instituto de infraestructura y concesiones de …

INSTITUTO DE INFRAESTRUCTURA Y

CONCESIONES DE CUNDINAMARCA

CONTRATO 073-2017

“ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LAS VÍAS DEL DEPARTAMENTO DE

CUNDINAMARCA, GRUPO No 2”

VOLUMEN VI: ESTUDIO GEOTÉCNICO Y DISEÑO

DEL PAVIMENTO

Versión 3.0

DISEÑOS: ZIPAQUIRA – SAN JORGE - TABIO.

Carrera 28 BIS # 49A-13 Piso 2

TEL: 57-1-2124300

[email protected]

BOGOTÁ D.C., MAYO DE 2018

ESTUDIO GEOTÉCNICO Y DISEÑO DEL PAVIMENTO

ZIPAQUIRA-SAN JORGE- TABIO

Página 2 de 61

CONTROL DE REVISIONES Y

CAMBIOS

Versión Elaboro Revisó Fecha

0 V.H.D.O A.H.F OCTUBRE 2017

1 V.H.D.O A.H.F MAYO 2018

2 V.H.D.O A.H.F JUNIO 2020

3 V.H.D.O A.H.F SEPTIEMBRE 2020

Versión

NOMBRE

CARGO

FIRMA

1

ELABORÓ

Ing. Víctor Hugo Díaz Ortiz

Especialista en Pavimentos

REVISO

Ing. Euclides Bello

Vega

Director de

Consultoría

REVISO

Ing. Andrea Herrera

Franco

Especialista en Pavimentos Interventoría

APROBÓ INTERVENTORIA

Ing. Sherley Larrañaga

Director de

Interventoría



TABLA DE CONTENIDO

PÁG

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 7

capitulo i ....................................................................................................................... 8

1. OBJETIVOS........................................................................................................... 8

1.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................................... 8

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................................. 8

capitulo ii ...................................................................................................................... 9

2. MARCO TEÓRICO ................................................................................................. 9

capitulo iii.................................................................................................................... 10

3. METODOLOGÍA.................................................................................................. 10

3.1 EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA ...................................................................................... 10

3.2 DISEÑOS DE PAVIMENTO .......................................................................................... 10

capitulo iv .................................................................................................................... 11

4. Localización del proyecto. .................................................................................. 11

4.1 FUENTES DE MATERIAL Y ESCOMBRERAS .................................................................. 12

capitulo v .................................................................................................................... 15

5. TRÁNSITO DE DISEÑO ........................................................................................ 15

5.1 NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES ............................................................................. 16

5.2 ESPECTRO DE CARGAS .............................................................................................. 16

capitulo vi .................................................................................................................... 18

6. EXPLORACION GEOTECNICA ............................................................................... 18

6.1 ESTADO ACTUAL DE LA VÍA ....................................................................................... 18

6.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS SONDEOS .........................................................................

6.4 CAPACIDAD DE SOPORTE DE LOS SUELOS

6.5 MÓDULO RESILIENTE

24

24

..................................................................

21

6.3 RESULTADOS OBTENIDOS .........................................................................................

Página 3 de 57

................................................................................................ 25

6.6 SECTORIZACIÓN DEL MEJORAMIENTO.......................................................................27



Página 4 de 57

................................................................................................................... 28

7. DISEÑO DE PAVIMENTOS ................................................................................... 28

7.1.1 ALTERNATIVA 1 ........................................................................................................................... 28

7.1.2 ALTERNATIVA 2 ........................................................................................................................... 28

7.1.3 DISEÑO MÉTODO AASHTO .......................................................................................................... 28

7.1.4 Verificación Método Empírico Mecanicista ................................................................................. 33

7.1.5 Metodología PCA Diseño De Pavimento Rígido, Metodología Portland Cement Association .... 35

7.1.6 Recomendaciones Constructivas ................................................................................................. 39

7.1.7 Diseño De Juntas Pavimento Rígido ............................................................................................ 39

capitulo viii .................................................................................................................. 45

8. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS .............................................................................. 45

capitulo ix .................................................................................................................... 46

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................ 46

ANEXOS ....................................................................................................................... 55

LISTADO DE ANEXOS

PAG.

ANEXO 1. RESUMEN DE ENSAYOS DE LABORATORIO ................................................................... 56 ANEXO 2. CALCULO DE TPD .................................................................................................................... 57

LISTADO DE FIGURAS

PAG.

FIGURA 1 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO. ........................................................................................... 11 FIGURA 2 DIAGRAMA RECORRIDO DESDE EL PROYECTO A LA ESCOMBRERA. ......................... 12 FIGURA 3.DIAGRAMA RECORRIDO DESDE LA PLANTA AL PROYECTO. ........................................ 13 FIGURA 4 DIAGRAMA RECORRIDO DESDE LA CANTERA AL PROYECTO. ..................................... 14 FIGURA 5 PERFIL ESTRATIGRÁFICO. ZIPAQUIRÁ – SAN JORGE - TABIO, TRAMO ÚNICO. ......... 22 FIGURA 6. DISEÑO ALTERNATIVA 1, MANUAL INVIAS, PAVIMENTO FLEXIBLE ......................... 30 FIGURA 7. CARTA PARA ESTIMAR EL COEFICIENTE DE APORTE DE MEZCLAS DE CONCRETO

ASFÁLTICO. .......................................................................................................................................... 30

capitulo vii



Página 5 de 57

FIGURA 8. CARTA PARA ESTIMAR EL COEFICIENTE DE APORTE DE BASES GRANULARES. .... 31 FIGURA 9. DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE CAPA. ...................................................................... 31 FIGURA 10. CÁLCULO DE NÚMERO ESTRUCTURAL. ........................................................................... 32 FIGURA 11. DISEÑO ALTERNATIVA 1, DE PAVIMENTO FLEXIBLE. .................................................. 33 FIGURA 12 CÁLCULO ESPESOR DE LA LOSA. ........................................................................................ 38 FIGURA 13. ESPESORES DE DISEÑO ALTERNATIVA PAVIMENTO RÍGIDO. .................................... 38 FIGURA 14 CÁLCULO CONSUMO DE ENERGÍA; FATIGA Y, EROSIÓN BS-PCA ............................... 38 FIGURA 15. DETALLE CONSTRUCCIÓN DE JUNTAS ............................................................................. 40 FIGURA 16. DETALLE CANASTA PASADORES DE CARGA. ................................................................. 40 FIGURA 17. PROTECTOR DE JUNTA. ......................................................................................................... 43 FIGURA 18. DISEÑO ALTERNATIVA DE PAVIMENTO FLEXIBLE. ...................................................... 46 FIGURA 19. DISEÑO ALTERNATIVA CON MEJORAMIENTO EN RAJÓN (30 CM) , DE PAVIMENTO

FLEXIBLE. ............................................................................................................................................. 47

LISTADO DE TABLAS

PAG.

TABLA 1 UBICACIÓN DE APIQUES. .......................................................................................................... 11 TABLA 2 COMPOSICIÓN Y VOLÚMENES DE VEHÍCULOS COMERCIALES ...................................... 15

15 17 18 23 23

.............................................................. 23 24

.......................................................... 25 26

TABLA 14 PARÁMETROS AASHTO ............................................................................................................ 32 TABLA 15 ESPESORES DE DISEÑO MÉTODO AASHTO ......................................................................... 32 TABLA 16 FACTOR DE DESPLAZAMIENTO EN FUNCIÓN DE LA CONFIABILIDAD. ...................... 34 TABLA 17 VERIFICACIÓN MÉTODO MECANICISTA. ............................................................................ 34 TABLA 18 EFECTO DE LA BASE GRANULAR SOBRE VALORES DEL K (MPA/M) ........................... 36 TABLA 19 ESPESORES DE DISEÑO ALTERNATIVA PAVIMENTO RÍGIDO ........................................ 37 TABLA 20 ESPECIFICACIONES DE MATERIALES INVIAS NT2- 2013. ................................................ 39 TABLA 21 CARACTERÍSTICAS JUNTAS TRANSVERSALES. ................................................................ 39 TABLA 22 SEPARACIÓN DE LOSAS EN FUNCIÓN DEL ESPESOR. ...................................................... 41 TABLA 23 SEPARACIÓN DE LOSAS EN FUNCIÓN DEL RADIO RELATIVO DE RIGIDEZ ............... 42 TABLA 24 ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS PROPUESTAS. ..................................................................... 45 TABLA 25 PROCEDENCIA DE LOS AGREGADOS Y TIPO ...................................................................... 51 TABLA 26 PROCEDENCIA DEL CEMENTO ASFÁLTICO. ....................................................................... 51 TABLA 27 DATOS DE LA NORMA. ............................................................................................................. 51

29 TABLA 12 SECTORES CON MEJORAMIENTO.......................................................................................... TABLA 13 CLASIFICACIÓN SEGÚN MANUAL.........................................................................................

TABLA 9 CBR DE LA SUB-RASANTE PARA DISEÑO. ........................................................................... TABLA 10 POTENCIAL EXPANSIVO DE LOS SUELOS (INVIAS)

TABLA 11 EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EXPANSIVO DE LA SUB-RASANTE .............................

TABLA 4 ESPECTRO DE CARGAS (TON) ..................................................................................................

TABLA 5 REGISTRO FOTOGRÁFICO ESTADO ACTUAL .......................................................................

TABLA 6 CARACTERIZACIÓN DE APIQUE DEL MODELO GEOTÉCNICO. ........................................

TABLA 7 CBR DE LA SUB-RASANTE.........................................................................................................

TABLA 8 CBR DE LA SUB-RASANTE CON MEJORAMIENTO.

TABLA 3 FACTOR DE EQUIVALENCIAS ..................................................................................................

27



Página 6 de 57

TABLA 28 CARACTERÍSTICAS GEO-MECÁNICA DE LOS AGREGADOS EMPLEADOS EN LA

PLANTA. ................................................................................................................................................ 51 TABLA 29 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL CEMENTO ASFÁLTICO. ............................................... 52 TABLA 30 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LA MDC-19. .......................................... 52 TABLA 31 CANTIDADES, PROPORCIONES EN LITROS / M3 DE MEZCLA DE CONCRETO

ASFÁLTICO. .......................................................................................................................................... 52 TABLA 32 CANTIDADES, PROPORCIONES EN KILOGRAMOS / M3 DE MEZCLA DE CONCRETO

ASFÁLTICO. .......................................................................................................................................... 53 TABLA 33 CANTIDAD DE EMULSIÓN POR METRO CÚBICO DE MATERIAL GRANULAR

EXISTENTE ............................................................................................................................................ 53 TABLA 34 CANTIDAD DE EMULSIÓN POR METRO CÚBICO DE MATERIAL GRANULAR

EXISTENTE ............................................................................................................................................ 53



Página 7 de 57

INTRODUCCIÓN

Como parte de los procesos de mejoramiento vial del departamento de Cundinamarca, a

través de Instituto de Infraestructura y Concesiones de Cundinamarca ICCU; ha contratado

la intervención y recuperación de la red vial de la provincia. En este sentido el Consorcio

DIN-CITEC, como firma encargada del desarrollo de los diseños, presenta el siguiente

informe, el cual contiene el diseño del pavimento de la Vía Zipaquirá – San Jorge – Tabio,

Tramo único; que inicia en el límite del casco urbano del municipio de Zipaquirá; que hace

parte del alcance del contrato.

Con este propósito se ha dispuesto de una exploración geotécnica y ensayos de laboratorio,

el cual servirá como información base para el diseño, junto con los resultados obtenidos del

estudio de tránsito. Se trabajará con los criterios y metodologías recomendados por el

INIVIAS 2.013 y en el medio colombiano, complementado con la experiencia de este

consultor en este tipo de proyectos.



CAPITULO I

1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

El objetivo general del presente estudio consiste en proponer las estructuras de pavimentos

más convenientes para el proyecto, desde el punto de vista técnico y económico.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Dentro de los objetivos específicos se encuentran:

Caracterizar geotécnicamente la zona en estudio, mediante la exploración en campo

y ensayos de laboratorio.

Determinar la capacidad de soporte a través de análisis estadístico de los datos.

Realizar propuestas y recomendaciones constructivas para el correcto desarrollo del

proyecto.



Página 9 de 57

CAPITULO II

2. MARCO TEÓRICO

Para la elaboración del presente informe se consultaron los siguientes documentos y

normativa:

Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos en Vías con Medios y Altos Volúmenes de

Tránsito, Instituto Nacional de Vías, 1998.

Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos en Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito,

Instituto Nacional de Vías, 2007.

Manual de Diseño de Pavimentos de Concreto para Vías con Bajos, Medios y Altos

Volúmenes de Tránsito, Instituto Nacional de Vías.

American Association of States Highways and Transportation. AASHTO Guide for

Design of Pavement Structures, 1993.

Thickness Design for Concrete Highway and Street Pavements, Portland Cement

Association PCA, 1984.

NCHRP 1-37A. Mechanistic – Empirical Design Guide for Pavements, 2004

Londoño, Cipriano. Diseño, Construcción y Mantenimiento de Pavimentos de Concreto.

Instituto Colombiano de Productores de Cemento ICPC, 2002.

Montejo, Alfonso. Ingeniería de Pavimentos. Tomo I. Fundamentos, Estudios Básicos y

Diseño. Universidad Católica de Colombia, 2006.

LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA, Software Para el Cálculo del Numero Estructural

AASHTO 1993. Manizales, octubre de 2000.



CAPITULO III

3. METODOLOGÍA

La metodología que se utilizó en la elaboración del presente diseño de pavimentos incluyó

la realización de las siguientes etapas:

3.1 EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA

Se realizará una exploración geotécnica de campo, donde se ejecutarán apiques en cada

uno de los tramos viales, dependiendo de las longitudes de los mismos, acordes a las

recomendaciones del ICCU.

Las exploraciones se extenderán hasta una profundidad mínima de 1,50 m, garantizando

estar por debajo del nivel de sub-rasante. Los sondeos se ejecutarán con el fin de definir

los espesores del pavimento existente, se harán ensayos de clasificación (granulometría,

humedad, límites de Atterberg) de los materiales no ligados (granulares y subrasante), e

identificación del nivel freático (de ser el caso). Adicional a la información de los apiques,

se realizarán ensayos de resistencia mecánica de la subrasante, CBR inalterados o

remoldeados, según el caso.

3.2 DISEÑOS DE PAVIMENTO

Con base en la información de campo recolectada, se procede al análisis de los resultados

con el propósito de conocer los parámetros fundamentales del diseño.

En función de este análisis inicial, se determinan las condiciones existentes y el diseño de

pavimentos que cumpla con las metodologías aplicables para tal fin como son, el conocido

método AASHTO 1993 y la metodología Mecánico – Empírico.

Finalmente, esta Consultoría presentará como mínimo (2) alternativas de diseño de

pavimentación, con su respectivo análisis de ventajas y desventajas y su recomendación

final para la construcción, teniendo en cuenta los aspectos técnicos, relación

costos/beneficios y sistemas constructivos.



CAPITULO IV

4. LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO.

El tramo vial Zipaquirá – San Jorge - Tabio, Tramo Único. El tramo en estudio está

localizado en la Provincia de Sabana Centro, ubicada en el centro del departamento de

Cundinamarca. En la siguiente figura se muestra la localización.

Figura 1 Localización del proyecto.

Fuente: Google Maps.

Tabla 1 Ubicación de Apiques.

Fuente: CONSORCIO DINCITEC septiembre de 2017

Planas de Gauss-Krueger

Latitud Longitud Este (m) Norte (m)

AP-110 4°59'30,1" 74°2'3,2" 1004800.388 1043734.692 K0+003

AP-111 4°59'27,6" 74°2'12,9" 1004501.579 1043657.880 K0+301

AP-112 4°59'30,7" 74°2'16" 1004406.076 1043753.098 K0+552

AP-113 4°59'28,4" 74°2'24,1" 1004156.554 1043682.433 K0+855

AP-114 4°59'31,3" 74°2'32,3" 1003903.944 1043771.500 K1+128

AP-115 4°59'33" 74°2'39,8" 1003672.899 1043823.708 K1+366

AP-116 4°59'33,9" 74°2'47,2" 1003444.937 1043851.342 K1+670

AP-117 4°59'32,5" 74°2'53,6" 1003247.783 1043808.329 K1+932

AP-118 4°59'26,6" 73°3'0,1" 1003047.555 1043627.087 K2+208

AP-119 4°59'20,6" 73°3'6,4" 1002853.487 1043442.775 K2+488

AP-120 4°59'15,8" 73°3'4,8" 1002902.782 1043295.333 K2+962

AP-121 4°59'14,7" 73°3'5,6" 1002878.138 1043261.543 K3+020

Elipsoidales

COORDENADAS

Apique No. Abscisa



Página 12 de 57

4.1 FUENTES DE MATERIAL Y ESCOMBRERAS

La escombrera autorizada para la disposición del material retirado de las obras en las

actividades de excavación y demolición, empleada en el presente presupuesto es la

escombrera de la organización Ciclomat que se encuentra ubicada en el municipio de Cota

Cundinamarca, la cual fue utilizada para el cálculo de transporte de materiales provenientes

de la excavación y de las demoliciones. Esta escombrera se encuentra a 41.2 kilómetros

del tramo vial de Zipaquirá - San Jorge - Tabio. Las otras escombreras disponibles se

encuentran a mayor distancia y se encuentran ubicadas en los municipios de Mosquera y

de Soacha.

Figura 2 Diagrama recorrido desde el proyecto a la escombrera.



Página 13 de 57

De igual manera se empleó una de las plantas de asfalto que se encuentra autorizada para

proveer mezclas asfálticas, se trata de la planta de producción de asfalto ECOMEZCLAS

S.A., la cual se encuentra ubicada en el departamento de Cundinamarca, ZONA

INDUSTRIAL, KM 4 VÍA ZIPAQUIRÁ en el municipio de Cajicá, la cual se encuentra

aproximadamente a 21.2 kilómetros del tramo vial de Zipaquirá - San Jorge - Tabio. Existen

en la misma zona de otras plantas de asfalto y a distancias similares del proyecto.

Figura 3.Diagrama recorrido desde la planta al proyecto.

Para el material granular (base granular, rajón, material para filtro y afirmado) requerido

para la ejecución de las obras se utilizó la cantera Gravillera Albania S.A. la cual es la más

cercana y con capacidad y autorización de suministro y se encuentra ubicada en el KM 19

CARRETERA CENTRAL DEL NORTE - CHÍA, dentro del municipio de Tabio,

Cundinamarca y se encuentra distanciada aproximadamente a 9,4 kilómetros del sector vial

de Zipaquirá - San Jorge - Tabio.



Página 14 de 57

Figura 4 Diagrama recorrido desde la cantera al proyecto.



CAPITULO V

5. TRÁNSITO DE DISEÑO

Tabla 2 Composición y volúmenes de vehículos comerciales

Año

TPDS

Autos

Buses

C2P

C2G

C3

Volúmenes vehículos comerciales

82,2% 8,1% 2,5% 7,0% 0,1% 17,8%

2.017 1.420 1.168 115 36 99 1 252

2.027 1.622 1.334 132 41 113 1 288

Acumulados 515.000 162.000 442.000 8.030 1´127.030

Fuente: CONSORCIO DINCITEC septiembre de 2017.

Periodo de diseño, n = 10 años.

Tasa de crecimiento periodo del 2017 al 2027, r = 1,33%.

Tipo de crecimiento = Lineal.

Número de carriles = dos (2), uno de ida y otro de venida.

Factor de distribución por carril, = 100%; INVIAS 2.013.

Factor direccional = 54%; estudio de tránsito en el sitio, CONSORCIO DINCITEC.

Tabla 3 Factor de equivalencias

Vehículo

Porcentajes (%) composición.

Factor de Equivalencia Invías.

(1)X(2)

Factor Camión

(1) 1.996 (2) 2.015 FC

Bus 8,1 1 0,41 8,1 ∑ = (1)X(2)/17,8

C2P 2,5 1,44 0,30 3,6

c2G 7,0 3,44 3,83 24,1

c3 0,1 3,76 5,02 0,376

sumatoria 17,8 36,18 2,03


N8,2 Ton = 1´127.030X1X0,54X2,03 = 1´235.450 OK

Nivel de Tránsito = 2 = NT2; según Invías 2.013.

Proyección tránsito método de crecimiento lineal, Invías 2.015.

N = N0*[(𝑛−1)∗𝑟

2+ 1] ∗ 𝑛; luego entonces, tenemos que: Log N´= Log (N) + Zr*S0

NC = Nivel de confianza = 95%.

Zr = Desviación estándar correspondiente al NC, = -1,645.



Página 16 de 57

S0 = Valor error normal.

S0 adicional = 0,49 – 0,44 = 0,05.

Ni = 252X2,03X365X0,54 = 100.829; (Ejes equivalentes de 8,2 ton acumulados en un año,

en el carril de diseño).

N0 = 100.829*[(10−1)1,33/100

2+ 1] ∗ 10 = 1´068.636 (Ejes equivalentes de 8,2 ton acumulados

en 10 años, en el carril de diseño).

Log N´= Log (1´068.636) + 1,645X0,05 = 6,11107

N = 1´291.457; (ejes equivalentes de 8,2 ton acumulados durante todo el periodo de diseño

afectados por NC = 95%) OK

Para:

NC = 80%

Zr = 0,841

S0 = 0,05.

Log N´= Log (1´068.636) + 0,841X0,05 = 6,07088.

N = 1´177.280 (ejes equivalentes de 8,2 ton acumulados durante todo el periodo de diseño,

afectados por NC=80%).

5.1 NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES

De acuerdo a los resultados obtenidos del estudio de tránsito, se tiene el siguiente número

de ejes equivalentes:


5.2 ESPECTRO DE CARGAS

Para el desarrollo del diseño de las alternativas de pavimento rígido, se realizó el cálculo

del espectro de cargas por eje, basado en las cargas máximas estipuladas por el Ministerio

de Transporte en la resolución 4100 de 2004. A continuación, se presenta el espectro de

cargas de la vía en estudio, obtenido del informe de tránsito:

VIA N 8.2Ton

Zipaquirá - San Jorge - Tabio, Tramo Único. 1´291.457 ok



Página 17 de 57

Vía

Repeticiones esperadas

Simples Tándem

22

2,160

6 11 22 Zipaquirá – San Jorge - Tabio, Tramo Único. 1´127.030 1´119.000 8.030


Tabla 4 Espectro de Cargas (Ton)



Página 18 de 57

CAPITULO VI

6. EXPLORACION GEOTECNICA

6.1 ESTADO ACTUAL DE LA VÍA

Se realizó un recorrido en el eje vial en cuestión y se encontró una vía con capas

posiblemente compactadas de material granular natural o procesado con gradación

específica que soporta directamente las cargas y esfuerzos del tránsito que funciona como

superficie de rodadura para el tránsito en este sector. (Ver Tabla 5)

Adicionalmente se aclara que para los trabajos de campo se realizó el debido registro

fotográfico el cual se incluye dentro del Anexo 1 con el fin de dar una continuidad idónea al

informe de ensayos realizados a las muestras extractadas del tramo vial.

K0+000 INICIO TRAMO

K0+300 Se observa estado actual de la vía conformada por una calzada dos carriles (uno por sentido) de un ancho que varía entre 5.0 y 6.0 metros; se encuentra en estado de afirmado y no cuenta con obras de control superficial de aguas definidas (cunetas).

Tabla 5 Registro Fotográfico Estado Actual



Página 19 de 57

K0+600 K0+900

K1+200 Se observa estado actual de la vía

conformada por una calzada dos carriles; se encuentra en estado de afirmado y no cuenta

con obras de control superficial de aguas definidas (cunetas). Se observan predios al

costado derecho de la vía.

K1+500

K1+800

K2+100 Se observa estado actual de la vía construida a media ladera con talud de corte al costado derecho de baja pendiente, se evidencia falta

de control de aguas y drenaje de la vía.



Página 20 de 57

K2+400 Se identifica talud de corte al costado

derecho en ladera en contrapendiente con afloramiento de rocas de la Formación

Cacho conformada por intercalaciones de y areniscas predominando y arcillolitas.

K2+700

K3+000



Página 21 de 57

6.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS SONDEOS

Z = mtrs

A110 A111 A112 A113 A114 A115 A116 A117

0,00 0,10

0,10 0,20

0,20 0,30

0,30 0,40

0,36 m

0,40 0,50

0,50 0,60

0,60 0,70

0,76 m

0,70 0,80

0,80 0,90

0,90 1,00

1,00 1,10

1,10 1,20

1,20 1,30

1,30 1,40

1,40 1,50

MH

GP

GP- GM

GW-GM

GC

SC

CL

SC-SM

GC-GM

CH



Página 22 de 57

Z = mtrs A118 A119 A120 A121

0,00 0,10

0,10 0,20

0,20 0,30

0,30 0,40

0,36 m

0,40 0,50

0,50 0,60

0,60 0,70

0,70 0,80

0,76 m

0,80 0,90

0,90 1,00

1,00 1,10

1,10 1,20

1,20 1,30

1,30 1,40

1,40 1,50

Fin de la perforación y/o rechazo.

GC-GM

GP-GM

GP-GC

GC

ML

GM

SP-SM

Figura 5 Perfil estratigráfico. Zipaquirá – San Jorge - Tabio, Tramo Único.


NOTA: EN LA EXPLORACIÓN GEOTECNICA REALIZADA NO SE ENCONTRO PRESENCIA DE NIVEL FREATICO.

Cota de cimentación estructura de pavimento sobre afirmado existente = 0,36 mts. Cota de cimentación estructura de pavimento + mejoramiento con rajón = 0,76 mtrs.



Página 23 de 57

110, 112, 114, 116, 118, 120. 1,50 metros

Ap.N°

USCS

Profundidad

CBR 0,1”

Inalterado Sumergido Expansión

110 ML 0,40 – 0,60 mts 3,7% 2,4% 0,12%

112 MH 0,50 – 0,70 mts 2,5% 1,9% 0,08%

114 CH 0,40 – 0,60 mts 10,3% 7,2% 0,11%

116 CH 1,00 – 1,20 mts 7,9% 4,8% 0,12%

118 CH 0,40 – 0,60 mts 3,5% 2,5% 0,11%

120 ML 0,40 – 0,60 mts 3,8% 2,0% 0,08% Fuente: CONSORCIO DINCITEC septiembre de 2017

Teniendo en cuenta los CBR de los ensayos realizados en los apiques No. 110, 112, 114, 116, 118 y 120, en

donde más del 50% de los resultados no supera el 3% recomendado en CBR sumergidos por manuales de

diseño de pavimentos, se realiza un mejoramiento de la subrasante con 30 cm de rajón obteniendo los

siguientes resultados por el método de Ivanov, partiendo de la siguiente relación:

Ap.N°

USCS

Profundidad

CBR 0,1”

Inalterado Sumergido

Mejoramiento con rajón para CBR

menor a 3% (0,30 m)

Expansión

110 ML 0,40 – 0,60 mts 3,7% 2,4% 5,04% 0,12%

112 MH 0,50 – 0,70 mts 2,5% 1,9% 4,48% 0,08%

114 CH 0,40 – 0,60 mts 10,3% 7,2% 7,20% 0,11%

116 CH 1,00 – 1,20 mts 7,9% 4,8% 4,80% 0,12%

118 CH 0,40 – 0,60 mts 3,5% 2,5% 5,14% 0,11%

120 ML 0,40 – 0,60 mts 3,8% 2,0% 4,60% 0,08%

Tabla 6 Caracterización de apique del modelo geotécnico.

Apiques No. Profundidad


Tabla 7 CBR de la sub-rasante.

Tabla 8 CBR de la sub-rasante con mejoramiento.



Página 24 de 57

Apique N° USCS CBR (%) CBR (%) con mejoramiento

(30 cm) CBR Promedio (%)

110 ML 2,4 5,04%

112 MH 1,9 4,48%

114 CH 7,2 7,20%

116 CH 4,8 4,80%

118 CH 2,5 5,14%

120 ML 2,0 4,60%

CBR Diseño 5,21 Fuente: CONSORCIO DINCITEC septiembre de 2017

En los Anexos, se presenta el resumen y los resultados de la exploración realizada.

6.3 RESULTADOS OBTENIDOS

En la exploración geotécnica se halló que los 0,10 metros a los 0,35 metros se encontró un

material granular de color café y gris oscuro, muy duro, pre-consolidado, clasificado en el

sistema USCS como una grava arcillosa-limosa, pobremente gradada (GC -GM); este

material granular existente presenta una humedad promedio del 5,8 %, límite líquido de

23%, límite plástico de 18% índice de plasticidad de 5,0%, índice de liquidez promedio de

-250% y el % de finos; pasa tamiz N°200 del 11%; y, entre los 0,45 metros hasta la

profundidad de la exploración 0,80 metros, se encontró una capa de material clasificado en

el sistema USCS como una arcillosa (CH) de alta compresibilidad color café claro

intercalada con arcilla de baja plasticidad color café claro (MH). Este material presenta

humedad natural promedio del 35%, límite liquido de 74,5%, límite plástico de 27% e índice

de plasticidad del 47,5%; un índice de liquidez de liquidez del 40%, de consistencia firme,

consolidado, no presentó expansión en la inmersión y su capacidad relativa promedio de

soporte CBR a 0,1” después de la inmersión su respuesta fue del 3,5% y con un peso

volumétrico de 1,78 ton/m3, que luego del mejoramiento con rajón de 30 cm en los sectores

donde se encontró CBR menores a 3%, alcanzaría un CBR promedio de 5,21%. Y, de ahí

de esa profundidad hasta los 1,50 metros se encontró un estrato de limo orgánica de baja

compresibilidad de consistencia medianamente firme de color gris clasificado en el sistema

USCS como (ML), con una humedad natural del 17%, límite líquido del 49%, límite plástico

del 29%, índice de plasticidad del 20%.

6.4 CAPACIDAD DE SOPORTE DE LOS SUELOS

Los suelos gravosos encontrados en la exploración, son materiales de buenas

características de soporte en su funcionamiento dentro de estructuras de pavimento. De

acuerdo a su granulometría y valores índice (limite liquido e índice de plasticidad), estos

Tabla 9 CBR de la sub-rasante para diseño.



Página 25 de 57

materiales no cumplen como base o subbase granular. Sus características cumplen como

material afirmado, de acuerdo a la especificación INVIAS. Se deben realizar los ensayos

necesarios para determinar el uso o no de estos materiales en obra, y ser aprobados por la

interventoria.

6.5 MÓDULO RESILIENTE

El módulo resiliente de la subrasante ha sido estimado en función de su CBR, mediante la

siguiente correlación1, de acuerdo a lo recomendado por la agencia investigadora AASHTO

en su última versión MEPDG, para el nivel 2, dicho modelo se encuentra recomendado por

el Manual del INVIAS para bajos volúmenes:

𝐌𝐑 = 𝟏𝟓𝟎𝟎 ∗ 𝐂𝐁𝐑

Se obtiene un valor de 7.815 psi (54 MPa).

6.5.1 POTENCIAL EXPANSIVO DE LA SUBRASANTE

Según la metodología propuesta por Holtz y Gibbs2, la cual es recomendada por INVIAS3,

el potencial expansivo de la subrasante puede ser estimado con base en las características

de plasticidad de los suelos bajo el siguiente criterio:

Potencial Expansivo Límite Líquido

(%)

Índice de

Plasticidad (%)

Alto > 60 > 35

Marginal 50 – 60 25 -35

Bajo < 50 < 25

Fuente: Manual de diseño de pavimentos asfálticos INVIAS

Para el caso particular de los suelos encontrados, el potencial expansivo previsto, es el

siguiente:

1NCHRP 1‐37A.Mechanistic – Empirical Design Guide for Pavements, 2004. 2Bureau of Reclamation EEUU, Holtz y Gibbs 3COLOMBIA. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de diseño de pavimentos asfálticos

para vías con bajos volúmenes de tránsito. Bogotá: El instituto, 2007.

Tabla 10 Potencial Expansivo de los Suelos (INVIAS)



Página 26 de 57

Apique PROF.

DESDE

PROF.

HASTA LL (%) IP (%)

Potencial

Expansivo

(%)

110 0,40 0,60 49 15 Bajo.

112 0,50 0,70 147 36 Alto.

114 0,40 0,60 95 62 Alto.

118 0,40 0,60 55 32 Marginal.

120 0,40 0,80 49 20 Bajo.

Fuente: CONSORCIO DINCITEC

Como se aprecia, el potencial expansivo del suelo detectado únicamente en los apiques N°

112 y N° 114 en el primer estrato de limo y de arcilla de alta compresibilidad color negro y

café oscuro su potencial de expansión es alto; el segundo estrato su potencial de expansión

es bajo, sin embargo, el valor hinchamiento ensayo de CBR en el proceso de inmersión que

presentó fue muy bajo. Sí, las excavaciones para la estructura del pavimento en las

coordenadas donde se encuentra localizado los apiques N° 112 y 114, llega a una

profundidad igual o superior a los 0,50 metros la sub-rasante se debe estabilizar por

cualquiera de los métodos recomendados por el manual de construcciones para carreteras

del Invías 2.013.

Como se aprecia, el potencial expansivo de la sub-rasante es variable, con predominio de

clasificación bajo; en 10 de los 12 apiques; no obstante lo anterior, se recomienda la

implementación de medidas de mitigación para los sectores de los apiques N° 112 y N° 114

si el nivel de cimentación de la estructura es superior a los 0,50 m, que a la vez ayuden a

mejorar la capacidad portante. Se emiten las siguientes recomendaciones:

Con el fin de controlar los cambios expansivos de manera definitiva, se debe efectuar la

estabilización de los suelos con cal. Esta se puede realizar mediante el uso de inyecciones,

a una profundidad mínima de 1.0 m desde el nivel actual de la vía y una separación máxima

de 1.0 m, formando una malla a lo largo del área de la vía. La inyección es colocada al

rechazo, a intervalos entre 30 y 45 centímetros, con presiones típicas entre 350 y 1300 KPa.

Este porcentaje generalmente oscila entre 2 y 3%, pero se deben realizar los ensayos de

laboratorio necesarios para determinar la dosificación óptima. La experiencia ha

demostrado que con este sistema se logran buenos resultados, especialmente cuando el

suelo expansivo tiene un extenso sistema de fisuras y grietas a través del cual la lechada

pueda ser inyectada eficientemente. Durante el proceso de la mezcla del suelo con la cal

en presencia de humedad, se producen diversas reacciones químicas, la primera de las

cuales consiste en un inmediato intercambio iónico durante el cual los iones de calcio son

absorbidos por el suelo, reduciéndose así las fuerzas de atracción que mantiene la pequeña

película de agua absorbida alrededor de las partículas, lo que origina una reducción de la

plasticidad de los suelos cohesivos, los cuales adquieren características de friables y se

Tabla 11 Evaluación del Potencial Expansivo de la Sub-rasante



hacen más trabajables. En esta reacción se produce un aumento en el límite plástico y una

reducción del índice de plasticidad. También se puede realizar la estabilización sobre la

sub-rasante, previa excavación y remoción de los materiales existentes.

6.6 SECTORIZACIÓN DEL MEJORAMIENTO

De acuerdo con lo descrito en el numeral 6.2 CARACTERISTICAS DE LOS SONDEOS, en

donde se identifica un CBR sumergido el cual no supera el 3% recomendado por manuales

de diseño de pavimentos, por lo cual se recomienda un mejoramiento de la subrasante de

30 cm de rajón y 10 cm de afirmado para sello en los tramos donde el CBR no supero los

mínimos establecidos. Los sectores que requieren el mejoramiento de acuerdo a el CBR

sumergido encontrado en los apiques realizados, se localizan en las abscisas presentadas

a continuación teniendo en cuenta la ubicación de los apiques con ensayo de CBR

realizado:

Tabla 12 Sectores con mejoramiento

Ap.N°

Abscisas tramo de

localización

Longitud mejoramiento

(m)

CBR 0,1”

Inalterado

Sumergido

Con mejoramiento (Rajón 30 cm, sello 10 cm)

110 k0+000 – k0+500 500 3,7% 2,4% 5,04%

112 k0+500 – k1+000 500 2,5% 1,9% 4,48%

114 K1+000 – k1+500 - 10,3% 7,2% 7,20%

116 K1+500 – k2+000 - 7,9% 4,8% 4,80%

118 K2+000 – k2+500 500 3,5% 2,5% 5,14%

120 K2+500 – k3+047 547 3,8% 2,0% 4,60%

Longitud total de mejoramiento 2047 CBR de diseño 5,21% NOTA: Las filas en rojo requirieron mejoramiento

Página 27 de 57



CAPITULO VII

7. DISEÑO DE PAVIMENTOS

Para el diseño del pavimento se propondrán dos alternativas, una en pavimento flexible y

una en pavimento rígido. Las alternativas se describen a continuación.

7.1.1 ALTERNATIVA 1

Se propone una alternativa empleando materiales granulares (base) con una carpeta

asfáltica, en los espesores obtenidos del diseño.

7.1.2 ALTERNATIVA 2

Se propone una alternativa empleando una losa de concreto hidráulico apoyada sobre una

capa de base granular, en los espesores obtenidos del diseño.

No se considera el aprovechamiento de los materiales existentes. Se puede llegar a tener

en cuenta el material existente como una sub-rasante mejorada sí, al realizar las

excavaciones, el espesor sobrepasa el total de la nueva estructura aquí propuesta y se

recomienda determinar el CBR de la i-ésima capa.

Se debe tener en cuenta los niveles de la rasante existentes y del diseño, así como los

niveles de las viviendas, con el fin de definir la pertinencia de realizar las excavaciones de

los materiales existentes.

En este capítulo se presenta la metodología de diseño y los resultados obtenidos.

7.1.3 DISEÑO MÉTODO AASHTO

De acuerdo con esta metodología, la capacidad estructural del pavimento se define en

términos de número estructural SN. La ecuación básica para determinar el SN es la

siguiente:

logW18=ZR*So+9.36log(SN+1)-0.20+log

∆PSI4.2-1.5

0.40+1094

(SN+1)5.19

+2.32logMR-8.07

Dónde:

W18 : Número de ejes equivalentes

ZR : Desviación normal estándar

So : Error estándar combinado

∆PSI : Diferencia entre el índice de serviciabilidad inicial y final



Página 29 de 57

MR : Módulo resiliente de la subrasante, psi

SN : Número estructural requerido

El procedimiento para determinar la estructura que supla las solicitaciones del tránsito,

consiste en igualar el número estructural requerido con el obtenido al resolver la siguiente

expresión:

SN=∑(ai.mi.Di)

Donde, para cada material, i:

ai : Coeficiente de aporte

mi : Coeficiente de drenaje

Di : Espesor, in

7.1.3.1 Constantes de Estadísticas y Serviciabilidad

Se ha empleado una desviación estándar de 0.45, promedio entre el rango de 0.40 (sin

errores en el tránsito) y 0.50 (con errores en el tránsito). Los niveles de servicio inicial y final

serán de 4.2 y 2.2, respectivamente, los cuales son acordes para diseño de pavimento

flexible.

7.1.3.2 Confiabilidad del Diseño

De acuerdo a la categoría de la vía y al nivel de tránsito esperado, se ha empleado una

confiabilidad del 90%, consistente con la estimación del tránsito.

7.1.3.3 Caracterización de los materiales

7.1.3.3.1 Concreto Asfáltico

El Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos en Vías con Medios y Altos Volúmenes de

Tránsito del INVIAS, en su tabla 8.1, recomienda un aporte estructural de 0,40 para la

mezcla asfáltica en caliente tipo MDC, para temperaturas entre 13⁰C ≤ TMAP ≤ 20°C.

Temperatura media anual de Zipaquirá = 13,7°C, precipitación media anual = 805 mm y se

en cuenta a una altura de 2.638 M.S.N.M.

Tabla 13 Clasificación según manual.

Clasificación Tránsito T2

Clasificación Región R2

Clasificación Suelo S1

Clasificación Carta 2




Página 30 de 57

MDC-19 MDC-25 BG

Carpeta asfáltica 8 cm 8 cm 20 cm

Carpeta asfáltica

Base Granular

Figura 6. Diseño alternativa 1, manual INVIAS, pavimento flexible

Teniendo en cuenta la siguiente figura de AASHTO, para este valor de coeficiente de aporte

se obtiene muestra un módulo aproximado de 350,000 psi (2413 MPa). Dada las

variaciones de temperatura y la amplitud en el rango propuesto por INVIAS, se adopta un

valor de módulo de 2500 MPa (362.575 psi), de uso común para mezclas en estas

condiciones de temperatura.

Figura 7. Carta para estimar el coeficiente de aporte de mezclas de concreto asfáltico.

7.1.3.3.2 Base Granular

Se ha empleado un aporte estructural para base de 0.14, teniendo en cuenta las

recomendaciones del INVIAS para granulares tipo BG. El valor de relación de soporte

(CBR) al 100% de la densidad seca máxima, adoptado para diseño es 100% de

conformidad con el número estructural adoptado de 0.14. De acuerdo a la siguiente figura

se tiene un módulo asociado de 30.021 psi (207 MPa).



Página 31 de 57

Figura 8. Carta para estimar el coeficiente de aporte de bases granulares.

7.1.3.4 Coeficiente de Drenaje

Los coeficientes de drenaje adoptados para las capas granulares se estiman a partir de la

calidad del drenaje y el tiempo en que el pavimento está expuesto a niveles de humedad

próximos a la saturación. Para el presente estudio se empleó un coeficiente de 0.90 para

las capas granulares, en función de las precipitaciones de la zona (entre 2.000 y 4.000

mm/año) de acuerdo a la recomendación del INVIAS y AASHTO.

7.1.3.5 Determinación de Espesores

El procedimiento para determinar la estructura que supla las solicitaciones del tránsito,

consiste en igualar el número estructural requerido con el obtenido al resolver la siguiente

expresión:

SN=a1.m1.D1+a2.m2.D2+a3.m3.D3…+…ai.mi.Di

Donde, para cada material, i:

ai : Coeficiente de aporte

mi : Coeficiente de drenaje

Di : Espesor, in

Figura 9. Determinación de espesores de capa.



Página 32 de 57

En la siguiente tabla se presentan un resumen de los principales parámetros de entrada

para el diseño.

Tabla 14 Parámetros AASHTO

Confiabilidad Serviciabilidad Módulo

Resiliente SBR

Tránsito 10

años

So R Zr PSIi PSIf ΔPSI MPa PSI N8.2ton

0,45 90% -1,282 4,20 2,20 2,00 54 7.815 1´291.457


A continuación, se muestran los cálculos de diseño. Se usó el programa Ecuación AASHTO

93, desarrollado por el Ingeniero Luis Ricardo Vásquez en la Universidad Nacional de

Manizales, para la obtención de los valores de SN.

Figura 10. Cálculo de Número estructural.

Tabla 15 Espesores de diseño método AASHTO

Material

Espesor Modulo

(psi)

Coeficientes

de Aporte Sin SNreq

Requerido

(cms)

Adoptado

(pulgadas) ai mi

Mezcla densa 16 6,30 362.575 0,40 1 2,520

Base granular 20 7,87 30.021 0,14 0,9 0,992



Página 33 de 57

Material

Espesor Modulo

(psi)

Coeficientes

de Aporte Sin SNreq

Requerido

(cms)

Adoptado

(pulgadas) ai mi

Sub-rasante 7.815 3,512 3,46

OK


En la siguiente figura se presenta la alternativa propuesta.

MDC-19 MDC-25 BG


Carpeta asfáltica

Base Granular

Figura 11. Diseño alternativa 1, de pavimento flexible.

7.1.4 Verificación Método Empírico Mecanicista

Se verificará que los espesores de diseño cumplan con los criterios del método mecanicista.

Esta metodología emplea propiedades físicas fundamentales de los materiales y se basa

en un modelo teórico para el cálculo de esfuerzos, deformaciones y deflexiones elásticas,

con el objetivo de predecir la respuesta del pavimento causada por una carga estándar

aplicada.

Las funciones de transferencia, desarrolladas por diversas entidades a nivel mundial,

relacionan la respuesta de la estructura con el número de repeticiones de carga que

teóricamente, puede soportar el pavimento antes de llegar al final de su periodo de diseño.

7.1.4.1 Agrietamiento por Fatiga en el concreto asfáltico

La deformación por tensión en la base de la carpeta asfáltica, es usada para determinar el

número teórico de repeticiones de carga que soportará el pavimento antes de alcanzar la

falla por fatiga.

El modelo propuesto por Shell para controlar el agrietamiento por fatiga es el siguiente:

N=K(0.856Vb+1.08)5.(εt)-5.(10

6E)

-1.8

Dónde:

t : Deformación unitaria por tracción en la base del concreto asfáltico, mm/mm

Vb : Volumen de asfalto en la mezcla, %

E : Módulo dinámico de la mezcla, N/m2

N : Número de ejes equivalentes de 8.2 ton

K : Coeficiente de Calage



Página 34 de 57

Originalmente, esta ecuación de fatiga fue desarrollada para una confiabilidad del 50%. El

método australiano de diseño contempla una manera para aumentar la confiabilidad

afectando el valor del factor K, tal como sigue4:

Tabla 16 Factor de Desplazamiento en Función de la Confiabilidad.

Confiabilidad (%) 80 85 90 95

Factor de desplazamiento (K) 4.7 3.3 2.0 1.0

Fuente: Guía Metodológica INVIAS 2008

Para este caso particular se ha adoptado una confiabilidad del 85%.

7.1.4.2 Agrietamiento por Ahuellamiento en la subrasante

De acuerdo con la metodología Shell, para una confiabilidad del 85%, la relación entre la

deformación por compresión y las repeticiones de carga, está dada por:

N= (0.021εz

⁄ )4

Dónde:

z : deformación unitaria vertical en la superficie de la subrasante, mm/mm

N : número de ejes equivalentes de 8.2 ton.

A continuación, se muestra la verificación de las estructuras propuestas por el método

mecanicista.

Tabla 17 Verificación método mecanicista.

Espesores de Estructura

(cm)

E

(Mpa)

Mr

(Mpa)

Deformaciones

admisibles

(μstrain)

Deformaciones

calculadas

(μstrain)

Consumos

MDC-

19

MDC-

25 BG Total εt Εz Εt Εz Fatiga Ahuellamiento

8 8 20 36 2500 54 268 623 91 166 34% 27%


Como se aprecia en la tabla anterior, los espesores cumplen con los criterios de fatiga y

ahuellamiento, siendo inferiores en ambos casos a 100%.

4 INVIAS, Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación en pavimentos flexibles, 2008, Tabla 5.2.2.



Página 35 de 57

7.1.5 Metodología PCA Diseño De Pavimento Rígido, Metodología Portland

Cement Association

El procedimiento para determinar la intervención se basa en las solicitaciones del tránsito y

en el periodo de diseño durante el cual la estructura del pavimento reduce su capacidad de

soportar las primeras.

Se propone una alternativa empleando una losa de concreto hidráulico apoyada sobre una

capa de base granular, en los espesores obtenidos del diseño.

A continuación, se describen los parámetros adoptados para el diseño de la estructura del

pavimento.

7.1.5.1 Parámetros De Diseño

7.1.5.1.1 Factor de Seguridad de Carga y Repeticiones

El factor de seguridad se aplica al valor mayor del rango de carga considerado de acuerdo

con los siguientes criterios:

- Para vías de múltiples carriles, tránsito ininterrumpido y elevados volúmenes de

tránsito, FSC=1.20

- Para carreteras y vías arterias con moderado volumen de tránsito pesado, FSC=1.10

- Para caminos, calles residenciales y otros con escaso volumen de tránsito pesado,

FSC=1.00

Dado que la vía en estudio presenta bajo volumen de tránsito, el valor será de 1.0. Además,

cabe destacar que en el cálculo del espectro de carga se están considerando las cargas

máximas legales permitidas en Colombia por el Ministerio de Transporte según Resolución

004100 del 28 de diciembre de 2004.

7.1.5.1.2 Espectro de Carga

Este insumo se ha determinado en el informe de tránsito y se muestra en la tabla N°4.

7.1.5.1.3 Tipo de Berma y Junta Transversal

Dado que se trata de una vía donde no existe la necesidad de estacionamientos de

vehículos, no se ha considerado dicho efecto (cargas del vehículo cerca del borde de la

losa, a una distancia inferior al radio de rigidez). Se ha considerado transferencia de carga

a través de pasadores o dovelas.

7.1.5.1.4 Módulo de Reacción del Soporte (K) Subrasante



Página 36 de 57

El módulo de elasticidad se correlacionó con el CBR mediante la siguiente expresión:

𝐸𝑖 =130 ∗ CBR0.714

10.20

Dónde:

Ei : Módulo de la i-ésima capa considerada, en MPa/m

Para el CBR de diseño de la subrasante se obtiene un módulo de elasticidad de 31,2 MPa/m

El módulo de reacción k se estima con el siguiente modelo el cual hace parte del

nomograma de la AASHTO.

𝑘 = 22.168 ∗ 𝑙𝑛(𝐶𝐵𝑅) + 3.5018

Dónde:

K : Resistencia de la subrasante, en MPa/m

El Módulo de Reacción k de la subrasante corresponde a 31,2 MPa/m.

7.1.5.1.5 Módulo de Reacción del Conjunto Subrasante – Base Granular

Se considerará como material de apoyo del concreto hidráulico, la inclusión de base

granular BG-27 (Especificación INVIAS 2013). La siguiente tabla muestra el incremento del

módulo de reacción como consecuencia de la instalación de una base granular.

Tabla 18 Efecto de la base granular sobre Valores del K (MPa/m)

Valor de K para

Subrasante

Valor de K para Base Granular

100mm 150mm 225mm 300mm

MPa/

m

Lb/pulg3

MPa/

m

Lb/pulg3

MPa/

m

Lb/pulg3

MPa/

m

Lb/pulg3

MPa/

m

Lb/pulg3 20 73 23 85 26 96 32 117 38 140

40 147 45 165 49 180 57 210 66 245

60 220 64 235 66 245 76 280 90 330

80 295 87 320 90 330 100 370 117 430 Fuente: Diseño, Construcción y Mantenimiento de Pavimentos de Concreto, Cipriano Londoño. 2,000

Para un K de la sub-rasante de 39,7 MPa/m, empleando un espesor de 220 mm de base

granular, le corresponde un K del conjunto sub-rasante – base de 55 MPa/m.

7.1.5.1.6 Módulo De Rotura



Página 37 de 57

Se ha considerado un concreto hidráulico con módulo de rotura MR, de acuerdo con la

recomendación del INVIAS en el Manual de Diseño de Pavimentos de Concreto, que se

basa en el número de vehículos pesados que transitarán por día. El valor mínimo a emplear

será de 4.2 MPa.

7.1.5.1.7 Resistencia a la Compresión

Se estima este parámetro del concreto en función de la ecuación propuesta por la American

Concrete Institute ACI.

𝑀𝑅 = 0,392 ∗ √𝑓𝑐2 3 [MPa]

7.1.5.2 Determinación Del Espesor De Concreto

Contemplando los anteriores parámetros y siguiendo los lineamientos del método, se

establece el dimensionamiento de la estructura de pavimento, teniendo en cuenta los

análisis de Fatiga y Erosión, mediante el empleo del programa BS-PCA de la Universidad

del Cauca. En la siguiente tabla se resumen los resultados.

Tabla 19 Espesores de diseño alternativa pavimento rígido

Espesores de Estructura

(cm) FS

Carga

FS

Repeticiones

MR

(Mpa) Bermas Pasadores

Consumos (%)

CONC SBG Total Fatiga Erosión

22 20 42 1 1 4.2 No Si 48,22% 13,55




Página 38 de 57

Figura 12 Cálculo espesor de la losa.

LOSA SBG-38

Concreto Hidráulico 22 cm 20 cm Sub-base Granular

Figura 13. Espesores de diseño alternativa pavimento rígido.

Figura 14 Cálculo consumo de energía; fatiga y, erosión BS-PCA



Página 39 de 57

7.1.6 Recomendaciones Constructivas

7.1.6.1 Especificaciones De Construcción

Las especificaciones de materiales para la estructura de pavimento propuesta deben

cumplir con lo estipulado en las Especificaciones y Normas Generales de Construcción y

Normas de Ensayos Para Materiales de Carreteras, INVIAS 2013. A continuación, se

presenta la norma referida para cada una de las capas que conforman la estructura de

pavimento.

Tabla 20 Especificaciones de Materiales INVIAS NT2- 2013.

Actividad Especificación

Sub-base Granular SBG-38, Clase B. Artículo 320-13

Base Granular BG-27, Clase B. Artículo 330-13

Mezcla asfáltica densa en caliente MDC-19 y MDC-25 Artículo 450-13

Pavimento de Concreto Hidráulico. Artículo 500-13

7.1.7 Diseño De Juntas Pavimento Rígido

7.1.7.1 Juntas Longitudinales

Se recomienda emplear barras de acero corrugado de fluencia mínima 4200 kg/cm2,

diámetro de ½”, espaciamiento cada 80 cm y en longitudes de 90cm.

7.1.7.2 Juntas Transversales

A continuación, en las siguientes figuras, se presentan los detalles típicos de la construcción

de juntas. Se recomienda emplear barras de acero liso, con los siguientes requisitos

mínimos según lo establecido en las normas PCA, para pavimentos de concreto.

Tabla 21 Características Juntas Transversales.

Espesor de losa

(cm)

Diámetro del pasador

(pulg)

Longitud total

(cm)

Separación

entre centros (cm)

20 1” 35 30



Página 40 de 57

Figura 15. Detalle Construcción de Juntas

Figura 16. Detalle Canasta Pasadores de Carga.

7.1.7.3 Espaciamiento De Juntas

El concreto hidráulico como superficie de rodadura, se encuentra sujeto a diferentes

esfuerzos, entre los cuales se encuentran: cargas de tránsito, contracción y expansión del

concreto (el concreto al endurecer ocupa menos volumen que cuando está fresco) y

diferencias de temperatura o humedad entre la fibra superior y la inferior, entre otras. Con

Junta sellada con masilla de piliuretano monocomponente de bajo modelo capacidad de elongacion 50% al 100%

Sello de pl ástico no adherente de polietileno (9mm de diametro+/- 1.5 mm)

3 mm

22 mm

D/3

6 mm 6mm +/- 1.5mm

La relación ancho/profundidad del sellador deberá ser como máximo 2:1. la Ranura inicial de 3mm para debilitar la sección

deberá ser hecha en el momento oportuno para evitar el agrietamiento de la losa, la pérdida de agregados en la junta o el desportillamiento.



Página 41 de 57

el fin de contrarrestar estos esfuerzos, no es suficiente el proporcionar un espesor

adecuado, sino proyectar juntas longitudinales y transversales que impiden un fisuramiento

temprano del concreto, estas juntas deben estar diseñadas técnicamente, mediante el

empleo de los siguientes criterios:

Separación de juntas transversales en función del espesor de la losa:

S = (21 a 24) D

Donde,

S : Separación de la junta

D : Espesor del concreto hidráulico

21 : Para valores máximos de fricción entre la subbase y la losa

24 : Para valores normales de fricción entre la subbase y la losa

Según este análisis la separación entre juntas debe ser la siguiente:

Tabla 22 Separación de losas en función del espesor.

Separación (m)

Mínimo Máximo

4.2 4.8

La relación largo / ancho debe encontrarse entre en un intervalo de 1.00 y 1.40, sin

embargo se recomienda no exceder a 1.2. Según este análisis la separación entre

juntas debe ser 4.2 m (ancho de losa igual a 3.5m).

En función del radio relativo de rigidez (relación de la rigidez de la losa y la rigidez

del suelo de soporte), la longitud de la losa debe ser máximo 5 veces este valor;

mediante este cálculo se está considerando el esfuerzo de alabeo de la losa y el

gradiente térmico existente entre la fibra superior e inferior de la losa.

𝑙 = √𝐸𝐻3

12(1 − 𝑢2)𝐾

4

Donde,

E : Módulo de Elasticidad del concreto (psi)

H : Espesor de la losa (pulg)

µ : Relación de poisson del concreto

K : Módulo de reacción del terreno de soporte (psi/in)



Página 42 de 57

Según este análisis la separación entre juntas debe ser el que se muestra en la siguiente

tabla. Este es el parámetro adoptado para la separación de juntas recomendado.

Tabla 23 Separación de losas en función del radio relativo de rigidez

SEPARACIÓN (m)

3.5

7.1.7.4 Recomendaciones de construcción

Se recomienda reforzar las losas irregulares (geometrías superiores al 8% en su

largo y ancho de la losa) con acero de refuerzo corrugado de φ½” cada 20cm en

ambas direcciones, ubicadas a 1/3 del espesor en la fibra superior e inferior,

como medida de control de autofisuración del concreto. También se recomienda

el empleo de este refuerzo en aquellas losas que hacen parte de zonas de

paraderos, considerando los efectos de frenado y aceleración de los vehículos.

La separación entre juntas transversales no debe exceder el criterio del radio

relativo de rigidez.

El proceso constructivo de las juntas transversales reviste enorme cuidado. En

primera instancia debe realizarse un primer corte dentro del tiempo oportuno

llamado "ventana de corte", de tal manera de realizarlo en el momento justo de

forma que ni se haga antes, que el concreto no soporte el peso de los equipos y

se deforme, ni después que genere fisuración por retracción del concreto. Esta

ventana de corte está sujeta a las condiciones climáticas, velocidad del viento,

temperatura del concreto, etc. Es necesario llevar a cabo un tramo de prueba

para definir el tiempo de la “ventana de corte” que puede estar entre 6 y 8 horas.

Adicionalmente, se debe tener cuidado con la limpieza de la junta, adecuación

de la junta y tipo de sello a colocar, factores importantes para garantizar la vida

útil del sello.

Se recomienda hacer control estricto de la superficie o nivelación del material

granular con equipo topográfico, antes de instalar el concreto. Lo anterior con el

fin de evitar dejar desniveles o depresiones que generen en el concreto esfuerzo

de tensión inadmisible para el mismo.

Se recomienda el empleo de protectores de juntas o sello temporal con el fin de

evitar agrietamiento tipo desportillamientos en las juntas que, comúnmente se

encuentran en los pavimentos recién construidos



Página 43 de 57

Figura 17. Protector de junta.

Antes de colocar el concreto, se recomienda instalar una capa de arena fina (sin

fines estructurales) con el propósito de disminuir la fricción que se genera entre

la losa y el material granular.

Tener cuidado en la fijación de los pasadores transversales de transferencia de

carga, de tal manera que, se garantice la nivelación del mismo, para esto podría

emplearse una formaleta de madera (reutilizable). Se precisa que este cuidado

es de gran importancia, dado las repetidas fallas transversales encontradas en

diversos pavimentos recién construidos con pasadores torcidos.

El comportamiento de una estructura de pavimento ante las solicitudes de carga

es función tanto de la calidad de cada uno de los materiales empleados en la

construcción, como del sistema constructivo, así como de la metodología de

diseño empleada. Sin embargo, es preciso resaltar la importancia en el manejo

del drenaje, ya que la saturación de las capas subyacentes a la estructura del

pavimento pueden ocasionar saturación de los suelos y generar su colapso; por

esta razón es necesario verificar que las medidas adoptadas sean adecuadas,

de tal manera que no exista una variación alta en el contenido de humedad, tanto

de las capas granulares existentes como de la subrasante.

Se recomienda el paso de una volqueta sencilla cargada, con la finalidad de

identificar zonas de consistencia baja las cuales deberán ser intervenidas de

manera especial, en función del comportamiento observado, el cual

corresponderá a la restitución del terreno de soporte por material granular de

mejoramiento o piedra gruesa de mejoramiento o material remanente y/o fresado

del concreto asfáltico (RAP). Esta definición se realizará en obra, mediante el

reconocimiento del personal del proyecto.



Página 44 de 57

Antes de instalar el concreto se recomienda la revisión del Módulo de Reacción

K, con el fin de verificar las hipótesis del diseño. Para tal fin se propone realizar

ensayos de placa controlada.

Se recomienda no dar servicio al tráfico hasta que el concreto alcance una

resistencia superior al 100% del valor de diseño.

Se recomienda realizar mantenimiento rutinario y preventivo del pavimento para

conservar la estructura hasta el periodo final del pavimento, tales como: sellos de

juntas, limpieza, revisión de las obras de drenaje, etc.



Página 45 de 57

CAPITULO VIII

8. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS

Efectuado el análisis de las alternativas propuestas, tenemos las siguientes ventajas y

desventajas:

Tabla 24 Análisis de alternativas propuestas.

Alternativa Ventajas Desventajas

Pavimento

asfaltico

Materiales de

procesamiento y obtención

común.

Proceso constructivo

conocido, de amplia

utilización y mejores

rendimientos.

Menores costos de

construcción iniciales.

Apertura inmediata al

tránsito, una vez concluida

la construcción.

Necesidad de trituración

de materiales para la

industrialización de bases

granulares.

Menor periodo de diseño y

mayores necesidades de

mantenimiento periódico.

Fabricación de la mezcla

en planta para garantizar

calidad de la misma.

Pavimento

rígido

Facilidad de acceso y

fabricación con materiales

de uso común.

Mayor periodo de diseño y

menores necesidades de

mantenimiento periódico.

Posibilidad de utilización de

mano de obra local, por las

facilidades en el proceso

constructivo.

Mayor costo de

construcción inicial.

Mayores tiempos para dar

apertura al tránsito,

considerando el fraguado

del concreto.

Necesidad de controles

rigurosos en el curado y

control de calidad de la

mezcla de concreto.


Teniendo en cuenta el bajo nivel de tránsito de la vía, asociada al uso previsto (vías rurales

con predominio de vehículos livianos y tránsito pesado ocasional), se recomienda la

implementación de la alternativa en pavimento flexible.



CAPITULO IX

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

- En la exploración geotécnica se halló que los 0,10 metros a los 0,35 metros se encontró

un material granular de color café y gris oscuro, muy duro, pre-consolidado, clasificado

en el sistema USCS como una grava arcillosa-limosa, pobremente gradada (GC -GM);

este material granular existente presenta una humedad promedio del 5,8 %, límite

líquido de 23%, límite plástico de 18% índice de plasticidad de 5,0%, índice de liquidez

promedio de -250% y el % de finos; pasa tamiz N°200 del 11%; y, entre los 0,45 metros

hasta la profundidad de la exploración 0,80 metros, se encontró una capa de material

clasificado en el sistema USCS como una arcillosa (CH) de alta compresibilidad color

café claro intercalada con arcilla de baja plasticidad color café claro (MH). Este material

presenta humedad natural promedio del 35%, límite liquido de 74,5%, límite plástico de

27% e índice de plasticidad del 47,5%; un índice de liquidez de liquidez del 40%, de

consistencia firme, consolidado, no presentó expansión en la inmersión y su capacidad

relativa promedio de soporte CBR a 0,1” después de la inmersión su respuesta fue del

3,5% y con un peso volumétrico de 1,78 ton/m3, que luego del mejoramiento con rajón

de 30 cm en los sectores donde se encontró CBR menores a 3%, alcanzaría un CBR

promedio de 5,21%. Y, de ahí de esa profundidad hasta los 1,50 metros se encontró un

estrato de limo orgánica de baja compresibilidad de consistencia medianamente firme

de color gris clasificado en el sistema USCS como (ML), con una humedad natural del

17%, límite líquido del 49%, límite plástico del 29%, índice de plasticidad del 20%.

- La vía en estudio es de orden departamental intermunicipal y, hace parte de la red vial

secundaría, con tránsito pesado escaso. Se trabaja el diseño con un valor mayor a los

500,000 ejes equivalentes, que corresponde a la categoría NT2 del INVÍAS. Para el

caso de la alternativa de pavimento rígido se calculó el espectro de cargas, a partir de

los valores máximos estipulados por el Ministerio de Transporte. Estos valores fueron

extraídos del informe de tránsito.

- Se proponen alternativas de pavimentación en pavimento flexible y rígido, las cuales

fueron calculadas por los métodos AASHTO y PCA, ampliamente aceptados en el medio

nacional. Se recomienda implementar la alternativa de diseño de pavimento flexible,

considerando el estado actual de la vía, el nivel de tránsito presente y proyectado y el

desempeño esperado del pavimento bajo las condiciones existentes.

MDC-19 MDC-25 BG


Carpeta asfáltica

Base Granular

Figura 18. Diseño alternativa de pavimento flexible.



Página 47 de 57

Nota: Se debe realizar un mejoramiento con rajón de 30 cm en los sectores de los apiques

MDC-19 MDC-25 SBG-38 Afirmado.

Carpeta asfáltica 8 cm 8 cm 20 cm 40 cm

Carpeta asfáltica

Base granular

Rajón y afirmado para sello

Figura 19. Diseño alternativa con mejoramiento en rajón (30 cm) , de pavimento flexible.

- No obstante, la evaluación cualitativa muestra que el potencial expansivo de los suelos

de subrasante es bajo, se recomienda la implementación de un adecuado sistema de

drenaje, con el objeto de prevenir la penetración de agua en los suelos de subrasante.

- Todos los procedimientos de construcción y materiales a emplear en la misma deben

cumplir a cabalidad con las exigencias establecidas en las especificaciones generales

de construcción de carreteras dispuestas por el INVÍAS-2.013.

- Las alternativas propuestas han sido diseñadas para un período de análisis de 10 años

para el caso de pavimento flexible y de 20 años para el caso de pavimento rígido; este

periodo se cumplirá siempre y cuando se garantice un adecuado plan de mantenimiento

asociado a intervenciones preventivas.

- Las conclusiones y recomendaciones consignadas en el presente informe se basan en

los resultados de las exploraciones de campo, ensayos de laboratorio, y análisis

geotécnico realizado. En caso de encontrar condiciones diferentes a las establecidas

en el presente informe o si se prevé un cambio sustancial de la construcción o un

aumento de cargas debe informarse para emitir las respectivas recomendaciones

geotécnicas.

- Teniendo en cuenta los resultados obtenidos de resistencia de la sub-rasante, en

términos de CBR, se requiere que una vez se corten los espesores establecidos por

diseño, el material granular remanente reciba el menor tráfico posible, es decir, que

proceda de inmediato con la intervención, de modo que se eviten posibles

deformaciones de la sub-rasante.

- Es importante anotar que al realizar el análisis elástico mediante la aplicación del

método Shell se emplearon valores típicos de módulos y porcentajes constitutivos de la

donde el CBR sumergido no supera el 3%, se debe emplear material para sello

preferiblemente afirmado, con una capa no inferior a los 10 cm, si el material removido en

obra se caracteriza como afirmado, puede ser empleado como sello realizando los ensayos

de calidad necesarios y avalados por el interventor. Los sectores son los especificados en la tabla 12.



Página 48 de 57

mezcla asfáltica. Se modelaron las estructuras de pavimento y se obtuvo que las

mismas cumplen con los criterios de fatiga y ahuellamiento; sin embargo se recomienda

que una vez se tengan los resultados de los ensayos de módulos, leyes de fatiga y

diseño de mezcla asfáltica, realizados sobre los materiales que se utilizarán en obra, se

verifique el cumplimiento de los valores mínimos adoptados en el presente informe, de

modo que se validen las hipótesis de diseño o se realicen los ajustes a que haya lugar.

- El material granular remanente deberá escarificarse en sus primeros 0,20 metros y re-

compactarse al 95% de la densidad máxima del Proctor modificado, antes del inicio de

la colocación de la primera capa de pavimento según alternativa seleccionada.

- A partir de los resultados de la exploración geotécnica se evidenció que la resistencia

de los suelos de la sub-rasante en términos de capacidad de soporte CBR, cae

drásticamente en condición sumergida, por lo que a lo largo del tramo deberán

garantizarse condiciones óptimas de drenaje.

- Dada la importancia del índice internacional de rugosidad IRI, en lo que se refiere a

comodidad del usuario y calificación de índice de estado, se recomienda que los

constructores lleven a cabo la colocación de la mezcla asfáltica con extendedoras de

mezcla asfáltica (Finisher) de las más altas calidades y de tecnología avanzada.

- Como mecanismo de control y de modo que puedan aplicarse correctivos de manera

inmediata, se recomienda llevar a cabo mediciones de IRI, en cada una de las capas

de pavimento que construyan durante el proyecto.

- Se recomienda monitorear mediante conteos el comportamiento del tránsito promedio

diario semanal TPDs, de modo que puedan registrarse eventos de crecimiento que

influyan en el comportamiento del pavimento rehabilitado.

- Se recomienda que durante la construcción se utilice personal directivo y ejecutores de

gran experiencia que redunde en la calidad del proyecto, con el fin de hacer un trabajo

que permita extender la vida útil del pavimento.

- Toda variación de las condiciones de diseño en cada uno de los tramos homogéneos

de diseño, deberá ser reportado al Consorcio DIN-CITEC; de modo que se realicen los

ajustes a que haya lugar.

BENEFICIOS QUE TRAE EL TRAMO VÍAL AL SER PAVIMENTADO, YA SEA EN

PAVIMENTO RÍGIO O FLEXIBLE.



Página 49 de 57

Los beneficios producto de los efectos generados por la construcción de cualquier vía se

pueden clasificar en tres tipos: Los beneficios generados al Estado, los beneficios

generados al usuario de la vía, y los beneficios generados a los propietarios de los predios.

Los beneficios a los usuarios de la vía, se pueden discriminar en las economías, en los

costos de operación, y economías en los tiempos de viaje.

Para el Estado podemos tener los representados en la disminución de los costos de

conservación y mantenimiento de la vía.

Beneficios a los propietarios en los 10 años de vida útil; como el aumento en la rentabilidad

de la tierra por la economía en los costos del transporte y beneficios por el cambio potencial

del uso del suelo.

BENEFICIOS A LOS USUARIOS DE LA VÍA (A$).

Dentro de los usuarios de la vía se encuentran los transportadores, los productores

agropecuarios, los comerciantes, los propietarios de los predios, los pasajeros, los turistas,

los funcionarios entre otros.

Con la pavimentación de la vía, se trasladan tres tipos de beneficios a los usuarios como

son:

Economías en los costos de operación en los vehículos en los que se transportan.

Economías por disminución en los índices de accidentalidad.

Economías por disminución en los tiempos de viaje. Al incrementar sus velocidades

medias de viaje, reduce los tiempos del mismo y por lo tanto permite reducción en

los costos de operación vehicular, entre otros.

Esto genera dos tipos de beneficios. El primero en los costos del transporte de personas y

el segundo por ahorros en tiempos de viaje. Pero la gran parte de estos beneficios son

absorbidos por los transportadores mediante el sistema de fletes a los productos de la zona,

donde las mejores condiciones de la vía, el mejoramiento de la calidad del servicio, el

aumento en la demanda del transporte genera, un alza en el flete del transporte. El

conductor y sus pasajeros experimentan un viaje más cómodo y confortable; con horarios

y rutas periódicas.

Nota: Es de resaltar, que la disminución del índice de accidentalidad dado por el

mejoramiento de la vía; hace referencia cuando la vía es utilizada como una variante o vía

alterna; haciéndole el quite a zonas inestables y/o de derrumbes en épocas de invierno o

en una futura actividad sísmica o, cuando se quiere evitar el paso por sectores propicios a



Página 50 de 57

ellos. Lo hace insignificante, traducido a costos. Por tal motivo no se tiene en cuenta como

beneficio a los usuarios.

BENEFICIOS PARA EL ESTADO (B$).

Estos beneficios están encausados hacia el ahorro en los costos de mantenimiento y

conservación, al estar en ciertas condiciones técnicas, y al pasar a mejores

especificaciones técnicas, de diseño geométrico y estructura del pavimento. En ella se

deriva el mantenimiento rutinario y periódico.

El mantenimiento rutinario hace énfasis en actividades como la rocería, desmonte y

limpieza de drenajes superficiales, sacada de pequeños derrumbes a pico y pala, parcheo

pequeños y pintura de señales; en el periódico las actividades son mayores en cuanto al

bacheo y parche profundo, refuerzo de capa de rodadura; que se da una vez haya

transcurrido el periodo de diseño o vida útil; en nuestro caso; el periodo de diseño es de 10

años.

La vía sin pavimentar, el mantenimiento rutinario es más costoso; que la suma del

mantenimiento rutinario más el mantenimiento periódico, con la vía pavimentada.

Para el Estado los beneficios se encuentran representados como la diferencia entre las

condición pavimentada y sin pavimentar.

BENEFICIOS PARA LOS PROPIETARIOS DE LOS PREDIOS (C$).

Tanto los predios aferentes a la vía y los predios que se encuentran en los extremos de la

misma; cuya ubicación con respecto a la cabecera municipal reciben efectos iguales por la

pavimentación de la vía; tales como el suministro de insumos, transporte, extensión del

mercado, aumento en las ventas; que van a incidir en un mayor valor en el precio de los

predios. Uno de los efectos más destacado es el mejoramiento de la actividad comercial

con los municipios más cercanos de su entorno. Otro aspecto es el mejoramiento

considerable del transporte de personas, con la disminución del tiempo y distancia a la

cabecera municipal y a los municipios de su entorno; aumento en la calidad y cantidad del

transporte vehicular para personas lo que provoca el aumento de la movilidad.

Lo anterior define dos tipos de beneficios: Uno en los costos del transporte de personas y

el otro por ahorros en los tiempos de viaje.

Para los ahorros en tiempo de viaje, no se tiene en cuenta, lo que económicamente se ve

reflejado en las ganancias de los dueños del transporte, y que gran parte de esta economía

son captadas por ellos mediante el alza en el sistema de fletes en la zona. Lo contrario, y

esperado; sería que incidiera en lo que corresponde al costo de oportunidad, del tiempo



Página 51 de 57

que ahorra el productor y las demás personas que obtuvieron ingresos y que están

económicamente ligados a los predios beneficiados por la pavimentación de la vía.

Es decir, el de mayor peso específico es el que se, refiere y está ligado a los predios, en

cuanto a la producción agropecuaria, a los beneficios anuales por economías en los costos

del transporte de la producción. Lo mismo sucede con las economías por beneficios anuales

por el transporte de insumos.

Sí, a los anteriores beneficios tangibles y no tangibles se les traduce o se les da un valor

económico en pesos sería el mismo sí, la vía se encuentra pavimentada ya sea en

pavimento rígido o flexible.

DISEÑO DE MEZCLA (FÓRMULA DE TRABAJO)

Con base en la disponibilidad de materiales granulares (gruesos y finos) se presenta la

caracterización geo-mecánica con la que se determina el respectivo Diseño de la Mezcla,

tomada de la información de la respectiva planta de concreto asfáltico.

Datos de los materiales usados

Tabla 25 Procedencia de los agregados y tipo

Agregado Grueso. Cantera N° 1, Triturado.

Agregado Mediano. Cantera N° 2, Triturado.

Agregado Fino. Importado, de Río. Fuente: CONSORCIO DINCITEC

Tabla 26 Procedencia del cemento asfáltico.

Producción del cemento asfáltico Tipo del cemento asfáltico.

Ecopetrol – Apiay, Meta. Asfalto 60 – 70 (AC-20). Fuente: CONSORCIO DINCITEC

Tabla 27 Datos de la Norma.

Métodos de ensayo. Identificación de especificaciones INVIAS-2013

E-123, E-218, E-227, E-200, E-736, E-230, E-232, E-125, E-26, E-133, E-237.

Para agregados

Art. 450-3, Art. 450-6.

E-706, E-724, E-716, E-702, E-713, E-704, E-709.

Para cemento asfáltico. NT1, MDC-19.

Artr.450-8.

E-748, E-732, E-782, E-736.

Para mezcla asfáltica. NT1, MDC-19.

Art.450-10, Art. 450-7.


Tabla 28 Características geo-mecánica de los agregados empleados en la planta.

Cantera N° 1, Triturado Cantera N° 2, Triturado Importado, de Río

Gs Bulk = 2,68 Gs Bulk = 2,58 Gs Bulk = 2,77



Página 52 de 57

Gs Bulk del agregado = 2,623

Absorción = 2,35 % Absorción = 1,83 % Absorción = 2,17 %

Peso unitario seco= 1,45 ton/m3

Peso unitario seco = 1,48 ton/m3 Peso unitario seco = 1,61 ton/m3

Aporta en peso = 35% Aporta en peso = 60% Aporta en peso = 5,0% Fuente: CONSORCIO DINCITEC.

Tabla 29 Características físicas del cemento asfáltico.

Asfalto 60 – 70 (AC-20).

Índice de penetración = - 0,2

Viscosidad dinámica a 60 °C = 4.400 Poise

Peso específico a 25 °C = 1,014.

Temperatura de mezcla, para el diseño Marshall = (148 – 152) °C

Temperatura de compactación, para el diseño Marshall = (140 – 144) °C

Temperatura de cargue. = 130 °C. Fuente: CONSORCIO DINCITEC septiembre de 2017.

Tabla 30 Características físicas y mecánicas de la MDC-19.

Asfalto 60 – 70 (AC-20).

Ensayo Contenido de asfalto (%) Óptimo de asfalto 5,5 %

Vacíos de aire de la mezcla. 5,5 4,83

Vacíos de agregado mineral. 5,6 17,18

Vacíos llenos agregado mineral. 5,0 71,89

Estabilidad en kilogramos. 5,3 1.181

Flujo en milímetros. 5,8 3,34

Peso específico Bulk. 6,0 -

Promedio de asfalto. 5,5 -

Peso específico Bulk 2,384

Peso específico mmm, Rice. 2,427

Peso específico teórico. 2,414 Fuente: CONSORCIO DINCITEC septiembre de 2017.

En la tabla 33, se muestra las cantidades de material en litros requeridos por metro cúbico

de mezcla de concreto asfáltico compactada al 98% del peso específico bulk obtenido del

ensayo Marshall; se requiere aproximadamente las siguientes cantidades de materiales

totalmente secos.

Tabla 31 Cantidades, proporciones en litros / M3 de Mezcla de concreto asfáltico.

Agregado Grueso, Cantera N° 1, Triturado. 330 Litros.

Agregado Mediano, Cantera N° 2, Triturado. 567 Litros.

Agregado Fino, Importado de Río. 48 Litros.

Asfalto 60 – 70 (AC-20). 55 Litros. Fuente: CONSORCIO DINCITEC septiembre de 2017.

En la tabla 34, se muestra las proporciones de material requeridos en kilogramos por metro

cúbico de mezcla de concreto asfáltico compactada al 98%, del peso específico Bulk

obtenido del ensayo Marshall; se requiere aproximadamente las siguientes cantidades de

materiales totalmente secos.



Página 53 de 57

Tabla 32 Cantidades, proporciones en Kilogramos / M3 de Mezcla de concreto asfáltico.

Agregado Grueso, Cantera N° 1, Triturado. 836 Kilogramos.

Agregado Mediano, Cantera N° 2, Triturado. 1.382 Kilogramos.

Agregado Fino, Importado de Río. 126 Kilogramos.

Asfalto 60 – 70 (AC-20). 56 Kilogramos. Fuente: CONSORCIO DINCITEC septiembre de 2017.

Tabla 33 Cantidad de emulsión por metro cúbico de material granular existente

Cantidades para un M3 de material compacto

Cantidad de emulsión en %. 4,60

Humedad de pre-envuelta. En %. 4,86

Masa unitaria compacta del material granular en Kgs/M3 1.674

Cantidad de emulsión en Kgs/M3 77

Cantidad de agua en Kgs/M3 81 Fuente: CONSORCIO DINCITEC septiembre de 2017

Tabla 34 Cantidad de emulsión por metro cúbico de material granular existente

Cantidades para un M3 de material suelto

Cantidad de emulsión en %. 4,60

Humedad de pre-envuelta. En %. 4,86

Masa unitaria compacta del material granular en Kgs/M3 1.409

Cantidad de emulsión en Kgs/M3 65

Cantidad de agua en Kgs/M3 68 Fuente: CONSORCIO DINCITEC septiembre de 2017

Se recomienda elaborar ensayos de prueba de la producción desarrollada en la planta.

Se recomienda controlar el peso unitario de la mezcla y el porcentaje de compactación de

briquetas tomadas de la mezcla preparada cada día de producción, o con pruebas

periódicas, no se recomienda adoptar directamente el valor definido de la curva Marshall

para control de compactación (para el ajuste en la dosificación en peso).

Se recomienda verificar periódicamente gradación, densidad, absorción de los agregados

para detectar variaciones que puedan afectar la mezcla; con el objeto de hacer los

respectivos ajustes y reajustes a las dosificaciones para cumplir con el control de calidad

exigidos para cada caso y cumplir con las normas y especificaciones.

No se verificó la resistencia a inmersión-compresión de la mezcla.

La planta de concreto asfáltico debe garantizar las cantidades de los agregados necesarios

para la producción requerida en las diferentes cochadas de entrega de la mezcla de

concreto asfáltico con destino a cumplir las metas físicas del contrato para la construcción

del pavimento propuesto en este diseño. De igual forma la planta debe certificar el

abastecimiento del cemento asfáltico y las características físicas suministradas por el



Página 54 de 57

proveedor del cemento asfáltico; todo esto con el propósito que los tiempos requeridos en

los procesos y actividades se cumplan, según el cronograma presentado por el constructor.



Página 55 de 57

ANEXOS



Anexo 1. Resumen de ensayos de laboratorio



Página 57 de 57

Anexo 2. Calculo de TPD

instituto de infraestructura y concesiones de …

Documents