTERNA

D25

DE Rc

OBSERVACIONES

Medida

Corr. Medida

Corr. Medida Corr. (m)

284,1

100

312,5

150

305

303

284

283

156,3 Piel de cocodrilo (H)

200

132

131

47,3

Piel de cocodrilo (M)

250

102

101

156,3

Piel de izquierda

300

156,3 Desprendimiento de agregados (H)

350

400

312,5 Desprendimiento de agregados (H)

450

104,2

500

102

101

156,3 Grieta longitudinal (H)

550

142

141

132

131

312,5 Piel de cocodrilo (M)

600

183

181

142

141

78,1

Parche (L) + Grieta en bloque (H)

650

Parche (H)+ Piel de cocodrilo (M)

700

104,2 Desprendimiento de agregados (H)

750

122

121

800

156,3 Desprendimiento de agregados (L)

850

312,5 Desprendimiento de agregados (L)

900

112

111

148,8 Desprendimiento de agregados (L)

950

122

121

122

121

Desprendimiento de agregados (L)

1000

142

140

122

120

156,3

Obra de arte deteriorada (Parte derecha)

cocodrilo

(M)

Desprendimiento de agregados (H) Piel de izquierda

cocodrilo

(M)

Parte

Desprendimiento de agregados (H)

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Parte

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Con el objetivo de definir secciones homogéneas se debe analizar los diferentes parámetros de la estructura del pavimento, entre de estos parámetros se encuentran el CBR, y las deflexiones. Dado a que el alcance del documento es realizar el diseño de rehabilitación de un kilómetro, solo se cuenta con dos datos de CBR debido a que fueron tomados cada 500 m, por el factor que determinará las secciones homogéneas será el criterio de las deflexiones. Se muestra una gráfica del comportamiento de las deflexiones para el tramo de 1000 (m). Imagen 4. Deflexiones del pavimento

De la gráfica anterior se puede observar que las deflexiones se encuentran entre 50E-02 mm y 180E-02mm, se cuenta con un pico máximo de 330E-02mm, el cual antera significativamente la deflexión característica.

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6.1.

ESTUDIO DE TRANSITO

TRANSITO PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE

Las cargas bajo las cuales estará sometido el pavimento son cargas de servicio, debido al tránsito, así pues, la estructura del pavimento debe estar en capacidad de soportar estas solicitaciones, mediante una disipación de los esfuerzos, para transmitirlos a la superficie de apoyo. 6.1.1. Serie Histórica Para este diseño se cuenta con los volúmenes de transito correspondiente a la vía MONTENEGRO – QUIMBAYA del departamento del Quindío, provenientes del INVIAS. Tabla 9. Serie histórica de la via AÑO

TPDS

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

3698 3834 3896 4478 4237 4024 4091 3910 4986 4560 5357 4539 4008 4470 4583

AUTOS A% 86 86 88 85 81 82 78 69 71 74 75 71 69 73 73

BUSES B% 2 2 2 2 7 7 8 17 14 13 13 15 19 13 11

CAMIONES C% 12 12 10 13 12 11 14 14 15 13 12 14 12 14 16

C2-P % 59.16 59.16 59.16 59.16 59.16 59.16 59.16 59.16 59.16 59.16 51.07 48.2 52.48 60.59 44.45

C2-G % 29.11 29.11 29.11 29.11 29.11 29.11 29.11 29.11 29.11 29.11 36.52 37.02 34.85 31.61 40.37

CAMIONES C3-C4 % 7.15 7.15 7.15 7.15 7.15 7.15 7.15 7.15 7.15 7.15 8.29 9.13 6.29 5.14 9.32

C5 % 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 2.23 3.09 1.34 0.65 2.97

>C5 % 3.28 3.28 3.28 3.28 3.28 3.28 3.28 3.28 3.28 3.28 1.89 2.57 5.05 2.01 2.87

Fuente: Volúmenes de transito del INVIAS

6.1.2. Numero De Ejes Equivalentes De acuerdo al método de diseño de la AASHTO, se transforma el tránsito, a un numero de ejes equivalentes, de tal forma que se conozca el daño que se le generara a la estructura del pavimento por la acción repetida de este y además proyectar este número de ejes equivalentes según el periodo de diseño de la estructura.

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La conversión a ejes equivalentes de 8.2 (ton) se realiza mediante la siguiente expresión:

Donde:

Resumiendo la anterior expresión, podemos obtener otra más generalizada:

Para el efecto que genera cada tipo de vehículo sobre el pavimento, se establece un factor daño (FD), que indica la cantidad de ejes simple de rueda doble de 8.2 (ton), que equivale cada tipo de vehículo, de manera que se pueda establecer el daño sobre la estructura del pavimento. En el siguiente cuadro se observa el FD para cada tipo de vehículo:

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Tabla 7.Factor daño asociado a cada tipo de vehículo según la AASHTO

Tipo de Vehículo Auto Bus Camion C2P C2G C3-C4 C5 >C5

Factor Dano No Cargado -

Cargado 0.00 1.00

0.01 0.08 0.24 0.25 0.26

1.01 2.72 3.72 4.88 5.23

Con los factores daños establecidos para cada tipo de tránsito, se procede a determinar el número de ejes equivalentes, para obtener el modelo de crecimiento del tránsito. (Para la generación del grafico “N° de Ejes Equivalentes Vs. Año”, se establece una columna de Año relativo equivalente a la resta entre “Año y 1996” para obtener mediante la herramienta EXCEL, un modelo de crecimiento que se adopte a los datos de la serie histórica transformada en ejes equivalentes) AÑO 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Tabla 11. Tránsito equivalente AÑO RELATIVO TRANSITO EQUIVALENTE 1 913.2202125 2 946.8053798 3 814.7502208 4 1190.531111 5 1258.176133 6 1118.822015 7 1410.47338 8 1699.969155 9 2112.504379 10 1713.931814 11 1998.295996 12 2027.137462 13 1743.382044 14 1707.416092 15 2109.0966

Se procede a graficar los datos, con el fin de ajustar el modelo

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Imagen 5. Regresión lineal del tránsito

De la gráfica anterior se puede observar claramente que existen algunos puntos que se alejan mucho de la regresión los cuales pueden ser valorados como datos atípicos, por lo tanto son eliminados del modelo como se representa a continuación. Imagen 6. Datos atípicos de la Regresión lineal del tránsito

Del anterior grafico se puede observar que los puntos concernientes a los años 3, 9 y 14 se encuentran muy alejados de la regresión lineal. Dichos datos corresponden a los años (1999, 2005 y 2010) respectivamente

Una vez eliminados dichos datos atípicos del modelo tenemos la siguiente gráfica.

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Tabla 12. Tránsito equivalente Ajustado AÑO

AÑO RELATIVO

1997 1998 2000 2001 2002 2003 2004 2006 2007 2008 2009 2011 AÑO MEDIO

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

TRANSITO EQIVALENTE 913.2202125 946.8053798 1190.531111 1258.176133 1118.822015 1410.47338 1699.969155 1713.931814 1998.295996 2027.137462 1743.382044 2109.0966 2003.83

TABLA RESUMEN CON LAS DIFERENTES REGRESIONES Tabla 13. Regresiones para los modelos de crecimiento del tránsito para el diseño del Pav. Flexible..

MODELO ECUACIÓN LINEAL y = 111.73x + 784.56 0.0776x EXPONENCIAL y = 877.28e LOGARÍTMICA y = 507.78ln(x) + 665.07 POTENCIAL y = 792.7x0.3639 POLINOMICA y = -2.4165x2 + 143.15x + 711.26

R 0.8932 0.8933 0.8107 0.8622 0.8971

De la tabla anterior se observa que la regresión que mejor representa el crecimiento del tránsito es la polinómica bajo el criterio de la precisión del R, pero finalmente se optará por la regresión lineal pues es la que mejor representa los datos estableciendo un crecimiento normal del tránsito.

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Imagen 7. Regresión del tránsito ajustada

ESTIMACIÓN DEL TRANSITO PROYECTADO PARA EL PERIODO DE DISEÑO Como primera medida para la determinación del tránsito proyectado, se debe calcular el error estándar (σ) del modelo de crecimiento, mediante la siguiente expresión:

Tabla 14. Error estándar del modelo AÑO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Yimodelo

913.220212 896.29 946.80538 1008.02 1190.53111 1119.75 1258.17613 1231.48 1118.82201 1343.21 1410.47338 1454.94 1699.96916 1566.67 1713.93181 1678.4 1998.296 1790.13 2027.13746 1901.86 1743.38204 2013.59 2109.0966 2125.32 sumatoria=

(Yi-Yimodel)^2 286.6320946 3747.229721 5009.965635 712.6835236 50349.96794 1977.280337 17768.66478 1262.509835 43333.08206 15694.44258 73012.33923 263.1987076 213417.9964

146.0883282

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Con la suma de los cuadrados de la diferencia entre el número de ejes equivalentes y el modelo pronosticado, además del número de años, se procede a obtener la desviación estándar: Obtenido el “σ”, se procede a obtener el error estándar de la predicción del tránsito “σ Pronóstico” mediante la siguiente expresión:

Donde: Xj = Año correspondiente al periodo de diseño. Xi = Año correspondiente a la serie histórica. X (Xmedia) = Año medio de la serie histórica. Para la obtención del año medio de la serie histórica, se realiza el promedio de los años tenidos en cuenta para la representación del modelo de crecimiento del tránsito, siendo así Xmedia = 2003.83 Tabla 15. Diferencia de cuadraros entre años de la serie AÑO

(Xi-Xmedia)^2

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2004 2005 2006 2007 2009 2010 2011 SUMA

46.69 34.03 23.36 14.69 8.03 3.36 0.03 1.36 4.69 10.03 26.69 38.03 51.36 262.36

A continuación, el procedimiento para el cual se determinara el número de ejes equivalentes en el periodo de diseño será el siguiente:  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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 Se calcula el σPronostico para cada año del periodo de diseño, teniendo en cuenta que para el diseño de un pavimento flexible su periodo de diseño se adopta en 20 años.  Luego se establecen los valores de corrección (Cj) para el tránsito equivalente proyectado en cada uno de los años del período de diseño (Nj), con base en el nivel de confianza deseado = 90 % para el cual se tiene un Zr = 1.282. La expresión para los Cj es: Cj = σ pronostico * Zr  Por último se calcula el número de ejes equivalentes de 8.2 ton diarios, corregidos por la confiabilidad establecida en cada uno de los años del período de diseño (N’j) N’j = Nj + Cj Finalmente en el siguiente cuadro resumen, obtenemos los diferentes valores de corrección para el tránsito proyectado:

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Tabla 16. Tránsito corregido

Año

Año Relativo

σPronostico

N'j

2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

109.1868561 117.5577418 126.018118 134.5511044 143.1437167 151.7858288 160.4694434 169.1881704 177.9368483 186.711267 195.5079609 204.3240528 213.157136 222.0051822 230.8664712 239.7395345 248.6231114 257.5161139 266.4175981 275.3267413 284.2428235

139.97755 150.709025 161.555227 172.494516 183.510245 194.589432 205.721826 216.899234 228.11504 239.363844 250.641206 261.943436 273.267448 284.610644 295.970816 307.346083 318.734829 330.135658 341.547361 352.968882 364.3993

2907.43 3019.16 3130.89 3242.62 3354.35 3466.08 3577.81 3689.54 3801.27 3913 4024.73 4136.46 4248.19 4359.92 4471.65 4583.38 4695.11 4806.84 4918.57 5030.3 5142.03

3047.40755 3169.869025 3292.445227 3415.114516 3537.860245 3660.669432 3783.531826 3906.439234 4029.38504 4152.363844 4275.371206 4398.403436 4521.457448 4644.530644 4767.620816 4890.726083 5013.844829 5136.975658 5260.117361 5383.268882 5506.4293

La suma de los ejes equivalentes durante el periodo de diseño; con los datos obtenidos anteriormente, y mediante la tendencia de los datos de la serie histórica podemos obtener el transito equivalente proyectado, con una confiabilidad del 90%. Ahora se procede a obtener el número de ejes equivalentes acumulados durante el periodo de diseño, teniendo en cuenta que debido a la falta de conteos semanales, se adopta un factor direccional del 50%, asumiendo un volumen igual en ambas direcciones y como la vía es de una calzada de dos carriles, un factor direccional de 1.0.

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Tabla 17. Factores de proyección del tránsito

Zr Fdir Fcarril

1.282 0.5 1

Tabla 18. Tránsito proyectado para el periodo de diseño Año

Año Relativo

σPronostico

N'j

2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

2907.43 3019.16 3130.89 3242.62 3354.35 3466.08 3577.81 3689.54 3801.27 3913 4024.73 4136.46 4248.19 4359.92 4471.65 4583.38 4695.11 4806.84 4918.57 5030.3 5142.03

Ejes 80kN carrilde diseño período de diseño 556151.8778 578501.0971 600871.254 623258.3992 645659.4947 668072.1714 690494.5583 712925.1603 735362.7697 757806.4016 780255.2451 802708.627 825165.9843 847626.8425 870090.7989 892557.5102 915026.6813 937498.0576 959971.4183 982446.571 1004923.347 1.639E+07

PERIODOS DE DISEÑO

3.004E+06

6.569E+06

1.069E+07

1.639E+07

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6.2.

TRANSITO PARA DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO

Bajo el método del PCA, se estableció el transito pronosticado, el cual condiciona los volúmenes de tránsito a su carga por eje, sin tener en cuenta un factor daño. El procedimiento para la obtención del tránsito pronosticado es el mismo del pavimento flexible, y se trabajó con la misma serie histórica: Tabla 19. Numero de ejes equivalentes, para el diseño del Pav. Rigido.

AÑO 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2006 2008 2009 2010 2011

AÑO RELATIVO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

TRANSITO EQUIVALENTE 517.808752 536.852016 467.59792 671.816428 805.131688 724.408528 900.134548 1185.71856 1316.373546 1242.528096 1206.9 1237.263344

La tendencia que se ajusta a los datos es la LINEAL, cuyo modelo es: Imagen 8. Regresión del tránsito ajustada

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ESTIMACIÓN DEL TRANSITO PROYECTADO PARA EL PERIODO DE DISEÑO: Calculo del error estándar (σ) del modelo de crecimiento del tránsito:

Tabla 20. Cuadro resumen para el caculo del error estándar para el diseño del Pav. Rígido.

AÑO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Yi 517.808752 536.852016 467.59792 671.816428 805.131688 724.408528 900.134548 1185.71856 1316.373546 1242.528096 1206.9

Yimodelo 441.249 524.848 608.447 692.046 775.645 859.244 942.843 1026.442 1110.041 1193.64 1277.239

(YiYimodel)^2 5861.395626 144.0964001 19838.46334 409.2355833 869.4647692 18180.60451 1824.011872 25369.02257 42573.11954 2390.045931 4947.574921

1237.263344

1360.838

15270.69561

∑

137677.7307

117.3361541

Obtenido el “σ”, se procede a obtener el error estándar de la predicción del tránsito “σPronostico”, teniendo en cuenta que Xmedia = 2004.67

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Tabla 21. Cuadro resumen para el cálculo del error estándar pronóstico para el diseño del Pav. Rígido.

AÑO 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2006 2008 2009 2010 2011

(Xi-Xmedia)^2 44.44 32.11 21.78 13.44 7.11 2.78 0.44 5.44 18.78 28.44 40.11 53.78

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Tabla 22. Cuadro resumen del número de ejes equivalentes durante el periodo de diseño para el diseño del Pav. Rígido. Año 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040 2041 2042 2043 2044 2045

Año Relativo 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

σPronostico 34.06110489 34.09582868 34.13344694 34.17395012 34.21732797 34.26356957 34.31266336 34.36459709 34.41935792 34.47693238 34.5373064 34.60046531 34.66639391 34.73507641 34.80649652 34.88063742 34.95748179 35.03701186 35.11920937 35.20405564 35.29153156 35.38161764 35.47429398 35.56954034 35.66733613 35.76766044 35.87049205 35.97580946 36.08359091 36.19381439 36.30645764

Cj 43.66633647 43.71085237 43.75907898 43.81100405 43.86661445 43.92589619 43.98883442 44.05541347 44.12561686 44.19942732 44.2768268 44.35779653 44.44231699 44.53036796 44.62192854 44.71697717 44.81549166 44.9174492 45.02282641 45.13159933 45.24374346 45.35923381 45.47804488 45.60015071 45.72552492 45.85414068 45.98597081 46.12098773 46.25916355 46.40047005 46.5448787

Nj 4008.112063 4011.833547 4015.865243 4020.206128 4024.855102 4029.810996 4035.072569 4040.638511 4046.507444 4052.677924 4059.148444 4065.917432 4072.983258 4080.344231 4087.998604 4095.944574 4104.180287 4112.703836 4121.513265 4130.606572 4139.98171 4149.636587 4159.569074 4169.777 4180.258158 4191.010307 4202.031174 4213.318453 4224.869814 4236.682895 4248.755314 sumatoria

N'j 4051.778399 4055.544399 4059.624322 4064.017132 4068.721716 4073.736892 4079.061403 4084.693924 4090.633061 4096.877352 4103.425271 4110.275229 4117.425575 4124.874599 4132.620532 4140.661551 4148.995779 4157.621285 4166.536091 4175.738171 4185.225453 4194.995821 4205.047119 4215.37715 4225.983683 4236.864448 4248.017144 4259.439441 4271.128977 4283.083365 4295.300193 128,723.33

Ahora se procede a obtener el número de ejes equivalentes acumulados durante el periodo de diseño, teniendo en cuenta que debido a la falta de conteos semanales, se adopta un factor direccional del 50%, asumiendo un volumen igual en ambas direcciones y como la vía es de una calzada de dos carriles, un factor direccional de 1.0 N DE DISEÑO A 30 AÑOS N EQUIV AFECTADO 23,492,006.90

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365 * (Ton) = 128723.33 (Ton) Finalmente el número de ejes equivalentes de 8.2 ton durante el periodo de diseño, afectado por los factores de distribución y carril de diseño: 23`492,006.90(Ton) Para determinar el número de vehículos por tipo de vehículo se tomó en cuenta la distribución en porcentaje del registro del último año de la serie histórica, y el cuadro de cargas máximas vehiculares y distribución de cargas en cada eje: Tabla 23. Numero de ejes equivalentes del último año de la serie histórica. PERIODO DE DISEÑO (AÑOS)

VEHICULOS ACUMULADOS EN EL PERIODO DE DISEÑO

23,492,006.90

BUSES 504.13 40.75% 9,571,952.08

C-2P 325.94296 26.34% 6,188,702.11

C-2G 296.025136 23.93% 5,620,650.26

C3-C4 68.341696 5.52% 1,297,608.63

C5 21.778416 1.76% 413,508.33

C6 21.045136 1.70% 399,585.49

TOTAL 1237.263344 100.00%

Con base a los cuadros anteriores, se determina el número de ejes equivalentes para cada tipo de eje según el vehículo: Tabla 24. Numero de ejes para cada uno de los ejes SIMPLES de acuerdo al tipo de vehículo.

EJE SIMPLE PESO EJE (TON) # DE EJES 4.0 9571952.0795 6.0 9571952.0795 2.5 6188702.1081 6.0 6188702.1081 6.0 5620650.2611 10.0 5620650.2611 6.0 1297608.6310 7.0 413508.3298 7.0 399585.4904

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Tabla 25. Numero de ejes para cada uno de los ejes TANDEM de acuerdo al tipo de vehículo.

EJE TANDEM PESO EJE (TON) # DE EJES 22.0 1297608.63 20.5 413508.33 20.5 413508.33 21.0 399585.49 Tabla 86. Numero de ejes para cada uno de los ejes TRIDEM de acuerdo al tipo de vehículo.

EJE TRIDEM PESO EJE (TON) # DE EJES 24.0 399,585.49

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MODELACIÓN Y DISEÑO DE ALTERNATIVAS EN PAVIMENTO FLEXIBLE

Para llevar a cabo el proceso de rehabilitación del pavimento se debe establecer secciones homogéneas, como el tramo que se desea rehabilitar es solo de 1000 (m) y se tiene la información de las deflexiones y de CBR, se debe conocer los módulos de la estructura existente. La sección homogénea pertenece a la información de la abscisa k0+200 y a las características de este punto. Para conocer los módulos de la carpeta asfáltica, de la base, la sub base y la subrasante se hace uso del programa DEPAV de la Universidad del Cauca, el cual consiste en igualar mediante un proceso iterativo de alternativas igualar la deflexión característica y el radio de curvatura obtenidos del programa DEFLEX de la Universidad del Cauca. 7.1.

DISEÑO DE ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN

El diseño de las diferentes alternativas de rehabilitación del pavimento flexible se hará con la ayuda de la metodología racional. Para la aplicación de esta metodología se siguió el siguiente procedimiento: 7.2.

PROCESAMIENTO DE LAS DEFLEXIONES MEDIANTE EL PROGRAMA DEFLEX.

Para obtener la deflexión característica y el radio de curvatura se hace uso del programa DEFLEX, en el cual se realiza un análisis estadístico de las deflexiones. Los datos de entrada son los siguientes.     

Información de la vía Abscisa inicial Abscisa final Incremento de abscisado Percentil de la deflexión característica

Ver anexo A  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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De la información procesada se tiene lo siguiente:

DEFLEXION CARACTERISTICA (1/100) RADIO DE CURVATURA (m)

7.3.

160 47

OBTENCIÓN DE LOS MÓDULOS DE LA ESTRUCTURA EXISTENTE.

Como se mencionó al inicio de este capítulo, los módulos de los materiales de la estructura de pavimento existente, se hizo mediante el empleo de la metodología racional, la cual consiste en un proceso de iterativo en el programa DEPAV, con el fin de variar los módulos de la capa asfáltica, la base, la sub base y la subrasante hasta obtener valores de deflexión y radio de curvatura iguales a los obtenidos con de las deflexiones del pavimento.

DATOS DE ENTRADA        

Número de capas y espesores Radio de carga Presión de contacto Distancia entre ejes de llantas Módulo de la carpeta asfáltica y relación de Poisson Módulo de la base y relación de Poisson Módulo de la sub base y relación de Poisson Módulo de la subrasante

VER ANEXO B De los datos procesados se tiene la siguiente información.

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Se presenta una tabla resumen con los módulos de la estructura existente y los respectivos radios de curvatura y deflexiones características. ESPESORES DE LA ABSCISA KO+200 Carpeta Asfaltica /cm) 7 base Granular (cm) 20 subbase granular (cm) 30 DATOS DE LA VIGA BENKELMAN Deflexion Caracteristica (1/100) 160 Radio de Curvatura (m) 47 MODULO DE LA MODELACION EN DEPAV Carpeta Asfaltica (kg/cm2) 12000 Base granular (kg/cm2) 1000 Subbase granular (kg/cm2) 500 Subrasante (kg/m2) 210 DATOS DE LA MODELACION Deflexion Caracteristica (1/100) 160.25 Radio de Curvatura (m) 42.49

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Los módulos de los materiales nuevos fueron obtenidos de la “Guía Metodológica para el Diseño de Obras de Rehabilitación de Pavimentos Asfálticos de Carreteras” en la Tabla 3.2.3.

BASE ESTABILIZADA CON ASFALTO (Kg/cm2) BASE ESTABILIZADA CON CEMENTO (Kg/cm2) BASEGRANULAR (Kg/cm2)

10000 40000 2100

El módulo de la carpeta asfáltica fue obtuvo de información secundaria correspondiente al diseño Marshall de mezcla tipo MDC2 de la planta triturados y concretos y se muestra a continuación

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7.4.

ESFUERZOS ADMISIBLES

para el calculo de los esfuerzos y deformaciones admisibles en las capas de carpeta asfaltica y subrasante se deben utilizar las leyes de fatiga, asi: 7.4.1. Deformacion admisible en la carpeta asfaltica

Dónde: ℇr CA: Deformación unitaria de tracción en la carpeta asfáltica Vb: Volumen de asfalto en la mezcla en % E1: Modulo dinamico de la mezcla en Pa (N/m2) N: Numero acumulado de ejes equivalentes de 8.2 toneladas durante el periodo de diseño. K: Coeficiente de Calage (K=K1 x K2 x K3) Para cada uno de estos datos se tiene: - Del diseño Marshall se tiene el volumen de asfalto en la mezcla en porcentaje, el cual corresponde a 11.3% - Del diseño Marshall se obtiene el módulo dinámico de la mezcla, correspondiente a 261098 Psi equivalentes a 1.800.000.000 N/m2 - El número de ejes equivalentes para los diferentes periodos de diseño es: PERIODO DE DISEÑO 5 10 15 20

N 3004442.12 6569103.18 10694950.7 16387374.3

Por último se tienen las deformaciones admisibles para cada periodo de diseño.

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N ErCA (m/m)

5 3004442 3.85E-04

10 15 20 6569103 10694951 16387374 3.29E-04 2.98E-04 2.74E-04

7.4.2. Deformacion admisible en la subrasante Para la deformacion admisible en la subrasante se utiliza la formula de la SHEL:

Donde N: Numero acumulado de ejes equivalentes de 8.2 toneladas durante el periodo de diseño. Reemplazando el tránsito de diseño para los diferentes periodos se tiene que: N Ez (m/m)

7.5.

5 3004442 5.04E-04

10 15 20 6569103 10694951 16387374 4.15E-04 3.67E-04 3.30E-04

DISEÑO DE ALTERNATIVAS

Una vez se establecen las deformaciones admisibles en la carpeta asfáltica y en la subrasante; y conocidos los módulos de los materiales existentes y de los materiales nuevos se plantean las diferentes soluciones. 6.5.2. ALTERNATIVA 1 (RECOMENDADA) Esta alternativa consiste en retirar la carpeta asfáltica de 7 cm de espesor y reciclar la base existente con asfalto, se hace la aclaración que la nueva base debe cumplir la normativa INVIAS en calidad y en tamaños, de no cumplir con la gradación exigida en la actualidad se deberá agregar el contenido de material que se necesite para el ajuste de la curva granulométrica.

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Se presenta los espesores del nuevo diseño.

DEFORMACIÓN CALCULADA EN LA CARPETA ASFÁLTICA

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DEFORMACIÓN CALCULADA EN LA SUBRASANTE

CHEQUEO DE LAS DEFORMACIONES

CARPETA ASFALTICA

5 10 15 3004442 6569103 10694951 Admisibles ErCA (m/m) 3.85E-04 3.29E-04 2.98E-04 Calculadas ErCA (m/m) 2.74E-04 2.74E-04 2.74E-04 CHEQUEO CUMPLE CUMPLE CUMPLE DEFORMACION EN LA SUBRASANTE Admisibles Ez (m/m) 5.04E-04 4.15E-04 3.67E-04 Calculadas Ez (m/m) 2.41E-04 2.41E-04 2.41E-04 CHEQUEO CUMPLE CUMPLE CUMPLE N

20 16387374 2.74E-04 2.74E-04 CUMPLE 3.30E-04 2.41E-04 CUMPLE

6.5.3. ALTERNATIVA 2 Esta alternativa consiste en retirar la carpeta asfáltica de 7 cm de espesor y reciclar la base existente con CEMENTO, se hace la aclaración que la nueva base debe cumplir la normativa INVIAS en calidad y en tamaños, de no cumplir con la gradación exigida en la actualidad se deberá agregar el contenido de material que se necesite para el ajuste de la curva granulométrica.  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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Se presenta los espesores del nuevo diseño.

DEFORMACIÓN CALCULADA EN LA CARPETA ASFÁLTICA

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DEFORMACIÓN CALCULADA EN LA SUBRASANTE

CHEQUEO DE LAS DEFORMACIONES

CARPETA 5 10 15 N ASFALTICA 3004442 6569103 10694951 Admisibles ErCA (m/m) 3.85E-04 3.29E-04 2.98E-04 Calculadas ErCA (m/m) 1.41E-04 1.41E-04 1.41E-04 CHEQUEO CUMPLE CUMPLE CUMPLE DEFORMACION EN LA SUBRASANTE Admisibles Ez (m/m) 5.04E-04 4.15E-04 3.67E-04 Calculadas Ez (m/m) 1.40E-04 1.40E-04 1.40E-04 CHEQUEO CUMPLE CUMPLE CUMPLE

20 16387374 2.74E-04 1.41E-04 CUMPLE 3.30E-04 1.40E-04 CUMPLE

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7.6.

MODULO DE REACCION DE LA SUBRASANTE

En el diseño de pavimentos rígidos, se debe calcular el módulo de reacción de la subrasante de la estructura, el cual se determina de acuerdo a lo establecido en el manual de diseño de pavimentos de concreto para vías con bajos, medios y altos volúmenes (INVIAS), tal como se observa a continuación: Imagen 3. Relación entre la clasificación del suelo y los valores de CBR y k

Como se puede observar el módulo de reacción de la sub-rasante es de 100(MPa/m), con un CBR cercano al 30%

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Tabla 9. Influencia del espesor de la base granular en el valor k.

De la tabla anterior para una base granular de 225 mm de espesor y un valor de k de la subrasante cercano a 80 (MPa/m) se tiene un valor de k para la base de 100 (MPa/m) RESISTENCIA A FLEXIÓN DEL CONCRETO De acuerdo a la tabla anterior, tomada del manual de diseño de concretos de INVIAS, se obtiene un Módulo de rotura (MR) de 4,5 debido a que el número de camiones por día es mayor a 300

Esta mezcla se diseñara como ya se mencionó anteriormente con un MR de 4,5 (Mpa), y su control se deberá realizar mediante ensayos de resistencia a la flexión con probetas que tienen de 15cm x 15cm y una longitud entre 60 y 75cm. Se aclara que la determinación de este módulo debe ser necesariamente a 28 días del fraguado del concreto, si se requiere que a las losas se le dé servicio antes de haber cumplido su periodo de curado de 28 días, será necesario realizar un diseño específico con la ayuda de aditivos.

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7.7.

TRANSITO DE DISEÑO

Con base en el tránsito por eje calculado en el aparte 5.2 toma.  

Factor de seguridad de carga: 1.1 Factor de mayoración de repeticiones: 1

EJE SIMPLE PESO EJE (TON) # DE EJES 4.0 9571952.0795 6.0 9571952.0795 2.5 6188702.1081 6.0 6188702.1081 6.0 5620650.2611 10.0 5620650.2611 6.0 1297608.6310 7.0 413508.3298 7.0 399585.4904

DISEÑO A 30 AÑOS EJE TANDEM PESO EJE (TON) # DE EJES 22.0 1297608.63 20.5 413508.33 20.5 413508.33 21.0 399585.49

EJE TRIDEM PESO EJE (TON) # DE EJES 24.0 399,585.49

Ya con estos datos obtenidos a través de los procedimientos expuestos anteriormente, se procede a ingresar los datos al programa de diseño BS-PCA

Como primera instancia se ingresan los valores de la resistencia k de apoyo, espesor de la losa, módulo de rotura de la losa, factor de seguridad de carga y factor de repeticiones.

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Posteriormente se ingresa la variable tránsito por tipo de eje proyectada para un periodo de diseño de 30 años

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FINALMENTE, despues de realizar un proceso iterativo en el programa Bs-PCA, se tiene el diseño definitivo de la losa de concreto.

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Se puede observar que como la losa de concreto estará fundada sobre una base de 22.5 cm de espesor el consumo de esfuerzo de la losa tiende a cero, pero el factor dominante en el diseño lo está dando el consumo de la erosión, por lo tanto se deberá realizar un adecuado sellado de juntas de dilatación para evitar que se presente el fenómeno del bombeo. Como conclusión se tiene que la estructura del pavimento estará fundada sobre un subbase granular de e=30 cm con CBR=30% y la losa se apoyara sobre una base granular de e=22.5 cm y la losa tendrá un espesor de 19 cm con un modulo de rotura de 4.5 (MPa).

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BIBLIOGRAFIA

INVIAS. (Abril de 2007). Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito. Bogotá: INVIAS. INVIAS. (Abril de 2007). Manual de Diseño de Pavimentos rígidos para Vías con Bajos, medios y altos Volúmenes de Tránsito. Bogotá: INVIAS.

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