diseÑo de pavimento rigido para la...
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DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO PARA LA URBANIZACION CABALLERO Y GONGORA, MUNICIPIO DE HONDA - TOLIMA
ING. ANDRES DAVID MORA CANO
ING. CAMILO ALBERTO ARGÜELLES SAENZ
UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA ESPECIALIZACION EN INGENIERIA DE PAVIMENTOS BOGOTA, COLOMBIA
2015
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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE PAVIMENTO RIGIDO PARA LA URBANIZACION CABALLERO Y GONGORA, MUNICIPIO DE HONDA - TOLIMA
ING. ANDRES DAVID MORA CANO
ING. CAMILO ALBERTO ARGÜELLES SAENZ
TRABAJO DE GRADO A PRESENTAR COMO REQUISITO PARA OBTENER EL TÍTULO DE ESPECIALISTA EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS
UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE ESPECIALIZACION EN INGENIERIA DE PAVIMENTOS BOGOTA COLOMBIA
2015
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Nota de aceptación
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
Presidente del Jurado
______________________________________
Jurado
______________________________________
Jurado
Bogotá D.C, Septiembre 2015
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Dedicatoria
Este trabajo de grado que se ha culminado con mucho esfuerzo pero también con
mucho amor, especialmente dedicado a nuestras familias que siempre han estado para
darnos esa motivación de superación personal, profesional, para alcanzar todas las
metas trazadas a los largo de nuestras vidas.
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Agradecimientos
En especial agradecemos a todos los docentes por la dirección y el enfoque que
dieron a la especialización y al ingeniero Alfonso Montejo por su colaboración, su entrega
y su manera de llegar al estudiante para una buena realización del postgrado.
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TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 15
1. GENERALIDADES DEL PROYECTO DE GRADO ...................................... 17
1.1 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN .................................................................................................................. 17
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................................................................... 17
1.2.1 Antecedente del problema .................................................................................................... 18
1.2.2 Pregunta de Investigación .................................................................................................... 18
1.3 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................................... 19
1.3.1 Justificación del proyecto .................................................................................................... 19
1.4 HIPÓTESIS .......................................................................................................................................... 20
1.5 OBJETIVOS ......................................................................................................................................... 21
1.5.1 Objetivo General .................................................................................................................. 21
1.5.2 Objetivos Específicos ........................................................................................................... 21
2 MARCO DE REFERENCIA ............................................................................. 23
2.1 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................... 23
2.1.1 Clases de Pavimentos ........................................................................................................... 23
2.1.2 Características de una Vía ................................................................................................... 24
2.1.3 Compactación del Terreno ................................................................................................... 25
2.1.4 Requerimientos Mínimos para la Construcción de Pavimentos Rígidos ............................. 25
2.2 MARCO LEGAL .................................................................................................................................. 26
3 METODOLOGÍA ............................................................................................. 28
3.1 FASES DEL PROYECTO DE GRADO ...................................................................................................... 29
3.2 DATOS DE LA VÍA EXISTENTE ............................................................................................................ 29
3.3 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO Y UBICACIÓN DE LA VÍA ................................................................ 30
3.3.1 Objetivos de la Topografía ................................................................................................... 30
3.3.2 Coordenadas, Cotas de Terreno y Detalles ......................................................................... 31
3.3.3 Cartera De Nivelación Vías ................................................................................................. 40
3.4 DESCRIPCIÓN DEL ESTUDIO Y DISEÑO ............................................................................................... 49
3.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................................................ 50
3.6 EQUIPOS UTILIZADOS ........................................................................................................................ 50
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3.7 ANÁLISIS DE LABORATORIO Y GEOTECNIA....................................................................................... 51
3.7.1 Características de las Vías ................................................................................................... 52
3.7.2 Ensayo De Clasificación De Suelos ..................................................................................... 53
3.7.3 Ensayo Cbr de la Sub-Rasante ............................................................................................. 54
3.8 ANÁLISIS DEL TRANSITO ................................................................................................................... 55
3.9 DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO ......................................................................................................... 56
4 TRABAJO DE CAMPO, TRABAJO DE OFICINA Y LABORATORIOS .......... 57
4.1 ENSAYOS DE LABORATORIO .............................................................................................................. 57
5 DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO POR LA METODOLOGÍA DE LA AASHTO
93 Y LA PCA 84. ................................................................................................................ 58
5.1 PARÁMETROS DE DISEÑO ................................................................................................................... 58
5.2 TRANSITO .......................................................................................................................................... 58
5.3 VARIABLES Y ANÁLISIS DE DISEÑO METODOLOGÍA DE LA AASHTO 93. ............................................ 61
5.3.1 Chequeo de Espesor de la Losa por el Programa PAS: ...................................................... 71
5.4 ANÁLISIS Y DISEÑO METODOLOGÍA DE LA PCA 84 ............................................................................ 71
5.4.1 Calculo del Espesor del Pavimento .................................................................................. 72
5.4.2 Conclusiones y Recomendaciones ........................................................................................ 80
6 ESTRUCTURA SEGÚN LA METODOLOGÍA APLICADA ............................. 83
7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS ................... 84
BIBLIOGRAFÍA .......................................... ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 ELEMENTOS DE CONSTRUCCIÓN PARA UN PAVIMENTO DE CONCRETO ........................................................ 26
FIGURA 2 UBICACIÓN DEL PROYECTO (PLANEACIÓN HONDA - TOLIMA) ........................................................................ 29
FIGURA 3 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO ..................................................................................................................... 30
FIGURA 4 IMPLANTACIÓN VÍAS PROYECTADAS DE LA URBANIZACIÓN............................................................................. 51
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LISTA DE TABLAS
TABLA 1 CLASES DE PAVIMENTOS .................................................................................................................................. 23
TABLA 2 NORMAS Y TIPOS DE ENSAYOS DE LABORATORIOS DE SUELOS ....................................................................... 49
TABLA 3 TOMA DE MUESTRAS .......................................................................................................................................... 52
TABLA 4 RESULTADOS CLASIFICACIÓN DE SUELOS........................................................................................................ 53
TABLA 5 . RESULTADOS CBR DE LA SUB-RASANTE INALTERADAS Y SUMERGIDAS A DOS DÍAS DE INMERSIÓN ............ 54
TABLA 6 CLASIFICACIÓN SUELO – CBR ......................................................................................................................... 55
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Resumen
El diseño de las estructuras de los pavimentos (Rígidos, flexibles, articulados) es un tema
de estudio e investigación, como consecuencia de los diversos resultados obtenidos en la
construcción y, particularmente en la construcción de estructuras para una vía vehicular.
Este trabajo realiza una evaluación de los diferentes métodos empleados para el
diseños de estructuras de pavimentos según criterios de parámetros empíricos semi -
empíricos y racionales para establecer las distintas alternativas que se tienen en esta
área.
Esto con el fin de confrontar y comparar los conceptos técnicos académicos y
parámetros empleados para los diferentes tipos de diseño, determinando las diferencias
en que ellos se derivan y que al ser aplicados puedan o no desarrollar resultados
objetables e inadecuado con respecto a los comportamientos de la situación real de la
estructura
En forma adicional este trabajo se realiza para saber las condiciones actuales de la
zona que va ser intervenida y recolectar información de las característica y propiedades
que el suelo está presentando para procederá a identificar qué tipo de diseño
implementar para dicho proyecto.
PALABRAS CLAVE
PAVIMENTO RÍGIDO; PAVIMENTO FLEXIBLE; PAVIMENTO ARTICULADO; SUB-
RASANTE; ESTRUCTURA DE PAVIMENTO; SUELO
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ABSTRACT
The design of pavement structures (Rigid, flexible, articulated) is a subject of study
and research as a result of the various results obtained in the construction and,
particularly in the construction of structures for a vehicular route.
This paper assesses the different methods used for the design of pavement structures
according to criteria of empirical parameters semi - empirical and rational to set the
various alternatives that are in this area.
This in order to confront and compare academic and parameters used to design
different types of technical concepts, determining the differences in that they are derived
and can be applied to develop or objectionable and inappropriate results regarding the
behavior of the actual state of the structure
Additionally this work is done to know the current conditions of the area that will be
operated and collecting information and characteristic properties of the soil are presenting
to proceed to identify what type of design to implement the project.
KEYWORDS
RIGID PAVEMENT; FLEXIBLE PAVEMENT; ARTICULATED FLOOR; SUBGRADE;
PAVEMENT STRUCTURE; SOIL
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GLOSARIO
PAVIMENTO RÍGIDO: Son aquellos formados por una losa de concreto Portland sobre
una base, o directamente sobre la sub-rasante. Transmite directamente los esfuerzos al
suelo en una forma minimizada, es auto-resistente, y la cantidad de concreto debe ser
controlada.
PAVIMENTO FLEXIBLE: Son aquellos que tienden a deformarse y recuperarse después
de sufrir deformación, transmitiendo la carga en forma lateral al suelo a través de sus
capas. Está compuesto por una delgada capa de mezclas asfálticas, colocada sobre
capas de base y sub-base, generalmente granulares.
PAVIMENTO ARTICULADO: Los pavimentos articulados están compuestos por una
capa de rodadura que está elaborada con bloques de concreto prefabricados, llamados
adoquinas, de espesor uniforme elaborados entre si esta puede ir ubicada sobre una
capa delgada de arena, la cual a su vez, se apoya sobre una capa de base granular, o
directamente sobre la sub-rasante, dependiendo de la calidad de esta y de las
magnitudes frecuencia de las cargas que circulan por dicho pavimento.
SUB-RASANTE: La sub-rasante es el terreno que conforma la superficie final de la
explanación de una vía. Debe ser resistente a los esfuerzos y deformaciones producidas
por el tránsito y el intemperismo, proporcionando un valor de soporte mínimo a la
estructura de pavimento.
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ESTRUCTURA DE PAVIMENTO: Constitución de conjunto de capas superpuestas,
relativamente horizontales, que se diseñan y se construyen técnicamente con materiales
apropiados y adecuadamente compactados.
SUELO: El suelo es el sustrato físico sobre el que se desarrollan las obras. En el ámbito
del urbanismo, por otra parte, el suelo es el espacio físico sobre el que se construye
cualquier infraestructura
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INTRODUCCIÓN
Uno de los problemas más importantes a los que se enfrenta cualquier persona
relacionada con la planeación, diseño y construcción de la infraestructura de alguna
comunidad, es comprender las múltiples interrelaciones entre los elementos que
conforman la estructura urbana y sus interacciones con el medio natural.
Dentro de las actividades urbanísticas requeridas para el desarrollo del proyecto
urbanístico Caballero y Góngora del municipio de honda en el departamento del Tolima,
se tiene proyectado la pavimentación de las vías internas con una superficie de
pavimento rígido.
En general los pavimentos son estructuras complejas constituidas por una serie de
capas superpuestas, relativamente horizontales, que se diseñan y se construyen
técnicamente con materiales seleccionados con características específicas y
adecuadamente compactados. La resistencia requerida para estas estructuras está
afectada por la capacidad de soporte a compresión de la sub-rasante, es por tal razón
que la función estructural de un pavimento es disminuir los esfuerzos generados por las
cargas impuestas debido a la acción de tránsito.
Las características que identifican a los pavimentos en concreto y de la cual
derivan buena parte de sus propiedades y ventajas en su alta rigidez y una gran
disminución en la carga que se trasfiere a la sub-rasante. Esta característica la hacen
aplicable en comparación con otras alternativas cuando el suelo tiene baja capacidad de
soporte, en vías con tráfico pesado o intenso, en carreteras en las cuales el pavimento de
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concreto se requiere construir sobre el suelo sin interposición de una capa de material de
soporte o cuando se requiere alta durabilidad. Los pavimentos de concreto ofrecen una
alta resistencia al desgaste, no se a huellan en ninguna dirección y cuando las losas
tienen menos de 5 metros de longitud el efecto de la temperatura en los esfuerzo es
despreciable.
El presente diseño se elabora bajo la metodología establecida en “el manual de
diseño de pavimento de concretos para vías con bajo, medios y altos volúmenes de
transito” del instituto colombiano de productores de cemento ICPC, avalado por el Invias.
Los parámetros de diseño requeridos fueron obtenidos en base a los datos de campo
como levantamiento topográfico, estudio de suelos y un detallado análisis de las
condiciones específicas del terreno mediante inspección visual. El procedimiento de
diseño establece que una vez identificadas las variables obtenidas en campo se procede
a clasificar la variable tránsito y a partir de estos parámetros se define la estructura de
pavimento que garantiza la adecuada condición de movilidad para el transito proyectado.
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1. GENERALIDADES DEL PROYECTO DE GRADO
1.1 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
El diseño de la estructura para pavimentos rígidos es un tema de estudio e
investigación como consecuencia de los diversos resultados obtenidos en la construcción
y particularmente en la recuperación de las estructuras de las vías vehiculares
pavimentadas.
La Importancia de los pavimentos en la economía y en el desarrollo de los pueblos
se obtienen gracias a que generan impactos positivos de comodidad con respecto su
rapidez, Seguridad, Confort, Mitigación ambiental, Disminución costos de operación
vehicular, Disminución costos de mantenimiento.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Hoy en día, en la Urbanización Caballero y Góngora persisten los problemas de un
buen acceso vehicular directo a las viviendas generados en la falta de terminados de las
vías (pavimentos y andenes).
Esta situación de falta de terminado de las vías, producen malestar en la población
debido a que dependiendo de la temporada de lluvias o calor deben soportar el pantano o
el polvo lo que acrecienta el riesgo de contraer infecciones gripales, así como el tener que
sortear las cárcavas producidas en las vías que acceden a sus viviendas.
Los diferentes tramos de vía dentro de la urbanización no cumplían ni con las
especificaciones técnicas y ni las características de los materiales según las normas a
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seguir con los diseños respectivos y las características de los materiales no cumplían con
las especificaciones de las normas a seguir.
1.2.1 Antecedente del problema
Debido al avance constructivo que se está presentando a nivel nacional en los
diferentes proyectos, se presentara la restructuración de las vías de acceso de un proyecto
de una urbanización.
Para la construcción de vías, la función de un pavimento es la de proveer una
superficie de rodamiento adecuada al tránsito y distribuir las cargas aplicadas por el
mismo, sin que se sobrepasen las tensiones admisibles de las distintas capas del
pavimento y de los suelos de fundación.
Hace unos años la construcción de las vías se basaba sin estudios previos y sin
tener ningún tipo de especificaciones de como poder mejorar el nivel de servicio.
Un buen diseño debe cumplir con las condiciones enunciadas recedentemente al
menor costo inicial y con un mínimo de conservación durante la vida útil del pavimento.
1.2.2 Pregunta de Investigación
El cambio y la implementación de un nuevo sistema y diseño de un pavimento, ¿a
futuro no presentaran fallas y agrietamientos descriptivos, generados por cambios
climáticos y modificaciones físicas y químicas del suelo?
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1.3 JUSTIFICACIÓN
1.3.1 Justificación del proyecto
Una importante decisión para la realización del proyecto de pavimentación,
construyendo un pavimento rígido (concreto). Para esto se tuvieron que analizar las
desventajas y ventajas que ofrecen los diferentes tipos de pavimentos que se utilizan en
proyectos vehiculares.
La simple observación directa de la movilidad del tránsito en los diferentes
proyectos urbanísticos, permite reducir rápidamente la presencia de un problema de
inestabilidad de la sub-rasante en el material encontrado donde se tiene la localizado el
proyecto.
Se hace necesario adoptar tipos de estrategias, donde por ser una vía con
características urbanas se requieran construcción de drenajes superficiales y o sumideros
conectados al alcantarillado a fin de hacer la evacuación de las aguas superficiales
siempre y cuando se dejen bien definidas las pendientes transversales y longitudinales
ya que por ningún motivo se deben presentar estancamientos de agua sobre el
pavimento.
El presente proyecto se justifica en razón de que una vez intervenida las calles de
la urbanización caballero y Góngora, esta actuación contribuye a:
• El goce y disfrute del espacio público por parte de los habitantes de la urbanización.
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• El mejoramiento de la calidad de vida de los habitantes del sector en razón de la
facilidad para el acceso a los servicios públicos.
• El mejoramiento del tráfico vehicular pues las viviendas tendrían acceso directo.
• La disminución de las infecciones gripales a causa del polvo o el pantano.
• La disminución de la vulnerabilidad al deslizamiento de la zona al tener una buena
superficie para la evacuación de las aguas lluvias.
1.4 HIPÓTESIS
La propuesta que se presenta en este proyecto, propone el desarrollo de
mejoramiento de la sub-rasante para generar mejor capacidad portante en el proceso de
instalación de la pavimentación y así mismo establecer mejor calidad de vida de los
habitantes, esto por medio de actividades básicas de ejecución.
Primeramente es necesaria la búsqueda de información básica del suelo lo cual se
lograra con ensayos de laboratorio y la proyección del tránsito necesaria para diseñar una
estructura de pavimento que mejore la circulación; posteriormente para el proceso
constructivo, se realizaran las siguientes actividades; nivelación instalación de tuberías
de alcantarillado y acueducto, construcción de sumideros para manejo de agua,
excavación y nivelación del material según diseño estructural del pavimento, en caso que
se presenten fallos en el terreno natural se remplazara por un material apropiado y de
buenas características con material de afirmado, pisado y compactación de la sub-
rasante, instalación de base granular tipo Invias y nivelación del material, compactación y
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instalación pavimento rígido. Posteriormente se empezaran las obras de urbanismos
contempladas para el proyecto.
1.5 OBJETIVOS
1.5.1 Objetivo General
Definir una estructura de pavimento rígido la cual garantice la resistencia a la acción
de cargas impuestas por el tránsito en las vías de la urbanización Caballero y
Góngora del municipio de Honda – Tolima.
1.5.2 Objetivos Específicos
Conocer las características particulares de la zona para establecer las condiciones
a cumplir en lo que respecta a especificaciones técnicas para el proyecto urbanístico
residencial mencionado.
Analizar todas las variables y parámetros de acuerdo a la metodología de diseño.
Presentar un informe resumen de los estudios en los cuales se destacan aspectos
importantes relacionados con la estructura de pavimento.
Recomendar los procesos de reparación que más se adecuen a una situación
particular (área de muestreo).
22
Obtener información del estado físico de las vías seleccionadas en el análisis de
deterioros del pavimento existente.
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2 MARCO DE REFERENCIA
2.1 MARCO TEÓRICO
Para el diseño y construcción de un pavimento se debe asegurar el
comportamiento satisfactorio del pavimento de hormigón en este caso, es necesario que
el suelo de la sub-rasante posea características y densidad uniformes, es decir, soporte
uniforme. En las superficies inestables que aparecen durante la construcción, debe
excavarse el material y remplazarse por otro del mismo tipo de las zonas adyacentes,
compactad a similar densidad: es equivocado el criterio de llenar los baches de áreas
débiles con material granular de mejor calidad que el adyacente, porque de este modo se
atenta contra el soporte uniforme que necesita el pavimento de hormigón.
2.1.1 Clases de Pavimentos
Tabla 1 Clases de pavimentos
Pavimento Rígido Pavimento Flexible
El concreto absorbe gran parte de los esfuerzos que las ruedas de los vehículos ejercen sobre el pavimento.
El esfuerzo es transmitido hacia las capas inferiores ( base, sub – base, sub - rasante
Pavimento Articulado
Por ser elaborados con un concreto o ladrillo de alta resistencia, los adoquines presentan alta resistencia a las cargas concentradas, a la abrasión y a los agentes atmosféricos. Además, no son afectados por los productos derivados del petróleo. Debido a la innumerable cantidad de juntas que posee el pavimento, la circulación es incómoda y se traduce en mayores costos de operación vehicular en relación con otras alternativas de pavimento.
Fuente: (Londoño Naranjo & Alvarez Pabón, 2008)
24
2.1.2 Características de una Vía
Existen varios factores que influyen para la localización de una vía y es importante
tener en cuenta y evaluar cuales son los aspectos más importantes para el diseño y la
construcción.
Estudios topográficos de la zona: la planimetría y altimetría son las bases
fundamentales para todo proyecto vial, su aplicación es determinante para
obtener las libretas de campo y planos que reflejen las condiciones geométricas
del lugar de ejecución de un proyecto.
Características físicas: dimensionamiento de la vía, características del
pavimento, geometría de la estructura de pavimento y en cuando a la zona del
proyecto, el terreno sobre el cual se construirá la vía puede esta formado por
rocas, suelo o ambos y en todo los casos es posible que se presenten
problemas.
Geología: se habla de diferentes composiciones y tipo de suelos que llevan a
estudios representativos para determinar la viabilidad de ejecución de un
proyecto.
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2.1.3 Compactación del Terreno
La compactación del suelo en general es el método más barato de estabilización
disponible. La estabilización del suelo consiste en el mejoramiento de las propiedades
físicas para obtener una óptima estructura, resistencia al corte y relaciones de vacíos
deseable.
Existen métodos de estabilización de suelos que utilizan materias químicas como cal,
cenizas, cementos o compuestos de ácido fosfórico, pero estos métodos usualmente son
más costosos y pueden utilizar métodos de compactación adicionales en la mezcla pues
al incorporar el material químico en la masa del suelo se produce una gran perturbación
de toda su estructura.
Los ensayos para el control de la construcción se usan para asegurar que los suelos se
compacten adecuadamente durante la construcción.
2.1.4 Requerimientos Mínimos para la Construcción de Pavimentos Rígidos
Requisitos de los Materiales, dosificación, equipos necesarios, procedimiento
constructivo, juntas de concreto, sellos de juntas y prevención y corrección de
defectos.
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Figura 1 Elementos de Construcción para un Pavimento de Concreto
2.2 MARCO LEGAL
De acuerdo a la ley nacional se debe promover, apoyar y ejecutar proyectos de
inversión que presenten objetivamente externalidades económicas, así mismo promover
el desarrollo integral para viabilizar el crecimiento económico
Comprender de los estudios, el levantamiento topográfico, la determinación de la
carga de tránsito para diseño, la valoración geotécnica del área y diseño de Pavimentos.
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Normatividad de los estudio de Capacidad Portante de los Suelos. Por tratarse de
pavimentos rígidos en los que la capacidad mecánica de la sub-rasante no es la variable
más significativa y teniendo en cuenta estudios ya realizados, se estableció el valor de
CBR de la sub-rasante con base en la información existente.
Estudio de Caracterización de la Fundación del Pavimento. Con base en estudios
existentes se establece variables de diseño de las capas de los materiales existentes.
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3 METODOLOGÍA
Este proyecto propone el diseño de un pavimento rígido para las vías de acceso en
proyección de la urbanización Caballero y Góngora, para mejoramiento de la circulación
por medio de una nueva carpeta de rodadura y la estabilización del suelo por medio del
tratamiento e incorporación a la sub-rasante en algunos casos con altos contenidos de
arcillas para que puedan ser empleados como capa granular de soporte para la posterior
protección, con una base estabilizada y con los diferentes actividades para el control y el
manejo de aguas lluvias.
Por otra parte, los estudios de suelos a realizar para el proyecto y que mediante
ensayos de laboratorio se determinara la capacidad portante y el tipo de suelo según las
muestras tomadas en campo para analizar y evaluar.
Con base en éstas condiciones se empleará la mejor metodología para determinar
los espesores de las capas de la estructura de pavimento a diseñar, adicionalmente,
serán tenidos en cuenta elementos que mejoren las condiciones de la sub-rasante y de
las capas granulares como Geo sintéticos y/o estabilizantes.
Con una razonable uniformidad de la sub-rasante y previniendo los cambio
volumétricos excesivos de los suelos expansivos con un cuidadoso control de la humedad
y densidad durante la compactación, se logra una superficie adecuada para el asiendo
del pavimento.
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3.1 FASES DEL PROYECTO DE GRADO
El proyecto se dividirá en tres diferentes actividades, la primera de recolección de
información del deterioro actual del acabado de la vía, levantamiento topográfico, el tipo
de suelo de la vía, análisis y muestras de laboratorios, una segunda que en la que se
desarrolla la ejecución como tal de la obra física por medio del uso de maquinaria,
materiales y lo más importante para este documento la implementación del pavimento
rígido y una última actividad encaminada al seguimiento del proyecto por medio de estudios
de comportamiento.
3.2 DATOS DE LA VÍA EXISTENTE
Figura 2 Ubicación del proyecto (Planeación Honda - Tolima)
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3.3 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO Y UBICACIÓN DE LA VÍA
Figura 3 Levantamiento Topográfico
Dentro de los estudios de diseño para la construcción de vías uno de los aspectos
importantes es el estudio topográfico, ya que nos permite determinar la ubicación espacial
del lugar donde se desarrollara el proyecto.
El presente estudio se desarrolló en el Municipio Honda (Tolima), en el lote de
propiedad del Municipio de Honda, con el propósito de llevar a cabo la construcción de la
vía de la urbanización Caballero Y Góngora.
3.3.1 Objetivos de la Topografía
Determinar los linderos y vecindades del lote donde se desarrollara el proyecto.
31
Determinar el perímetro de las manzanas para la implantación del diseño en dichas
aéreas
Realizar secciones transversales dentro de cada manzana para determinar niveles.
Realizar levantamiento de las vías existentes para determinar sus anchos,
longitudes y ubicación dentro del proyecto.
Realizar secciones transversales tomando los borde de vía, ejes y sardineles, para
cálculo de volúmenes y diseños
Realizar levantamiento de pozos existente para determinar longitudes de tramos y
ubicación.
Realizar inspección de las redes existentes para determinar cotas bateas y claves
de los tramos con su respectiva dirección de caudal y diámetro de tuberías.
3.3.2 Coordenadas, Cotas de Terreno y Detalles
# PUNTO NORTE ESTE COTA DESCRIPCION
1 1068254.82 925060.601 277.416 AN
2 1068253.74 925061.214 277.385 VIA
3 1068255.13 925060.804 277.424 AN
4 1068255.79 925061.852 277.399 VIA
5 1068262.79 925056.341 277.681 AN
6 1068263.46 925057.411 277.682 VIA
7 1068272.67 925050.622 278.023 AN
32
8 1068273.34 925051.729 278.032 VIA
9 1068272.81 925050.189 278.024 AN
10 1068273.84 925049.471 278.048 VIA
11 1068264.25 925035.376 278.144 AN
12 1068265.34 925034.762 278.142 VIA
13 1068254.24 925018.149 278.322 AN
14 1068255.35 925017.529 278.329 VIA
15 1068253.92 925018.1 278.304 AN
16 1068253.25 925017.017 278.321 VIA
17 1068245.79 925023.247 278.215 AN
18 1068245.11 925022.164 278.227 VIA
19 1068236.64 925029.414 278.104 AN
20 1068240.8 925036.574 277.926 AN
21 1068239.75 925037.204 277.94 VIA
22 1068231.57 925032.581 278.086 AN
23 1068232.65 925031.92 278.074 VIA
24 1068230.5 925031.286 278.092 VIA
25 1068231.14 925032.38 278.05 AN
26 1068225.18 925036.1 277.925 AN
27 1068224.57 925035.007 277.949 VIA
28 1068219.72 925039.537 277.814 AN
29 1068219 925038.544 277.838 VIA
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30 1068214.16 925043.029 277.319 AN
31 1068213.15 925042.186 277.277 VIA
32 1068214.59 925044.663 277.217 AN
33 1068213.49 925045.361 277.186 VIA
34 1068222.76 925058.649 277.233 AN
35 1068221.63 925059.337 277.257 VIA
36 1068231.6 925074.044 277.342 AN
37 1068230.54 925074.709 277.306 VIA
38 1068230.54 925074.708 277.307 VIA
39 1068232.21 925074.108 277.337 AN
40 1068232.83 925075.161 277.344 VIA
41 1068241.71 925070.055 277.346 AN
42 1068241.45 925068.779 277.354 AN
43 1068249.36 925064.173 277.375 AN
44 1068250.19 925065.132 277.352 VIA
45 1068250.77 925063.095 277.403 VIA
46 1068249.57 925063.456 277.404 VIA
47 1068241.26 925049.206 277.708 AN
48 1068242.4 925048.701 277.699 VIA
49 1068278.47 925047.067 278.047 AN
50 1068278.9 925048.222 278.057 VIA
51 1068276.85 925047.611 278.05 VIA
34
52 1068277.85 925046.938 278.046 AN
53 1068268.11 925030.125 278.174 AN
54 1068267.08 925030.771 278.179 VIA
55 1068258.6 925013.73 278.338 AN
56 1068256.78 925013.081 278.349 VIA
57 1068257.95 925012.675 278.292 VIA
58 1068256.62 925010.458 278.332 AN
59 1068257.59 925009.919 278.32 AN
60 1068256.14 925009.558 278.274 AN
61 1068267.04 925008.539 278.509 AN
62 1068266.42 925007.48 278.493 AN
63 1068275.91 925001.671 278.693 AN
64 1068274.89 925000.004 278.694 AN
65 1068275.53 924999.607 278.706 AN
66 1068280.63 925007.729 278.645 VIA
67 1068280.09 925008.349 278.644 AN
68 1068283.58 925013.949 278.577 AN
69 1068284.27 925015.112 278.573 AN
70 1068287.02 925019.902 278.541 AN
71 1068288.4 925019.256 278.547 VIA
72 1068286.32 925015.556 278.565 VIA
73 1068286.8 925013.503 278.592 VIA
35
74 1068296.2 925008.132 278.574 VIA
75 1068295.6 925007.051 278.576 VIA
76 1068284.27 925013.524 278.533 AN
77 1068289.82 925024.81 278.488 AN
78 1068291.01 925023.749 278.503 VIA
79 1068297.76 925035.477 278.375 VIA
80 1068296.44 925036.253 278.376 AN
81 1068296.25 925036.762 278.319 AN
82 1068297.56 925037.414 278.324 VIA
83 1068310.13 925034.468 278.141 VIA
84 1068311.42 925035.087 278.086 AN
85 1068316.42 925044.074 278.008 MURO
86 1068315.51 925042.309 277.649 MURO
87 1068279.2 925052.406 278.041 VIA
88 1068279.29 925053.74 278.029 AN
89 1068284.13 925062.882 277.031 MURO
90 1068256.02 925065.77 277.39 VIA
91 1068256.41 925066.999 277.406 AN
92 1068261.9 925075.833 276.473 MURO
93 1068235.35 925091.177 276.302 MURO
94 1068230.12 925082.331 277.281 AN
95 1068231.2 925080.219 277.327 VIA
36
96 1068229.58 925079.574 277.326 VIA
97 1068208.22 925042.985 277.191 VIA
98 1068207.94 925042.033 277.222 VIA
99 1068208.14 925041.316 277.259 VIA
100 1068208.59 925040.905 277.293 VIA
101 1068210.71 925039.616 277.334 VIA
102 1068211.29 925039.031 277.366 VIA
103 1068211.41 925038.342 277.415 VIA
104 1068211.23 925037.572 277.495 VIA
105 1068218.43 925034.711 277.873 VIA
106 1068217.92 925033.569 277.833 AN
107 1068217.37 925033.374 277.807 AN
108 1068216.35 925034.161 277.849 VIA
109 1068206.89 925016.995 277.786 VIA
110 1068205.89 925017.761 277.786 VIA
111 1068200.87 925021.389 277.751 VIA
112 1068192.55 924994.528 277.562 AN
113 1068191.55 924995.298 277.626 VIA
114 1068188.94 924991.304 277.578 VIA
115 1068191.11 924986.138 277.593 AN
116 1068190.5 924984.963 277.563 VIA
117 1068205.11 924977.405 277.788 AN
37
118 1068206.02 924978.011 277.853 AN
119 1068208.72 924979.827 277.881 VIA
120 1068212.23 924978.787 277.934 VIA
121 1068221 924999.32 278.049 VIA
122 1068224.8 924998.753 278.062 VIA
123 1068225.76 924998.177 278.064 AN
124 1068239.33 925019.625 278.158 AN
125 1068238.39 925020.17 278.153 VIA
126 1068235.42 925022.134 278.13 VIA
127 1068234.47 925022.885 278.139 AN
128 1068240.7 925020.808 278.195 VIA
129 1068240.2 925019.771 278.189 AN
130 1068246.42 925017.229 278.244 VIA
131 1068245.73 925016.285 278.258 AN
1001 1068259.79 924975.304 278.617 D-5N
132 1068255.28 924969.368 278.578 AN
133 1068255.91 924968.866 278.578 AN
134 1068244.04 924951.26 278.215 POZO
135 1068241.77 924948.271 278.543 AN
136 1068242.04 924947.153 278.542 AN
137 1068234.06 924953.115 278.371 AN
138 1068233.64 924952.432 278.366 AN
38
139 1068224.89 924958.891 278.19 AN
140 1068224.48 924958.213 278.184 VIA
141 1068224.09 924959.404 278.158 AN
142 1068228.89 924966.92 278.194 AN
143 1068229.74 924966.356 278.077 AN
144 1068229.41 924967.813 278.119 AN
145 1068220.73 924973.248 278.079 AN
146 1068220.21 924972.27 278.071 AN
147 1068210.36 924967.989 277.942 AN
148 1068210.06 924967.204 277.937 AN
149 1068213.98 924979.493 277.946 AN
150 1068234.15 924973.3 278.222 AN
151 1068233.47 924974.057 278.213 AN
152 1068249.55 924997.356 278.278 AN
153 1068248.69 924997.889 278.283 AN
154 1068276 925001.67 278.72 AN
155 1068274.71 924999.296 278.169 POZO
156 1068264.14 924981.762 278.645 AN
157 1068263.49 924982.202 278.646 AN
1002 1068212.86 924965.866 278.000 D-6N
158 1068189.68 924968.263 277.535 POZO
159 1068188.96 924968.483 277.52 POLI
39
160 1068184.13 924972.039 277.65 ARB
161 1068184.06 924971.585 277.65 ARB
162 1068201.06 924958.71 278.695 PARA
163 1068205.3 924956.021 278.735 PARA
164 1068209.38 924953.433 278.836 PARA
165 1068213.61 924950.77 278.796 PARA
166 1068226.89 924944.035 278.646 PARA-POL
167 1068215.24 924951.656 278.496 POL
168 1068231.2 924950.715 278.478 PARA
169 1068252.27 924937.444 278.217 PARA
40
3.3.3 Cartera De Nivelación Vías
B.M 0 V(+) 1.673 H.I 1.673
VIA 1 VIA 2
PUNTO V. INT COTA PUNTO V. INT COTA
S.D S.D 2.440 -0.767
B.D 1.500 0.006 B.D 2.710 -1.037
-008.8 1.385 0.121 000 2.670 -0.997
B.I 1.355 0.151 B.I 2.750 -1.077
S.I S.I 2.400 -0.727
S.D S.D 2.440 -0.767
B.D 1.510 -0.004 B.D 2.800 -1.127
-005 1.460 0.046 010 3.170 -1.497
B.I 1.455 0.051 B.I 2.790 -1.117
S.I S.I 2.390 -0.717
S.D 1.700 -0.027 S.D 2.400 -0.727
B.D 1.790 -0.117 B.D 2.655 -0.982
000 1.843 -0.170 020 3.140 -1.467
B.I 1.802 -0.129 B.I 2.760 -1.087
S.I 1.678 -0.005 S.I 2.350 -0.677
41
S.D 1.650 0.023 S.D 2.360 -0.687
B.D 1.930 -0.257 B.D 2.600 -0.927
010 1.913 -0.240 030 2.970 -1.297
B.I 1.960 -0.287 B.I 2.690 -1.017
S.I 1.635 0.038 S.I 2.300 -0.627
S.D 1.585 0.088 S.D 1.460 0.213
B.D 1.935 -0.262 B.D 1.782 -0.109
020 1.997 -0.324 038.2 1.879 -0.206
B.I 1.997 -0.324 B.I 1.918 -0.245
S.I 1.550 0.123 S.I 1.508 0.165
S.D 1.520 0.153
B.D 1.888 -0.215
030 1.948 -0.275
B.I 1.968 -0.295
S.I 1.530 0.143
S.D 1.460 0.213
B.D 1.782 -0.109
040 1.879 -0.206
B.I 1.918 -0.245
42
S.I 1.508 0.165
S.D 1.475 0.198
B.D 1.812 -0.139
051.8 1.852 -0.179
B.I 1.838 -0.165
S.I 1.450 0.223
VIA 3 VIA 4
PUNTO V. INT COTA PUNTO V. INT COTA
S.D 2.380 -0.707 B.D 1.570 0.103
B.D 2.745 -1.072 000 1.590 0.083
000 2.755 -1.082 B.I 1.570 0.103
B.I 2.650 -0.977 S.I 1.270 0.403
S.I 2.272 -0.599
S.D 1.332 0.341
S.D 1.720 -0.047 B.D 1.648 0.025
B.D 2.011 -0.338 010 1.670 0.003
010 1.903 -0.230 B.I 1.628 0.045
43
B.I 1.955 -0.282 S.I 1.320 0.353
S.I 1.738 -0.065
S.D 1.448 0.225
S.D 1.544 0.129 B.D 1.800 -0.127
B.D 1.905 -0.232 020 1.930 -0.257
020 1.870 -0.197 B.I 1.800 -0.127
B.I 1.880 -0.207 S.I 1.470 0.203
S.I 1.612 0.061
S.D 1.490 0.183
S.D 1.462 0.211 B.D 1.938 -0.265
B.D 1.778 -0.105 030 2.020 -0.347
030 1.850 -0.177 B.I 1.940 -0.267
B.I 1.710 -0.037 S.I 1.500 0.173
S.I 1.478 0.195
S.D 1.550 0.123
S.D 1.372 0.301 B.D 1.890 -0.217
B.D 1.700 -0.027 043.6 2.010 -0.337
040 1.772 -0.099 B.I 1.910 -0.237
B.I 1.707 -0.034 S.I 1.558 0.115
S.I 1.398 0.275
S.D 1.278 0.395
44
B.D 1.588 0.085
053.3 1.588 0.085
B.I 1.580 0.093
S.I 1.300 0.373
VIA 5 VIA 6
PUNTO V. INT COTA PUNTO V. INT COTA
B.D 1.700 -0.027 S.D 1.988 -0.315
000 1.720 -0.047 B.D 2.060 -0.387
B.I 1.740 -0.067 000 2.230 -0.557
S.I 1.470 0.203 B.I 2.120 -0.447
S.I 1.980 -0.307
B.D 1.595 0.078
010 1.695 -0.022 S.D 1.940 -0.267
B.I 1.610 0.063 B.D 2.010 -0.337
S.I 1.420 0.253 010 2.165 -0.492
B.I 2.180 -0.507
S.D 1.410 0.263 S.I 1.940 -0.267
B.D 1.730 -0.057
45
020 1.930 -0.257 S.D 1.900 -0.227
B.I 1.710 -0.037 B.D 2.100 -0.427
S.I 1.380 0.293 020 2.155 -0.482
B.I 2.218 -0.545
S.D 1.495 0.178 S.I 1.875 -0.202
B.D 1.880 -0.207
030 2.020 -0.347 S.D 1.850 -0.177
B.I 1.850 -0.177 B.D 2.190 -0.517
S.I 1.480 0.193 030 2.220 -0.547
B.I 2.200 -0.527
S.D 1.580 0.093 S.I 1.812 -0.139
B.D 1.870 -0.197
040 1.790 -0.117 S.D 1.832 -0.159
B.I 1.870 -0.197 B.D 2.238 -0.565
S.I 1.600 0.073 040 2.230 -0.557
B.I 2.130 -0.457
S.D 1.830 -0.157 S.I 1.768 -0.095
B.D 2.220 -0.547
050 2.420 -0.747 S.D 1.815 -0.142
B.I 2.230 -0.557 B.D 2.300 -0.627
S.I 1.867 -0.194 050 2.292 -0.619
B.I 2.030 -0.357
46
S.D 2.170 -0.497 S.I 1.755 -0.082
B.D 2.262 -0.589
060 2.800 -1.127 S.D 1.820 -0.314
B.I 2.540 -0.867 B.D 1.913 -0.407
S.I 2.130 -0.457 052.9 2.055 -0.549
B.I 1.890 -0.384
S.D 2.260 -0.587 S.I 1.810 -0.304
B.D 2.670 -0.997
070 2.890 -1.217 S.D
B.I 2.695 -1.022 B.D 1.705 -0.199
S.I 2.275 -0.602 059.7 1.610 -0.104
B.I 1.690 -0.184
S.D 2.550 -0.877 S.I
B.D 2.710 -1.037
080 2.900 -1.227
B.I 2.650 -0.977
S.I 2.400 -0.727
B.D 2.610 -0.937
093 2.770 -1.097
B.I 2.690 -1.017
S.I 2.480 -0.807
47
BM 0 V(+) 1.506
VIA 7 VIA 8
PUNTO V. INT COTA S.D 1.725 -0.219
S.D 1.524 0.149 B.D 1.785 -0.279
B.D 1.905 -0.232 000 1.930 -0.424
000 2.120 -0.447 B.I 1.807 -0.301
B.I 1.770 -0.097 S.I 1.746 -0.240
S.I 1.520 0.153
S.D 1.730 -0.224
S.D 1.690 -0.017 B.D 1.775 -0.269
B.D 2.070 -0.397 010 1.920 -0.414
010 2.070 -0.397 B.I 1.800 -0.294
B.I 2.120 -0.447 S.I 1.740 -0.234
S.I 1.690 -0.017
S.D 1.588 -0.082
S.D 1.905 -0.232 B.D 1.615 -0.109
B.D 2.270 -0.597 023 1.774 -0.268
020 2.550 -0.877 B.I 1.704 -0.198
B.I 2.300 -0.627 S.I 1.624 -0.118
S.I 1.920 -0.247
S.D 2.080 -0.407
48
B.D 2.400 -0.727
030 2.970 -1.297
B.I 2.550 -0.877
S.I 2.060 -0.387
S.D 2.200 -0.527
B.D 2.600 -0.927
039 2.952 -1.279
B.I 2.600 -0.927
S.I 2.220 -0.547
49
3.4 DESCRIPCIÓN DEL ESTUDIO Y DISEÑO
El proyecto se encuentra en la carrera 30 con calle 12 del municipio de Honda en el
Departamento del Tolima, margen derecho de la vía que conduce al municipio de
Mariquita.
Normas Tomadas de las especificaciones del INVIAS.
Tabla 2 Normas y tipos de ensayos de laboratorios de suelos
ENSAYOS DE LABORATORIO
Clasificación del suelo Análisis granulométrico INV E – 123 - 07
Límites de consistencia INV E – 125 - 07
Control de la
construcción
Determinación del contenido
de humedad
INV E – 122 - 07
Densidad Máxima INV E – 136 - 07
Humedad Optima INV E – 148 – 07
Porcentaje de Compactación INV E – 141 – 07
Equivalente de Arena INV E – 133 - 07
50
Determinación de la
resistencia del suelo.
CBR
INV E – 169 - 07
Fuente: (INVIAS, 2013)
3.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Para evaluar si un suelo es o no apto para formar parte constituyente de un pavimento,
este debió ser ensayado y con base a los resultados determinar usarlo o rechazarlo. Los
parámetros a manejar para determinar lo anterior son con base a los procedimientos y
normas mínimas que el material debe cumplir.
Estas normas ha sido fijadas con base a un proceso de pruebas repetitivas, cuyos
resultados han demostrado que evalúan el material de una forma adecuada y garantizan
que es apto o no para formar parte de un pavimento.
3.6 EQUIPOS UTILIZADOS
Motoniveladora con escarificador.
Retroexcavadora.
Carro tanque.
Vibro compactador de 10 toneladas.
Mixer para instalación de concreto.
51
3.7 ANÁLISIS DE LABORATORIO Y GEOTECNIA
La evaluación geotécnica tiene como objetivo principal, el estudio de la sub-rasante
con el propósito de determinar sus principales características y su parámetro de
resistencia para diseñar la estructura del pavimento. Para el diseño de pavimento se
realizó un estudio de laboratorio el cual incluía una clasificación de suelos y ensayos de
CBR inalterado y sumergido para cada apique. (Los resultados se encuentran anexos al
presente documento).
Para la elaboración del estudio de suelos se tomaron tres muestras sobre distintos puntos
de la vía que se requiere diseñar.
Figura 4 Implantación vías proyectadas de la urbanización
52
3.7.1 Características de las Vías
Ancho promedio: 3,60 mts
Longitud total de vías de acceso: 430 mts lineales.
Tabla 3 Toma de muestras
MUESTRA LOCALIZACION
1 Coliseo y Manzana F
2 Manzana D y Manzana F
3 Manzana D y Manzana A
Fuente: Los Autores
Figura 5 Localización de Apíques
53
3.7.2 Ensayo De Clasificación De Suelos
Tabla 4 Resultados clasificación de Suelos
54
Fuente: Laboratorio de Suelos
3.7.3 Ensayo Cbr de la Sub-Rasante
Tabla 5 . Resultados CBR de la sub-rasante inalteradas y sumergidas a dos días de inmersión
1 2 3 PROMEDIO
Inaltera
do
sumergi
do
Inaltera
do
sumergi
do
Inaltera
do
sumergi
do
Inaltera
do
sumergi
do
CB
R 4,7 3,3 4,6 3,2 4,6 3,1 4,6 3,2
CB
R 4,3 3,1 4,1 2,9 4,3 2,8 4,2 2,9
55
Tabla 6 Clasificación Suelo – CBR
CATEGORIA CBR (%)
COMPORTAMIENTO
COMO
SUBRASANTE
S1 CBR ≤3 Malo
S2 3<CBR ≤5 Regular
S3 5<CBR ≤10 Bueno
S4 CBR>10 Muy Bueno
Fuente: (Londoño Naranjo & Alvarez Pabón, 2008)
3.8 ANÁLISIS DEL TRANSITO
La variable tránsito para este caso particular debe ser proyectada ya que se trata
de la puesta en funcionamiento de una vía nueva, no se tiene datos estadísticos o
niveles de transito existente, por lo tanto se tiene en cuenta las siguientes
consideraciones particulares de la vía a la hora de calcular el transito promedio diario
TPD de ejes equivalentes.
I. Vías en conjunto residencial no comercial.
II. El conjunto residencial cuenta con único acceso con un ancho de vía de 3,6
metros con limitando radio de giro en las curvas, lo que dificulta la movilidad en
vehículos largos.
III. Restricción de acceso vehicular pesado limitado, se tiene proyectado el transito
esporádico de vehículos-camiones tipo C2 o C3 (máximo) que ingresan a la
56
unidad residencial en actividades de transporte de enseres, trasteo o el camión
de la basura.
3.9 DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO
Se presentara la solución dentro del marco reglamentario, basado a las diferentes
normas, ensayos pro-investigativos y estudios técnicos por medio de alternativas de
diseño establecida “La metodología de AASHTO 93 y La PCA 84 para el análisis del
espesor de un pavimento.
57
4 TRABAJO DE CAMPO, TRABAJO DE OFICINA Y LABORATORIOS
Definidos los elementos de entrada y requerimientos de cliente necesarios en el
sistema de experimentación, se procedió a realizar el trabajo de campo.
Toma de muestras en campo para caracterización física y mecánica del suelo,
mediante la realización de apiques, a una profundidad de 0.5 mts del nivel superior.
Todas las muestras fueron almacenadas, embaladas cuidadosamente y transportadas al
laboratorio para su procedimiento.
Levantamiento topográfico tanto en planta como en perfil de la vía.
4.1 ENSAYOS DE LABORATORIO
Una vez terminada la toma de muestras en campo, el estudio de tránsito y el
levantamiento topográfico; los datos obtenidos de las actividades mencionadas fueron
enviados al laboratorio y a la oficina.
En el laboratorio se procesaron los datos de la toma de muestras en campo clasificando
el suelo, calculando el perfil estratigráfico y determinando su capacidad de soporte. Esta
información es de gran importancia en el diseño de pavimentos.
Límites de Attemberg
Granulometría
CBR
Perfil estratigráfico
58
5 DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO POR LA METODOLOGÍA DE LA AASHTO 93 Y
LA PCA 84.
5.1 PARÁMETROS DE DISEÑO
El presente diseño se sustenta en lo establecido en “el manual de diseño de
pavimentos de concretos para vías con bajos, medios y altos volúmenes de transito”.
Para lo cual se tiene en cuenta las siguientes variables:
CBR entre 2% - 5%
Módulo Resiliente 200 – 500 kg/cm2
Clasificación del Suelo: Arena Limosas – SM (USC) – A – 4 ( AASHTO)
Material soporte del Pavimento: Base Granular Invias (BG)
Resistencia del concreto F’c (compresión): 210 Mpa o 3000 psi.
Resistencia del concreto MR (flexión): 3,8 Mpa o 540 psi.
Ejes equivalentes
Periodo de diseño: 20 años.
Ancho de vía : 3,60 m
Juntas Transversales – Pasadores
Vía completamente confinada por sardinales.
Manejo del agua superficial por sumideros conectados al alcantarillado.
5.2 TRANSITO
Porcentaje de Proyección del tránsito para acumulación de ejes equivalentes.
59
Se implementaran dentro del diseño los pasadores de losas, ya que se tiene
proyectado transito esporádico de vehículos-camiones tipo c2, c3 y c4 (máximo)
Calculo de Factor de equivalencia según los tipos de vehículos Proyectados.
TPD
6
CBR
3,2%
TASA DE CRECIMIENTO
1%
PERIODO DE DISEÑO
20
50% C2-P 6 6
33% C2-G 5 11
17% C-3-4 6 22
CARGAS TN
TN TN TN TN
6,01 8,20 13,24 18,44
4 4,5 4,2 4,3
60
Resultados que de acuerdo al calculo de los factores de equivalencia, se obtienen
los factores de distribucion por tipo de vehiculo.
A continuación se procede al cálculo de la totalidad de camiones con la siguiente
formulación:
TC= TPD*DIAS AÑO*PD*FSPC*FCARRIL*TC
Numero de ejes equivalentes:
AÑOS
FACTOR DE EQUIVALENCIA ( INVIAS)
FD TIPO
1 Fe 0,99202397 0,99202397 1,98 C2-P
2 Fe 0,47840662 3,75600146 4,23 C2-G
3 Fe 0,99202397 8,43683319 9,43 C-3-4
TOTAL
TPD DIAS PD fspc f carril TOTAL
6,0 365 20 1,1 1,0 53.044
TOTAL CAMIONES
61
5.3 VARIABLES Y ANÁLISIS DE DISEÑO METODOLOGÍA DE LA AASHTO 93.
Niveles de Confiabilidad
Cálculo del Índice de Servicio Inicial y Final:
Po= 4,5
% TIPO REP. PD FD ESAL
50% C2-P 26.522 1,98 52.621
33% C2-G 17.681 4,23 74.870
17% C-3-4 8.841 9,43 83.357
N 210.847 Ejes equivalentes.
90
0,35
4,5
3,0
IND. SERVICIO INICIAL
IND. SERVICIO FINAL
Pavimentos rígidos entre 0.30 y 0.40
CONFIABILIDAD
DESVIACION ESTANDAR
62
Pt= 3,0
Determinación del módulo resiliente SR:
Se escoge un CBR promedio según los ensayos de penetración realizados sobre
las muestras después de 96 h en inmersión.
MR 1500 3,2% TOTAL UND
48,00 MPA
4800 PSI
MODULO RESILIENTE DE LA SUB
RASANTE
63
Características de la Sub – base:
Módulo de ruptura a utilizar:
Módulo de elasticidad del concreto:
Dentro de los ábacos que se manejan para el cálculo de la losa, según el método de
la AASHTO 93 es importante hacer el cambio de unidades para optimizar resultados.
21000 MPA 3645000 PSIMODULO E CONCRETO
Modulo de elasticidad del concreto
pulgadas
SUB E.C 8 : 20,32 Cm
MPA PSI
3,8 540
64
Como primera medida tomamos una mezcla de agregado y cemento para obtener
el modulo elástico de la sub-base:
Esb= 500000 psi
A continuación se procede al cálculo del módulo de reacción de la sub-rasante:
Para el cálculo de la sub-rasante necesitamos del espesor de la sub base
estabilizada con cemento y tener definido el módulo elástico de la sub-base.
MR= 4800 psi (Modulo resiliente de la sub rasante)
Dsb= 8 pulgadas (Espesor de la sub base)
Esbec= 500000 psi (Modulo de elasticidad de la sub base estabilizada con cemento)
65
Para el cálculo de nuestro módulo de reacción (K) modificado se tiene:
Según el perfil estratigráfico se encontró un estrato de roca:
Módulo de reacción k=600 pci
Entramos en el abaco con el estrato rígido y el módulo de reacción definido en el
anterior abaco.
K∞ 600 pci
5 PIES 152 CM 1,52 MT
ESTRATO DE ROCA ( hipotesis)
66
Para el cálculo del K efectivo tenemos:
Se obtiene con la perdida de soporte y la ubicación dentro del nomograma del K
modificado
La pérdida de soporte según el modulo elástico de la SB (Sub base).
LS=1
Kmodificado 1050 pci
67
Después de obtener nuestro K efectivo, se encuentra el valor de coeficiente de
carga por medio de la siguiente tabla para seguir con el procedimiento por medio de los
ábacos.
J= 2,5
kefectivo 280 pci
COEFICIENTE DE TRANSMISION DE CARGA
68
Se estima un coeficiente de drenaje para el diseño del pavimento de CD= 0,9
MRC= 540 psi (Modulo de ruptura del concreto)
J= 2,5 (Coeficiente de transmisión de cargas)
Para el cálculo utilizamos el K efectivo, el módulo de ruptura del concreto, el
coeficiente de transferencia y el coeficiente de drenaje para obtener nuestro K que nos
permitirá encontrar el espesor de nuestra losa.
Se obtiene un k = de 70 PCI
69
Espesor de la losa:
Entramos con una confiabilidad del 90%, con una desviación estándar del 0,35 por
la parte inferior del ábaco y luego hacia el número de ejes equivalentes dado por el
tránsito.
Por la parte izquierda del abaco entramos con nuestro K.diseño=70 pci y el índice
de servicio final, dando como resultado:
70
Espesor: 4,8”
71
5.3.1 Chequeo de Espesor de la Losa por el Programa PAS:
Para garantizar el espesor de la losa por la metodología de la AASHTO se procede
a diseñar utilizando la metodología de la PCA.
5.4 ANÁLISIS Y DISEÑO METODOLOGÍA DE LA PCA 84
PERIODO DE DISEÑO: 20 AÑOS
FACTOR DE SEGURIDAD DE CARGA:
Se adopta 1,1.
Se asume como referencia un espesor de losa de 180 mm.
72
5.4.1 Calculo del Espesor del Pavimento
Teniendo en cuenta los parámetros de diseño, se procedió a generar la hoja de
trabajo:
En la columna 1: se introducen las magnitudes de las cargas.
En la Columna 2: se calcula la columna 1 por el factor de seguridad adoptado.
En la Columna 3: se introducen los datos de las repeticiones de carga por ejes esperadas.
Antes en entrar en la columna 4 se determina el esfuerzo equivalente en las tablas
correspondientes, en función del espesor de la losa y del valor K. Dado que el K de nuestro
pavimento no se encuentra en la tabla se requirió extrapolar.
Luego de esto se calcula la relación de esfuerzos, dividiendo el esfuerzo equivalente
entre el módulo de rotura del concreto.
En la columna 4: se introducen las repeticiones admisibles del análisis por fatiga, las
cuales fueron obtenidas del nomograma “Repeticiones admisibles en función de la relación
de esfuerzos en pavimentos con y sin berma”.
En la columna 5: se calcula el porcentaje de fatiga obtenido, dividiendo la columna 3 entre
la columna 4.
73
Antes de entrar en la columna 6, se determina el factor de erosión en las tablas
correspondientes, en función del espesor de la losa y del valor K. Dado que el K de nuestro
pavimento no se encuentra en la tabla se requirió extrapolar.
En la columna 6: se introducen las repeticiones admisibles del análisis por erosión, las
cuales fueron obtenidas del nomograma “Repeticiones admisibles en función del factor
erosión en pavimentos con juntas - pasadores”.
En la columna 7: se calcula el porcentaje de daño obtenido, dividiendo la columna 3
entre la columna 6.
No se hace uso para los ejes tridem.
Primer Tanteo:
Entramos con nuestro módulo de reacción efectivo calculado por la metodología
según el programa de diseño de la AASHTO utilizado para el chequeo del espesor de la
losa, luego de ser analizado manualmente con los parámetros de entrada con los ábacos
de diseño.
K= 210 PCI
74
Proyecto:
180 mm MR 540 PSI
210 PCI si_x__no___
psi
3,8 Mpa si___no_x__
1,1 20 años
Carga por
eje, TN
Carga por FSC,
TN 1,2 Repeticiones esperadas
Repeticione
s
admisibles
Porcentaje de
fatiga
repeticiones
admisibles
porcentaje
de daño
1 2 3 4 5 6 7
292,00
KIPS 0,54
12,1 5 5,50 17.681 ilimitado 0,0% ilimitado 0,00%
14,52 6 6,60 61.884 ilimitado 0,0% 40.000.000 0,15%
26,62 11 12,10 17.681 250 7073% 700.000 2,53%
2,68%
244,00
0,45
53,24 22 24,2 8.841 6000 147,3% 400.000 2,21%
2,21%
0,00
0,00
0 0 ilimitado 0,0% ilimitado 0,00%
TOTAL 7220% TOTAL 4,89%
NO CUMPLE SI CUMPLE
CALCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO
URBANIZACION CABALLERO Y GONGORA HONDA-TOLIMA
Espesor de tanteo
KSR Juntas con pasadores:
Modulo de rotura, MR Bermas de concreto:
Factor de seguridad de
carga FSCPeriodo de diseño:
Analisis de fatiga Analisis de erosion
Ejes simples8. Esfuerzo equivalente= 10. Factor de
erosión=2,97
9. Relación de esfuerzos=
10. Factor de
erosión=0,00
9. Relación de esfuerzos=
Ejes tándem8. Esfuerzo equivalente= 10. Factor de
erosión=3,08
9. Relación de esfuerzos=
Ejes tridem8. Esfuerzo equivalente=
75
Análisis por Fatiga
K=210 PCI
Se escoge para esta metodología trabajar con un K=200 PCI
Abaco para determinación de esfuerzos por fatiga:
No Cumple por Fatiga.
0,96851852
76
Análisis por Erosión
Se escoge para esta metodología trabajar con un K=200 PCI
Si Cumple por Erosión
77
Segundo Tanteo
Análisis Por Fatiga
Proyecto:
268 mm MR 540 PSI
210 PCI si_x__no___
psi
3,8 Mpa si___no_x__
1,1 20 años
Carga por
eje, TN
Carga por FSC,
TN 1,2 Repeticiones esperadas
Repeticione
s
admisibles
Porcentaje de
fatiga
repeticiones
admisibles
porcentaje
de daño
1 2 3 4 5 6 7
165,00
KIPS 0,31
12,1 5 5,50 17.681 ilimitado 0,0% ilimitado 0,00%
14,52 6 6,60 61.884 ilimitado 0,0% ilimitado 0,00%
26,62 11 12,10 17.681 ilimitado 0,0% 35000000 0,05%
0,05%
151,00
0,28
53,24 22 24,2 8.841 ilimitado 0,0% 8.000.000 0,11%
0,11%
0,00
0,00
0 0 ilimitado 0,0% ilimitado 0,00%
TOTAL 0% TOTAL 0,16%
SI CUMPLE SI CUMPLE
Ejes tridem8. Esfuerzo equivalente= 10. Factor de
erosión=0,00
9. Relación de esfuerzos=
Ejes tándem8. Esfuerzo equivalente= 10. Factor de
erosión=2,63
9. Relación de esfuerzos=
Factor de seguridad de
carga FSCPeriodo de diseño:
Analisis de fatiga Analisis de erosion
Ejes simples8. Esfuerzo equivalente= 10. Factor de
erosión=2,45
9. Relación de esfuerzos=
URBANIZACION CABALLERO Y GONGORA HONDA-TOLIMA
Espesor de tanteo
KSR Juntas con pasadores:
Modulo de rotura, MR Bermas de concreto:
CALCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO
78
Se escoge para esta metodología trabajar con un K=200 PCI
Abaco para determinación de esfuerzos por fatiga:
Si Cumple por fatiga.
0,96851852
79
Análisis por Erosión
Se escoge para esta metodología trabajar con un K=200 PCI
.
Si Cumple por erosión.
80
5.4.2 Conclusiones y Recomendaciones
En el primer tanteo con una losa asumida de 180 mm, el análisis por fatiga no
cumple según la relación de esfuerzos equivalentes bajo unas repeticiones de
cargas admisibles por cada tipo de vehículo y los análisis por erosión cumple bajo
el factor de erosión y las repeticiones admisibles de carga, según la metodología
de diseño.
Después de realizar un segundo tanteo con un espesor de losa asumida de 268
mm, se tiene como resultado, que los análisis de fatiga y erosión cumplieron bajo
la metodología de diseño.
Por la metodología AASHTO el valor obtenido del espesor de la placa es de 12,40
cm (4,8”), por la metodología PCA el valor obtenido es de 268 mm, fundida sobre
el suelo remanente con un valor de K igual a 210 PCI. Se recomienda utilizar el
método PCA con un espesor de 268 mm.
No es conveniente utilizar el diseño generado por la metodología de la AASHTO ya
que con el espesor de la losa que se generó después de los diferentes análisis y
en comparación a los valores arrojados por la metodología de la PCA, el espesor
de 180 mm no cumpliría bajo los parámetros de fatiga y erosión.
81
Se recomienda modular las losas de la siguiente forma:
La geometría de la vía no es muy clara aun así se considera que la calzada tiene 7,2 m de
ancho, tomaremos inicialmente por este efecto losas de 3,6m de ancho.
De acuerdo a lo estudiado se puede decir que la longitud más larga puede estar entre 20
a 25 veces el espesor de la losa dependiendo la rigidez de la base.
Entonces;
L1= 20 *0,27m = 5,4 m
Sin embargo se recomienda que la relación largo ancho debe estar entre 1,2 a 1,3
Entonces;
𝐿1 = 1,2 ∗ 3,6𝑚 = 4,32 𝑚
Verificando; 𝐿1
𝑒𝑠𝑝=
4,32
0,27= 16 𝑣𝑒𝑐𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑜𝑠𝑎
82
De acuerdo al diseño se supone la utilización de barras de transferencia que se
utilizaran en las juntas transversales. Que tendrá 35 cm de longitud y 1 ¼” de diámetro
separadas cada 30cm.
Se utilizaran barras de anclaje la cual será de ½” A60, longitud 85cm, separadas
cada 1,20m.
83
6 ESTRUCTURA SEGÚN LA METODOLOGÍA APLICADA
Espesores de losa de concreto y Base Estabilizada Con Cemento Según El Método de la
ASSHTO
Espesores de losa de concreto y Base Estabilizada Con Cemento Según El Método de la
PCA.
84
7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS
Se recomienda utilizar módulos de rotura mayores para generar esfuerzo
equivalentes bajos, que nos permitan diseñar espesores de losas mínimos.
la metodología PCA 84 garantiza un análisis más específico y conveniente para el
espesor de losa de pavimento cumpliendo con los parámetros de fatiga y erosión.
El análisis de fatiga que se efectúa por la metodología de la pca, controla los
diseños de pavimentos delgados para bajo tránsito, independientemente del tipo
de transferencia de carga en las juntas transversales
En el caso de presentarse fallos en el terreno natural se recomienda realizar la
excavación y remplazo de material defectuoso con el material de buenas
características como material tipo afirmado. De requerirse, se puede contemplar la
instalación de un producto geo-sintético (geo-textil tejido referencia T2400 o 3*3
HF o el equivalente de estos en el mercado) el cual debe cumplir con la
normatividad vigente INVIAS 2013. este producto debe instalarse en las áreas en
donde se va a intervenir para separar, estabilizar y evitar que se refleje los
cambios volumétricos del suelo natural.
Por ser una vía con características urbanas se requiere la construcción de
drenajes superficiales y/o sumideros conectados al alcantarillado a fin se garantice
85
la pronta evacuación de aguas superficiales, dejando definidas en el momento de
la construcción las pendientes transversales y longitudinales. Por ningún motivo se
deben presentar estancamientos de agua sobre el pavimento.
Todos los materiales que se usen para la construcción de la infraestructura vial,
deberán cumplir como mínimo los requisitos de calidad establecidos en las
especificaciones generales para la construcción de carreteras del INVIAS, versión
vigente al momento de la intervención y se debe realizar los controles allí exigidos,
con la frecuencia normalizada a emplear.
Para garantizar una superficie de acabado homogénea, debe existir control
topográfico durante todo el proceso de colocación de capa, ya que si lo anterior no
se cumple, es condición para que se genere acumulación de humedad, que finaliza
infiltrándose.
Se recomienda considerar la variable clima (estado del tiempo atmosférico) para el
proceso constructivo, teniendo en cuenta el régimen de lluvias que se presenta en
la zona. Cuando se presente lluvias se debe cubrir el concreto a fin que no se
presente el lavado de la superficie que posteriormente comprometa la durabilidad
del concreto.
Durante el proceso de la construcción de la nueva estructura y la nueva carpeta de
rodadura el nivel de servicio de las vías longitudinales dentro de la urbanización
86
subirá notoriamente con el acabado en pavimento rígido y la estructura del mismo
no será intervenida constantemente ya que su vida útil es mayor al pavimento
articulado.
De acuerdo a lo materializado por topografía, el terreno no presenta problemática
alguna para el desarrollo de la estructura de pavimento que se pre dimensiono
para el proyecto urbanístico. Se requiere un seguimiento minucioso a los niveles
de la vía a fin se garantice el bombeo lateral y el nivel de desagüe de la vía hacia
los drenajes o sumideros.
Se recomienda que las barras pasa-juntas sean biseladas y deben ir
completamente engrasadas, con el fin de garantizar completamente el movimiento
de la losa.
Se recomienda utilizar en losas con espesores menores de 20 cm, concreto que
tenga asentamiento entre 7 y 10 cm.
Realizar el flotado sobre el concreto en sentido transversal.
Verificación de la existencia de deformaciones y corregirlas inmediatamente del
fraguado del concreto.
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No permitir el exceso de flotado ya que traerá el agua a la superficie afectando la
lisura superficial y la durabilidad del concreto.
No se debe aplicar agua para ayudar a la terminación de la superficie.
Se debe generar el micro-texturizado en sentido longitudinal.
Se debe generar el macro-texturizado en sentido transversal.
El macro-texturizado no se podrá generar en la junta transversal para evitar posible
desportillamiento.
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BIBLIOGRAFÍA
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Braja, M. D. (2001). Fundamentos de Ingeniería geotécnica. Mexico D.F.: Cengage
Learning Latin Am.
INVIAS. (2013). Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de
pavimentos asfálticos de carreteras. Bogotá: INVIAS.
Londoño Naranjo, C., & Alvarez Pabón, J. A. (2008). Manual de diseño de pavimentos de
concreto. Medellín: ICPC.
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Universidad Católica de Colombia.
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ANEXOS
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