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EVALUACIN DE LA METODOLOGA UTILIZADA PARA LA MODELACIN DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO FLEXIBLE, CON PROPSITOS DE REHABILITACIN, EN LOS DEPARTAMENTOS DE CALDAS, QUINDO Y RISARALDA.

CONTENIDO

Ing. CARLOS ABDIEL CASTAO CASTELLANOS Ing. JUVENAL MARTNEZ OROZCO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLN MANIZALES FACULTAD DE MINAS ESPECIALIZACIN EN VAS Y TRANSPORTE

Manizales, julio de 2002

EVALUACIN DE LA METODOLOGA UTILIZADA PARA LA MODELACIN DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO FLEXIBLE, CON PROPSITOS DE REHABILITACIN, EN LOS DEPARTAMENTOS DE CALDAS, QUINDO Y RISARALDA.

Ing. CARLOS ABDIEL CASTAO CASTELLANOS Ing. JUVENAL MARTNEZ OROZCO

MONOGRAFA PARA OPTAR AL TTULO DE ESPECIALISTAS EN VAS Y TRANSPORTE

DIRECTOR: Ing. LUIS CARLOS VSQUEZ TORRES ASESOR: Ing. LUIS RICARDO VSQUEZ VARELA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLN MANIZALES FACULTAD DE MINAS ESPECIALIZACIN EN VAS Y TRANSPORTE

Manizales, julio de 2002

Este trabajo est dedicado a nuestras familias, quienes todo el tiempo estaban pendientes y, brindndonos apoyo cuando ms lo necesitbamos, por ellos iniciamos, por ellos seguimos y, por ellos salimos adelante.

v

AGRADECIMIENTOS

A Dios, quien nos dio la oportunidad de dar un paso ms adelante.

A todas y cada una de las personas que nos soportaron y acompaaron durante este tiempo en el que volvimos a las aulas.

A nuestras familias quienes nos apoyaron durante todo el tiempo, con todas las fuerzas de su corazn y espritu.

A nuestros buenos profesores.

A nuestros profesores, quienes aceptaron dirigirnos y asesorarnos, en el trabajo que aqu presentamos.

vi

CONTENIDO pg. DEDICATORIA AGRADECIMIENTOS LISTA DE CUADROS LSTA DE FIGURAS RESUMEN INTRODUCCIN 1. 1.1 1. 2 2. 2.1 OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES OBJETIVOS ESPECFICOS MARCO TEORICO MODELACION DE PAVIMENTOS FLEXIBLES v vi ix xi xii 14 17 17 17 19 19 19

2.1.1 DEFINICION GENERAL 2.1.2 PROCEDIMIENTO ESPECIFICO DE MODELACIN PARA VIGA BENKELMAN 2.1.3 SECTORIZACION DE PROYECTOS DE REHABILITACIN 2.1.4 DEFLECTOMETRIA CON VIGA BENKELMAN 2.1.5 GEOTECNIA 2.1.6 ASIGNACION DE MODULOS INICIALES O

21

21 22 24

vii

MDULOS SEMILLA 2.1.7 RELACION DE POISSON 2.1.8 DETERMINACION DEL TRANSITO 2.1.9 PROGRAMAS DE COMPUTADOR PARA ANLISIS DE ESTRUCTURAS MULTICAPA ELASTICA 2.2 DISEO DE SOLUCIONES DE REHABILITACIN

25 26 27

28 30

2.2.1 VERIFICACION EMPIRICO MECANICISTA DE LAS SOLUCIONES DE REHABILITACIN 2.2.2 FUNCION DE TRANSFERENCIA PARA AGRIETAMIENTO 2.2.3 FUNCION DE TRANSFERENCIA PARA AHUELLAMIENTO 2.2.4 MODULO DINAMICO Y LEY DE FATIGA DEL CONCRETO ASFALTICO MDC-2 3 3.1 3.2 3.3 4 5 ANALISIS DE PROYECTOS PEREIRA MARSELLA CERRITOS - CAUY AVENIDA 30 DE AGOSTO PAUTAS PARA UNA MODELACION ADECUADA CONCLUSIONES 37 41 42 57 89 114 119 121 123 37 36 31

BIBLIOGRAFA ANEXOS

viii

LISTA DE CUADROS

pg.

CUADRO CUADRO CUADRO CUADRO CUADRO CUADRO CUADRO CUADRO CUADRO

1 RELACIONES DE POISSON 2 VALORES DE CONFIABILIDAD AASHTO 3 COEFICIENTE Kc 4 COEFICIENTE Ks 5 VALORES DE SN Y Sh 6 VALORES DE A PARA z ADMISIBLE 7 MODELACIN CONSULTOR PEREIRA - MARSELLA 8 MODELACIN KENLAYER PEREIRA MARSELLA 9 MODELACIN UNALCAPA PEREIRA MARSELLA

27 34 34 34 35 35 42 43 44 48 51 52 57 58 59 65 66

CUADRO 10 DISEO CONSULTOR PEREIRA MARSELLA CUADRO 11 ESFUERZOS ADMISIBLES PEREIRA MARSELLA CUADRO 12 DISEO AUTORES PEREIRA MARSELLA CUADRO 13 MODELACIN CONSULTOR CERRITOS CAUY CUADRO 14 MODELACIN KENLAYER CERRITOS CAUY CUADRO 15 MODELACIN UNALCAPA CERRITOS - CAUY CUADRO 16 DISEO CONSULTOR CERRITOS CAUY CUADRO 17 DISEO CONSULTOR CERRITOS CAUY ALT 1 ALT 2

ix

CUADRO 18 ESFUERZOS ADMISIBLES CERRITOS CAUY CUADRO 19 DISEO AUTORES CERRITOS CAUY CUADRO 20 MODELACIN CONSULTOR AVENIDA 30 DE AGOSTO CUADRO 21 MODELACI N KENLAYER AVENIDA 30 DE AGOSTO CUADRO 22 MODELACIN UNALCAPA AVENIDA 30 DE AGOSTO CUADRO 23 DISEO CONSULTOR AVENIDA 30 DE AGOSTO CUADRO 24 ESFUERZOS ADMISIBLES AVENIDA 30 DE AGOSTO CUADRO 25 DISEO AUTORES AVENIDA 30 DE AGOSTO CUADRO 26 CUADRO COMPARATIVO DE t

76 77 89

90 91

97 105

106 108

x

LISTA DE FIGURAS

pg.

FIGURA FIGURA FIGURA

1 MDULO DE CARPETA VRS T MIX 2 T AMBIENTE VRS T MIX 3

39 40 56

t VRS ESPESOR CARPETA PEREIRA MARSELLA

xi

RESUMEN

El diseo y rehabilitacin de los pavimentos flexibles es an tema de estudio e investigacin, como consecuencia de los diversos resultados obtenidos en la construccin y, particularmente, la recuperacin de la estructura de las carreteras pavimentadas.CONTENIDO CUADROS

Este trabajo realiza una evaluacin de la modelacin multicapa elstica de las estructuras de los pavimentos, comnmente utilizada en la regin cafetera y en muchas zonas de Colombia, aplicando mtodos mecanicistas para establecer soluciones de recuperacin. Se trata de confrontar los conceptos tcnicos y parmetros establecidos para las modelaciones y aquellos realmente utilizados por los consultores, determinando las diferencias que de ello se derivan y que al ser aplicadas pueden ofrecer resultados objetables e inadecuados

FIGURAS

comportamientos en las estructuras rehabilitadas.

Se hace una comparacin entre los resultados obtenidos por algunos diseadores en proyectos de la regin cafetera y aquellos derivados de los programas Unalcapa (Vsquez, 2002) y Kenlayer (Huang, 1993).

Abstract: The design and rehabilitation of flexible pavements, is still subject of study and investigation, as a consequence of the diversity of obtained results during construction and, specially, in reconstruction of paved roads.

This work makes an evaluation of the most commonly used pavement structures modeling in the coffee-growing region and some others areas in Colombia, byCONTENIDO CUADROS

using mechanistic methods in order to achieve solutions for pavement recovering. It seeks to compare technical concepts and fixed parameters in modeling, with those actually used by consultors or designers, obtaining differences of this

FIGURAS

comparison which can to lead bad results and non expected behavior.

A comparison between coffee-growing region designers obtained results and those derived from the UNALCAPA and KENLAYER programs, is made.

Keywords: flexible pavement, modeling, mechanistic methods, rehabilitation, reconstruction, UNALCAPA, KENLAYER.

xiii

INTRODUCCIN

Las carreteras son un factor importante en el desarrollo econmico de una regin. El transporte es un elemento de gran influencia en la economa del pas. La serviciabilidad de las carreteras contribuye al desarrollo econmico de una regin con proyectos viales que facilitan el mejoramiento del nivel de vida de la poblacin. Dicha serviciabilidad es funcin directa del estado superficial y estructural delCONTENIDO CUADROS

pavimento.

FIGURAS

En el proceso de modelacin y diseo de pavimentos flexibles existen criterios subjetivos sobre algunos de los parmetros que utilizan los programas de computador. Se observa una tendencia a la aplicacin de frmulas empricas por parte de los diseadores, derivadas de algunas experiencias particulares, sin tener en cuenta los patrones establecidos por entidades como la SHELL, AASHTO y otras que desarrollaron los mtodos de clculo de uso comn en el medio.

El inters por analizar los proyectos de diseo y recuperacin estructural de pavimentos est directamente relacionado con la experiencia de los autores en la construccin y resultados obtenidos en proyectos similares.

Los autores han podido identificar de forma general algunas tendencias en el proceso de modelacin de estructuras de pavimento flexible, tales como: incongruencias en el anlisis geotcnico y en la asignacin de mdulos dinmicos del concreto asfltico, modificacin en los espesores existentes al momento de formular el modelo y omisin de informacin de campo necesaria, entre otras. Las anteriores anomalas redundan en un diseo de rehabilitacin inadecuado.

CONTENIDO CUADROS

Con la evaluacin de la metodologa de modelacin para pavimentos flexibles utilizada en la regin cafetera, se analiza un elemento de la mayor importancia en la formulacin de estudios para la rehabilitacin de las vas.

FIGURAS

El proyecto pretende mostrar la incorrecta caracterizacin de materiales aplicada en los programas de anlisis para la modelacin de estructuras nuevas o existentes de pavimentos. El trabajo tiene en cuenta diseos realizados recientemente para una mayor aproximacin al actual esquema de diseo y a las decisiones de rehabilitacin implementadas.

El objeto de esta tesis son tres (3) carreteras de la regin cafetera de reciente estudio y rehabilitacin, en las cuales se realizaron estudios de deflectometra, inventario de daos y exploracin geotcnica de los pavimentos existentes. Dichas vas evaluadas son: Pereira Marsella, Avenida 30 de Agosto y Cerritos Cauya (Ruta 25 de INVIAS).

15

En cada proyecto, una vez se determinan los errores cometidos al realizar las modelaciones, se establecen las diferencias entre los diseos de rehabilitacin propuestos por los consultores y aquellos formulados por los autores de este estudio. No obstante, es pertinente aclarar que se aceptan las sectorizaciones establecidas en los estudios, los resultados de los ensayos de laboratorio, los inventarios de daos y no se consideran los posibles errores de lectura de las deflexiones con la viga Benkelman, ya que el establecimiento de anomalas a esteCONTENIDO CUADROS

nivel requieren la repeticin de los estudios, los cual es ajeno a la capacidad econmica de los autores.

FIGURAS

16

1 OBJETIVOS

1.1.

OBJETIVOS GENERALES