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7. DISEÑO DE PAVIMENTO

En el este capítulo se plantean las alternativas de intervención propuestas para los tramosde rehabilitación objeto de estudio, las cuales se presentan a continuación.

- Estrategia de intervención 1: Estructura compuesta por una mezcla asfáltica ymezcla asfáltica gruesa tipo IDU MG-20, la cual será instalada sobre una capa dematerial granular remanente.

- Estrategia de intervención 2: Estructura compuesta por mezcla asfáltica, una capade base estabilizada con asfalto en caliente, la cual será instalada sobre una capade material granular remanente.

- Estrategia de Intervención 3. Estructura compuesta por mezcla asfáltica, una capade mezcla asfáltica MD-20, la cual será instalada sobre una capa de materialgranular remanente.

- Estrategia de Intervención 4. Estructura compuesta por una placa en concretohidráulico, una mezcla asfáltica tipo MD-12 de 50mm de espesor, una basegranular de 200mm, cimentada sobre un granular remanente mínimo, segúnsegmento en análisis.

Al presentar una propuesta de intervención de la estructura de pavimento, es necesarioconsiderar cuatro variables fundamentales, como lo son: el reconocimiento de lascondiciones del proyecto (localización clima, economía), la exploración geotécnica(determinar las características del perfil estratigráfico existente), la evaluación estructuraldel pavimento (evaluación del deterioro superficial) y las cargas de tránsito proyectadasen el período de intervención. A continuación se presenta la relación de las diferentesvariables consideradas en el proceso de diseño.

7.1 CLIMA Y TEMPERATURA

El clima y la humedad que predominan en la región donde es presentada la propuesta deintervención de la estructura de pavimento tienen gran importancia en el funcionamientode éste. Las condiciones climáticas de la región en que se encuentra la carretera enestudio son:

Temperatura promedioPrecipitación media anual

= 14.8 -c917.8 mm/año=

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7.2 PERíODO DE ANÁLISIS

El periodo de análisis para el diseño de las estructuras de pavimento flexible es de 7años, en cumplimiento al Anexo Técnico de los pliegos de condiciones que rigen elcontrato de la referencia.

7.3 TRÁNSITO

La variable tránsito definida como la carga que soportará la estructura de pavimentodurante el período de intervención, es determinada mediante metodología INVIAS nivel 1,donde es preciso relacionar un tránsito inicial, una proyección al período de análisis y lamayoración de vehículos comerciales (factores daño). Para los segmentos objeto deestudio se define el número de ejes equivalentes de 80 KN, tal como se presentó en latabla 6.5.

7.4 METODOLOGíA DE DISEÑO

La metodología de diseño empleada es la relacionada por la AASHTO/93, la cualcorrelaciona el número estructural requerido (que se encuentra en función del tránsito dediseño, la capacidad de soporte de la subrasante, el nivel de confiabilidad, la desviaciónestándar entre otros) y el número estructural efectivo definido como el aporte estructuralde cada una de las capas de pavimento (se encuentran en función de la calidad,condiciones de drenaje y espesor), estableciendo los espesores de pavimento necesariossegún las variables de diseño.

7.5 DISEÑO MÉTODO AASHTO/93 (PAVIMENTO FLEXIBLE)

El método de diseño de la AASHTO/93, dimensiona las estructuras en función del númerode ejes equivalentes en el período de diseño, el número estructural, la pérdida deserviciabilidad en el tiempo y del módulo de resiliencia.

La ecuación (1) básica de diseño de la AASHTO es la siguiente:

10g[ ~PSI ]

LogN=Z S +9.3610g(SN+1)-0.20+ 4.2-1.5 +2.3210gM -8.07R o 0.4 + 1094 R (1)

(SN+1)5.19

Donde:N = Número de ejes equivalentes de 8.2 tn (80 kN).ZR = Desviación estándar normal.So = Error estándar combinado de la predicción del tránsito y de laPredicción del comportamiento.

~PSI =MR =

Pérdida de serviciabilidad (4.2 - 2.5) = 1.7Módulo de resiliencia de la subrasante (lb / pulq").

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SN =SN =Siendo:ai =Di =mi =

Número estructural determinado por:a,01+a2D2m2+a3D3m3

Coeficiente estructural de la capa iEspesor de la capa i (pulg)Coeficiente de drenaje de la capa granular i

Para el proyecto del corredor en estudio se consideran los siguientes parámetros deacuerdo a la Guía para diseño de estructuras de pavimento de AASHTO/1993:

PERíODO DE DISEÑO

El periodo de análisis para el diseño de las estructuras de pavimento es de 7 años.

TRÁNSITO DE DISEÑO (N):

Ver numeral 6.3.

NIVEL DE CONFIABILlDAD:

La confiabilidad para la propuesta de una estructura de pavimento es la probabilidad deque el pavimento diseñado, se comporte satisfactoriamente en el periodo de diseño bajolas cargas esperadas del tráfico, los parámetros geotécnicos y condiciones ambientalesprevistas.

Para el período de análisis se relaciona un nivel de confiabilidad del 90%.

Error Estándar (So): 0.49 (Estrategia de Mantenimiento ylo rehabilitación)

índice Inicial y Final De Servicio (i1PSI):

Valor índice inicial de servicio: 4.2Valor índice final de servicio: 2.5

Se adopta de acuerdo a la recomendación de la Guía para diseño de estructuras depavimento de AASHTO/1993 numeral 2.2.1 página 11-10.

CARACTERíSTICAS DE LAS CAPAS:

Los coeficientes estructurales de los materiales asfálticos y granulares se adoptan a partirde la Guía para diseño de estructuras de pavimento de AASHTO/93 numeral 2.3.5 y son:

Mezcla asfáltica MD-12, MD-20, a= 0.40, para un E min= 3000 MPa (Adoptado valoresrepresentativos para este tipo de mezclas).

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Mezcla asfáltica gruesa tipo IDU MG-20, a= 0.35, para un E min = 2000 MPa (Adoptadovalores representativos para este tipo de mezclas)

Base estabilizada con asfalto en caliente, a = 0.20, para un E 1 =1200 MPa (Figura 2.9,guía de diseño AASHTO/1993),

Granular remanente, a=0.08 para un CBR superior al 10% (Figura 2.7, guía de diseñoAASHTO/1993). E=74 MPa. (Considerando el valor mínimo de CBR identificado en losensayos de laboratorio)

COEFICIENTE DE DRENAJE ADOPTADOS

Mezcla asfáltica gruesa tipo IDU MG-20 y Base estabilizada con asfalto en caliente:

Se adopta como coeficiente de drenaje el valor de 1.00, teniendo como tiempo requeridoun (1) día, para drenar la capa hasta un grado de saturación del 50%, calificando lacalidad del drenaje como "bueno" y entre el 5% y el 25% del tiempo el pavimento estaráexpuesto a niveles de humedad próximos a la saturación.

El pavimento estará expuesto a niveles de humedad próximos a la saturación.

Material granular remanente

Se adopta como coeficiente de drenaje el valor de 0.9, teniendo en cuenta que el drenajeen esta capa es regular con un tiempo requerido para drenar de una semana y entre el5% y el 25% del tiempo el pavimento estará expuesto a niveles de humedad próximos ala saturación.

En la siguiente Tabla, se presentan los valores de coeficientes estructurales y de drenajeadoptados para el diseño del pavimento del corredor en estudio.

TABLA 7.1. VALORES DE Los COEFICIENTES ESTRUCTURALES Y DE DRENAJE

TIPO DE MATERIAL SIMBOLOGíA COEF. COEF. DEESTRUCTURAL DRENAJE

MEZCLA ASFAL TICA MD-12, MD-20 MD-12-MD-20 0,40 1,00MEZCLA ASFÁLTICA GRUESA MG-20 MG-20 0,35 1,00BASE ESTABILIZADA CON ASFALTO BEA 0,20 1,00EN CALIENTEMATERIAL GRANULAR REMANENTE REM 0,08 - 0,09 0,90

FUENTE: ELABORACiÓN PROPIA

MÓDULO RESILlENTE DE LA SUBRASANTE (MRSR):

Teniendo en cuenta la información suministrada en el documento realizado por elconsorcio CIVILTEC Ltda y los resultados de laboratorio obtenidos, se decide efectuar eldiseño de las alternativas de intervención a proponer con el valor menor de los dos datos

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consorcio.~

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obtenidos. Por lo tanto, el módulo resiliente de diseño corresponde al calculado en funcióndel CBR de diseño, en estado sumergido, a partir de la siguiente correlación.

Mr = CBR * 100

TABLA 7.2. MODULO RESILlENTECBR MRpROMSECTOR SEGMENTOS (SUMERGIDO) (psi)(%)

1 10001689-2, 10001208-2, 10000758-2 1,86 26572 10001689-4, 10001208-4, 10000758-4 2,40 3429

FUENTE. ELABORACI6NPROPIA

Sin embargo y reconociendo el espesor de granular remanente (0.20 m para la longitudtotal del tramo), es posible efectuar una equivalencia de la capacidad de soporte de lasubrasante en aplicación a la metodología racional de IVANOV, tal como se describe acontinuación

Metodología Racional de IVANOV

H = 2A / N * tg[(l- Einf / Eequ;v )/(2 / 7r(I-1 / N35))] (E . , 1)

cuaclon .Donde:

H = Espesor del material de relleno o material granular necesario para el CBRequivalente.

A = 15.22N = (Esup/Einf)1/2.5Esup = Módulo de elasticidad del material granular "aportante".

E (Kg/cm2) = 0.204x hOA5 x ESUBR,

h (mm) = espesor de mejoramiento considerado,ESUBR (Kq/crrr') = Módulo de elasticidad de la subrasante.

Eequiv=Módulo de elasticidad de la subrasante mejorada.E(Kg/cm2

) = 100 CBR

A partir de este mejoramiento se obtiene:

TABLA 7.3. MODULO RESILlENTE DISEÑO DE LA SUBRASANTE

SECTOR SEGMENTOS MRpROM MR EQUIVALENTE

(psi) (psi)1 10001689-2,10001208-2,10000758-2 2657 39712 10001689-4, 10001208-4, 10000758-4 3429 5000

FUENTE. ELABORACI6~PROPIA

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A partir de la evaluación de la 'variable tránsito y la definición del módulo resiliente de lasubrasante, se definen los sectores de diseño presentados en la Tabla 7.4.

TABLA 7.4. SECTORES DE DISEÑO

NÚMERO DEEJESMRolSEÑOSECTOR SEGMENTOS EQUIVALENTESDE

80KN (psi)

1 10001689-2 Y 10001208-2 5.592.426 39712 10001689-4 Y 10001208-4 5.516.941 50003 10000758-2 3.539.717 39714 10000758-4 2.686.609 5000

FUENTE. ELABORACiÓN PROPIA

7.6 ESTRUCTURA PROPUESTA, ALTERNATIVA 1.

Para la propuesta de intervención de la calzada, son considerados los siguientesaspectos:

1. La propuesta de intervención planteada para la calzada, consiste en laconstrucción de la estructura de pavimento compuesta de mezcla densa encaliente y mezcla asfáltica gruesa tipo IDU MG-20, instalada sobre una capa dematerial granular remanente.

2. La metodología de diseño corresponde a la presentada por la AASHTO/93 y ladeterminación del número estructural requerido y efectivo es determinadomediante la herramienta computacional PAS Versión 5 0Ier Anexo 5).

3. Las propuestas de intervención para un período de análisis a siete años sonverificadas mediante la herramienta computacional BISAR (Ver Anexo 6),buscando que las deformaciones a tracción presentadas en la fibra inferior de lacarpeta asfáltica se encuentren dentro de la deformación máxima admisible,calculada mediante la ley de fatiqa":

~t=3.21x 10-3 •Nlab-D·2018Donde,

Nlab = Número de ejes equivalentes / Shift FactorShift Factor = 10

De igual manera se presenta la verificación de la mezcla asfáltica gruesa, empleando paratal fin la ley de Fatiga propuesta por la Shell/84, en función del diseño Marshall, tal comose presenta:

3l1LLI, FELlX J., LOCKHART, J.M. DISEÑO RACIONAL DE REFUERZOS DE PAVIMENTOS FLEXIBLES, 24REUNiÓNDELASFALTO, MAR DE PLATA. 1983.

Ii\¡ 't¡"=(VENCION AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE 83


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""-., .~ ,.

s = (0.856Vb + 1.08)E- 0.36 (N I K)- 0.20t 1 8.2

Donde

Vb = Volumen de asfalto en la mezcla, en %.Para un contenido óptimo de asfalto de 4.6%, se considera un porcentajede asfalto efectivo (en Volumen) de 9.2%

E1 = Módulo Dinámico de la mezcla, en N/m2.

En la caracterización de la base estabilizada con asfalto se estima unmódulo dinámico de 2000 MPa:::::2.0 x 109N/m2.

N82 = Número acumulado de ejes de 8.2 toneladas en el carril de diseño,durante el período de diseño.K = Coeficiente de calaje (Shift Factor)

4. Por otra parte, tal como se presenta en el anexo 7, las propuestas de intervenciónson modeladas mediante la herramienta computacional KENLAYER, la cualpresenta la solución de un sistema multicapa elástico bajo un área circularcargada. Los daños causados por fatiga y deformación permanente en cadaperíodo de todos los grupos de carga se suman para evaluar la vida de diseño.

5. Mediante el empleo del Método VESYS se realiza una estimación de ladeformación permanente, tal como se presenta en el anexo 8. El métodoincorporado en la herramienta computacional para la predicción de la profundidadde la huella se basa en la suposición que la deformación permanente esproporcional a la deformación resiliente, así:

Donde:

€p = Deformación permanente o plástica debido a la aplicación de una carga€ = Deformación elástica o resiliente a 200 repeticiones.N = Número aplicaciones de carga durante el período de diseñoJ.1 = Representa la constante de proporcionalidad entre deformacionespermanentes y las deformaciones elásticas.a = Indica la tasa de disminución en la deformación permanente cuando el númerode aplicaciones de carga se incrementa.

7. 6.1 PROPUESTA DE INTERVENCIÓN ALTERNATIVA 1.

En la Tabla 7.5 se presentan los resultados obtenidos en programa PAS 5.

[RVENCIÓN AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE 83

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consorclo ~

FñallavialEJECUCiÓN DE OBRAS DE LA MALLA f-------~---1


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..ESPESOR MODULO SN SN

CAPA ESPECIFICACiÓN (mm) (MPa)REQUERIDO CALCULADO

(pulg) (pulg)MEZCLA ASFALTICA MD-12 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFÁLTICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCION IDU502-05 5.71 5.90MEZCLA ASFALTICA GRUESA-

SECCiÓN IDU510-05 250 2000TIPO IDU MG-20IMPRIMACION SECCION IDU500-05MATERIALREMANENTE CBR>10% 200 74Nota: Previo a la colocación de la base asfáltica tipo IDU MG-20 deberá construirse una capa de transición en subbase granular de espesormínimo 150 mm o podrá ser el producto del reciclaje de un 70% del granular remanente más un 30% de material de fresado con una adiciónde cemento del 1.5% en peso. Se deberá garantizar un espesor de material granular mínimo de 400mm, el cualincluye la capa de transiciónconformada por el material de reciclaje.

TABLA 75 ALTERNATIVA 1-SECTOR 1


TABLA 7.6. ALTERNATIVA 1 - SECTOR 2.ESPESOR MODULO SN SN


(pulg) (pulg)MEZCLA ASFALTICA MD-12 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFÁLTICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 70 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05 5.29 5,37MEZCLA ASFALTICA GRUESA-

SECCiÓN IDU51 0-05 200 2000TIPO IDU MG-20IMPRIMACION SECCION IDU500-05MATERIALREMANENTE CBR>10% 200 74Nota: Previo a la colocación de la base asfáltica tipo IDU MG-20 deberá construirse una capa de transición en subbase granular de espesormínimo 150 mm o podrá ser el producto del reciclaje de un 70% del granular remanente más un 30% de material de fresado con una adiciónde cemento del 1.5% en peso. Se deberá garantizar un espesor de material granular mínimo de 400mm, el cual incluye la capa de transiciónconformada por el material de reciclaje.


TABLA 7.7. ALTERNATIVA 1 - SECTOR 3.ESPESOR MODULO SN SN


(pulg) (pulg)MEZCLA ASFALTICA MD-12 SECCION IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFÁLTICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 70 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05 5,36 5.44MEZCLA ASFALTICA GRUESA-

SECCiÓN IDU510-05 200 2000TIPO IDU MG-20IMPRIMACION SECCiÓN IDU500-05MATERIALREMAN ENTE CBR>10% 200 74Nota: Previo a la colocación de la base asfáltica tipo IDU MG-20 deberá construirse una capa de transición en subbase granular de espesormínimo 150 mm o podrá ser el producto del reciclaje de un 70% del granular remanente más un 30% de material de fresado con una adiciónde cemento del 1.5% en peso. Se deberá garantizar un espesor de material granular mínimo de 400mm, el cual incluye la capa de transiciónconformada por el material de reciclaje.


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JOm EJECUCiÓN DE OBRAS DE LA MALLAconsorcio ,ma' avial VIAL, ARTERIAL, INTERMEDIA Y Versión O

LOCAL GRUPO 6 '.InCEnlERIA SRS Página 36 de 57 '.

..ESPESOR M~DULO SN SN


(pulg) (pulg)MEZCLA ASFALTICA MD-12 SECCiÓN IDU510-05 40 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFÁLTICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCION IDU502-05 4,78 4,97MEZCLA ASFALTICA GRUESA-

SECCiÓN IDU510-05 200 2000TIPO IDU MG-20IMPRIMACION SECCiÓN IDU500-05MATERIALREMAN ENTE CBR>10% 150 74Nota: Previo a la colocación de la base asfáltica tipo IDU MG-20 deberá construirse una capa de transición en subbase granular de espesormínimo 150 mm o podrá ser el producto del reciclaje de un 70% del granular remanente más un 30% de material de fresado con una adiciónde cemento del 1.5% en peso. Se deberá garantizar un espesor de material granular mínimo de 350mm, el cual incluye la capa de transiciónconformada por el material de reciclaje. ..

TABLA 78 ALTERNATIVA 1-SECTOR4

En la Tabla 7.9. se muestra la verificación de la estructura en los programas BISAR yKENLAYER.

TABLA 7.9. VERIFICACiÓN PROGRAMA BISAR - KENLAYER.MEZCLA ASFAL TICA MEZCLA ASFAL TICA GRUESA TIPO IDU

(MD) MG-20o:: No. DEEJES MÉTODONo MÉTODONo SUBRASANTEo¡- EQUIVALENTES (*) BISAR LINEAL (*) BISAR LINEALUW (7 AÑOS) (KENLAYER) J.KENLAYE~1/) Et Et Et Et Et Et Et Et

ADMISIBLE CALCULADO CALCULADO ADMISIBLE CALCULADO CALCULADO ADMISIBLE CALCULADO1 5.592.426 2.17E-04 3,80E-05 4,45E-05 2,83E-04 1,05E-04 9,51 E-05 4,32E-04 2,38E-042 5.516.941 2.18E-04 4,27E-05 4,72E-05 2,84E-04 1,21 E-04 1,20E-04 4,33E-04 2,56E-043 3.539.717 2,39E-04 4,22E-05 4,71E-05 3,03E-04 1,21 E-04 1,16E-04 4,72E-04 2,83E-044 2.686.609 2,52E-04 3,75E-05 4,27E-05 3,19E-04 1,25E-04 1,42E-04 5,05E-04 3,17E-04


NOTA(*):LADEFORMACiÓNADMISIBLE(E T) PARALAMEZCLAASFÁLTICAGRUESATIPOIDU MG-20, ESDETERMINADAMEDIANTELASENSIBILIZACiÓNDELALEYDEFATIGAPROPUESTAPORLASHELLl84,ENFUNCiÓNDELDISEÑOMARSHALL,MEDIANTESIMULACIONESDEMONTECARLOTALCOMOSEPRESENTAENELANEXO9 DELPRESENTEDOCUMENTO.

En la siguiente Tabla se presentan los resultados de la estimación de la deformaciónpermanente mediante el Método VESYS:

TABLA 7.1 o. RESULTADOS MÉTODO VESYS - ALTERNATIVA 1

NÚMERO DE

SECTOR CIV EJES CAPA tv AHUELLAMIENTOEQUIVALENTES CALCULADO (cm)

DE80KNHMA 1,09E-04 0.4906

1 10001689-2 Y 10001208-2 5.592.426MG-20 1,25E-04 0.0443

MR 1,70E-04 0.0322SUBRASANTE 2,80E-04 0.1192

ACUMULADO 0.6862

N' F.RVENCIÓN AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE83

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consorcio .~

maHavialEJECUCiÓN DE OBRAS DE LA MALLA f----------i



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NÚMERO DE

SECTOR CIV EJES CAPA tv AHUELLAMIENTOEQUIVALENTES CALCULADO (cm)

DE 80KNHMA 1,03E-04 0.5009

2 10001689-4 Y 10001208-4 5.516.941MG-20 1,43E-04 0.0405

MR 1,99E-04 0.0376SUBRASANTE 3,20E-04 0.1360

ACUMULADO 0.7151HMA 1.03E-04 0.4208

3 10000758-2 3.539.941MG-20 1.43E-04 0.0388

MR 2.00E-04 0.0543SUBRASANTE 3.25E-04 0.1323

ACUMULADO 0.6462HMA 1.21 E-04 0.3385

4 10000758-2 2.686.609MG-20 1.71E-04 0.0451

MR 2.49E-04 0.0328SUBRASANTE 4.08E-04 0.1614

ACUMULADO 0.5778FUENTE: ELABORACiÓNPROPIA



1. La segunda propuesta de intervención planteada para la calzada, consiste en laconstrucción de la estructura de pavimento compuesta de una carpeta asfáltica y unacapa de base estabilizada con asfalto en caliente. La estructura será instalada sobreuna capa de material granular remanente.

2. La metodología de diseño corresponde a la presentada por la AASHTO/93 y ladeterminación del número estructural requerido y efectivo es determinado mediante laherramienta computacional PAS Versión 5 (Ver Anexo 5).

3. Las propuestas de intervención para un período de análisis a siete años sonverificadas mediante la herramienta computacional BISAR (Ver Anexo 6), buscandoque las deformaciones a tracción presentadas en la fibra inferior de la carpetaasfáltica se encuentren dentro de la deformación máxima admisible, calculadamediante la ley de fatiqa":

et = 3.21x 10-3 • Nlab-{)·2018Donde,Nlab = Número de ejes equivalentes / Shift Factor

4L1LLI, FELlX J., LOCKHART, J.M. DISEÑO RACIONAL DE REFUERZOS DE PAVIMENTOS FLEXIBLES, 24REUNiÓNDELASFALTO, MAR DE PLATA 1983.

!\,"'-ERVENCION AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE 83

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Shift Factor = 10

De igual manera se presenta la verificación de la mezcla asfáltica gruesa, empleando paratal fin la ley de Fatiga propuesta por la Shell/84, en función del diseño Marshall, tal comose presenta:

8 = (0.856Vb + 1.08)E- 0.36 (N I K)- 0.20t 1 8.2

DondeVb = Volumen de asfalto en la mezcla, en %.

Para un contenido óptimo de asfalto de 4.6%, se considera un porcentajede asfalto efectivo (en Volumen) de 9.2%

E1 = Módulo Dinámico de la mezcla, en N/m2.

En la caracterización de la base estabilizada con asfalto se estima unmódulo dinámico de 1200 MPa~ 1.2 x 109N/m2

.

N8.2 = Número acumulado de ejes de 8.2 toneladas en el carril de diseño,durante el período de diseño.

K = Coeficiente de calaje (Shift Factor)

4. Del mismo modo, tal como se presenta en el anexo 7, las propuestas de intervenciónson modeladas mediante la herramienta computacional KENLA YER, la cual presentala solución de un sistema multicapa elástico bajo un área circular cargada. Los dañoscausados por fatiga y deformación permanente en cada período de todos los gruposde carga se suman para evaluar la vida de diseño.

5. Mediante el empleo del Método VESYS se realiza una estimación de la deformaciónpermanente, tal como se presenta en el anexo 8. El método incorporado en laherramienta computacional para la predicción de la profundidad de la huella se basaen la suposición que la deformación permanente es proporcional a la deformaciónresiliente, así:

Donde:~p = Deformación permanente o plástica debido a la aplicación de una cargae = Deformación elástica o resiliente a 200 repeticiones.N = Número aplicaciones de carga durante el período de diseñoIJ = Representa la constante de proporcionalidad entre deformacionespermanentes y las deformaciones elásticas.a = Indica la tasa de disminución en la deformación permanente cuando el númerode aplicaciones de carga se incrementa.

1\ 'U-rJEt\ICION AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE 83


JOm EJECUCiÓN DE OBRAS DE LA MALLA~OO";O, VIAL, ARTERIAL, INTERMEDIA Y Versión Oma' avial LOCAL GRUPO 6InCEnlEOIR SRS Página 3~ de 57

" J

7.7.1 PROPUESTA DE INTERVENCiÓN ALTERNATIVA 2.

En las Tablas 6.8 se presentan los resultados obtenidos en programa PAS 5,

TABLA 7.11. ALTERNATIVA 2-SECTOR 1.ESPESOR MODULO SN SN

CAPA ESPECIFICACiÓN (mm) (MPa) REQUERIDO CALCULADO(pulg) (pulg)

MEZCLA ASFAL TlCA MD-12 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFAL TlCA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFAL TlCA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 70 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05 5,71 5,92BASE ESTABILlZADA CON ESP. PARTICULAR 300 1200ASFALTO EN CALIENTE 340PIMPRIMACION SECCiÓN IDU500-05MATERIAL GRANULAR

CBR>10% 200 74REMANENTENota: Previo a la colocación de la base estabilizada con asfalto, deberá construirse una capa de transición en subbase granularde espesor mínimo 150 mm o podrá ser el producto del reciclaje de un 70% del granular remanente más un 30% de material defresado con una adición de cemento del 1.5% en peso. Se deberá garantizar un espesor de material granular mínimo de 400mm,el cual inclu~e la caRa de transición conformada por el material de reciclaje.


TABLA 7 .12. ALTERNATIVA 2 - SECTOR 2.

ESPESOR MODULO SN SNCAPA ESPECIFICACiÓN

(mm) (MPa) REQUERIDO CALCULADO(pulg) (pulg)

MEZCLA ASFAL TICA MD-12 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFAL TICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFAL TICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05 5,29 5,37BASE ESTABILIZADA CON ESP. PARTICULAR 250 1200ASFALTO EN CALIENTE 340PIMPRIMACION SECCiÓN IDU500-05MATERIAL GRANULAR CBR>10% 200 74REMANENTENota: Previo a la colocación de la base estabilizada con asfalto, deberá construirse una capa de transición en subbase granularde espesor mínimo 150 mm o podrá ser el producto del reciclaje de un 70% del granular remanente más un 30% de material defresado con una adición de cemento del 1.5% en peso. Se deberá garantizar un espesor de material granular mínimo de 400mm,el cual incluye la capa de transición conformada por el material de recic/~.


TABLA 7 .13. ALTERNATIVA 2 - SECTOR 3.ESPESOR MODULO SN SN


(pulg) (pulg)MEZCLA ASFALTICA MD-12 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05

5,36 5,52MEZCLA ASFAL TICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 100 3000RIEGO DE LIGA SECCION IDU502-05

~,TERVENC¡ÓN AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE 83


fff~tvialPAV- 13-074-09-P2


. "LOCAL GRUPO 6 ."!nCl:nlI:RIR 5A5 Página 40 de 57



BASE ESTABILIZADA CON ESP. PARTICULAR300 1200ASFALTO EN CALIENTE 340P

IMPRIMACION SECCiÓN IDU500-05MATERIAL GRANULAR

CBR>10% 200 74REMANENTENota: Previo a la colocación de la base estabilizada con asfalto, deberá construirse una capa de transición en subbase granularde espesor mínimo 150 mm o podrá ser el producto del reciclaje de un 70% del granular remanente más un 30% de material defresado con una adición de cemento del 1.5% en peso. Se deberá garantizar un espesor de material granular mínimo de 400mm,el cual incluye la capa de transición conformada por el material de reciclaje.

FUENTE: ELABORACION PROPIA




MEZCLA ASFAL TICA MD-12 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFAL TICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFAL TICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05 4,78 5.05BASE ESTABILlZADA CON ESP. PARTICULAR

200 1200ASFALTO EN CALIENTE 340PIMPRIMACION SECCiÓN IDU500-05MATERIAL GRANULAR

CBR>10% 200 74REMANENTENota.' Previo a la colocación de la base estabilizada con asfalto, deberá construirse una capa de transición ensubbase granular de espesor mínimo 150 mm o podrá ser el producto del reciclaje de un 70% del granularremanente más un 30% de material de fresado con una adición de cemento del 1.5% en peso. Se deberágarantizar un espesor de material granular mínimo de 400mm, el cual incluye la capa de transición conformada porel material de reciclaje.


En la Tabla 7.15 se muestra la verificación de la estructura en el programa BISAR yKENLAYER.

TABLA 7 15 VERIFICACiÓN PROGRAMA BISAR - KENLAYERMEZCLAASFALTICA BASE ESTABILIZADACONASFALTO EN

c:: (MOl CALIENTEo No. DEEJES MÉTODONo MÉTODONo SUBRASANTE1- EQUIVALENTES SHELL BISAR LINEAL SHELL BISAR LINEALuw (7AÑOS) (KENLAYER) (KENLAYE~1/) et et et et et et el et

ADMISIBLE CALCULADO CALCULADO ADMISIBLE CALCULADO CALCULADO ADMISIBLE CALCULADO1 5.592.426 2,17E-04 S,S4E-05 6,13E-05 3.3SE-04 8.55E-05 7.92E-OS 4.20E-04 2.32E-042 5.516.941 2,18E-04 6,16E-05 6,7SE-05 3,43E-04 1,02E-04 9,59E-05 4,33E-04 2,32E-043 3.539.717 2,39E-04 6.82E-05 6.91E-05 3.88E-04 1.23E-04 8.88E-OS S.05E-04 2.44E-044 2.686.609 2,52E-04 6,82E-05 7,32E-05 3,83E-04 1,23E-04 1,13E-4 4,97E-04 2,44E-04


"Ft:f{VE:NCIÓN AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE 83


JDm EJECUCiÓN DE OBRAS DE LA MALLAro",,~O, VIAL, ARTERIAL, INTERMEDIA Y Versión Omar avial LOCAL GRUPO 6mCil5nll:RIA SRS Página 41 de 57

En la siguiente tabla se presentan los resultados de la estimación de la deformaciónpermanente mediante el Método VESYS:

NÚMERODEEJES Ev AHUELLAMIENTOSECTOR CIV EQUIVALENTESDE CAPA CALCULADO (cm)80KN

HMA 8,60E-05 0.6128

1 10001689-2 y 10001208-2 5.592.426 BEA 1,06E-04 0.0451MR 1,34E-04 0.0253

SUBRASANTE 2,14E-04 0.0911ACUMULADO 0.7744

HMA 9,35E-05 0.6278

2 10001689-4 y 10001208-4 5.516.941 BEA 1,26E-04 0.0446MR 1,61E-04 0.0304


HMA 1,03E-04 0.5179

3 10000758-2 3.933.019 BEA 1,18E-04 0.0480MR 1,49E-04 0.0270


HMA 9,76E-05 0.4914

4 10000758-4 2.985.121 BEA 1,46E-04 0.0385MR 1,88E-04 0.0330


TABLA 7 16 RESULTADOS MÉTODO VESYS - ALTERNATIVA 2




1. La alternativa planteada consiste en la construcción de la estructura de pavimentocompuesta de una carpeta asfáltica y una capa de mezcla asfáltica MD-20. Laestructura será instalada sobre una capa de material granular remanente.

2. La metodología de diseño corresponde a la presentada por la AASHTO/93 y ladeterminación del número estructural requerido y efectivo es determinadomediante la herramienta computacional PAS Versión 5 (Ver Anexo 5).

3. Las propuestas de intervención para un período de análisis a siete años sonverificadas mediante la herramienta computacional BISAR (Ver Anexo 6),buscando que las deformaciones a tracción presentadas en la fibra inferior de la

I"íTERVENCION AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE 83


ffi'~!vialPAV- 13-074-09-P2


LOCAL GRUPO 6InCenll:RIA SRS Página 42 de 57 '

carpeta asfáltica se encuentren dentro de la deformación máxima admisible,calculada mediante la ley de fatigas:

et = 3.21x 10-3 • Nlab--O·2018

Donde,Nlab = Número de ejes equivalentes / Shift FactorShift Factor = 10

4. Del mismo modo, tal como se presenta en el anexo 7, las propuestas deintervención son modeladas mediante la herramienta computacional KENLAYER,la cual presenta la solución de un sistema multicapa elástico bajo un área circularcargada. Los daños causados por fatiga y deformación permanente en cadaperíodo de todos los grupos de carga se suman para evaluar la vida de diseño.

5. Mediante el empleo del Método VESYS se realiza una estimación de ladeformación permanente, tal como se presenta en el anexo 8. El métodoincorporado en la herramienta computacional para la predicción de la profundidadde la huella se basa en la suposición que la deformación permanente esproporcional a la deformación resiliente, así:

Donde:€p = Deformación permanente o plástica debido a la aplicación de una cargae = Deformación elástica o resiliente a 200 repeticiones.N = Número aplicaciones de carga durante el período de diseño¡.¡ = Representa la constante de proporcionalidad entre deformacionespermanentes y las deformaciones elásticas.a = Indica la tasa de disminución en la deformación permanente cuando el númerode aplicaciones de carga se incrementa.

7.8.1 PROPUESTA DE INTERVENCiÓN ALTERNATIVA 3.

En las Tablas 6.8 se presentan los resultados obtenidos en programa PAS 5.

TABLA 7 17 ALTERNATIVA 3 - SECTOR 1ESPESOR MODULO SN SN

CAPA ESPECIFICACiÓN(mm) (MPa) REQUERIDO CALCULADO

(pulg) (pula)MEZCLA ASFALTICA MD-12 SECCION IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCION IDU502-05MEZCLA ASFAL TICA MD-20 SECCION IDU510-05 135 3000 5.71 5.83RIEGO DE LIGA SECCION IDU502-05MEZCLA ASFAL TlCA MD-20 SECCION IDU510-05 135 3000IMPRIMACION SECCION IDU500-05

5l1LLI, FELlX J., LOCKHART, J.M. DISEÑO RACIONAL DE REFUERZOS DE PAVIMENTOS FLEXIBLES, 24REUNiÓNDELASFALTO, MAR DE PLATA. 1983.

\JT f"RVENCIÓN AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE 83




LOCAL GRUPO 6InCEnlERIA SRS Página 43'de 57;

ESPESOR MODULO SN SNCAPA ESPECIFICACiÓN (mm) (Mpa) REQUERIDO CALCULADO

(pula) (pulg)MATERIAL GRANULAR CBR>10% 200 74REMANENTENota: Previo a la colocación de la mezcla asfáltica MD-20, deberá construirse una capa de transición en subbase granular deespesor minimo 150 mm o podrá ser el producto del reciclaje de un 70% del granular remanente más un 30% de material defresado con una adición de cemento del 1.5% en peso. Se deberá garantizar un espesor de material granular mínimo de 400mm,el cual incluye la capa de transición conformada por el material de reciclaie.



ESPESOR MÓDULO SN SNCAPA ESPECIFICACiÓN (mm) (MPa)

REQUERIDO CALCULADO(pulg) (pulg)

MEZCLA ASFAL TICA MD-12 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFAL TICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 120 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFAL TICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 120 3000 5.29 5.35RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05IMPRIMACION SECCiÓN IDU500-05MATERIAL GRANULAR CBR>10% 200 74REMANENTENota: Previo a la colocación de la mezcla asfáltica MD-20, deberá construirse una capa de transición en subbase granular deespesor mínimo 150 mm o podrá ser el producto del reciclaje de un 70% del granular remanente más un 30% de material defresado con una adición de cemento del 1.5% en peso. Se deberá garantizar un espesor de material granular mínimo de 400mm,el cual incluye la capa de transición conformada por el material de reciclaje.


TABLA 7 19 ALTERNATIVA 3 - SECTOR 3ESPESOR MÓDULO SN SN

CAPA ESPECIFICACiÓN (mm) (MPa) REQUERIDO CALCULADO(pulg) (pulg)

MEZCLA ASFALTICA MD-12 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05MEZCLA ASFAL TICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 120 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05 5.36 5.36MEZCLA ASFAL TICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 130 3000IMPRIMACION SECCiÓN IDU500-05MATERIAL GRANULAR CBR>10% 200 74REMANENTENota: Previo a la colocación de la mezcla asfáltica MD-20, deberá construirse una capa de transición en subbase granular deespesor mínimo 150 mm o podrá ser el producto del reciclaje de un 70% del granular remanente más un 30% de material defresado con una adición de cemento del 1.5% en peso. Se deberá garantizar un espesor de material granular mínimo de 400mm,el cual incluye la capa de transición conformada por el material de reciclaje.


!". TERVENCIÓN ¡\VENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE 83

CONTRATISTA:

consorcio ~

maí1avialEJECUCiÓN DE OBRAS DE LA MALLA f------------j



CONSULTOR:

InCi¡¡¡nlloRIA SRS Página 44 de 57

TABLA 7 20 ALTERNATIVA 3 - SECTOR 4.ESPESOR MODULO SN SN

CAPA ESPECIFICACiÓN (mm) (MPa) REQUERIDO CALCULADO(pulg) (pulgJ

MEZCLA ASFAL TICA MD-12 SECCiÓN IDU510-05 60 3000RIEGO DE LIGA SECCION IDU502-05MEZCLA ASFAL TICA MD-20 SECCiÓN IDU510-05 100 3000RIEGO DE LIGA SECCiÓN IDU502-05 4.78 4.89MEZCLA ASFAL TICA MD-20 SECCION IDU510-05 110 3000IMPRIMACION SECCION IDU500-05MATERIAL GRANULAR CBR>10% 200 74REMANENTENota: Previo a la colocación de la mezcla asfáltica MD-20, deberá construirse una capa de transición en subbase granular deespesor mínimo 150 mm o podrá ser el producto del reciclaje de un 70% del granular remanente más un 30% de material defresado con una adición de cemento del 1.5% en peso. Se deberá garantizar un espesor de material granular mínimo de 400mm,el cual incluye la capa de transición conformada por el material de reciclaje.


En la Tabla 7.21 se muestra la verificación de la estructura en el programa BISAR yKENLAYER.

TABLA 7 21 VERIFICACiÓN PROGRAMA BISAR - KENLAYERMEZCLAASFALTICA

a:: (MD)o No. DEEJES MÉTODONo SUBRASANTE1- EQUIVALENTES SHELL BISAR LINEALoW (7 AÑOS) (KENLAYER)(J) et et et et et

ADMISIBLE CALCULADO CALCULADO ADMISIBLE CALCULADO1 5.592.426 2.22E-04 1.34E-05 8. 82 E-06 4.32E-04 2.45E-042 5.516.941 2.23E-04 1.57E-05 1.33E-05 4.33E-04 2.58E-043 3.839.717 2.44E-04 1.64E-05 1.18E05 4.84E-04 2.71E-044 2.686.609 2.58E-04 2.05E-05 1.80E-05 5.19E-04 3.04E-04


En la siguiente tabla se presentan los resultados de la estimación de la deformaciónpermanente mediante el Método VESYS:

TABLA 7 22 RESULTADOS MÉTODO VESYS - ALTERNATIVA 3NÚMERO DEEJES Ev AHUELLAMIENTO

SECTOR CIV EQUIVALENTESDE CAPA80KN

CALCULADO (cm)

HMA 1.14E-04 0.2565

1 10001689-2 y 10001208-2 5.592.426 MD-20 9.35E-05 0.2670MR 1.67E-04 0.0316

SUBRASANTE 2.75E-04 0.1170ACUMULADO 0.6721

HMA 1.09E-04 0.2440

2 10001689-4 y 10001208-4 5.516.941MD-20 1.06E-04 0.2679MR 1.91 E-04 0.0361


¡j\¡TERVEI\JCIÓN AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CAL.LE 83

CONTRATISTA:

fff~tvialEJECUCiÓN DE OBRAS DE LA MALLA f----------;-------1



CONSULTOR:

1nt;¡¡;nll.RIA SRS Página 45 de 57

NÚMERODEEJES tv AHUELLAMIENTOSECTOR CIV EQUIVALENTESDE CAPA CALCULADO (cm)80KN

HMA 1.10E-04 0.2074

3 10000758-2 3.539.717MD-20 1.02E-04 0.2362MR 1.83E-04 0.0331


HMA 1.05E-04 0.1762

4 10000758-4 3.539.609MD-20 1.21E-04 0.2157MR 2.21E-04 0.0388



7.9 METODOLOGíA DE DISEÑO - ESTRUCTURAS EN CONCRETOHIDRÁULICO

El método aplicado para la alternativa en concreto hidráulico corresponde al indicado porla Portland Cement Association PCA, el cual hace las siguientes consideraciones aldiseño de pavimentos:

a. Provisión de una subrasante o subbase de soporte razonablemente uniformeseleccionando materiales y controlando su densificación.

b. Prevención del "bombeo" o de otras acciones de los suelos de la subrasante,cuando el tránsito previsto y las condiciones del suelo lo hagan necesario.

c. Ubicación o distribución de juntas para controlar adecuadamente las tensionesprovocadas por la restricción al alabeo y al desplazamiento de las losas. Grado detransferencia de carga.

d. Adopción de un espesor que permita mantener las tensiones que provocan lascargas del tránsito, por debajo de las admisibles.

7.9.1 CRITERIOS DE DISEÑO

Período de diseño: El período de análisis del pavimento en concreto hidráulico para lossegmentos en estudio es de 20 años.

Criterio de Fatiga: Para proteger al pavimento de la acción repetida de cargas.

Criterio de Erosión: Para evitar la migración de finos, es decir, una falla repentina por lapérdida de soporte.

;NTtRVENCIÓN AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE 83


JOm EJECUCiÓNDEOBRASDE LAMALLAOO"OO~,~

fñ~ravial VIAL, ARTERIAL, INTERMEDIAY Versión OLOCALGRUPO6

InCiEnJEOIR 5R5 Página46 de 57

Tipo de Pavimento: Se considera un pavimento de concreto con bermas y conpasadores debido al volumen de tráfico que se presenta en la vía.

Número de Repeticiones Esperadas: La metodología de diseño relaciona el número derepeticiones esperadas en el corredor de estudio para el período de diseño; mediante elinforme de estudio de tránsito para el proyecto y tal como es presentado en el Anexo 2, elnúmero de repeticiones esperadas según la carga para cada vehículo que se esperacirculen por la vía en estudio, el cual ya contempla un tránsito de obra de 200.000 ejespara el volumen que se estima será transportado para la construcción de la estructura depavimento. l'~~""-_ ..

tufo de °Def>anoJlo UflJéln1#ntrn de Oocumentaciof,

iH~··Tabla 7.23. Repeticiones esperadas a 20 años ¡1st;

",\!iCeEJE-CARGA REPETICIONESESPERADAS

(T) Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4Simple (3 t) 8,140,808 4,796,412 7,617,130 476,071Simple (5 t) 8,140,808 4,796,412 7,617,130 476,071Simple (6 t) 4,219,176 4,968,987 1,868,577 3,302,740Simple (7 t) 148,772 148,772 154,723 113,067Simple (8 t) 1,499,623 595,088 1,166,373 618,892Simple (11 t) 2,719,554 4,373,899 702,204 2,683,848Tándem (19 t) 23,804 O 11,902 OTándem (21 t) O O O OTándem (22 t) 297,544 297,544 309,446 226,134Tridem (24 t) O O O O

Fuente: Elaboraciónpropia

Factor de Seguridad de Carga

Las tensiones inducidas en el pavimento de concreto por las cargas de los vehículos enmovimiento son menores que las producidas por las mismas cargas cuando el vehículoestá estacionado o transita a baja velocidad, por lo que es necesario considerar un factorde seguridad con respecto a las cargas para toda la vía. La Tabla 7.24 presenta los tresvalores posibles de dicho factor; para el presente diseño se estableció, según lasrecomendaciones de la peA, un Factor de Seguridad de 1.1.

<NTERVENCIÓN AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE 83


consorcio .F-mallavial

EJECUCiÓN DE OBRAS DE LA MALLA f-----------j

VIAL, ARTERIAL, INTERMEDIA YLOCAL GRUPO 6Jom Versión O

InCiEnlER IR SRS Página 47 de 57

TABLA 7.24.FACTORES DE SEGURIDAD DE CARGA

FACTOR DE SEGURIDADCASOSDE CARGAS

1,2 Calles del sistema de tránsito general con alto volumen detránsito pesado en condiciones de flujo interrumpido.

1,1 Calles del sistema arterial mayor con moderado volumen detránsito de camiones

1,0 Calles de los sistemas colector y local que soporten un tránsitoreducido de camiones

FUENTE- PCA

Módulo de Reacción del conjunto.

Módulo de reacción del Material del Material de soporte

Con el fin de determinar el módulo de reacción del material de soporte, se recurre a lametodología presentada en el documento adelantado por la CPCA- Canadian PortlandCement Associaton-, recurriendo a la figura 2.

El Módulo de reacción del conjunto fue determinado mediante el ábaco desarrollado por laCPCA (Canadian Portland Cement Associaton), el cual se presenta en la figura 6.1.,mediante una capa de soporte compuesta por una base granular de 200mm y una mezcladensa en caliente tipo MD-12 de 50mm, obteniendo los resultados presentados en la tabla7.25.

FIGURA 7.1 DETERMINACiÓN DEL MÓDULO DE REACCiÓN DEL CONJUNTO

k,.Top 01 Asphalt

e

R R Rs90 40

80 lOO300

70

200 200

60

'" i"O 200 300

j 00

.i< lOO "Oj"100 40 400 ~

120 I30

lOO 000140

2000 160 óOO

10180

O 700

FUENTE.CPCA (CANADIANPORTLANDCEMENTASSOCIATON)

'\J r~VENCiON AVeNIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 Y CALLE 83


ffiltvialPAV- 13-074-09-P2


LOCAL GRUPO 6,""EmERIR SRS Página 48 de 57

TABLA 7.25.FACTORES DE SEGURIDADDECARGA

MÓDULO DEREACCiÓN MÓDULO DETRAMO CBR (%) DE LA SUBRASANTE REACCiÓNDEL

(Mpa/m) CONJUNTO (Mpa/m)

Sector 1 2.8 24.46 40

Sector 2 3.5 27.86 45

Sector 3 2.8 24.46 40

Sector 4 3.5 27.86 45'0Fuente. Elaboración Propia.

Calidad del concreto: La resistencia a la flexión se expresa en su Módulo de Rotura.Para el presente diseño, se propone un módulo de rotura de 4.5 MPa, en cumplimiento alo especificado por el IDU en su artículo 600-05.

Transferencia de Carga

Se considera el diseño con pasadores, debido a los volúmenes de tráfico que sepresentan en la vía.

7.9.2 ESTRUCTURAS PROPUESTA, ALTERNATIVA 4

De la Tabla 7.26 a la Tabla 7.27. se presentan los resultados obtenidos mediante lamodelación de los parámetros de diseño en el programa computacional BS-PCA-2001,cuyas memorias de cálculo se presentan en el Anexo 9. del presente documento.

TABLA 7.26.ALTERNATIVA 4 - SECTOR1

CAPA ESPECIFICACiÓN ESPESOR CONSUMO(%)(mm) ESFUERZO EROSiÓN

CONCRETO HIDRÁULICO SECCiÓN IDU240MR 4.5 MPa 600-05

MEZCLA ASFÁLTICA TIPO SECCiÓN IDU50 0.00 46.09MD 12 O MD 20 510-05

BASE GRANULAR SECCiÓN IDU 200400-05Nota: Previo a la colocación de la base granular deberá verificarse los granulares remanentes en unespesor de 200mm.


INTERVENCION AVENIDA BOLIVIA ENTRE AVENIDA CALLE 80 CALLE 83


fff~"ialPAV- 13-074-09-P2


LOCAL GRUPO 6...

InCiEnlERIRsRS Página 49 de 57

TABLA 7.27. ALTERNATIVA 4 - SECTOR 2

CAPA ESPECIFICACiÓNESPESOR CONSUMO(%)

(mm) ESFUERZO EROSiÓN

CONCRETO HIDRÁULICO SECCiÓN IDU 240MR 4.5 MPa 600-05

MEZCLA ASFÁLTICA TIPO SECCiÓN IDU 50 0.00 61.92MD 120MD20 510-05

BASE GRANULAR SECCiÓN IDU 200400-05Nota: Previo a la colocación de la base granular deberá verificarse los granulares remanentes en unespesor de 200mm.


TABLA 7.1. ALTERNATIVA 4 - SECTOR 3

CAPA ESPECIFICACiÓN ESPESOR CONSUMO(%)(mm) ESFUERZO EROSiÓN


MEZCLA ASFÁLTICA TIPO SECCiÓN IDU 50 50.89 32.68MD 12 O MD 20 510-05

BASE GRANULAR SECCiÓN IDU 200400-05

Nota: Previo a la colocación de la base granular deberá verificarse los granulares remanentes en unespesor de 200mm.


TABLA 7.2. ALTERNATIVA 4 - SECTOR 4 _.... C7 \ \..l, \ 000:) r¡ :: 8~~s+;.~.)~ Ol'-;.""~"-·V l .

CAPA ESPECIFICACiÓNESPESOR CONSUMO(%)

(mm) ESFUERZO EROSiÓN


MEZCLA ASFÁLTICA TIPO SECCiÓN IDU 50 0.00 39.82MD 12 O MD 20 510-05

BASE GRANULARSECCiÓN IDU 200

400-05Nota: Previo a la colocación de la base granular deberá verificarse los granulares remanentes en unespesor de 200inm.


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TRANSFERENCIA MECÁNICA DE CARGA.

Aunque es preciso reconocer que los agregados ofrecen mediante su trabazón un gradode transferencia de carga; debido al tráfico de la vía en estudio es necesario implementaruna transferencia de carga mecánica mediante la disposición de dovelas (barras de acerolisas y/o corrugadas insertadas en las juntas) que buscan transferir cargas sin restringir elmovimiento horizontal.

Para la transferencia de carga en las juntas transversales, es necesaria la colocación depasadores de diámetro igual a 1 1/8" dadas las características del tráfico, con una longitudde 400mm y separación entre centros de 300 mm, para las losas con espesor de 230 mmy para las de 240 mm, serán necesarios pasadores de diámetro igual a 1 %", con unalongitud de 450 mm y separación de 300 mmm entre centros.

Para la transferencia de cargas y amarre en las juntas longitudinales se debe disponer debarras de acero corrugado de diámetro de %" con una longitud de 85cm, separadas entrecentros cada 0.60m (fy=60000 psi). Las barras no se deben colocar a menos de 40cm dela junta transversal.

MODULACiÓN DE LOSAS

El concreto hidráulico como superficie de rodadura, se encuentra sujeto a diferentesesfuerzos, entre los cuales se encuentran: cargas de tránsito, contracción y expansión delconcreto (el concreto al endurecer ocupa menos volumen que cuando esta fresco) ydiferencias de temperatura o humedad entre la fibra superior y la inferior, entre otras. Conel fin de contrarrestar estos esfuerzos, no es suficiente el proporcionar un espesoradecuado, sino proyectar juntas longitudinales y transversales que impiden unfisuramiento temprano del concreto, estas juntas deben estar diseñadas técnicamente,mediante el empleo de los siguientes criterios:

Espaciamiento de Juntas

D La separación de las juntas transversales se encuentra en función del espesordel pavimento, mediante la relación:

s = (21 a 24) d,Donde,S = Separación de la juntaD = espesor del pavimento21 = Para valores máximos de fricción entre la subbase y el pavimento.24 = Para valores normales de fricción entre la subbase y el pavimento.

Para el espesor modulado (230-2400mm), la separación máxima entre juntastransversales es de 4.83 m v 5.04 m resoectivemente,

D La relación entre el largo y el ancho de la losa debe encontrarse entre unintervalo de 1 y 1.40.

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1.O</argo/ancho< 1. 4

o En función del radio relativo de rigidez (relación de la rigidez de la losa y larigidez del suelo de soporte), la longitud de la losa debe ser máximo 5 veceseste valor, mediante este cálculo se está considerando el esfuerzo de alabeo dela losa y el gradiente térmico existente entre la fibra superior de la losa y la fibrainferior.

L ~ 51

Donde I = Radio relativo de rigidez de la losa

Eh31=4----12(1-1J2)k

E = Módulo de Elasticidad del concreto (psi)h = espesor de la losa (pulg)¡..t = Relación de poisson del concretok = Módulo de reacción del terreno de soporte (psi/in)

A partir del anterior análisis, se concluye que la longitud máxima de la losa, teniendo encuenta el radio relativo de rigidez es de 5.4 m.

El análisis presentado corresponde a la longitud máxima de la losa, sin embargo lamodulación de la losa se encontrará en función de la geometría de los segmentos enestudio, en donde se buscará que el largo y el ancho sean iguales.

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8. CARACTERIZACiÓN DE MATERIALES

La propuesta de diseño contempla la construcción de estructura de pavimentoconformada por capas estructuras de materiales tales como mezcla asfáltica gruesa tipoIDU MG-20, base estabilizada con asfalto en caliente y mezclas asfálticas. Atendiendo lasespecificaciones técnicas válidas en el desarrollo del presente proyecto y las cualescorresponden a las Especificaciones técnicas de construcción del Instituto de DesarrolloUrbano IDU-2005, se presentan a continuación la caracterización de cada una de estosmateriales.

8.1 CONCRETO ASFÁLTICO (MD-12, MD-20)

La mezcla densa en caliente, tiene la particularidad de ofrecer a la estructura laresistencia y elasticidad que se necesita para soportar y absorber las cargas que circulan.Dicha mezcla deberá cumplir con las características especificadas en el artículo 510-05de las Especificaciones Generales de Construcción deIIDU-2005.

Los materiales granulares que componen la mezcla asfáltica, deberán cumplir con lascaracterísticas especificadas en el artículo 510-05 de las Norma IDU-2005. Acontinuación se presenta un resumen de los principales requisitos que deben cumplir losmateriales granulares utilizados en la mezcla asfáltica:

Porcentaje de partículas trituradasDesgaste en la máquina de los ángelesPérdida en solidezíndices de aplanamiento y alargamiento:Equivalente de arenaCoeficiente de pulimiento aceleradoíndice de plasticidadGranulometría MD-12

Granulometría MD-20

~ 90/75% (una cara / dos caras).:5 30%:518%:520%~40%~0.50No plástico.Tmáximcts mm% que pasa tamiz No. 4 (49-65)% que pasa tamiz No.200 (4-9)Trnáxirnozñ mm% que pasa tamiz No. 4 (45-61)% que pasa tamiz No.200 (4-9)

El cemento asfáltico a utilizar debe ser 60 - 70 de acuerdo con la tabla 510.6 del artículo510-05 de las Especificaciones Generales de Construcción de11DU-2005

8.2 MEZCLA ASFÁLTICA GRUESA TIPO IDU MG-20

La mezcla asfáltica tipo MG-20, deberá cumplir con las características establecidas en elcapítulo 510-05 de las Especificaciones Generales de Construcción del Instituto deDesarrollo Urbano -2005.

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8.3 SUBDRENES

El sistema de drenaje a implementar dentro del proyecto es el que corresponde a ungeodrén con tubería o similar, el cual es descrito como un geocompuesto que combinalas propiedades hidráulicas de tres elementos: geotextil no tejido punzonado por agujas,geored y tubería circular perforada de drenaje. Tanto las recomendaciones en el procesoconstructivo como la calidad de los materiales a utilizar en su construcción, sonpresentadas en la especificación particular 673P incluida en el Anexo 10. del presenteinforme.

8.4 GEOTEXTIL DE REFUERZO

Los geotextiles de refuerzo propuestos (geotextiles no tejidos) como estrategia demejoramiento ante la pérdida de confinamiento observada, deberán establecerse dentrode las Especificaciones Técnicas Generales de Materiales y Construcción para Proyectosde Infraestructura Vial y de Espacio Público IDU-ET-2005, Sección 332-05 (Refuerzo desubrasante y capas granulares con geotextil), cuyos requisitos mínimos de propiedadesmecánicas se indican en la Tabla 332.1, de la misma sección.

8.5 GEOMALLA MULTIAXIAL

La geomallamultiaxial se define como un elementopolimérico multiaxial empleado pararealizar mejoramientos de subrasantes previos a la instalación del pavimento, buscandoreducir los espesores convencionales de mejoramiento, a través de la distribución decargas en un área mayor y el confinamiento lateral de las partículas del material demejoramiento, y a la vez controlar los asentamientos diferenciales a lo largo de la vía. Laespecificación particular del empleo de este tipo de geosintéticos (Especificación 232.1 P)

. se presenta en el Anexo 10. del presente documento. Este tipo de elementos sonconsiderados como aplicación de nuevas tecnologías, razón por la cual será necesariodefinir los sectores en donde se implementen como tramos de prueba, en donde sedeberá efectuar un seguimiento contínuo con el fin de validar el procedimientoimplementado y definir los ajustes que se requieran.

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9. RECOMENDACIONES Y OBSERVACIONES

1. Las estrategias de intervención propuestas como parte de las actividades aejecutar en el Proyecto de la referencia son:

Propuesta de Intervención 1. Consiste en la construcción de una estructura depavimento compuesta por carpeta asfáltica MD-20 y MD-12, mezcla asfáltica gruesa tipoIDU MG-20, instalada sobre una capa de material granular remanente.

Propuesta de Intervención 2. La segunda propuesta de intervención planteada para lacalzada, consiste en la construcción de la estructura de pavimento compuesta de unacarpeta asfáltica, una capa de base estabilizada con asfalto en caliente, instalada sobreuna capa de material granular remanente.

Propuesta de Intervención 3. Estructura compuesta por mezcla asfáltica, una capa demezcla asfáltica MD-20, la cual será instalada sobre una capa de material granularremanente.

Propuesta de Intervención 4. Estructura compuesta por una placa en concretohidráulico, una mezcla asfáltica tipo MD-12 de 50mm de espesor, una base granular de200mm, cimentada sobre un granular remanente mínimo, según segmento en análisis.

2. Teniendo en cuenta, que los apiques se ejecutan en sitios puntuales de lossegmentos evaluados, es posible que en el momento de la construcción de laalternativa de intervención, se encuentren sectores en los que no se garantice elmaterial granular remanente propuesto, por lo tanto es necesario realizar elreemplazo de dicho material por granular competente, de tal manera que segarantice un CBR >=10%.

3. En el proceso constructivo de las capas granulares, se deberá garantizar unsobreancho mínimo de 200mm, para aquellos casos en los cuales la estrategia deintervención no involucre la restitución de granulares existentes, y un sobreanchomínimo de 300mm en intervenciones profundas a nivel de restitución degranulares existentes por capas granulares no tratadas. El espesor compactadopor capa granular no supere los 200mm, a nivel de estructura.

4. En búsqueda de ofrecer un adecuado terreno de soporte, bajo ningunacircunstancia la estructura de pavimento propuesta podrá ser cimentada sobrerellenos heterogéneos (material contaminado con escombros de construcción). Encaso que durante el proceso constructivo se identifiquen (además del identificadoen el CIV10000475-2), rellenos de este tipo deberán ser retirados en su totalidad yreemplazados por el material de mejoramiento propuesto.

5. El proceso constructivo empleado para la conformación de cada una de las capasestructurales propuestas y la calidad de los materiales utilizados, debe ceñirse a

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las especificaciones técnicas de construcción IDU ET-2005. En el caso de la capaproducto de la base estabilizada con asfalto en caliente, deberá corresponder a laespecificación particular anexa al presente documento.

6. La intervención propuesta deberá estar acompañada de un mantenimientoperiódico al drenaje existente en la vía, el cual consistirá en la limpieza desumideros y revisión del estado de funcionamiento de los diferentes pozos.Adicionalmente se propone la construcción de subdrenes laterales, con laimplementación de un geodrén, según especificación particular 673P.

7. Con base en el modelo definido en el diseño se observa que una condición concapas no ligadas entre la mezcla asfáltica y la mezcla asfáltica gruesa tipo IDUMG-20 o entre la mezcla asfáltica y la base estabilizada con asfalto en calientereduce la vida útil de manera sensible (aproximadamente a una tercera parte). Porlo anterior, se deberá realizar un riego de liga adecuado según especificacionescontractuales.

8. Para las alternativas planteadas en pavimento flexible, se realiza una estimaciónde la deformación permanente en la estructura mediante el empleo del métodoVESYS, encontrando valores de ahuellamiento inferiores a 1 cm. Sin embargo, esimportante resaltar que los resultados obtenidos consideran que el espectro decarga se ajusta una distribución de tipo normal (campana de Gauss); en caso quedicha consideración no se cumpla los valores de ahuellamiento tendrán un notorioincremento.

9. Esta consultoría no considera apropiada la implementación de una estructura depavimento convencional, compuesta por carpeta asfáltica y materiales granularesno tratados, ya que este tipo de estructuras resultan más susceptibles a presentarahuellamientos, más aún si se considera el tipo de tráfico al que sirve el pavimentoproyectado. Por otra parte, la implementación de este tipo de estructuras(espesores robustos) requieren de la construcción de amplias cajas, que conllevaa mayores tiempos de ejecución, lo cual generaría conflictos en la movilidad vialdel corredor a intervenir.

10. Las estrategias de intervención propuestas deberán ser complementadas durantesu período de servicio con estrategias de mantenimiento periódico consistentes ensello de fisuras y parcheos, acorde al deterioro observado, según lo plantea lametodología de diseño AASHTO/93 empleada, lo cual se recomienda realizarinspecciones visuales cada 6 meses, con el fin de definir un plan demantenimiento.

11. Se deberá realizar un mantenimiento permanente de las juntas transversales ylongitudinales, con el objeto de garantizar su impermeabilidad, la cual esfundamental para garantizar su estabilidad, En consecuencia, se deberáimplementar un sello que cumpla con adherencia, cohesión, compatibilidad yresistencia al clima, el cual será un sello tipo polimérico de bajo módulocumpliendo los requisitos de la tabla 500,7 del artículo 500 de las especificacionesgenerales de construcción.

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12. Finalmente, Es importante aclarar resaltar que "... el deterioro del pavimento seacelera con la reducción del ancho de los carriles de la vía debido a que lastrayectorias del vehículo son restringidas a un área más estrecha", lo cual implicaque una reducción en el ancho de un carril involucra un incremento significativo enel daño del pavimento, reduciendo su vida útil en un 40% aproximadamente (casoen el cual se reduce un carril estándar de 3.65m a uno de 3.05m).6

VERIFICACiÓN DEL ESTADO DE LA PLATAFORMA

• Para el caso donde se presenten deformaciones plásticas ante una prueba decarga (paso de volqueta cargada en varios recorridos sobre la plataforma detrabajo, según lo especificado en el Reglamento técnico para la Ejecución deobras en el sector vial de Bogotá, IDU-2002, pág- 387), luego de la conformaciónse requiere de un mejoramiento de la subrasante mediante la implementación degeomallas multiaxiales.

• Para los granulares remanentes, en caso que durante el proceso de compactaciónse evidencie un sector de baja consistencia (densidades menores al 90% oplasticidad mayor al 6%), se deberá restituir la capa granular remanente por unabase granular en un espesor no menor a 0.20m o realizar un mejoramiento físicodel granular existente adicionando cal hidratada o cemento en una adición del 2%en peso.

• En los segmentos en donde existan hundimientos severos (h;::20mm) serecomienda ante la existencia de árboles laterales, realizar un tratamientoparticular, mediante la tala o restitución de las especies existentes.

LIMITACIONES

1. La exploración del subsuelo consiste en la ejecución de apiques que definen unasectorización, sin embargo esta actividad corresponde a un muestreo, razón por lacual se deberá informar ante cualquier cambio en la estratigrafía del subsuelo.

6Tomado de Effeet of Narrowing Traffie Lanes on Pavement Damage.CHIU LlUa, and ZHONGREN WANGb.

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10. FUENTES DE CONSULTA

o American association of state highway and transportation officials AASHTO.Guide for design of pavement structures. Washington: AASHTO, 1993.

o Ministerio de Transporte. Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos para víascon medios y altos volúmenes de tránsito. Popayán. INVIAS, 1998.

o Instituto de Desarrollo Urbano. Especificaciones técnicas generales deMateriales y Construcción. IDU, 2005.

o Effect of Narrowing Traffic Lanes on Pavement Damage. CHIU LlUa, andZHONGREN WANGb.

o Yang H. Huang: Pavement Analysis and Design. Second Edition. PearsonPrentice Hall. UnitedStates of America, 2004

o Shell International Petroleum Company Limited. Addendum to the ShellPavement Design Manual. London, 1985.

o Crespo Villalaz: Mecánica de suelos y cimentaciones. Sexta edición. EditorialLimusa, México 2008.

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