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DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE
VIA VEHICULAR RURAL
VEREDAS GAITAN BAJO Y PUEBLO RICO
TRAMO DE 120 MTRS
PROYECTO ALCALDIA DE QUIMBAYA
CONTENIDO
1. INTRODUCCIóN..........................................................................................................
2. TRABAJOS DE CAMPO................................................................................................
3. ENSAYOS DE LABORATORIO......................................................................................
4. ESTRATIGRAFIA..........................................................................................................
5. EVALUACIóN DE LOS RESULTADOS...........................................................................
6. DISEÑO DE PAVIMENTOS...........................................................................................
6.1 DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES......................................................................
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.................................................................. 27
ANEXOS
1. ENSAYOS DE LABORATORIO
A solicitud de
El presente estudio se ha realizado en el laboratorio de Suelos y Materiales del ING. ANTONIO MORALES PAREJA.
Se realizó 3 sondeo a 1,50 mtrs de profundidad ; para el estudio de la subrasante con el objetivo de diseñar los espesores del pavimento, se tomaron 4 CBR con el Penetrómetro Dinámico de Cono (PDC) y dos muestras con molde para CBR tallado en el campo, además se tomaron muestras para humedades naturales, y para ensayos de clasificación, como son granulometrías y limites de Atterberg.
También se registraron los diferentes estratos hasta 1,5 mtrs de profundidad.
Los ensayos de laboratorio realizados a la subrasante fueron los siguientes:
• HUMEDAD NATURAL
• LIMITES DE ATTERBERG DE SUBRASANTE Y SUBBASE
• GRANULOMETRIAS (SURASANTE Y MATERIAL GRANULAR)
• CLASIFICACIóN DE SUELOS. DE SURASANTE Y DE SUBBASE
• CBR TOMADOS EN CAMPO CON EL PDC Y TALLADOS EN CAMPO
Los formatos de los diferentes ensayos aparecen en el anexo del presente estudio.
Se registraron los siguientes estratos en los sondeos realizados, asi :
Sondeos Materiales |
Sondeo #1 K0 + 010 |
Sondeo #2 K0 + 090 |
Sondeo #3 K0 + 120 |
Carpeta |
No existe |
Deteriorada-cristalizada y muy envejecida |
Deteriorada-cristalizada y muy envejecida |
Material granular tipo súbase de buena calidad |
Espesor de
|
Espesor de
|
Espesor de
|
Suelo de subrasante |
Arena Limosa Entre 0.35mtrs y 1.5 mtrs |
Suelo organico OL Entre 0.35mtrs y 1.5 mtrs |
Arena Limosa Entre 0.35mtrs y 1.5 mtrs |
Nivel de aguas freáticas |
No se encontro |
No se encontro Subrasante muy humeda |
Se encontro NAF a 1.0 mtrs |
No se recomienda hacer reparcheo debido a que la carpeta
existente donde no se ha arrancado, se encuentra cristalizada (muy frágil). De
acuerdo a lo encontrado y analizado mas adelante en el presente estudio se recomienda,
colocar una carpeta nueva de
Ademas se recomienda construir filtros a lado y lado de la via en una longitud de 50 mtrs (teniendo en cuenta que existe cunetas de concreto, se recomienda hacer el filtro al lado de la cuneta, hacia el interior de la calzada).
El filtro debe ser en piedra de mano envuelta en geotextil no tejido 1600 (la seccion del filtro debera ser de 0.35*0,35, ubicado a 1.0mtr de profundidad)
Los ensayos realizados a la subrasante arrojaron los siguientes resultados:
A BCIZAS DE ESTUDIO ENSAYOS |
KO+010 Prof=0.40 |
KO+040 Prof=0.40 |
KO+090 Prof=0.40 |
KO+120 Prof=0.50 |
%CBR (PDC) |
7.3 |
7.2 |
5.3 |
2.5 |
% CBR tallado |
7.2 |
2.5 |
||
Humedad natural |
37.09 |
49.41 |
||
Limite liquido |
35.48 |
50.69 |
||
Indice de Plasticidad |
10.04 |
15.46 |
||
Clasificación |
SM |
S-0L |
CALCULO VALOR DEL CBR DE DISEÑO
DE ACUERDO A INSTITUTO DEL ASFALTO
VALORES CBR OBTENIDOS |
NUMERO DE VALORES DE CBR IGUALES O MAYORES |
% DE VALORES CBR IGUALES O MAYORES |
1.8 |
3 |
100.0 |
5.3 |
2 |
67.7 |
6.4 |
1 |
33.3 |
|
De acuerdo al valor de CBR hallado de la subrasante, se estimó un tránsito equivalente para la estructura del pavimento en estudio.
El tránsito acumulado en el periodo de diseño de 10 años, se determinó asumiendo una tasa de crecimiento del 4%.
TF = To * FP * a * 365 a =10 años i = 3% (0,03)
FP = [(1+i)ª-1] / [a * i] = [(1+0.03)10 - 1] / [10 * 0,03]
FP = 1,15
TF = 20 * 1,15 * 10 * 365 = 83.950 vehículos
De acuerdo a las características de la via se asume la siguiente composición del tránsito:
TIPO VEHíCULO |
PORCENTAJE |
NUMERO |
LIVIANOS BUSETAS CAMIONES |
70 10 20 |
58765 8395 16790 |
TOTAL |
100 |
83950 |
Con respecto a los camiones cerca al 100% de ellos son del tipo C2P y C2G, o sea camiones de dos ejes
Para la determinación del
tránsito equivalente expresado en ejes equivalentes a 8,2 Toneladas, se analizó
la información de volúmenes de tránsito por cada categoría, y los factores daño
por vehículo comercial obtenidos de estudio de factor daño realizado por
TIPO |
EJES EQUIVALENTES SEGúN INP |
EJES EQUIVALENTES SEGúN MT/1992 |
|||
VEHíCULO |
NUMERO |
Factor de Equivalencia |
Ejes Equivalentes |
Factor de Equivalencia |
Ejes Equivalentes |
TOTAL |
83950 |
-- |
-- |
-- |
-- |
Livianos |
58765 |
-- |
-- |
-- |
-- |
Buses pequeños |
8395 |
0.40 |
3358 |
0.40 |
3358.0 |
Camiones C2 Gdes |
16790 |
2.20 |
36938 |
2.16 * |
36266.4 |
TOTAL |
40296 |
39624.4 |
Para el diseño del pavimento se aproxima el tránsito a ejes equivalentes de 8,2 ton, resultando un valor de 0,4 * 105 repeticiones.
|
DATOS:
1. CBR = 5,0%
2. TRANSITO = 0,4 *105 Ejes de 8,2 ton
3. PERIODO DE DISEÑO = 10 años
• CALCULO DEL NDT
• CALCULO DEL CONCRETO ASFALTICO
• Espesor de concreto asfaltico = 5,0 Cms
• Espesor
de concreto asfáltico para convertir a material granular tipo subbase = 18cm
• Espesor
de material granular à
Por lo tanto la estructura encontrada y evaluada en este estudio es:
ESTRUCTURA DE DISEÑO PARA EL TRANSITO ESTIMADO POR EL METODO INA
|
||||||
|
||||||
|
|
|||
DATOS:
CBR = 5,0 %
TEMPERATURA DEL LUGAR =
CODIFICACIóN DEL CONCRETO
ASFALTICO =
S1 - F1 -
EJES EQUIVALENTES DE 8,2 TON = 0.4 * 105
CARTA UTILIZADA DEL MANUAL DE LA SHELL = CHART HN 21
ESPESOR DE CONCRETO ASFALTICO ARROJADO POR TABLA = 16 Cms
Comparando este Método con el Método INA, podemos observar que la estructura del pavimento es sensiblemente igual a la arrojado por este último. por lo tanto los comentarios y conclusiones obtenidos son similares
ESTRUCTURA DE DISEÑO PARA EL TRANSITO ESTIMADO POR EL METODO SHELL
Carpeta = 5 cms de concreto asfaltico
MATERIAL GRANULAR =
|
|||
|
DATOS:
NUMERO DE CAPAS =3(Carpeta ; Subbase y Subrasante)
ESPESORES DE CAPAS =
Carpeta
Subbase
MODULO ELÁSTICO CARPETA = 13000 Kg/Cm² à 1300 Mpa
MODULO ELÁSTICO SUBBASE = 2500 Kg/Cm² à 250 Mpa
MODULO ELÁSTICO SUBRASANTE = 500 Kg/Cm² à 50.0 Mpa
CARGA POR EJE = 8,2 Ton
Con estos datos corremos el programa y nos da una deformación por compresión en la subrasante de 1,06 * 10 -3.
Si aplicamos las ecuaciones SHELL encontramos que la deformación admisible de compresión en la subrasante debe ser:
|
Ez adm = 2,8 * 10-2 * (50000)-0,25
ESTRUCTURA DE DISEÑO PARA EL TRANSITO ESTIMADO POR EL METODO MECDE3
Carpeta = 5 cms de concreto asfaltico
Subbase =
|
||||
|
||||
|
|
|||||||||
|
|||||||||
DATOS:
NUMERO DE CAPAS =3(Carpeta ; Subbase y Subrasante)
ESPESORES DE CAPAS =
Carpeta
MODULO ELÁSTICO CARPETA = 13000 Kg/Cm²
MODULO ELÁSTICO MATER GRANULAR = 2500 Kg/Cm²
MODULO ELÁSTICO SUBRASANTE = 500 Kg/Cm²
CARGA POR EJE = 8,2 Ton
RADIO DE CARGA =
PRESIóN DE CONTACTO = 5,60 Kg/Cm²
DISTANCIA ENTRE EJES DE LLANTAS =
Antes de correr el programa se obtuvieron datos de deformaciones admisibles de compresión en la subrasante y el cálculo del esfuerzo vertical admisible de compresión en la subrasante, utilizando las ecuaciones SHELL para el primero y la ecuación de KERHOVEN Y DORMON, así:
6.1.4.6 CALCULO
DE
COMPRESIóN EN
ECUACIóN SHELL
Ez adm = 2,8 * 10-2 * N8,2-0,25
|
CALCULO
DEL ESFUERZO VERTICAL ADMISIBLE DE COMPRESIóN EN
Según KERHOVEN Y DORMON, asume la siguiente expresión para el cálculo del esfuerzo vertical admisible de compresión en la superficie de la subrasante:
Según los valores del modulo resiliente obtenidos a travé de los ensayos de campo, los esfuerzos admisible son los siguientes:
SECTOR DE ESTUDIO MODULO sZ ADMISIBLE,
ENTRE APIQUE #1 Y #3 RESILIENTE kg/cm²
1 500 0,82
CALCULO DEFLEXION BENKELMAN ADMISIBLE
DB = 6,237 N-0,165 = 6,237 (40.000)-0,165 =
La deflexión arrojada por el
diseño es de
6.1.4.7 RECOMENDACIONES PARA EL PAVIMENTO FLEXIBLE
6.1.4.8 6.1.4.7.1 Materiales Granulares
• El material de subbase debe cumplir con los requisitos del I.N.V de Colombia de acuerdo a los siguientes cuadros:
MATERIAL SUBBASE ART 320.2 SBG-1 |
MATERIAL SUB BASE EXISTENTES EN LA VIA |
||||||
TAMIZ |
Especificación % PASA |
TAMIZ |
PTO RICO |
SANTANA |
|||
|
100 |
|
100 |
100 |
|||
1½" |
70 - 100 |
1½" |
100 |
100 |
|||
|
60-100 |
|
100 |
100 |
|||
½" |
50-90 |
½" |
90.0 |
92.5 |
|||
3/8" |
40-80 |
3/8" |
79.7 |
86.0 |
|||
4 |
30 - 70 |
4 |
61.2 |
73.3 |
|||
10 |
20 - 55 |
10 |
48.5 |
63.7 |
|||
40 |
10 - 40 |
40 |
29.7 |
42.9 |
|||
200 |
4 - 20 |
200 10.7 |
17.8 |
||||
PLASTICIDAD |
< 6% |
PLASTICIDAD NP |
>10% |
||||
CBR , con Humedad optima del Proctor modificado |
40 % |
CBR , con Humedad 77% optima del Proctor modificado |
20% |
||||
DESGASTE |
50% MAX |
DESGASTE |
|||||
EQUIV. DE ARENA |
25% min |
EQUIV. DE ARENA |
|||||
• El material para Subbase granular tendrá un espesor que se indica en los diseños y cumplirá con los requisitos del I.N.V de Colombia para Subbase granular:
a) Materiales: El material consistirá en grava triturada o roca triturada dura y resistente que cumpla con los requisitos siguientes:
- Debe presentar no menos del 50% de partículas de agregado grueso, en peso, con caras fracturadas ( agregado grueso : parte del material retenido en el tamiz #4). Debe estar libre de materia orgánica, terrones de arcilla y otras sustancias deletéreas. No debe mostrar señales de desintegración, ni pérdida mayor del 12% al someter a 5 ciclos en la prueba de solidez en sulfato de sodio según el ensayo I.N.V - E20.
b) Límites de Consistencia: La fracción del material que pasa por el tamiz #40 no debe tener un índice de plasticidad mayor de 6,0 %
c) Desgaste: El material al ser sometido al ensayo de abrasión en la máquina de los Ángeles, deberá presentar un desgaste menor del 50%.
d) Colocación y Compactación: el
material se colocará y extenderá en capas de
e) En todas las capas del pavimento ( material granular ) deberá realizarse ensayos de compactación Proctor modificado y Densidad de campo, para poder controlar los porcentajes de compactación, los cuales deberán estar entre el 95% - 100% para subbases.
6.1.4.6.2 CARACTERISTICAS DEL CONCRETO ASFALTICO (ART 450)
1. Recomendaciones del Material
El tipo de mezcla será S1 -
F1 -
El conjunto de agregado grueso, agregado fino y llenante mineral deberá ajustarse a alguna de las siguientes gradaciones.
TAMIZ ( Pulgadas) |
PORCENTAJE QUE PASA |
|
MDC-1 |
MDC-2 |
|
¾" ½" 3/8" No.4 No.10 No.40 No.80 No.200 CARAS FRACTURADAS 75 % min. EQUIV DE ARENA 50% min. DESGASTE 30% max. |
100 80-100 67-85 60-77 43-54 29-45 14-25 8-17 4-8 |
-- 100 80-100 70-88 51-68 38-52 17-28 8-17 4-8 |
2. Características de
Compactación, 75 golpes/cara
Estabilidad
Mínima,
Flujo, 2-
Vacíos con aire capa de rodadura, 4-6%
Vacíos con aire Base asfaltica, 4-8%
Vacíos mínimos en agregados minerales gradación MDC-1, 14 %
Vacíos mínimos en agregados minerales gradación MDC-2, 15 %
3. Módulo Dinámico
El valor del módulo dinámico
según las curvas maestras de la Universidad del Cauca para la gradación es de
• Antes de colocar la capa de rodadura debe realizarce una imprimación con asfalto del tipo MC - 70 o una emulsión de rompimiento rápido. La capa de base deberá esta bien compactada, seca, y completamente barrida, para que la imprimación tenga un efecto benéfico.
Durante la construcción deberá tenerse un control riguroso de los materiales de base y subbase, así como de la capa de rodadura a utilizar, de tal forma que cumpla todas las especificaciones del Instituto Nacional de Vías de Colombia.
1. Para el diseño del Pavimento Flexible se utilizaron 4 Métodos ( 2 métodos racionales analíticos "INA, SHELL" y 2 métodos computacional "MECDE3 y Método DEPAV, Ver capitulo 5 (Diseño de Pavimento Flexible)
La estructura de diseño del pavimento flexible recomendada es la siguiente :
|
||||||
|
||||||
|
ESFUERZO VERTICAL ADMISIBLE DE COMPRESIóN EN
|
2.- Teniendo en cuenta la buena calidad del material granular de súbbase se concluye que la solución para mejorar en un 100% el pavimento de la via entre las veredas Gaitán Bajo y Puerto Rico, debe ser, levantar la carpeta dañada y cristalizada y reponerla por una carpeta nueva que cumpla con las especificaciones descritas anteriormente.
3.- Es de extrema importancia construir filtros a lado y lado de la via a mejorar, en una longitud mínima de 50.0 mtrs (antes de la obra transversal existente), ya que en el último sondeo se encontró agua a un metro de profundidad, donde se registro un CBR del 2.2%(valor de resistencia muy bajo por la incidencia del agua). Las mejoras que se realicen en la via sin tener en cuenta esta recomendación, van a redundar en poca vida útil de la rehabilitación del pavimento.
4.- No se recomienda hacer reparcheo
debido a que la carpeta existente donde no se ha arrancado(levantado), se
encuentra cristalizada (muy frágil). De acuerdo a lo encontrado y analizado en
el presente estudio, se recomienda colocar una carpeta nueva de
Teniendo en cuenta que existen cunetas de concreto a lado y lado de la via , se recomienda hacer el filtro al lado de la cuneta, hacia el interior de la calzada.
El filtro debe ser en piedra de mano envuelta en geotextil no tejido 1600 (la seccion del filtro debera ser de 0.35*0,35, ubicado a 1.0mtr de profundidad)
5.-Se recomienda realizar mantenimiento a todo el sistema de drenaje superficial existente( cunetas y transversal existente ), ya que en el momento de realizar el presente estudio dichas obras se encontraron infartadas(circulando el agua por la calzada, en vez de las cunetas).además el bombeo transversal de la via es muy bajo. Para el presente diseño de rehabilitación se recomienda una pendiente transversal del 2.5%.
6.- una vez levantada la carpeta existente en los primeros metros del tramo a rehabilitar, deberá completarse los niveles, en los huecos que se han formado, con material tipo base INVIAS con el objeto de que el bombeo de la via, quede conformado desde la superficie de la capa granular, una vez nivelada y conformada la capa granular, se imprimara con asfalto MC-70 o con emulsion de curado rápido.
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ANEXOS
1. ENSAYOS DE LABORATORIO
ENSAYOS DE SUBRASANTE
• ENSAYOS GRANULOMETRICOS
• ENSAYOS DE LIMITES DE CONSISTENCIA
• ENSAYOS DE HUMEDADES
• ENSAYOS DE CBR TALLADOS
• ENSAYO DE PDC (TABLA CAPITULO 5)
ENSAYOS DE SUBBASE
• ENSAYOS GRANULOMETRICOS
• ENSAYOS DE PROCTOR MODIFICADO
• ENSAYOS DE CBR CON HUMEDAD OPTIMA Y 56 GOLPES POR CAPA
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