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DISEÑO DE UN PAVIMENTO EN “EL KILÓMETRO 19”, CHIPAQUE-UNE 1

DISEÑO DE UN PAVIMENTO PARA LA ESTRUCTURA VIAL, DE LA VÍA CONOCIDA COMO “EL KILÓMETRO 19”, DESDE EL K2+000 AL K2+500, QUE

COMUNICA A LOS MUNICIPIOS DE CHIPAQUE - UNE, EN EL DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA

MANUEL GUILLERMO POVEDA PENAGOS FAUSTO ALEJANDRO BERNAL ROJAS

ANDRÉS JULIÁN MARÍN ZAMORA

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C.

2014


DISEÑO DE UN PAVIMENTO PARA LA ESTRUCTURA VIAL, DE LA VÍA CONOCIDA COMO “EL KILÓMETRO 19”, DESDE EL K2+000 AL K2+500, QUE

COMUNICA A LOS MUNICIPIOS DE CHIPAQUE - UNE, EN EL DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA

MANUEL GUILLERMO POVEDA PENAGOS FAUSTO ALEJANDRO BERNAL ROJAS

ANDRÉS JULIÁN MARÍN ZAMORA

Trabajo de grado para optar al título de Especialista en Ingeniería de Pavimentos

Director del Programa JUAN CARLOS RUGE CÁRDENAS

Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C.

2014


Nota de aceptación ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________

______________________________________ Director de Investigación

______________________________________ Asesor Métodológico

______________________________________ Jurado Bogotá D.C., diciembre de 2014


AGRADECIMIENTOS

Para Dios, por permitir día a día cumplir nuestros sueños de realizar un

Postgrado profesional. Quiero dirigir una mirada al cielo, para darle gracias a él, por

estar siempre presente en los momentos buenos y difíciles a lo largo de este año de

estudio y de esta investigación.

A nuestras familias y seres más queridos, especialmente a nuestros padres y

hermanos quienes con sus consejos y energía positiva permitieron que en ningún

momento decayéramos, soportando nuestra ausencia en lo pertinente a la vida social y

familiar.

A todos los docentes de la Universidad católica de Colombia que compartieron

sus conocimientos, haciendo posible nuestra formación profesional inculcándonos la

ética, la idoneidad, la lealtad y el espíritu investigativo, base para el éxito de nuestra

profesión.

A nuestros amigos y compañeros que trabajaron con nosotros durante el

proceso de formación académica, colocando lo mejor de su energía y empeño por el

bien de nuestra formación profesional.


CONTENIDO

pág. INTRODUCCIÓN 12 1. GENERALIDADES DEL TRABAJO 14

1.1 Localización del proyecto 14 1.2 Descripción del proyecto 15

1.2.1 Planteamiento del problema 16 1.2.2 Pregunta de investigación 16

1.3 Objetivos 17 1.3.1 Objetivo General 17 1.3.2 Objetivos Específicos 17

1.4 Justificación 17 2. MARCOS DE REFERENCIA 18

2.1 Marco teórico 18 2.2 Marco conceptual 18 2.3 Marco legal 19 2.4 Marco ambiental 19

3. METODOLOGÍA 20 3.1 Enfoque 20 3.2 Tipo de investigación 20 3.3 Técnicas e instrumentos 20 3.4 Fases de la investigación 20

4. ESTUDIO DE SUELOS 22 4.1 Tráfico promedio diario 25 4.2 Método INVÍAS 27 4.3 Diseño método SHELL 35

4.3.1 Programa Weslea 41 4.3.2 Programa Windepav 44

4.4 Diseño método el Instituto del Asfalto 46 4.4.1 Principios de diseño 47

4.5 Diseño método AASTHO 59 5. ASPECTOS ECONÓMICOS 66

5.1 Presupuesto según las diversas metodologías 66 5.2 Alternativa de los autores 67

6. ANÁLISIS Y RESULTADOS 69


pág. 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 70 REFERENCIAS 71 ANEXOS 72


LISTA DE TABLAS

pág. Tabla 1. Tráfico promedio diario 25

Tabla 2. Factor equivalencia 26

Tabla 3. Número de ejes carril de diseño 27

Tabla 4. Categoría de la vía 27

Tabla 5. Periodo de diseño 28

Tabla 6. Clasificación de vehículos 28

Tabla 7. Cargas máximas 29

Tabla 8. Rangos de tránsito 29

Tabla 9. Factor de distribución 30

Tabla 10. Regiones climáticas 30

Tabla 11. Entornos de la resistencia 30

Tabla 12. Profundidades mínimas de exploración 31

Tabla 13. Categorías de la subrasante 31

Tabla 14. Convenciones para identificación del material 32

Tabla 15. Valores coeficiente estructural 33

Tabla 16. Valores coeficiente de drenaje 33

Tabla 17. Rangos cartas de diseño 33

Tabla 18. Propiedades del concreto asfáltico 35

Tabla 19. Tipo de cemento asfáltico 35

Tabla 20. Determinación módulos de los granulares 37

Tabla 21. Valores típicos huang/93 38

Tabla 22. Deformación por fatiga 38

Tabla 23. Deformación por ahuellamiento 39

Tabla 24. Criterios de diseño 49

Tabla 25. Tipo de cemento asfáltico a emplear en mezcla en caliente 50


pág. Tabla 26. Valores típicos de K 52

Tabla 27. Confiabilidad 59

Tabla 28. Desviación estándar, So 60

Tabla 29. Valores coeficientes de drenaje y estructurales 60

Tabla 30. Estructura 61

Tabla 31. Determinación SN efectivo 63

Tabla 32. Presupuesto INVIAS 66

Tabla 33. Presupuesto SHELL 66

Tabla 34. Presupuesto Instituto del Asfalto 67

Tabla 35. Presupuesto AASHTO 67

Tabla 36. Presupuesto (propuesta de los autores) 68


LISTA DE FIGURAS

pág. Figura 1. Foto de localización del proyecto 14 Figura 2. Mapa de localización del proyecto 14 Figura 3. Marcos conceptuales 19 Figura 4. Fases de la investigación 21 Figura 5. Caracterización del suelo 22 Figura 6. Determinación CBR Apique 1 23 Figura 7. Determinación CBR Apique 2 24 Figura 8. Determinación carta de diseño 34 Figura 9. Determinación estructura de diseño 34 Figura 10. Distribución de cargas 36 Figura 11. Distribución de cargas 36 Figura 12. Ingreso de datos Weslea 41 Figura 13. Distribución de cargas 42 Figura 14. Distribución de ejes 42 Figura 15. Localización cargas 43 Figura 16. Resultado por ahuellamiento 43 Figura 17. Resultado por fatiga 44 Figura 18. Determinación de la capa granular y la carpeta asfáltica 44 Figura 19. Resultados óptimos de la capa granular y la carpeta asfáltica 45 Figura 20. Distribución de la presión de la carga de rueda a través de la

estructura de pavimento 46 Figura 21. Deformación del pavimento y esfuerzos de tensión y compresión

en la estructura del mismo 47 Figura 22. Configuración de carga del método del Instituto de Asfalto 48 Figura 23. Localización de las deformaciones unitarias consideradas en el

proceso de diseño 48 Figura 24. Distribución de cargas por capas 55 Figura 25. Distribución por ejes 55 Figura 26. Localización de cargas 56 Figura 27. Resultado final ahuellamiento 56 Figura 28. Resultado final por fatiga 57 Figura 29. Determinación de capas 57 Figura 30. Resultado final óptimo por ahuellamiento y fatiga 58 Figura 31. Verificación de la estructura por capas 61 Figura 32. Determinación SN efectivo 62


LISTA DE ANEXOS

pág. Anexo 1. Boletín diario del estado del tiempo 72 Anexo 2. Registro fotográfico de visita a campo 73 Anexo 3. Estudio de suelos 75


INTRODUCCIÓN Los municipios de Une y Chipaque pertenecen a la región oriente de

Cundinamarca la cual se encuentra ubicada al sur - oriente del departamento, limita por

el norte con la provincia del Guavio, por el sur y el oriente con el departamento del

Meta y por el occidente con Bogotá. En ella se concentra el 3.6% de la población total

del departamento. Es una región con alta vocación agrícola, razón por la cual los dos

municipios que comunica la vía en estudio necesitan un mejoramiento de la misma,

para disminuir los gastos de transporte y poder comercializar sus productos en la

central de abastos de Bogotá.

Siendo el transporte una variable de mucha importancia y que influye en la

economía de las regiones tanto rurales como urbanas, se hace necesaria una

adecuada planeación en la infraestructura vial para garantizar la mejora en la calidad

de vida de sus habitantes.

La serviciabilidad de una vía que depende directamente del estado del

pavimento, es la que contribuye al desarrollo de los sectores socio-económicos de las

regiones, debe estar acorde a una red vial eficiente que permita la comunicación entre

los diferentes actores rurales y urbanos.

En el diseño de pavimentos se deben incluir en la estructura vial las diferentes

características de los materiales a emplear en cada una sus capas definiendo los

espesores necesarios para asegurar un índice de serviciabilidad alto para su vida útil.

El diseño de una estructura vial en pavimento flexible es un contenido de un

estudio y de una investigación a raíz de los resultados obtenidos en los procesos de

construcción, recuperación operación y mantenimiento de vías pavimentadas.

A lo largo del trabajo se realizará una evaluación de tres métodos diferentes que

se utilizan para diseños de estructuras de pavimento, siguiendo los parámetros y

criterios empíricos, semi-empíricos y racionales con el fin de establecer una alternativa

estructural que sea aplicable a la vía objeto de estudio.

El propósito del trabajo es realizar una aplicación de los diferentes conceptos

técnicos y académicos vistos a lo largo del curso de la especialización, verificando y

comparando los parámetros empleados en cada uno de los métodos de diseño


utilizados, estableciendo las diferencias que se derivan al ser utilizados y que pueden o

no desarrollar resultados cuestionables o inesperados con relación al comportamiento

de la misma estructura.

Otro propósito del trabajo es ofrecer a futuros estudiantes, un material de

consulta que les permita conocer algunas formas y juicios que se deben considerar en

los diseños de estructuras con pavimento flexible.


1. GENERALIDADES DEL TRABAJO

1.1 Localización del proyecto

El proyecto está localizado en el municipio de Chipaque, provincia de oriente en

el departamento de Cundinamarca.

Figura 1. Foto de localización del proyecto.

Fuente. Google Earth. (2014).

Figura 2. Mapa de localización del proyecto.

Fuente. Cartografia de Cundinamarca (2014).


1.2 Descripción del proyecto La vía conocida como el “Kilómetro 19” que parte del Kilómetro 19 de la vía

antigua Bogotá - Villavicencio y que comunica a los municipios de Chipaque y Une en

el departamento de Cundinamarca, está localizada en el oriente del departamento,

contigua a la salida del túnel del Boquerón, atravesando la vía principal Bogotá -

Villavicencio, entre la salida del túnel en mención y el peaje que lleva el mismo nombre.

Esta vía es fundamental para el desarrollo de la región porque por ella se

transporta la gran mayoría de los productos agrícolas que son comercializados en la

central de abastos de Bogotá.

La vía se desarrolla por una topografía bastante escabrosa, con pendientes

fuertes y curvas de radio muy pequeño, atravesando una zona de coluviones.

La falta de mantenimiento oportuno y adecuado ha ocasionado deterioro en su

estructura vial. En algunos tramos se observa pérdida total de la carpeta asfáltica, en

otros además de la perdida de la carpeta asfáltica se han perdido las capas de base

granular y en otras la base granular y la subbase granular. También se evidencia

deterioro en las obras de drenaje como cunetas y alcantarillas, así como falta de

limpieza de la maleza y retiro de material producido por la erosión y el arrastre por

parte de las aguas lluvias.

El tramo vial “Kilómetro 19” es una vía de segundo orden cuya estructura está

conformada por 0.23m de material de subbase, 0.20m de material de base y 0.07m de

carpeta de rodadura, en varios puntos de este ramal se puede apreciar perdida de la

capa de rodadura debido a la falta de mantenimiento periódico y a la fricción ejercida

por los vehículos que transitan por el tramo vial, factores que han inducido disminución

del espesor de la misma, dejando a la intemperie la estructura restante (base granular).

Lo que se propone es buscar una alternativa de diseño que brinde durabilidad y

sea económicamente factible, ya sea mediante el diseño completo de la estructura o

con la implementación de un tratamiento superficial simple o de doble riego.


1.2.1 Planteamiento del problema

La falta de recursos para el mantenimiento de las vías de segundo y tercer

orden, a nivel nacional, departamental y municipal, ha ocasionado el abandono por

parte de las entidades estatales, originando daños continuos e irreversibles en su

estructura.

Por este motivo se hace necesario buscar una alternativa que sea viable tanto

técnica como económica y de durabilidad, mediante la implementación de nuevas

tecnologías de materiales y de métodos para la conservación de la estructura.

Dicha problemática se ve reflejada en la vía conocida como “el Kilómetro 19”,

que parte del Kilómetro 19 de la vía antigua Bogotá - Villavicencio y que comunica a las

municipios de Chipaque y Une en el departamento de Cundinamarca, donde el

abandono del tramo en estudio ha ocasionado deterioro en toda la estructura vial,

afectando notoriamente la transitabilidad en el sector, factor que influye en forma

directa en los usuarios, dificultando el transporte de mercancías, y otras consecuencias

como son: aumento en el costo del mantenimiento automotor, aumento en los tiempos

de viaje, incremento considerable para la reparación de la vía, disminución de los

ingresos por turismo y aumento de las enfermedades bronco-respiratorias, así como un

atraso en el desarrollo de la región.

De acuerdo a la situación que ha llevado al deterioro de esta vía se hace

necesario realizar un diseño de una alternativa vial, económica, eficiente y duradera

para que sea aplicada de manera inmediata, para la vía conocida como “el Kilómetro

19”, que parte del Kilómetro 19 de la vía antigua Bogotá - Villavicencio y que comunica

a las municipios de Chipaque y Une en el departamento de Cundinamarca

1.2.2 Pregunta de investigación ¿Cuál diseño para la estructura vial, podría aplicarse en el vía conocida como

“el Kilómetro 19”, de la vía antigua Bogotá - Villavicencio y que comunica a las

municipios de Chipaque y Une en el departamento de Cundinamarca, que ofrezca

durabilidad y sea económicamente viable?


1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo general

Diseñar la estructura de pavimento desde el k2+000 al k2+500 de la vía que

comunica los municipios de Une y Chipaque en el departamento de Cundinamarca.

1.3.2 Objetivos específicos

- Seleccionar la estructura más conveniente de acuerdo a los análisis

realizados a cada una de las diferentes estructuras calculadas por los distintos

métodos de diseño.

- Realizar diferentes tipo de diseño para la estructura vial de pavimento

flexible, utilizando los métodos INVIAS, AASHTO 93 y SHELL.

1.4 Justificación Este proyecto se enmarca dentro de la línea de investigación de materiales

avalada por la Universidad católica de Colombia, ya que al realizar dicho diseño, se

pueden seleccionar diversos materiales que contribuyen a obtener una estabilidad

duradera de la estructura vial y mejorar su comportamiento a través de su vida útil.

La vía que conecta los municipios de Chipaque y Une se encuentra en un estado

lamentable y ha frenado el desarrollo económico entre los habitantes que viven en los

alrededores de estos municipios. Para la gobernación de Cundinamarca es muy

importante invertir para el desarrollo de sus veredas, municipios, en este caso la

recuperación de la vía Chipaque-Une para un mejor desarrollo económico y una mejor

calidad de vida.


2. MARCOS DE REFERENCIA

2.1 Marco teórico El dimensionamiento de una estructura para una vía y en particular para el

pavimento se fundamenta en el soporte de las cargas aplicadas por el tránsito y que

están dadas por las características del suelo y de los materiales que la componen. En

primer lugar hay que conocer la capacidad portante de la capa o de las capas sobre

las cuales se apoya la estructura del pavimento. Este valor será determinante para la

modelación de las diferentes alternativas de diseño que se puedan presentar o

evaluar. Uno de los ensayos universalmente aceptados para obtener la capacidad

portante es el CBR sumergido. Una vez obtenido el CBR de la subrasante se

propondrán las soluciones para su mejoramiento o estabilización dependiendo

igualmente del diseño geométrico e hidráulico de la vía y de las condiciones

geotécnicas de la zona.

Tanto para las capas de Sub-base granular como para las capas de la base

granular se deben adoptar los coeficientes estructurales de acuerdo a la normatividad

existente y se procederá a calcular los espesores para cada una de las capas

determinando su número estructural requerido para satisfacer las condiciones de

tránsito encontradas. Para establecer el valor del coeficiente estructural de la capa

asfáltica se establecerá el método que relaciona los valores de la elasticidad de la

mezcla asfáltica con el valor del coeficiente estructural.

2.2 Marco conceptual Para la vía Chipaque - Une, en Cundinamarca más conocida como el Kilómetro

diez y nueve (19), se va a proponer un diseño para la estructura vial que conecta estos

dos municipios y que a la vez beneficia a las familias que viven a los alrededores de

estos, para la gobernación, alcaldía, INVIAS es una obligación invertir en el desarrollo

de sus vías y municipios, para una mejor economía y mejor vivir para sus familias, en

la parte de la economía se puede fomentar el turismo y los productos agrícolas., Para


estos municipios seria una fuente de ingresos importantes para solventar los costos

del mantenimiento de las vías y para el desarrollo mismo del municipio.

2.3 Marco legal Este proyecto será realizado bajo la normatividad establecida por el instituto

nacional de vías (INVIAS) quien establece los criterios de diseño para estructuras de

pavimentos, AASHTO GUIDE FOR DESSIGNEN OF PAVEMENT ESTRUCTURES

1993 y las especificaciones IDU- ET-2005.

2.4 Marco ambiental Este proyecto estará condicionado bajo la normatividad ambiental establecida en

los esquemas de ordenamiento territorial (E.O.T) y la corporación autónoma regional

(CAR), según lo requiera.

Figura 3. Marcos conceptuales.

Fuente. Elaboración propia.


3. METODOLOGÍA

3.1 Enfoque

El enfoque que se llevará a cabo en este proyecto será de tipo cualitativo ya

que se basara en la recolección y análisis de datos que ayudaran a los integrantes

de este proyecto a identificar las características del suelo existente para así

desarrollar la alternativa de diseño que mejor se aplique a este sector.

3.2 Tipo de investigación

Este proyecto es de carácter descriptivo y analítico, puesto que el trabajo a

realizar se basara en la recolección de datos en el terreno donde una vez analizados se

podrá hacer una descripción detallada de las características de la sub-rasante de la vía

conocida como el Kilómetro 19 que ayudaran a determinar el diseño para este tramo

vial.

3.3 Técnicas e instrumentos Las técnicas e instrumentos a utilizar para el cumplimiento de los objetivos de

este proyecto serán mediante el análisis documental dado que el desarrollo del mismo

será condicionado bajo la normatividad contemplada en los manuales de diseño para

las vías nacionales, además de los resultados arrojados en los ensayos de laboratorio.

3.4 Fases de la investigación Este proyecto se desarrollará en dos fases; planeación y ejecución, en la primera

se desarrollará la propuesta y el anteproyecto, mientras que en la segunda fase se

realizarán las actividades que cumplan cada uno de los objetivos propuestos que nos

arrojaran como resultado el diseño de la estructura vial que mejor se aplique en el

sector.


Figura 4. Fases de la investigación.



4. ESTUDIO DE SUELOS

Figura 5. Caracterización del suelo.



Figura 6. Determinación CBR Apique 1.



Figura 7. Determinación CBR Apique 2.



4.1 Tráfico promedio diario

Tabla 1. Tráfico promedio diario.



Tabla 2. Factor equivalencia.



Tabla 3. Número de ejes carril de diseño.


4.2 Método INVÍAS

Tabla 4. Categoría de la vía.

Fuente. INVÍAS (1998).


Tabla 5. Periodo de diseño.


Tabla 6. Clasificación de vehículos.



Tabla 7. Cargas máximas.


Tabla 8. Rangos de tránsito.



Tabla 9. Factor de distribución.


Tabla 10. Regiones climáticas.


Tabla 11. Entornos de la resistencia.



Tabla 12. Profundidades mínimas de exploración.


Tabla 13. Categorías de la subrasante.



Tabla 14. Convenciones para identificación del material.



Tabla 15. Valores coeficiente estructural.


Tabla 16. Valores coeficiente de drenaje.


Tabla 17. Rangos cartas de diseño.



Figura 8. Determinación carta de diseño.


Figura 9. Determinación estructura de diseño.


- Estructura.

CA =

12 cm

BG=

20 cm

SB=

35 cm


4.3 Diseño método SHELL

Tabla 18. Propiedades del concreto asfáltico.

Fuente. SHELL (1985).

Tabla 19. Tipo de cemento asfáltico.



Figura 10. Distribución de cargas.





Tabla 20. Determinación módulos de los granulares.



Tabla 21. Valores típicos huang/93.


Tabla 22. Deformación por fatiga.



Tabla 23. Deformación por ahuellamiento.



El comportamiento de los pavimentos flexibles depende en gran medida de

condiciones no incluidas necesariamente en los métodos de diseño estructural. la

temperatura, las condiciones de drenaje regional, la hidrología y otras pueden jugar

papeles muy importantes y frecuentemente pueden ser objeto de consideración del

responsable del diseño geométrico y geotécnico de la carretera, con muy adecuadas

repercusiones en el resultado final.

Generalmente del análisis comparativo de los resultados de los métodos de

diseño se pueden observarse diferencias importantes en su estructura, en especial en

los espesores de la carpeta asfáltica y en su número estructural, el cual puede variar

hasta en un 100% al cambiar el método de diseño. esto es debido principalmente a la

falta de un planteamiento científico del problema y de las diferentes concepciones y

experiencias de quienes propusieron los métodos.


4.3.1 Programa Weslea Figura 12. Ingreso de datos Weslea.




Fuente. Elaboración propia. Figura 14. Distribución de ejes.



Figura 15. Localización cargas.

Fuente. Elaboración propia. Figura 16. Resultado por ahuellamiento.



Figura 17. Resultado por fatiga.


4.3.2 Programa Windepav Figura 18. Determinación de la capa granular y la carpeta asfáltica.



Figura 19. Resultados óptimos de la capa granular y la carpeta asfáltica.


- Estructura.

CA=14cm

BG=30

cm

SBG=

35cm


4.3 Diseño método el Instituto del Asfalto

El Instituto de Asfalto presenta un procedimiento de diseño estructural de

espesores para pavimentos compuestos parcial o totalmente por capas cementadas

con asfalto sólido o en emulsión. Se incluyen varias combinaciones de rodadura en

concreto asfáltico o con emulsión y tratamiento superficial, base en concreto asfáltico o

con emulsión y base no cementada o subbase.

El análisis se basa en dos condiciones específicas de esfuerzo-deformación

unitaria:

1. La carga, W, de una rueda se transmite a la superficie del pavimento a través

de una llanta con una presión vertical, Po, aproximadamente uniforme; la estructura

del pavimento distribuye los esfuerzos producidos por la carga reduciendo su

intensidad hasta un valor máximo de presión vertical, P1, en la superficie de la

subrasante.

Figura 20. Distribución de la presión de la carga de rueda a través de la

estructura de pavimento.

Fuente. The Asphalt Institute (1999).


2. La carga, W, deforma la estructura del pavimento y causa esfuerzos de tensión

y compresión y deformaciones unitarias en el pavimento. Los criterios de diseño

adoptados son la deformación unitaria máxima por tensión horizontal en la parte inferior

de la capa asfáltica y la deformación unitaria máxima por compresión vertical en la

parte superior de la subrasante, ambas producidas por la carga de la rueda.

Figura 21. Deformación del pavimento y esfuerzos de tensión y compresión en la

estructura del mismo.


4.4.1 Principios de diseño

El pavimento se modela como un sistema multicapa elástica, en el cual los

materiales de cada capa se caracterizan por el módulo de elasticidad (modulo dinámico

en mezclas asfálticas y módulo resiliente en suelos y materiales no ligados) y la

relación de Poisson.


El tránsito se expresa como repeticiones de ejes sencillos de 80 kN que aplican

la carga a través de ruedas dobles. Para propósitos de análisis, la rueda doble se

modela como dos áreas circulares de 115 mm de radio, separadas 345 mm de centro a

centro, lo que corresponde a una presión de inflado de 482 kPa.

Figura 22. Configuración de carga del método del Instituto de Asfalto.


Se presentan dos secciones típicas de pavimento consideradas en el método y

la posición de cálculo de los criterios de diseño.

La subrasante se considera de espesor infinito y las demás capas tienen un

espesor finito. Todas las capas son infinitas horizontalmente. Se asume fricción total en

las interfaces de las capas.

Figura 23. Localización de las deformaciones unitarias consideradas en el

proceso de diseño.



Las cargas aplicadas producen dos deformaciones unitarias consideradas

críticas para propósitos de diseño:

• Deformación unitaria por tensión horizontal, et, en la parte inferior de la

capa asfáltica, bien sea concreto asfáltico o una capa tratada con emulsión.

• Deformación unitaria por compresión vertical, ec, en la superficie de la

subrasante.

Si la deformación unitaria por tensión, et, es excesiva se presentará

agrietamiento de la capa tratada. Si la deformación unitaria por compresión, ec, es

excesiva se presentará deformación permanente de la superficie del pavimento por

sobrecarga de la subrasante.

Tabla 24. Criterios de diseño.



Tabla 25. Tipo de cemento asfáltico a emplear en mezcla en caliente.



El valor de K1 que tomó el Instituto del Asfalto para el desarrollo de sus cartas de

diseño oscila entre 8,000 y 12,000. A continuación se presentan algunos valores de

esta constante:


Tabla 26. Valores típicos de K.


Espesor carpeta asfáltica.


Agrietamiento carpeta asfáltica.


Deformación vertical


- Programa Weslea.

Figura 24. Distribución de cargas por capas.


Figura 25. Distribución por ejes.



Figura 26. Localización de cargas.


Figura 27. Resultado final ahuellamiento.



Figura 28. Resultado final por fatiga.


- Programa Windepav

Figura 29. Determinación de capas.



Figura 30. Resultado final óptimo por ahuellamiento y fatiga.


- Estructura

CA=

13 cm

BG=

30cm

SBG=

37cm


4.5 Diseño método AASTHO Tabla 27. Confiabilidad.

Fuente. AASHTO (1993).


Tabla 28. Desviación estándar, So.


Tabla 29. Valores coeficientes de drenaje y estructurales.



Tabla 30. Estructura.


Figura 31. Verificación de la estructura por capas.



Figura 32. Determinación SN efectivo.



Tabla 31. Determinación SN efectivo.



Ecuaciones generales para espesor de las capas granulares.

- Estructura

CA=

17cm

BG=

18cm

SBG=

51cm


Durante el desarrollo del diseño de la estructura flexible mediante el método

INVIAS MEDIOS Y ALTOS VOLUMENES DE TRANSITO, en el corredor vial UNE-

CHIPAQUE, cuyas características de temperatura son 21°C y precipitación 1300

mm/año, se tomó la carta de diseño N°1 , arrojando una estructura de las siguientes

características: CA= 0.10m, BG= 0.20m, SBG= 0.35m.

Una vez obtenido el modelo de estructura por el método INVIAS, se analizó por

el método AASHTO 93 para poder obtener un mejor número estructural y lograr

disminuir los espesores de cada una de las capas que conforman el pavimento flexible

a utilizar en la vía.

Con el análisis por capas se logró disminuir el espesor de los granulares en un

26,15%, debido a que se tuvieron en cuenta más variables de entrada como lo son los

módulos resilientes de la base y subbase, optimizando el modelo de estructura,

evitando sobrecostos en el momento de ejecución de la misma.

Con el modelo AASHTO 93 se estimó un espesor de carpeta de rodadura de

0.12m mediante verificación por capas, dicho valor calculado aumenta el planteado por

la metodología INVIAS e=0.10m en 0,02m incrementando el volumen de la mezcla en

70 m3 ,dicho aumento aunque eleve el costo en un 20% del volumen total de la MDC-2,

reduciría el espesor de los granulares, disminuyendo los costos en un 35% generando

una diferencia a favor del 12% en el en la optimización realizada mediante la

verificación por capas ya que no se vería afectada la transmisión de cargas de los ejes

a la estructura diseñada.


5. ASPECTOS ECONÓMICOS

5.1 Presupuesto según las diversas metodologías

Tabla 32. Presupuesto INVIAS.


Tabla 33. Presupuesto SHELL.



Tabla 34. Presupuesto Instituto del Asfalto.


Tabla 35. Presupuesto AASHTO.


5.2 Alternativa de los autores De acuerdo a los diseños realizados la estructura del pavimento flexible, en la

parte económica observamos que están un poco altas las propuestas, dado que el TPD


es de bajo volumen optamos por realizar una alternativa que sería aprovechar el

material granular que tiene la región, realizar una capa de 30 cm y una carpeta asfáltica

de 12 cm., Es una muy buena solución para la problemática del municipio.

Cabe anotar que no se estima el precio de los granulares ni de la excavación

porque la suministra el municipio.

Tabla 36. Presupuesto (propuesta de los autores).



6. ANÁLISIS Y RESULTADOS

• Podemos buscar una solución a las diferentes problemática de los municipios

referentes a las vías que están sin pavimentar.

• Se analizaron los resultados que nos dieron los diferentes métodos de diseño

de construcción de pavimentos flexibles y se escogió la mejor opción, cabe anotar que

los diferentes diseños son muy buenos.

• La importancia de nuestros diseños se basaron en el estudio de suelo de

suelos que nos dieron como resultado un CBR del 2.7 %

• La importancia del TPD (Tránsito promedio diario) es vital para nuestros

diseños, ya que sin él no podríamos realizar un diseño confiable y optimo como

profesionales y especialistas.


7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• De acuerdo a lo visto en la visita al sitio de estudio la vía se encuentra ya casi

en su totalidad sin carpeta asfáltica, debido principalmente a la falta de mantenimiento

tanto de la calzada como de las obras de drenajes, lo que evidencia una intervención

inmediata con una nueva estructura de pavimento.

• De las tres alternativas de estructuras de pavimento diseñadas se opto por la

del método AASHTO-93 mediante verificación por capas, la cual se optimizo, siendo

también las más económica

• El comportamiento de los pavimentos flexibles depende en gran medida de

condiciones no incluidas necesariamente en los métodos de diseño estructural: la

temperatura, las condiciones de drenaje regional, la hidrología y otras pueden jugar

papeles muy importantes y frecuentemente pueden ser objeto de consideración del

responsable del diseño geométrico y geotécnico de la carretera, con muy adecuadas

repercusiones en el resultado final.

• Generalmente del análisis comparativo de los resultados de los métodos de

diseño se pueden observar diferencias importantes en su estructura, en especial en los

espesores de la carpeta asfáltica, en sus capas granulares y en el número estructural,

esto es debido principalmente a la falta de un planteamiento científico del problema y

de las diferentes concepciones y experiencias de quienes propusieron los métodos.

• Es importante que cada alcaldía de cada municipio, tenga una base de datos

actualizada sobre la parte del urbanismo y contar con la información básica para un

plan de desarrollo futuro.

• Se pueden pronosticar posibles soluciones, con las diferentes diseños o

alternativas para un mejor vivir y una mejor economía.

• Para posibles soluciones debemos tener en cuenta los puntos más críticos

estudiados de la zona.


REFERENCIAS

Instituto Nacional de Vías. 1998. Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías

con medios y altos volúmenes de tránsito. Popayán: Instituto Nacional de Vías.

american association of state highway and transportation officials. (1993). Guide for

Design of Pavement Structures. Washington D.C.: AASHTO.

Instituto Nacional de Vías. (2008). Guía metodológica para el diseño de obras de

rehabilitación de pavimentos. 2a ed. Bogotá: INVÍAS.

Shell International Petroleum Company Limited. 1985. Manual de diseño de

pavimentos. Londres: SHELL.

The Asphalt Institute. 1999. Manual del asfalto. Bilbao: Urmo. Montejo Fonseca, A. 2008. Ingeniería de pavimentos: fundamentos, estudios básicos y

diseño. 3a ed. Bogotá: Universidad Católica de Colombia.


Anexo 1. Boletín diario del estado del tiempo.


Anexo 2. Registro fotográfico de visita a campo.

Imagen 1. Estado de la vía vista del sondeo 2 hacia adelante

Imagen 2. Estado de la vía y sitio de sondeo 2.


Imagen 3. Estudio de suelos y estudio topográfico.

Imagen 4. Estado de la vía vista del sondeo 2 hacia atrás.


Anexo 3. Estudio de suelos.

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INGENIERÍA CONSTRUCCIONES Y DISEÑOS S.A.S. Calle 52 A No. 20-32 oficina 402 - PBX. 212 7141- Bogotá D.C. - Colombia

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ESTUDIO DE SUELOS PARA VÍA CHIPAQUE - UNE.

INFORME ESTUDIO DE SUELOS

CYDG-20

ENERO 08 DE 2015

CYDG-20

5

Contenido

1. EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO ............................................................... 1

2. PROCEDIMIENTO DE ACTIVIDADES ......................................................... 1

3. DETERMINACIÓN DE CBR ......................................................................... 2

ANEXO 1 REGISTROS DE PERFORACIÓN .......................................................... 6

CYDG-20

1

ESTUDIO DE SUELOS PARA VÍA CHIPAQUE - UNE.

INFORME ESTUDIO DE SUELOS

El presente informe corresponde a las actividades que se realizaron para el

estudio de suelos en la vía Chipaque – Une.

1. EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO

Para la exploración del subsuelo se realizaron 2 perforaciones que alcanzaron

profundidades de 3 m, y un apique.

2. PROCEDIMIENTO DE ACTIVIDADES

Se indica a continuación, el procedimiento que se realizó en campo:

Reconocimiento del sitio de trabajo, señalización y demarcación de los

puntos a perforar.

Transporte e instalación del equipo de perforación.

Ejecución de perforaciones proyectas para la vía Chipaque - Une, se

registra la descripción litológica de los materiales hallados durante las

perforaciones.

CYDG-20

2

Se tomaron muestras en cada perforación, las cuales se embalaron y

rotularon adecuadamente.

En campo se realizaron ensayos de penetración estándar SPT. Los

registros de perforación se encuentran en el ANEXO 1.

Finalmente se procedió con el desarme y cargue de equipos y la

restauración de las condiciones iniciales del terreno.

3. DETERMINACIÓN DE CBR

En oficina se realiza la correlación de SPT con CBR, propuesta en 1897 por

Livnen & Ishai-1987 mediante la Grafica 1 la cual fue encontrada en el documento

de Hidalgo Andrade Felipe Adrián (2007), Definición moderna de los parámetros

para el diseño de pavimentos.

CYDG-20

3

Grafica 1.Gráfico logarítmico propuesto por Livnen & Ishai-1987, para correlación de SPT con CBR.

Fuente: Hidalgo Andrade Felipe Adrián (2007), Definición moderna de los parámetros para el diseño de pavimentos

Para realizar la correlación se muestra en la Tabla 1 un resumen de los datos para

así poder utilizar la Grafica 1 y encontrar la correlación en cada una de las

profundidades donde se realizó el respectivo ensayo.

CYDG-20

4

Tabla 1. Correlación de SPT con CBR

Perforación DE M A M: M N SPT (mm/golpe)

CBR - % - (GRAFICO

LIVNEH & ISHAI) P1 1.00 1.50 0.50 10 50.00 4 P1 1.50 2.00 0.50 6 83.33 2.7 P1 2.00 2.50 0.50 5 100.00 2.3 P1 2.50 3.00 0.50 5 100.00 2.3 P2 1.00 1.50 0.50 6 83.33 2.7 P2 1.50 2.00 0.50 10 50.00 4 P2 2.00 2.50 0.50 7 71.43 2.9

P2 2.50 3.00 0.50 7 71.43 2.9 Fuente: Propia

Estaremos atentos a resolver cualquier inquietud al respecto.

Atentamente,

CESAR SEGURA SEGURA Matrícula 25202-1430919CND

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ANEXO 1 REGISTROS DE PERFORACIÓN

CYDG-20

1050

diseÑo de un pavimento para la estructura...

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