Issuu on Google+

PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

INFORME FINAL DE DISEÑO Y REHABILITACION DE PAVIMENTOS

VIVIANA ALEXANDRA BERMEO TISOY – 1094906450 JUAN SEBASTIAN VALENCIA MOLINA – 1094901254 CARLOS RESTREPO MONTOYA – 1097033846 HELBER GARCIA CAMACHO - 1097393163

REVISADO POR: MARIA ROSA GUZMAN INGENIERA CIVIL TITULAR DE LA ASIGNATURA DE PAVIMENTOS

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

ARMENIA 19 de Diciembre de 2011 Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

-1-


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

TABLA DE CONTENIDO Pág.

1. INTRODUCCION .............................................................................................. 3 2. OBJETIVOS...................................................................................................... 4 3. JUSTIFICACION ............................................................................................... 5 4. ALCANCE ......................................................................................................... 6 5. MARCO TEORICO ........................................................................................... 7 6.1 PAVIMENTO ..................................................................................................... 7 6.2 CLASES DE PAVIMENTOS .............................................................................. 7 6.2.1 FLEXIBLES .................................................................................................... 7 6.2.2 RIGIDOS O DE CONCRETO HIDRAULICO ................................................ 10 6.3 METODOS EMPLEADOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS .................. 14 6.3.1 DISEÑO MARSHALL ................................................................................... 14 6.3.2 MÉTODO AASHTO PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES ..... 14 6.3.3 MÉTODO RACIONAL PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE ...... 15 6.3.3 MÉTODO DE LA PCA (PÓRTLAND CEMENT ASSOCIATION) .................. 16 7 DESARROLLO PRÁCTICO ............................................................................ 17 7.1 LOCALIZACIÓN .............................................................................................. 17 7.2 CARACTERÍSTICAS ....................................................................................... 17 7.3 ESTUDIO DE INVENTARIO............................................................................ 18 7.4 ESTUDIO DE TRANSITO .............................................................................. 21 7.5 ESTUDIO DE SUELOS .................................................................................. 29 7.5.1 VIGA BENKELMAN ...................................................................................... 31 7.6 CARACTERIZACIÓN DE CADA UNA DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO .... 35 7.6.1 SUBRASANTE ............................................................................................. 35 7.6.2 SUBBASE .................................................................................................... 35 7.6.3 BASE ............................................................................................................ 36 7.6.4 CARPETA ASFALTICA ................................................................................ 37 7.7 DISEÑO PAVIMENTO FLEXIBLE ................................................................... 42 7.7.1 METODO AASHTO ...................................................................................... 42 7.7.2 METODO RACIONAL .................................................................................. 48 7.7.2 SOFTWARE ................................................................................................. 50 7.8 DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO ................................................................. 54 7.8.1 METODOLOGÍA DE LA PCA ....................................................................... 54 7.8.2 SOFTWARE ................................................................................................. 55 8 PRESUPUESTO ............................................................................................. 58 9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................. 59 10 BIBLIOGRAFIA............................................................................................ 61

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

-2-


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

1. INTRODUCCION El departamento del Quindío se ha convertido en los últimos años en uno de los destinos turísticos más importantes del país, convirtiéndose de esta manera en una base importante de la economía tanto para su capital Armenia como para los demás municipios. Debido a la localización del tramo de vía el cual es de alta importancia por ser un punto de paso obligado que comunica el occidente con el centro del país, y el atractivo turístico que implica, causa como consecuencia un crecimiento elevado en la tasa de flujo de vehículos por sus vías; el presente informe estudia la rehabilitación de la vía Armenia - Cali, en el tramo comprendido entre las abscisa K0+528 y K1+050 el cual se recorre desde la glorieta Tres esquinas en el sentido de la vía hasta la siguiente glorieta (derecha hospital del sur, izquierda bosques de pinares) donde gira y sube en el sentido de la vía nuevamente hasta la glorieta Tres esquinas. La vía corresponde a una vía de primer orden doble sentido con dos carriles por sentido, se ejecutan estudios geotécnicos sobre el estado de la sub rasante in situ al igual que un ensayo a la carpeta asfáltica para conocer las deflexiones de la misma, que posteriormente se chequea, para definir el diseño y/o rehabilitación de la estructura del pavimento de la zona. Esto se realiza con la finalidad de conocer el estado actual de la estructura del pavimento e inferir si requiere o no una intervención, se comparan los resultados obtenidos para el diseño basado en la caracterización del suelo de apoyo y el estado actual de los elementos que la componen.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

-3-


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

2. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Diseñar la estructura del pavimento flexible y rígido, de un tramo de vía que comunica la ciudad de Armenia con la ciudad de Cali entre las abscisas K0+000 y K2+640. OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Determinar el Índice de condición del pavimento para el tramo de via objeto de estudio, mediante la metodología de la PCI

Establecer el nivel de servicio de la vía.

Analizar el estado actual de la subrasante

Analizar los requerimientos de la vía para un periodo de diseño establecido.

Establecer el diseño de la estructura de pavimentos para la zona de estudio, definiendo espesores y materiales para la misma.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

-4-


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

3. JUSTIFICACION El estudio realizado al tramo de vía que comunica la ciudad de Armenia con la ciudad de Cali es justificable debido a la importancia que representa el sector en la economía del país, esto se debe, no solo a que es una vía de acceso a la ciudad de Armenia capital del Quindío, sino que además es un importante punto de paso que comunica el occidente con el centro del país, esto corresponde a una vía de primer orden, donde su nivel de servicio y condición de funcionamiento optimo se ven afectados, por lo que requieren especial atención.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

-5-


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

4. ALCANCE El estudio de la condición actual del pavimento de la vía Armenia Cali en el tramo comprendido entre la abscisa K0+528 y K1+050: -

Evaluación del nivel de servicio del pavimento actual Estudio geotécnico de la sub rasante Diseño para un pavimento flexible Diseño para un pavimento rígido

Los diseños implican el conocimiento de metodologías como el Método Marshall para pavimentos flexibles, y el Método de la PCA para pavimentos rígidos. No se incluye mejoramiento alguno de la geometría de la vía, se establece el nivel del servicio, la condición actual de la subrasante y las características de los materiales y los espesores para cada diseño, por separado.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

-6-


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

5. MARCO TEORICO 6.1 PAVIMENTO

El pavimento es una estructura construidas en capas de diversos materiales previamente seleccionados, superpuestos, colocados y compactados sobre un material de apoyo denominado sub rasante, esto con el fin de proteger el suelo, el parque automotor y asi mejorar la condición del tránsito.

6.2 CLASES DE PAVIMENTOS

Hay tres clases de pavimentos, dependiendo del material de construcción y de la forma como reciben y controlan las cargas de los vehículos:

6.2.1 FLEXIBLES

Constituido por 3 capas en la estructura, base, sub-base, y carpeta asfáltica; ubicadas sobre la su-rasante. Este tipo de pavimento trabaja por disipación de esfuerzos y proporcionan una superficie de rodadura muy confortable para el usuario de la vía.

Ilustración 1: Estructura de Pavimento

Además de estas funciones específicas, el pavimento flexible debe cumplir con otras características, que se pueden dividir en técnicas (propias del pavimento) de seguridad y comodidad para el usuario de la vía. Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

-7-


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

6.2.1.1 Características técnicas Son todas aquellas que hacen que los pavimentos sean durables, económicos y resistentes a los fenómenos climáticos y del tránsito. 6.2.1.2 Características de seguridad y comodidad Los pavimentos flexibles deben ser drenantes, es decir, evacuar rápidamente el agua lluvia, ser homogéneos en la superficie para que el tránsito sea cómodo. La superficie debe ser capaz de absorber el ruido y tener el color adecuado para evitar reflejos y deslumbramientos. 7Capa de rodadura 6.2.1.3 Partes del pavimento flexible  CARPETA DE RODADURA Proporciona una superficie estable, uniforme y antideslizante, todo lo cual se traduce en comodidad para el usuario de la vía. Soporta la mayor parte de las cargas vehiculares y efectos ambientales como la lluvia y la radiación solar. Sirve como capa impermeabilizante, impidiendo el paso de agua al interior del pavimento, y al mismo tiempo la drena evitando el deslizamiento de los vehículos.

Ilustración 2: Carpeta de Rodadura

MEZCLA ASFALTICA: La mezcla asfáltica es una combinación de y en proporciones exactas y previamente especificadas, de cemento asfaltico y agregado; estas se pueden fabricar en caliente o en frío, siendo más comunes las primeras, por lo que se enfocará el estudio hacia las mezclas asfálticas en caliente. Metodologías para el diseño de la mezcla: Marshall, Hveem, que tienen una larga trayectoria de uso a nivel mundial. Existe también uno denominado SUPERPAVE (Superior Performing Asphalt Pavement), que es todo un sistema de nuevos procedimientos en mezclas asfálticas, desarrollado en Estados Unidos por el Programa Estratégico de Investigación de Carreteras (SHRP). Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

-8-


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

CEMENTO ASFALTICO: El asfalto es un material que se puede encontrar en la naturaleza en yacimientos naturales o puede ser obtenido como subproducto de la destilación de determinados crudos de petróleo. Posee unas características muy específicas que lo hacen ideal para los trabajos de pavimentación, principalmente la cohesión y la adhesión con materiales granulares. Tiene una consistencia sólida, al calentarlo se ablanda y se vuelve líquido, lo que le permite recubrir los agregados durante el proceso de fabricación de la mezcla asfáltica en caliente. LOS AGREGADOS PETREOS: Es material mineral duro e inerte, usado en forma de partículas gradadas o fragmentos, como parte de un pavimento flexible. Los agregados se usan tanto en las capas de base granular como para la elaboración de la mezcla asfáltica. El agregado constituye entre el 90 y 95% en peso y entre el 75 y 85% en volumen en la mayoría de las estructuras de pavimento. Esto hace que la calidad del agregado usado sea un factor determinante en el comportamiento del pavimento.

 BASE Su función principal es resistir los esfuerzos inducidos por los vehículos y dar un soporte homogéneo a la carpeta de rodadura, transmitiendo a las capas inferiores que las soportan (sub-base y sub-rasante) una mínima porción de la carga. Es una capa semirrígida, que puede ser granular, granular estabilizada o asfáltica.  SUBBASE Se construye con materiales más económicos que las dos anteriores para que, a su turno, los espesores de las dos capas anteriores sean menores. También homogeniza la transferencia de carga a la subrasante.

 TERRENO NATURAL O SUBRASANTE Es la que soporta la estructura de pavimento. De la condición de esta, depende en gran medida el espesor total de la estructura del pavimento, por lo que existen técnicas de mejoramiento o estabilización del suelo que buscan mejorar las características del terreno; se puede mejorar o estabilizar por medios mecánicos (compactación) o con productos químicos como cal, cemento. Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

-9-


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Ilustración 3: Preparacion de subrasante

6.2.2 RIGIDOS O DE CONCRETO HIDRAULICO

Se componen de losas de concreto hidráulico colocadas sobre una sub-base granular. Esta trabaja por absorción de esfuerzos por lo que la capacidad estructural depende de la losa. 6.2.2.1 TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO A) Pavimentos de concreto simple, sin varilla pasa juntas. B) Pavimentos de concreto simple, con varilla pasa juntas. C) Pavimentos de concreto reforzado (refuerzo continuo). D) Pavimentos de concreto pre-esforzado. E) Pavimentos de concreto reforzado con fibras cortas de acero. Se deben modular y diseñar las juntas para controlar el impacto producido por los cambios de volumen, inevitables, producto de loas delta de temperatura. Los pavimentos de refuerzo continuo y los pre-esforzados, se diseñan y construyen sin juntas transversales de contracción y expansión excepto al llegar a un cruce o a una estructura fija. Sólo se construyen juntas de construcción. . El diseño estructural de pavimentos de concreto es eminente racional, a diferencia de los de tipo flexible, que es empírico. En los de concreto, se aplica la teoría de elasticidad. Técnicamente, los pavimentos de concreto deben diseñarse y controlarse para una resistencia a la flexión del concreto usado. Se han obtenido en nuestro país Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 10 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

algunas correlaciones entre las resistencias a la compresión y la resistencia a la flexión.

Ilustración 4: Estructura de Pavimento Rigido

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 11 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

FUNCIONES DE LOS PAVIMENTOS Vs PARÁMETROS QUE SE DEBEN CUMPLIR

Tabla 1: Variables estructurales y funcionales de los Pavimentos ASOCRETO Bogota 2006

Los principales factores que se deben tener en cuenta para el diseño de los pavimentos son: El tránsito La subrasante El clima Los materiales disponibles El tránsito; esta variable es muy importante pues es la que define las cargas que soportará la estructura de pavimento en un periodo de diseño establecido. TRANSITO > Un diseño de Pavimento requiere un análisis de transito, para establecer el número de ejes equivalentes que pasaran durante su periodo de diseño sin que este falle. Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 12 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

SUBRASANTE > El estudio de la subrasante es de gran importancia, el desconocimiento de sus características está supeditado al deterioro de la estructura de pavimento ya que sobre ésta se lleva a cabo su construcción. Para el estudio de la subrasante se deben tener en cuenta las tres diferentes unidades de diseño que son: 

Exploración: Reconocimiento del terreno, se pude basar en información secundaria, pero segura que brinde la clasificación geológica, geotécnica, de resistencia, condiciones de drenaje, estabilidad volumétrica y posibilidad de mejoramiento.

Geotecnia preliminar: Se hace la clasificación de los materiales constitutivos de la subrasante por medio de sondeos (para aeropuertos cada 50m, para calles urbanas cada 80m, y para carreteras cada 200-500m), en estos se determina para cada capa, el tipo de material, el NAF, el espesor de capas, el perfil estratigráfico, los límites de Atterberg, las humedades aproximadamente cada 30cm, las densidades, granulometría y desgaste.

Geotecnia particular en esta se realizan apiques a 1,50m cada 500 o 1000 m teniendo en cuenta la homogeneidad del suelo, se determinan espesores de capa tipos de material, limites de Atterberg, humedades y densidades, además se realizan también ensayos como CBR, de placa, módulo resiliente y ensayo de módulo de elasticidad.

CLIMA > juega un papel importante en el diseño de nuevos pavimentos pues su fluctuación constante de temperaturas bajas a altas o viceversa puede traer consigo el deterioro de la carpeta de rodadura si esta es asfáltica, además de esto en zonas con altos índices de precipitación pueden presentarse diferentes problemas en las capas subyacentes de la estructura de pavimento si esta no tiene un buen sistema de drenaje. MATERIALES DISPONIBLES > Los materiales disponibles en el sitio donde se va a llevar a cabo la construcción del pavimento deben estar plenamente identificados pues pueden servir para la elaboración de éste lo que significa incurrir en menos costos a la hora de su construcción.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 13 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

6.3 METODOS EMPLEADOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS

6.3.1 DISEÑO MARSHALL

Diseño de la Mezcla de Asfalto EL diseño Marshall fue desarrollado a través de ensayos de laboratorio a los agregados y el asfalto, ensayos como:        

Densidad de agregado grueso (INV 176 223) Granulometría de agregado grueso (INV E 213, E 723) Densidad de arenas (INV 222) Granulometría de arenas (INV E 213, E 732) Caras fracturadas, alargadas y aplanadas (INV 230) Equivalente de arenas (INV E 133) Peso especifico de la mezcla asfáltica (INV 735) Peso especifico del agregado (INV 133)

Al tener toda la información de laboratorio se procede a realizar la combinación de los agregados y el asfalto en las proporciones que permitieran cumplir con las especificaciones de los límites para una mezcla densa caliente MDC-2. Al obtenerse la combinación, se realizan las briquetas para diferentes % de asfaltos, arrojando información de estabilidad, flujo, y peso específico de la mezcla. A partir de estos datos se obtienen los valores para comparar con los criterios del INVIAS y así determinar posteriormente el diseño optimo de la mezcla asfáltica.

6.3.2 MÉTODO AASHTO PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

Para realizar el diseño a través del método AASHTO se requiere conocer unos datos iniciales a partir de las variables del diseño (transito, confiabilidad, restricción del tiempo), las propiedades y características de los materiales.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 14 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Esta información permite utilizar una ecuación que relaciona los coeficientes a 1,2,3 , con sus respectivos números estructurales (SN), los cuales son calculados gracias a la ayuda de la ecuación LA cual requiere informacion de entrada como son el número equivalente de vehículos, el rango de serviciabilidad, la confiabilidad y el modulo Resiliente de la capa sobre la cual se va analizar; esta ecuación se relaciona a continuación: SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3 Donde: ai = coeficiente estructural de la capa i Di = espesor, en pulgadas, de la capa i mi = coeficiente de drenaje de la capa i

6.3.3 MÉTODO RACIONAL PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE

El método racional consiste en asumir unos espesores para las diferentes capas de la estructura del pavimento, dando una caracterización a estas a partir de ese espesor y del valor del modulo Resiliente obtenido en cada capa por una correlación con la capa inmediatamente inferior.

Mr Subbase =0.206*(h0.45)*(Mr Subrasante)

Donde: h = Espesor de la capa asumida Mr= Modulo Resiliente de la capa inferior a la analizada Este método racional al igual que el método AASHTO, se apoyan en otro programa computacional para determinar las deformaciones obtenidas por la estructura ante las cargas impuestas sobre ellas, este programa llamado DEPAV o BISAR compara sus resultados con las leyes de fatiga.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 15 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

6.3.3 MÉTODO DE LA PCA (PÓRTLAND CEMENT ASSOCIATION)

Diseño de Pavimento Rígido El propósito de este método al igual que el de los anteriores es determinar los espesores mínimos de pavimento que permiten optimizar costos en una obra, sin convertir los vehículos a ejes equivalentes, por lo que toma todo el flujo sin importar su clasificación. El método de la PCA establece su análisis tanto por erosión como por fatiga; en el primero considera que el pavimentos falla por bombeo, erosión del soporte y escalonamiento de las juntas; y el segundo debido a los esfuerzos producidos por las cargas, por ejes en relación con el modulo de rotura del concreto.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 16 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

7

DESARROLLO PRÁCTICO

7.1 LOCALIZACIÓN

La vía objeto de estudio se localiza en la ciudad de Armenia departamento del Quindío; El tramo específicamente se encuentra ubicado al sur de la ciudad, en la salida que conduce a la capital del departamento del Valle (Cali). Esta sección de ruta se halla entre las abscisa K0+528 y K1+050, en un tramo que se recorre desde la glorieta Tres esquinas en el sentido de la vía hasta la siguiente glorieta (derecha hospital del sur, izquierda bosques de pinares) en los dos sentidos del flujo.

7.2 CARACTERÍSTICAS

La vía que conduce de la ciudad de Armenia a la ciudad de Cali corresponde a una vía Primaria dos calzadas una de salida y otra de llegada, unidas por un separador de zona verde; cada calzada posee dos carriles un sentido. La longitud transversal al eje de la vía es de un ancho aproximado de 8m, incluyendo berma externa, el carril tiene una longitud de 3,5m a 3,8m dependiendo del punto donde se mida. Esta vía comunica el centro de la ciudad de Armenia por la unión de las carreras 18 y 19 en la glorieta Tres esquinas, con el aeropuerto El Edén, municipio de Tebaida etc.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 17 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

7.3 ESTUDIO DE INVENTARIO

La evaluación de la condición superficial del pavimento desarrollada bajo la metodología de la PCI, se utiliza para valorar el estado de la carpeta de rodadura asfáltica de la vía; por lo que, el PCI es un indicador numérico que clasifica la condición superficial del pavimento, y provee una medida de la condición presente del pavimento basado en las fallas observadas en la superficie del mismo, de las cuales también indican la integridad estructural y la condición operacional de la superficie; cabe resaltar que el índice de la condición del pavimento conocido como PCI no mide la capacidad estructural de la vía. El objetivo fundamental del estudio se basa en realizar el inventario de fallas de la vía Armenia Cali del Km 0+528 al Km 1+024 bajo la metodología PCI (índice de la condición del Pavimento). División de la vía en secciones o unidades de muestreo; para el caso de carreteras con carpeta de rodadura asfáltica y ancho menor a 7,30 m, el área de la unidad de muestreo debe estar dentro del rango 230 ± 93 m2.

UNIDADES DE MUESTREO LONGITUDES DE UNIDADES DE MUESTREO ASFALTICAS Ancho de Calzada (m) Longitud de la unidad de muestreo (m) 5 46 5,5 41,8 6 38,3 6,5 35,4 7,3 (máximo) 31,5

Area (m2)

230 ± 93

Tabla 2: Unidades de muestreo para el inventario de fallas

La tabla N2 presenta las fallas predominantes por tramo analizado en la sección de pavimentos comprendida entre la abscisa K0+528 y K1+050; esta corresponde a la etapa inicial del estudio, que es el trabajo de campo en el cual se identifica los daños teniendo en cuenta la clase, severidad y extensión de los Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 18 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

mismos. Esta información se registro en formatos adecuados para tal fin (ver anexos).

Mu e.

Da ño

1

1

3

1

4

10

5

10

6

11

7

11

8

11

8

1

9

10

10

10

11

1

11

10

12

10

13

1

13

10

14

10

14

1

Sev.

Cantidades Parciales

Medio 3 daños piel de cocodrilo 1 piel de cocodrilo de severidad media y Medio 1 piel de cocodrilo de severidad baja 1 grieta transversal de severidad alta y Alto 2 grietas transversales se severidad media 3 grietas longitudinales de severidad media y Medio 3 grietas longitudinales de severidad baja 1 Parcheo de severidad media y Medio 2 parcheos de severidad baja 2 parcheos de severidad media y Medio 1 parcheo de severidad baja Bajo 3 Parcheos de severidad baja 1 piel de cocodrilo de severidad alta y Alto 3 de severidad media 1 grieta transversal de severidad media y Medio 2 grieta longitudinal de severidad media 2 grietas longitudinales de severidad alta y Alta 1 grieta longitudinal de severidad media 4 piel de cocodrilo de severidad media y Medio 2 de severidad baja 2 grietas longitudinales de severidad alta y 1 longitudinal de severidad media, Alto 1 grieta transversal de severidad alta y 2 transversales de severidad media 2 grietas longitudinales de severidad media, 1 grieta transversal de severidad alta y 2 transversales de severidad media 2 piel de cocodrilo de severidad alta, Alto 1 de severidad media y 1 de severidad baja 3 grietas longitudinales de severidad media y Alto 1 grieta transversal de severidad alta 1 grieta longitudinal de severidad alta, 1 longitudinal de severidad media y 4 longitudinales de Alto severidad baja; 1 grieta transversal de severidad alta y 2 grietas transversales de severidad media Medio 2 piel de cocodrilo de severidad media y 3 de severidad

To ta Densidad (%) l 3 1,325673884 2

0,913242009

3

1,325673884

6

2,651347768

3

1,325673884

3

1,325673884

3

1,325673884

4

1,767565179

3

1,325673884

3

1,325673884

6

2,651347768

4

1,767565179

5

2,209456474

4

1,767565179

4

1,767565179

9

3,977021653

5

2,209456474

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 19 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

15

10

15

1

16

10

17

10

baja 3 grietas longitudinales de severidad media y 2 Alto longitudinales de severidad baja; 1 transversal de severidad alta 1 piel de cocodrilo de severidad alta, 1 de severidad Alto media y 3 de severidad baja 2 grietas longitudinales de severidad media, Medio 1 grieta transversal de severidad media y 1 transversal de severidad baja 2 grietas longitudinales de severidad media y Medio 2 grietas transversales de severidad media

6

2,651347768

5

2,209456474

4

1,767565179

4

1,712328767

Tabla 3: Tabla resumen de Fallas Vía Armenia Cali K0+528 - K1+050

Para este caso se evalúa y se inspecciona el total de las unidades de muestreo resultantes de la red del tramo vial, por lo tanto el índice de la condición del pavimento PCI de la sección de vía corresponde al promedio de los PCI calculados en las unidades de muestreo. De acuerdo a las fichas de evaluación se aprecia que la mayoría de fallas son grietas longitudinales, piel de cocodrilo y presencia de parcheo, en los tres niveles (alto, medio y bajo). El trabajo de evaluación fue realizado por los estudiantes de noveno semestre de ingeniería: Viviana Alexandra Bermeo Tisoy, Juan Sebastián Valencia Molina, Carlos Restrepo Montoya y Helber García Camacho; realizando un recorrido a lo largo de toma de sección de vía, obteniendo un total de 17 inspecciones en el tramo de vía analizada. Resultados; al inicio del tramo la evaluación superficial se encuentra en buen estado a regular hasta el Kilómetro K0+683, siguiendo una superficie regular a muy malo hasta el Kilómetro K0+962 y finalizando el tramo con una superficie malo. Por lo tanto, los sectores de mayor incidencia tienen un estado del pavimento regular 51,43% y malo 48,57%, lo que indicaría que la vía se encuentra en un regular estado con tendencia a malo, de acuerdo con la metodología empleada. La vía en general de acuerdo a la evaluación presenta un estado de deterioro de regular a malo, lo que es un indicativo para efectuar el respectivo mantenimiento.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 20 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

7.4 ESTUDIO DE TRANSITO

El objetivo básico del diseño de pavimentos es permitir la circulación de vehículos con unas cargas dadas durante un tiempo fijado por las condiciones de desarrollo y los criterios pertinentes a cerca del manejo de la red vial; por lo que es necesario contar con información a cerca de el numero, tipo y peso de los vehículos que utilizarían en esta obra. Al igual que muchos de los diseños en ingeniería en Pavimentos se realiza a una proyección futura de los vehículos como base de cálculo, esto es un periodo de diseño para un funcionamiento optimo en su vida útil; por lo que se necesita conocer para este caso, el numero de ejes equivalentes que pasaran en ese periodo de diseño sobre el pavimento que se va a diseñar. Para la proyección del tránsito futuro se toma como base los vehículos registrados en la ciudad de Armenia durante los últimos 7 años, de donde se obtiene una tasa de crecimiento de los vehículos para la ciudad; de acuerdo a la revista eje21.com.co se tiene para la ciudad el siguiente registro:

VEHICULOS MATRICULADOS ARMENIA AÑO CANTIDAD 2004 1326 2005 1734 2006 1848 2007 3172 2008 4479 2009 3161 2010 5703 Tabla 4: Vehículos matriculados para la ciudad de Armenia

De donde se puede observar en la siguiente grafica un comportamiento ascendente en la adquisición de vehículos

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 21 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Numero deVehiculos

Incremento de Vehiculos Matriculados en Armenia 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 2002

y = 664,86x - 1E+06

2004

2006

2008

2010

2012

Años

De acuerdo a esto, tenemos que para la ciudad de Armenia, hoy en dia se encuentran matriculados 22693 vehículos, de los cuales crecen linealmente 665,86 cada año (pendiente de la grafica obtenida del registro de vehículos matriculados para la ciudad de Armenia), por lo que se obtiene con estos datos la tasa de crecimiento por año de el número de vehículos:

Por lo tanto se tiene que para la ciudad da Armenia, el número de vehículos crece a una tasa del 2,93% anual; esta se puede redondear por encima a una tasa de crecimiento del 3% que es la recomendada por la Ingeniera María Rosa Guzmán.

VEHICULOS HOY Para conocer el número y tipo de vehículos que tengo hoy transitando en la vía, requiero de aforos para su materialización; por lo que se realizan en la zona 7 aforos en la glorieta de tres esquinas, cada uno con un movimiento diferente, y discriminando el tipo de vehículo, de esta manera se obtuvieron los vehículos; el tramo correspondiente al estudio únicamente relaciona 4 movimientos que corresponden al movimiento 1, 2, 4, y 7, dos en sentido norte-sur y dos sur-norte, que son los analizados. La siguiente tabla muestra el total de vehículos para los 4 aforos discriminados por tipo de vehículo en diferentes horas para la vía completa, esto es las dos calzadas:

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 22 -


PAVIMENTOS

06:45-07:00 07:00-07:15 07:15-07:30 07:30-07:45 07:45-08:00 08:00-08:15 08:15-08:30 08:30-08:45 08:45-09:00 09:00-09:15 09:15-09:30 09:30-09:45 09:45-10:00 10:00-10:15 10:15-10:30 10:30-10:45 10:45-11:00 11:00-11:15 11:15-11:30 11:30-11:45 11:45-12:00 12:00-12:15 12:15-12:30 12:30-12:45 12:45-13:00 13:00-13:15 13:15-13:30 13:30-13:45 13:45-14:00 14:00-14:15 14:15-14:30 14:30-14:45 14:45-15:00 15:00-15:15 15:15-15:30

201 223 234 205 183 178 154 146 135 142 143 159 157 156 157 163 190 181 183 188 187 190 200 198 176 171 156 138 139 141 163 161 176 172 170

122 134 127 131 125 122 129 128 129 137 128 128 134 123 132 131 124 124 122 115 111 119 113 126 134 137 139 131 138 130 147 151 149 152 138

9 15 9 15 16 25 17 18 31 16 13 17 22 23 19 27 12 19 19 22 24 25 16 24 20 27 18 17 19 24 26 18 23 35 21 31 27 30

48 55 65 73 76 91 82 78 77 68 75 81 91 81 77 77 72 84 90 87 89 85 87 89 82 81 78 86 87 91 102 97 110 114 109

TOTAL

318 389 442 485 466 443 392 336 302 306 274 279 286 292 329 335 322 309 310 314 338 402 448 468 453 387 366 395 457 486 505 464 414 405 362

120 305 381 474 332 374 376 370 340 281 263 256 338 246 308 300 292 314 284 323 311 324 308 349 417 409 389 295 333 325 386 415 343 451 343 367 338 335

27 75 83 133 98 128 126 114 75 77 70 80 79 45 75 87 85 82 81 74 72 83 85 98 136 129 105 83 70 108 134 145 99 127 93 95 90 84

Volumen Acumul

Volumen Acumul

Volumen

Volumen Acumul

Volumen

Volumen Acumul

Volumen

591 691 693 662 602 626 610 566 497 485 483 501 524 494 519 484 505 534 537 562 567 602 635 683 665 650 603 589 638 621 678 679 655 656 604

22 34 32 34 34 27 36 28 31 34 35 29 39 25 35 35 28 34 34 28 28 32 27 24 36 26 40 32 39 28 32 39 31 45 36 37 34 31

Motos

Volumen

06:30-06:45

24 47 65 65 46 58 36 43 41 34 28 32 48 35 44 30 47 36 50 57 38 38 55 56 41 48 53 34 36 33 35 35 38 55 33 50 34 53

Camión

Volumen Acumul

06:15-06:30

38 134 192 227 138 136 161 167 162 120 117 98 150 118 135 121 120 143 100 142 149 146 125 147 184 179 173 129 169 132 159 178 152 189 160 154 153 137

Bus

Volumen

06:00-06:15

Taxis

Volumen Acumul

HORA

Autos Volumen

” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

1280 1492 1561 1556 1452 1460 1367 1254 1140 1138 1103 1148 1192 1146 1214 1190 1213 1232 1242 1266 1292 1398 1483 1564 1510 1426 1342 1339 1459 1469 1595 1552 1504 1499 1383

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 23 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali” 15:30-15:45 15:45-16:00 16:00-16:15 16:15-16:30 16:30-16:45 16:45-17:00 17:00-17:15 17:15-17:30 17:30-17:45 17:45-18:00 18:00-18:15 18:15-18:30 18:30-18:45 18:45-19:00 19:00-19:15 19:15-19:30 19:30-19:45 19:45-20:00 20:00-20:15 20:15-20:30 20:30-20:45 20:45-21:00 21:00-21:15 21:15-21:30 21:30-21:45 21:45-22:00

140 133 150 137 158 167 150 165 156 150 193 181 163 162 118 134 91 108 81 78 72 75 63 58 67 52

Totales 8736

584 563 560 560 578 612 612 640 638 621 664 680 687 699 624 577 505 451 414 358 339 306 288 268 263 240

47 49 55 42 49 44 51 50 48 48 63 47 56 55 55 64 47 51 41 56 49 49 46 38 34 37 2902

184 183 204 193 195 190 186 194 193 197 209 206 214 221 213 230 221 217 203 195 197 195 200 182 167 155

39 26 34 30 37 33 37 37 39 30 35 41 38 28 33 25 28 19 34 20 17 11 17 13 19 18 1969

141 130 130 129 127 134 137 144 146 143 141 145 144 142 140 124 114 105 106 101 90 82 65 58 60 67

30 24 24 24 24 32 23 25 27 19 24 22 20 15 13 11 9 13 13 10 10 17 11 4 6 6 1245

118 111 108 102 96 104 103 104 107 94 95 92 85 81 70 59 48 46 46 45 46 50 48 42 38 27

99 97 97 102 109 92 106 146 129 113 141 102 110 112 79 82 52 61 68 66 48 46 47 44 35 31 5744

368 370 377 395 405 400 409 453 473 494 529 485 466 465 403 383 325 274 263 247 243 228 207 185 172 157

355 329 360 335 377 368 367 423 399 360 456 393 387 372 298 316 227 252 237 230 196 198 184 157 161 144

1395 1357 1379 1379 1401 1440 1447 1535 1557 1549 1638 1608 1596 1608 1450 1373 1213 1093 1032 946 915 861 808 735 700 646

14852

Tabla 5: Variacion del volumen vehicular horario total que vincula el ancho total de la via con los movimientos 1,2,4 y 7

El volumen acumulado corresponde al volumen de vehículos que transitan en una hora. De esta manera se obtiene: Vehículos Total Autos Taxis Buses Camiones Motos 8736 2902 1969 1245 5744 20596 Porcentaje 42,42% 14,09% 9,56% 6,04% 27,89% 100,00% Tabla 6: Volumen Horario incluye los dos sentidos

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 24 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Distribucion Vehicular Zona de estudio 28%

Autos

42%

Taxis Buses 10% 6%

Camiones

14%

Motos

Ilustración 5: Distribución porcentual en la zona según el tipo de vehículo

Como se puede observar en la tabla de variación del volumen vehicular, los aforos solo cubren un horario que va de 6:00 am a 10:00 pm; por lo que transito estaría incompleto debido a que hacen falta los vehículos que transitan en la noche durante el lapso de tiempo que no se tiene registrado en los aforos; por esta razón para completar el horario se toma un estudio realizado a una vía de comportamiento vehicular muy parecido a la analizada, como lo es la carrera 19 de donde se tiene estudios ya realizados; de esta se toma aforos realizados entre las 10:00 pm y las 6:00 am para completar el día y de esta manera el transito circulante en el área (Aforo sobre la 19, ver anexos). Como las motos no generan obstrucciones al tránsito, no se cuentan en la totalidad de vehículos que transitan por el área, y como se pretende diseñar por motivos académicos únicamente el tramo comprendido entre la abscisa K0+528 A K1+050, por lo tanto tenemos que:

Autos Taxis Buses Camiones Total Movimientos Armenia - Cali 1 . - . 7 4226 1499 1026 558 7309 Tabla 7: Distribución vehicular de 6:00am a 10:00pm

De esta manera se tiene que:

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 25 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Para lo cual se toma un incremento de vehículos del 16,21% sobre el total de vehículos aforados en la zona que corresponde a los aforados en la glorieta de tres esquinas más los asumidos como de la zona por el estudio sobre la avenida 19 (Vehículos totales (100%) = 7309+1414 = 8723), esto es:

Esto corresponde a los vehículos que transitan hoy en la vía. Por lo tanto con el transito completo actual de la via en sentido norte - sur (afectado por el 1,1621) se calcula el porcentaje de autos, taxis, buses y camiones; esto es: Vehículo V*% Autos 4226*1,1621 Taxis 1499*1,1621 Buses 1026*1,1621 Camiones 558*1,1621 TOTAL

V total 4911,0346 1741,9879 1192,3146 648,4518 8493.7889

% V livianos 57,82% 78,33% 20,51% 14,04% 7,63% 100,00%

Tabla 8: Totalidad Vehicular durante un dia completo

Una vez definidos los porcentajes de vehículos según el tipo, establecido el periodo de diseño y el factor o tasa de crecimiento de vehículos en la vía, se procede a calcular el transito futuro mediante la siguiente fórmula:

Donde: Tf = Transito futuro i = tasa de crecimiento (3%) n = el periodo de diseñó (20 años para un pavimento flexible) To = Transito Actual (8493,7889 Vehículos)

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 26 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Conocida la distribución porcentual de vehículos hoy, se asume que este porcentaje no varía en el periodo de diseño por lo que, con el total de vehículos a transito futuro y el porcentaje obtengo la distribución numérica de acuerdo al tipo de vehículo del tránsito promedio diario en la vida útil del pavimento, así: Transito promedio diario durante la vida útil del pavimento

Transito promedio anual durante la vida útil del pavimento

TPD TPA

AUTOS LIVIANOS 228 231,288 178 773,56834 83 304 420,21 65 252 352,4441

BUSES 32043,6729158 11 695 940,6143

CAMIONES 17414,047 6 356 127,27

Tabla 9: TPD y TPA durante el periodo de diseño distribuidos por tipo de vehículo

Donde TPD representa el transito promedio diario del tránsito futuro, y TPA el transito promedio anual (TPD*365dias) del tránsito futuro. VEHÍCULOS EQUIVALENTES Para determinar el número de ejes equivalentes necesarios para el diseño de la estructura de pavimento, se requiere conocer ciertos factores que dependen del número de carriles que tiene la vía (2 por sentido, con carriles de más de 6 m de ancho) y del tipo de vehículo que la va a transitar (autos, buses grandes, y C2G) tal como se muestra en las siguientes tablas:

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 27 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Conociendo estos factores y las características particulares de la vía, se tiene la siguiente información: Fd bus Fd C2G Fd Fc

factor daño buses factor daño camiones factor direccional factor carril

1 2,72 0,5 0,9

Tabla 10: Factores

Conocida la distribución porcentual mediante aforos realizados a la vía objeto de estudio, se determina el transito futuro que tendría la estructura de pavimento en un determinado periodo de diseño, los cuales nos indican que la vía de primer orden presenta un alto flujo de vehículo liviano lo cual influye en la afectación que le hacen los vehículos al pavimento, debido a q únicamente los camiones c2p y c2g en adelante afectan estructuralmente el pavimento, los demás a excepción de las motos le generan a la vía una afectación funcional. Conociendo estos datos, se calcula el número de ejes equivalente a 8,2 Ton de eje simple de rueda doble que van a transitar en un periodo de 20 años:

Para el diseño de la estructura de pavimentos de la via que comunica Armenia – Cali, se tiene un total de ejes equivalentes a 8,2 Ton de un eje simple de rueda doble para un periodo de diseño de 20 años.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 28 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Autos(t) Taxis(t) Buses(t) Camiones(t) Ta

Vehículos Nocturnos 9609,6 3192,2 2165,9 1369,5 Transito Actual (Veh)

16,21% 57,82% 20,51% 14,04% 7,63% 8493,7889

I

tasa de crecimiento

3%

N

periodo de diseño

20 años

Tf

Transito Futuro (Veh)

228 231,288

Fd bus

factor daño buses

1

Fd C2G

factor daño camiones

2,72

Fd

factor direccional

0,5

Fc

factor carril

0,9

Tabla 11: Tabla resumen datos para el transito

7.5 ESTUDIO DE SUELOS

El estudio de suelos se realiza fundamentalmente para conocer la estructura del mismo y analizar su resistencia portante como material de apoyo, de la adecuado caracterización del suelo depende un buen diseño de la estructura de pavimentos, ya que es sobre este que se apoya el diseño. Para el análisis de suelos (ver anexos, estudio de suelos) del tramo de vía se ejecutaron 5 sondeos, a los cuales se les realizo independientemente los ensayos establecidos para su análisis, los resultados de dichos análisis se ven en la siguiente tabla resumen:

TRAMO TIPO DE SUELO Prof. Subrasante LL (%) LP(%) %FINOS %W CBR inalt. % PDC

Sondeo 1

sondeo 2

Sondeo 3

Sondeo 4

Sondeo5

K0+000

K0+528

K1+056

K1+584

K2+150

–K0+528

-K1+56

-K1+584

-K2+150

-K2+640

SW-SM 1,2

MH 1,15

SM 1,1

--1,5

SW-SM 1,5

8,4 27,36 2,76 13,08

53,8 52,11 21,16 55,33 40 43,65

49,5 36 18,63 56,76 9,98 28,67

65,88 33,32 5,27 55,64 3,81 70,37

83,9 32,5 10,24 62,45 Facultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 29 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Tabla 12: Caracterización del suelo, sondeos 1, 2, 3, 4 y 5

El suelo predominantemente está conformado por limo, la humedad natural del terreno se encuentra muy cerca del límite liquido, lo que representa un suelo de alta plasticidad, el índice de plasticidad se encuentra en su mayoría en valores muy bajos lo que su característica limosa. En campo se observo que no presentaba homogeneidad en el estado del suelo, este corresponde a un material de lleno en casi toda su sección que podría afectar las características geotécnicas del mismo. Perfil obtenido la zona de análisis

Ilustración 6: Perfil estratigráfico del suelo

El perfil obtenido consta de un estrato limo-arenoso de altura variable, seguido de un lleno y por ultimo un estrato de suelo orgánico, de características geotécnicas muy variables, la subrasante se encuentra a una profundidad promedio de 1,29 m. la clasificación del suelo predominantemente corresponde a un limo inorgánico. Ensayos elaborados al suelo, ver anexos.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 30 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

7.5.1 VIGA BENKELMAN Las deflexiones producidas en la superficie de un pavimento flexible, por acción de cargas vehiculares, pueden ser determinadas haciendo uso de deflectómetros tales como el denominado "Viga Benkelman". Llamado así en honor al Ing. A.C. Benkelman, quién la desarrollo en 1953 como parte del programa de ensayos viales de la ASSHO Road Test. Desde entonces su uso se ha difundido ampliamente en proyectos de evaluación estructural de pavimentos flexibles, tanto por su practicidad como por la naturaleza directa y objetiva de los resultados que proporciona.

Una vez instalada la viga en el punto de medición haciendo coincidir con la cadena vertical y la marca inicial (ver figura a), se verificará que ésta se encuentre alineada longitudinalmente con la dirección del movimiento del camión. Se pondrá el dial del extensómetro en cero, se activará el vibrador y mientras el camión se desplaza muy lentamente se procederá a tomar lecturas conforme la varilla vertical vaya coincidiendo con la primera y segunda marcas adicionales (ver figuras b, c) y una lectura final cuando el camión se haya alejado lo suficiente del punto de ensayo que el indicador del dial ya no tenga movimiento (aproximadamente 5.00 m.), registro que corresponde al punto de referencia con deflexión cero.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 31 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO Y TRATAMIENTO La Deflexión bajo el eje de la carga (Do), se calcula mediante la expresión: Do = 4 X Lo (expresada en 0,01 mm) Donde Lo es la lectura registrada en el dial del primer brazo de ensayo. La deflexión a 25cm del eje de la carga (D25), se calcula con la expresión: D25 = 4 X L25 (expresada en 0.01 mm).

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 32 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

ABSCISAS

D0 LECT DEFL K0 + 450 2 8 K0 + 500 1 4 K0 + 550 0,2 0,8 K0 + 600 0 0 K0 + 650 1 4 K0 + 700 0,5 2 K0 + 750 2 8 K0 + 800 3 12 K0 + 850 3 12 K0 + 900 1 4 K0 + 950 1 4 K0 + 1000 1,5 6 K0 + 1050 0,2 0,8 K0 + 1100 0 0

HUELLA EXTERNA D25 Lado Radio de Curvatura LECT DEFL 1 4 DER 781,25 DER 0 0 781,25 0 0 DER 3906,25 0 0 DER 0 0,3 1,2 DER 1116,07143 0 0 DER 1562,5 0 0 DER 390,625 0,4 1,6 DER 300,480769 11,3 45,2 DER -94,126506 DER 0,1 0,4 868,055556 0 0 DER 781,25 3 12 DER -520,833333 0 0 DER 3906,25 0 0 DER 0

Tabla 13: Lecturas Viga Benkelman

ENTRADA DE DATOS: Son los datos iniciales para la identificación del tramo a analizar:

Fotografía 1: Tratamiento de datos Viga Benkelman

Luego de esto, se procede a ingresar a programa las deflexiones encontradas con la viga Benkelman en campo, del total de sondeos (5).

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 33 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EL SECCIONAMIENTO CON DEFLEXION

Fotografía 2: Grafica de deflexiones en la carpeta de rodadura

La grafica anterior muestra la grafica de deflexion, con picos pronunciados que se muestran en la siguiente tabla con su localizacion Abscisa Deflexión 0 100 300 600 1300 1400 2000 2650

120 500 560 0 516 160 1200 20

Radio de curvatura 0 14 11 0 -6 20 0 0

Tabla 14: Picos de deflexiones

Se evidencia que la mayor deflexion se encuentra en la abscisa K2+000 con 12 mm de profundidad, y la menor se encuentra en la abscisa K0+600, con una profundidad de cero; coincidiendo este ultimo con los datos del pci, en donde las fallas encontradas son solo superficiales, sin implicar la estructura del pavimentos, por lo cual no se presentan deflexiones grandes. Los tramos en donde se encuentran las mayores deflexiones, coinciden con los tramos en donde se encuentran una estacion de servicio y unas bodegas, las cuales, por la presencia de cargas estaticas, han incrementado las deflexiones en la via. Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 34 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

7.6 CARACTERIZACIÓN DE CADA UNA DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO

7.6.1 SUBRASANTE Ver anexos, Estudio de Suelos

7.6.2 SUBBASE Debido a la falta de ensayos de maquina triaxial, se encuentra el modulo resiliente Mr por medio de la correlación encontrada en el invias, propuesta por la AASTHO r

2555

0 64

Como no se poseen caracterizaciones de los suelos que compondrán la sub base y la base, estos se determinar con base en la tabla de referencia para Modulos resiliente y tipos de suelo. 0-3 3-6.

Terreno Malo Medio Malo

6-12. 12-20. 20-30.

Regular Bueno Muy Bueno Sirve para Subbase Sub-base Sirve para Base Base

>30. >80.

hay que restituirlo se puede mejorar apto para subrasantes y llenos Subrasantes y llenos Subrasantes y llenos

Por lo tanto: De la tabla anterior observamos que la sub-base tiene un CBR igual o mayor a 30%, asi que asumiremos un CBR igual a 30%, por ser el más crítico, obteniendo por correlación un MR = 14800 PSI PARA LA SUB BASE.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 35 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Utilizando el nomograma para SUB BASES GRANULARES se obtiene que el coeficiente estructural corresponde a a3=0,11 Modulo resiliente Mr = 14800 psi Coeficiente estructural a3 = 0,11

7.6.3 BASE

Modu Para la base utilizando la metodología anterior, se tiene un CBR igual o mayor a 80%, así que asumiremos un CBR igual a 80%, por ser el mas critico, obteniendo por correlación un MR = 28000 PSI PARA LA BASE.

Utilizando el nomograma para BASES GRANULARES se obtiene el coeficiente estructural a2=0,135 Modulo resiliente Mr = 28000 psi Coeficiente estructural a2 = 0,135 Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 36 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

7.6.4 CARPETA ASFALTICA La combinación de asfalto mas agregados debidamente dosificados, permiten obtener una mezcla apta para el flujo vehicular, esta aporta una capacidad estructural a la estructura del pavimento (ver combinación Anexos). Del diseño Marshall (ver anexos, caracterización de las capas del pavimento, carpeta asfáltica) para una mezcla densa en caliente MDC-2 (mezcla drenante) se obtienen los siguientes resultados: Material Granular Gsb Gsb Proporción Densidad Peso Material en peso Específico % gr/cm³ gr/cm³ Arena 49% 2,595 2,682 Grava 1/2 39% 2,771 Grava 3/4 12% 2,771 Tabla 15: Densidades material de combinación de aridos

Se realizo una combinación de áridos para cumplir los requerimientos para una mezcla densa en caliente MDC-2 (ver anexos, caracterización de las capas de pavimento, carpeta asfáltica, granulometría combinación de áridos)

7.6.4.1 ENSAYO RICE PARA LA DETERMINACION DEL PESO ESPECIFICO DE LA MEZCLA ASFALTICA Para la elaboración de la mezcla se realiza en este ensayo 5 briquetas con diferente porcentaje de contenido de asfalto (Pb) con incrementos del 5% entre una y otra, para la ciudad de Armenia se inician la mezcla con un Pb=4,5% del peso total de la mezcla. Se realizan 3 briquetas por mezcla, esta corresponde a una mezcla en caliente compactada con el martillo Marshall con 75 golpes por cada cara, una vez compactada cada briqueta se obtiene la densidad máxima de la mezcla Gmm A Contenido de asfalto

4,5%

5,0%

B Peso (Muestra + recipiente) C Peso recipiente D Peso mezcla

gr gr gr

1117,7

1117,7

5,5% 1117, 7

6,0% 1117, 7

6,5% 1117, 7

317,7

317,7

317,7

317,7

317,7

800,0

800,0

E Peso 25°C (Muestra + agua + recipiente)

gr

1812,7

1810,0

800,0 1808, 2

800,0 1805, 6

800,0 1802, 6

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 37 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

F Peso 25°C (agua + recipiente)/ Curva de calibración gr D / (D - (EF))

G Gmm =

1317,7

gr/cm ³ 2,623

1317,7

1317, 7

1317, 7

1317, 7

2,600

2,585

2,563

2,539

Tabla 16: Datos para la obtencion de la densidad maxima de la muestra de mezcla asflatica Gmm

Una vez caracterizado el agregado, el cemento asfaltico, y definidas tanto la granulometría como las densidades máximas de la mezcla para cada porcentaje de asfalto a utilizar, se procede al análisis de estabilidad, flujo y volumétrico para la determinación de porcentaje de asfalto optimo.

7.6.4.2 DISEÑO MARSHALL Norma del ensayo: INV E-748 Para cada porcentaje de asfalto se tienen 3 briquetas a las cuales se les determina el peso unitario y se trabaja con el promedio de las tres para cada porcentaje de contenido de asfalto;

Contenido de asfalto Maximo medido Gmm Maximo Teorico Gse Volumen vacios con aire

% gr/cm³ gr/cm³ %

4,5 2,623 2,836 8,84

5,0 2,600 2,836 6,66

5,5 2,585 2,836 3,81

6,0 2,563 2,836 4,36

6,5 2,539 2,836 4,25

Tabla 17: Gmm y Gse para un porcentaje de bitumen diferente

Además se cuenta con la medida de estabilidad y flujo para cada briqueta, por lo tanto se procede al diseño volumétrico de la mezcla para determinar Gse, Gmm, porcentaje absorbido de asfalto Pab, Volumen de los agregados, de los vacios con aire, de asfalto y de asfalto efectivo, para cada briqueta Peso Especifico del Asfalto = 1,012 Peso Especifico Agregado = 2,682

CALCULOS VOLUMETRICOS % Asfalt o

4,5%

Gm b Gb 2,3 1,0 91 12

Gs b 2,6 82

Gs e 2,8 36

Masa asfalto

Masa agreg

Vol asfal

0,108

2,283

0,106

Vol agreg Vol ef Vol asf Vol asf Vol bulk agreg abs efec aire 0,08 0,851 0,805 0,046 0,060 9

VA M 0,1 49

VF A 0,4 04

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 38 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

5,0% 5,5% 6,0% 6,5%

2,4 27 2,4 86 2,4 51 2,4 31

1,0 12 1,0 12 1,0 12 1,0 12

2,6 82 2,6 82 2,6 82 2,6 82

2,8 36 2,8 36 2,8 36 2,8 36

0,121

2,306

0,120

0,860

0,813

0,047

0,073

0,137

2,350

0,135

0,876

0,829

0,048

0,088

0,147

2,304

0,145

0,859

0,813

0,047

0,099

2,273

0,156

0,848

0,801

0,046

0,110

0,158

0,06 7 0,03 6 0,04 2 0,04 2

0,1 40 0,1 24 0,1 41 0,1 52

0,5 22 0,7 07 0,7 01 0,7 22

Tabla 18: Cálculos volumétricos

Los cálculos volumétricos se encuentran en los anexos

% Asfalto

Gmb (gr/cm3)

% Ps

Gsb (gr/cm3)

% VAM

Va %

% VFA

4,5

2,391

95,5

2,682

14,86 8,8

40,477

5 5,5

2,427 2,486

95 94,5

2,682 2,682

14,03 6,7 12,39 3,8

52,564 69,279

6 6,5

2,451 2,431

94 93,5

2,682 2,682

14,08 4,4 15,24 4,2

68,999 72,144

Tabla 19: Tabla resumen de los valores obtenidos de las relaciones volumétricas

MEZCLA ASFÁLTICA Se toma como porcentaje de vacio para el diseñó 4%

Lectura Porcentaje de Asfalto optimo para la mezcla Pb = 5,4%

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 39 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Lectura, Peso unitario de mezcla asfáltica diseñada = 2,473 (gr/cm3)

Lectura Estabilidad de la mezcla = 1137,55 (Kg)

Lectura Porcentaje de vacios del agregado mineral = 68 %

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 40 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Lectura Flujo de la mezcla = 3,6 (mm)

Lectura Porcentaje de vacios llenos de asfalto = 12,8% MEZCLA ASFALTICA % Vacios 4 % % Asfalto 5,4 % Peso unitario 2,473 gr/cm3 Estabilidad 1137,55 Kg % VAM 68 % Flujo 3,6 mm % VFA 12,8 % Tabla 20: Resumen Diseño Marshall

Para un porcentaje de vacios del 4% la Densidad en obra de la mezcla corresponde al 96% de la Densidad bulk de la mezcla asfáltica:

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 41 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

7.7 DISEÑO PAVIMENTO FLEXIBLE

7.7.1 METODO AASHTO

Datos iniciales a partir de las variables del diseño (transito, confiabilidad, restricción del tiempo), las propiedades y características de los materiales. Periodo de diseño = 20 años Error estándar según la AASHTO So = 0,45 (Error en la predicción del comportamiento de la estructura) Nivel de confiabilidad = 90% Desviacion estándar = -1,282 (de la distribución normal) Ejes equivalentes = 25 999 422,2 (Obtenidos del estudio de transito) Indice de serviciabilidad = 4,2 – 2 = 2,2 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Del diseño de la mezcla asfáltica por el Método Marshall se tiene que: Volumen de agregados = 87,28% Volumen de asfalto = 13,20% Volumen de vacios = 4% El inalterado a 0,1’’ es de 32,28% (ver análisis de suelos) y el encontrado por correlación con el PDC es igual a 10,34%; por lo que para el diseño se asume el segundo por ser el más crítico y que le brinda mayor seguridad y funcionamiento a la estructura diseñada. Debido a la falta de ensayos de maquina triaxial, se encuentra el Mr por medio de la correlación encontrada en el invias, propuesta por la AASTHO y la capa que se va a usar se obtuvieron los siguientes valores: r

2555 10 330 64

11394 05 psi

Utilizando el nomograma para SUB BASES GRANULARES se obtiene que el coeficiente estructural corresponde a a3=0,11 Para la base utilizando la metodología anterior, se tiene un CBR igual o mayor a 80%, así que asumiremos un CBR igual a 80%, por ser el mas critico, obteniendo por correlación un MR = 28000 PSI PARA LA BASE. Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 42 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Utilizando el nomograma para BASES GRANULARES se obtiene el coeficiente estructural a2=0,135 Coeficiente estructural para el concreto asfaltico

De la grafica se tiene que a1=0,36 Se conoce que, la vía analizada (Vía Armenia - Cali) es una vía Urbana de la Ciudad de Armenia, en donde hay transito de vehículos de transporte público, peatones, etc, por lo que la velocidad permitida no debe sobrepasar los 60 Km/h. además, la temperatura media de la región es de 21°C. Temperatura ºC 25

Penetración (1/10mm) 47

T800 ºc 53

Tabla 21: Temperatura anillo y bola

Tabla tomada de la presentación de diseño por el método computacional Ing Hugo Leon Arenas Conocida la penetración y la temperatura, proyectamos en la siguiente grafica para la obtención del valor de índice de penetración IP =-0,8 que corresponde a la susceptibilidad térmica del asfalto Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 43 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Sabemos ademas que para la velocidad de 60 Km/h, se tiene una frecuencia de 10 HZ De la grafica anterior también obtenemos la temperatura de mezclado T800 – Tmezclado = 220C Modulo dinamico del asfalto, determinado por el nomograma de VAN DER POEL, E= 5E+6 N/m2.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 44 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Se tiene que la temperatura de la región es de 21°C Promedio, acudiendo a la siguiente grafica, se obtiene que la temperatura de mezclado es de 31°C, asumiendo un espesor de carpeta de 10 cm

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 45 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Conocido ya porcentaje del volumen del bitumen =13,20 %, el modulo dinamico de la mezcla de asfalto E =5E+6 N/m2, y el porcentaje de volumen de agregado mineral = 87,28% entro en la siguiente tabla para obtener el modulo dinámico de la mezcla de asfalto E = 2E9 N/m2 De esta grafica encontramos que: Emezcla 2*10^9 = 290075,448

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 46 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EJES EQUIVALENTES PERIODO DE DISEÑO ERROR ESTANDAR So NIVEL DE CONFIABILIDAD SERVICIABILIDAD PROPIEDADES DE LOS MATERIALES VOLUMEN AGREGADOS VOLUMEN ASFALTO VOLUMEN VACIOS MR SUBRASANTE CBR DE DISEÑO MR SUBBASE COEFICIENTE ESTRUCTURAL SUBBASE MR BASE COEFICIENTE ESTRUCTURAL BASE MODULO RESILIENTE CARPETA ASFALTICA IP MODULO RIGIDEZ ASFALTO MODULO RIGIDEZ M. ASFALTICA E MEZCLA COEFICIENTE ESTR. MEZCLA ESPESOR CARPETA MAAT°C TMEZ°C DELTA T FRECUENCIA % VOLUMEN ASFALTO

25999422,2 20 Años 0,45 90 2,2 87,28% 13,20% 4,00% 11394,0531 10,3397838 30% 14800 80% 28000 -0,8 5*10^6 2*10^9 290075,448 0,36 10 CM 21 31 22 10 13,20%

Tabla 22: Datos obtenidos para ingreso al software

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 47 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

7.7.2 METODO RACIONAL

Sabemos que el modulo resiliente esta relacionado con la capa inmediatamente debajo de ella, utilizando las relaciones empiricas según Shell, con la siguiente ecuación obtenemos el modulo resiliente para cada capa: Mrcapa superior=0,206 (h0,45) Mrcapa inferior Donde: h = Espesor de la capa asumida Mr= Modulo Resiliente de la capa inferior a la analizada CBR diseño 10,3397838 Asumiendo unos espesores: (mm) Carpeta 100 Base 200 Subbase 300

u= 0,35 u= 0,45 u=0,45

Para calcular el Mr se tiene que Mr subrasante Mr = 100*CBR diseño Mr subrasante Mr subbase Mr base Emezcla 290075,448

1033,97838 2773,85174 6200,31798

CALCULO DE LAS DEFORMACIONES ADMISIBLES εT adm = (0.856 Vb% + 1.08) E1^-0.36 (N/k)^-0.2 Donde: εT adm = Deformación Admisible E1 =Módulo en N/m2 de la carpeta asfáltica. Vb = % Volumen de asfalto en la mezcla N = Tránsito de diseño Factor de calage o ajuste = 10 

K = Coeficiente de Calage (K = K1*K2*K3)

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 48 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

SE TOMA k1 10 k2 2,5 k3 0,33 Tenemos que Vb 13,20% N 25999422,2 k 8,25 E1 290075,448 Reemplazando en la ecuación se tiene: εT adm = (0.856 13,20% + 1.08) 290075,448^-0.36 (N/k)^-0.2 = 6,456E-4 Para la carpeta Además, se calcula las deformaciones máximas admisibles, asumiendo un nivel de confianza de 95% donde: εz = 0,021*(25999422,2)^(-0,25) = 2,9409E-4 Para la subrasante

Esfuerzos admisibles εz = 2,9409E-4 Para la subrasante εT= 6,456E-4 Para la carpeta

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 49 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

7.7.2 SOFTWARE 7.7.2.1 BISAR 3.0

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 50 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Displacem Displacem Displacem ent ent ent Positi on Numb er 1 2 3

XLayer Coordinat e Numb (m) er 1 1,62E-01 1 1,62E-01 4 0,00E+00

YCoordinat e

Dept h

(m)

(m)

UX

UY

UZ

(µm)

(µm)

(µm)

4,64E-08 9,30E-08 0,00E+00

4,44E+02 4,45E+02 2,82E+02

0,00E+00 0,00 -3,57E+01 0,00E+00 0,10 2,98E+01 0,00E+00 0,65 0,00E+00

Esfuerzos admisibles εz = 2,9409E-4 Para la subrasante εT= 6,456E-4 Para la carpeta Esfuerzos en la carpeta Arriba -3,57E-5 <εT Abajo 2,98-5 <εT En la subrasante Esfuerzo 2,82E-4 < εz Cumple para las dos deformaciones 7.7.2.2 DEPAV.EXE Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 51 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 52 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Esfuerzos admisibles εz = 2,9409E-4 Para la subrasante εT= 6,456E-4 Para la carpeta Esfuerzos en la carpeta Arriba 3,46E-4 <εT Abajo -3,34E-4 <εT En la subrasante Esfuerzo 2,86E-4 < εz Cumple para las dos deformaciones

ESPESORES Carpeta = 10cm Base = 25cm Sub base = 30 cm

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 53 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

7.8 DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO 7.8.1 METODOLOGÍA DE LA PCA

DATOS REQUERIDOS PARA EL PROGRAMA Transirto Actual Diario 16337,2 Porcentaje Buses 13,26% Porcentaje Camiones 8,38% Factor Direccional 0,5 Factor Carril 0,9 Transito Futuro anual 160230139 Indice de crecimiento 3,00% Periodo de Diseño 20 CBR subrasante 10,34% Buses 21246516,43 Camiones C2g 13427285,65 Los buses tienen una configuración de dos ejes simples de rueda simple, mientras los camiones C2G tienen un eje simple de rueda simple y un eje simple de rueda doble. Las cargas se deben afectar por un factor de seguridad, el cual, para vías de transito pesado, como es nuestro caso, es de 1,2 TIPO DE EJE Eje Sencillo Dos llantas Cuatro llantas

PESO MAXIMO POR EJE, Kg 6000,00 11000,00

Eje simple de 6 toneladas, bus

corresponde al número de ejes simples de rueda sencillas que pasan por la via, producto del paso de 21246516,43 buses de 2 ejes simples de rueda sencilla. Los camiones se configuran como la combinación de un eje simple de rueda simple más un eje simple de rueda doble. CARGAS REPETICIONES ESPERADAS EJES Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 54 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

SIMPLES MAYOR (TON) 6 7,2 6 7,2 11 13,2

PAVIMENTO RIGIDO 19121864,78 6042278,54 6042278,54

Tabla 23: Repeticiones por ejes

Sabemos que los buses de armenia (TINTO) tienen un sistema de dos ejes simples de rueda sencilla, en donde cada eje recibe una carga de 6 Toneladas

Por lo tanto el modulo de reaccion de la subrasante es: 5,55 MPa/m3 Como para el pavimento rigido, la capa inmediatamente inferior a la losa de concreto (subbase) solo tiene funcion de establecer uniformidad, se colocara un espesor de la misma de 15 cm. El modulo de rotura elegido para la losa de concreto hidraulico es de 4,5 Mpa

7.8.2 SOFTWARE Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 55 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

DISEÑO POR LA PCA DE PAVIMENTO RIGIDO Aquí no se convierte a ejes equivalentes

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 56 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

ESPESORES LOSA DE CONCRETO = 24 cm SUB-BASE = 15 cm

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 57 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

8

PRESUPUESTO

Presupuesto Pavimento Rígido Capa Unid Cantidad BASE M3 0,25 SUBBASE M3 0,3 PAVIMENTO M3 0,1 $ $/m2 232.462,45

Costo 65000 43833 123.629,45

Presupuesto Pavimento Flexible

L de la vía (m) 2650 Ancho (m) 8 Precio de la Construcción del Pavimento flexible e=10cm Construcción Pavimento Rígido MR 4,5 MPa

$ 4.928.204.006,82 $ 4.575.140.664,46

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 58 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

9

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

 Para el estudio de transito se tomaron los aforos de 7 movimientos en la glorieta tres esquinas de los cuales solo 4 se tuvieron en cuenta ya que son los que pasan por el tramo de vía en cuestión, dichos datos son de 6:00 am a 10:00 pm, para completar las 24 horas se tomo un estudio hecho en la carrera 19 el cual tiene un comportamiento parecido al tramo de estudio y se calculo que el 16,21% de los vehículos que pasan de 6:00 am a 10:00 pm pasan de 10:00 am a 6:00 am. El tramo analizado en el presente informe corresponde al ubicado entre la abscisa K0+528 a K1+050 sentido norte sur, al corresponden únicamente los movimientos 1 y 7.   Para los 522 m analizados solo se realizó un sondeo por lo cual se dificulta encontrar buenos parámetros de diseño como sucedió con el CBR que aunque se tomo una muestra inalterada para su determinación y otra por correlación, los valores encontrados fueron muy dispersos, por lo que con relación a los otros sondeos realizados sobre la vía, so opto por tomar el de la correlación que de igual manera coincidía con el mas critico (CBR=10.34%). En el sondeo se encontró presencia de capa vegetal y de escombros. A partir de ahí se encontró un limo inorgánico de alta plasticidad.  El diseño Marshall determino el diseño óptimo para la mezcla asfáltica con un porcentaje de vacíos de 4%, un asfalto efectivo de 13.20% y el porcentaje de agregados del 87,28% valores que permitieron la caracterización y obtención de las propiedades de la mezcla asfáltica para la realización del diseño del pavimento flexible.  Se obtuvieron diferentes estructuras de pavimento flexible de acuerdo a cada uno de los métodos utilizados (AASHTO, RACIONAL), cumpliendo los límites impuestos por las leyes de fatiga para las deformaciones presentadas para el tránsito que se espera en el periodo de diseño. De acuerdo al criterio del grupo, los espesores para la estructura de este pavimento es la siguiente, al correrlo en el programa la distribución resulto variable en la capa de base granular que paso de ser de 20 cm a 25 cm  E l método PCA para el diseño del pavimento rígido, obteniendo el análisis por fatiga y erosión, nos entrega una caracterización de la estructura así: Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 59 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

 Losa de concreto = 24 cm  Sub base= 15 cm La sub base de 15 cm se establece por criterio como un apoyo que brinda uniformidad mas no funciona estructuralmente.  Según el análisis unitario de precios para un pavimento flexible de 10cm, base de 25 y 30 cm de espesor y un pavimento rígido de 24cm y una súbase de de espesor 15cm, es más económico la construcción de un pavimento rígido cuyos precios son los siguientes. Precio de la Construcción del Pavimento flexible e=10cm Construcción Pavimento Rígido MR 4,5 MPa

$ 4.928.204.006,82 $ 4.575.140.664,46

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 60 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

10

BIBLIOGRAFIA

 Montejo F. Alfonso, Ingeniería de Pavimentos para Carreteras, Universidad Católica de Colombia, 2da Edición.  Clasificación De suelos para Carreteras.  AASHTO. Guide for Design of Pavement Structures 1993. Copyright 1986, 1993.  Manual de Diseño INVIAS  Guias de Clase

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 61 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

ANEXOS

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 62 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

INVENTARIO DE FALLAS PROCEDIMIENTO PAVIMENTO

PARA

LA EVALUACION

DE

LA CONDICION

DEL

La primera etapa corresponde al trabajo de campo en el cual se identifica los daños teniendo en cuenta la clase, severidad y extensión de los mismos. Esta información se registra en formatos adecuados para tal fin. MANUAL DE DAÑOS CALIDAD DE TRÁNSITO (RIDE QUALITY) Cuando se realiza la inspección de daños, debe evaluarse la calidad de tránsito (o calidad del viaje) para determinar el nivel de severidad de daños tales como las corrugaciones y el cruce de vía férrea. A continuación se presenta una guía general de ayuda para establecer el grado de severidad de la calidad de tránsito. L: (Low: Bajo). Se perciben las vibraciones en el vehículo (por ejemplo, por corrugaciones) pero no es necesaria una reducción de velocidad en aras de la comodidad o la seguridad; o los abultamientos o hundimientos individuales causan un ligero rebote del vehículo pero creando poca incomodidad. M: (Medium: Medio): Las vibraciones en el vehículo son significativas y se requiere alguna reducción de la velocidad en aras de la comodidad y la seguridad; o los abultamientos o hundimientos individuales causan un rebote significativo, creando incomodidad. H: (High: Alto): Las vibraciones en el vehículo son tan excesivas que debe reducirse la velocidad de forma considerable en aras de la comodidad y la seguridad; o los abultamientos o hundimientos individuales causan un excesivo rebote del vehículo, creando una incomodidad importante o un alto potencial de peligro o daño severo al vehículo. La calidad de tránsito se determina recorriendo la sección de pavimento en un automóvil de tamaño estándar a la velocidad establecida por el límite legal. Las secciones de pavimento cercanas a señales de detención deben calificarse a la velocidad de desaceleración normal de aproximación a la señal.

UNIDADES DE MUESTREO Se divide la vía en secciones o unidades de muestreo; para el caso de carreteras con carpeta de rodadura asfáltica y ancho menor a 7,30 m, el área de la unidad de muestreo debe estar dentro del rango 230 ± 93 m2. Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 63 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

DATOS Abscisa inicio tramo = K0 + 528 Abscisa final tramo = K1 + 056 Longitud del tramo = 528 m Ancho de calzada = 7,3 m Longitud unidad de muestreo = 31,5 m Numero tramos = 17 NUMERO TOTAL DE TRAMOS = 17

UNIDADES DE MUESTREO LONGITUDES DE UNIDADES DE MUESTREO ASFALTICAS Ancho de Calzada Longitud de la unidad de muestreo (m) (m) 5 46 5,5 41,8 6 38,3 6,5 35,4 7,3 (máximo) 31,5

Area (m2)

230 ± 93

Para este caso se evalúa y se inspecciona el total de las unidades de muestreo resultantes de la red del tramo vial. NOTA: Para la evaluación de un proyecto se deben inspeccionar todas las unidades de muestreo, de no ser posible, se evalúa un número mínimo de unidades de acuerdo a la metodología, la cual produce un estimado del PCI ±5 del promedio verdadero con una confiabilidad del 95%. Durante la inspección visual inicial se asume una desviación estándar del PCI de 10 para pavimentos asfalticos, esto es un rango PCI de 25. Para las unidades de la sección de vía evaluada, e igualmente espaciadas a lo largo del pavimento se inspeccionaran el total de las mismas para una calidad 100% confiable de la información final obtenida. Evaluación de la condición: Esta depende del tipo de superficie que se inspeccione, y debe estar estrictamente guiada por la definición de los daños establecidos en el manual del PCI.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 64 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

LA EVALUACION DE LA CONDICION INCLUYE LOS SIGUIENTES ASPECTOS: a) Equipo   

Odómetro manual para medir las longitudes y las áreas de los daños Regla y una cinta métrica para establecer las profundidades de los ahuellamientos o depresiones. Manual de daños del PCI con los formatos correspondientes y en cantidad suficiente para el desarrollo de la actividad.

b) Procedimiento Se inspecciona una unidad de muestreo para medir el tipo, cantidad y severidad de los daños de acuerdo con el manual de daños, y se registra la información en el formato correspondiente. Se debe conocer y seguir estrictamente las definiciones y procedimientos de medida de los daños. Se usa un formulario u hoja de información de exploración de la condición para cada unidad de muestreo y en los formatos cada renglón se usa para registrar los daños, su extensión y su nivel de severidad. c) El equipo de inspección deberá implementar todas las medidas de seguridad para su desplazamiento en la vía inspeccionada, tales como dispositivos de señalización y advertencias, tanto para el vehículo acompañante como para el personal. CALCULO DEL PCI PARA LAS UNIDADES DE MUESTREO Al completar la inspección de campo, la información sobre los daños se utiliza para calcular el PCI. El cálculo puede ser manual o computarizado y se basa en los “Valores Deducidos” de cada daño de acuerdo con la cantidad y severidad reportadas. Para Carreteras con Capa de Rodadura Asfáltica: Etapa 1. Cálculo de los Valores Deducidos: 1. a. Totalice cada tipo y nivel de severidad de daño y regístrelo en la columna TOTAL del formato PCI-01. El daño puede medirse en área, longitud o por número según su tipo. 1. b. Divida la CANTIDAD de cada clase de daño, en cada nivel de severidad, entre el ÁREA TOTAL de la unidad de muestreo y exprese el resultado como Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 65 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

porcentaje. Esta es la DENSIDAD del daño, con el nivel especificado, dentro de la unidad en estudio. 1. c. Determine el VALOR DEDUCIDO para cada tipo de daño severidad mediante las curvas denominadas “Valor Deducido del adjuntan al final de este documento, de acuerdo con el tipo inspeccionado.

de severidad y su nivel de Daño” que se de pavimento

Etapa 2. Cálculo del Número Máximo Admisible de Valores Deducidos (m) 2. a. Si ninguno ó tan sólo uno de los “Valores Deducidos” es mayor que 2, se usa el “Valor Deducido Total” en lugar del mayor “Valor Deducido orregido”, DV, obtenido en la Etapa 4. De lo contrario, deben seguirse los pasos 2.b. y 2.c. 2. b. Liste los valores deducidos individuales deducidos de mayor a menor. 2. c. Determine el “Número Máximo Admisible de Valores Deducidos” (m), utilizando la siguiente ecuación: m i = 1,00 + (9/98) (100 - HDV i) Ecuación para Carreteras pavimentadas. Dónde: mi: Número máximo admisible de “valores deducidos”, incluyendo fracción, para la unidad de muestreo i. HDVi: El mayor valor deducido individual para la unidad de muestreo i. 2. d. El número de valores individuales deducidos se reduce a m, inclusive la parte fraccionaria. Si se dispone de menos valores deducidos que m se utilizan todos los que se tengan. muestreo i HDVi listados mi q muestreo 1 24 38,5 6,64795918 1 muestreo 2 13,5 38 6,69387755 1 muestreo 3 20,5 31 7,33673469 1 muestreo 4 9,8 24 7,97959184 1 muestreo 5 7 22 8,16326531 1 muestreo 6 10 20,5 8,30102041 1 muestreo 7 10 20 8,34693878 1 muestreo 8 38 20 8,34693878 1 muestreo 9 20 20 8,34693878 1 muestreo 10 20 20 8,34693878 1 muestreo 11 31 13,5 8,94387755 1 muestreo 12 20 11,5 9,12755102 1 muestreo 13 38,5 10 9,26530612 1 muestreo 14 20 10 9,26530612 1 muestreo 15 22 9,8 9,28367347 1 muestreo 16 8 8 9,44897959 1 muestreo 17 11,5 7 9,54081633 1 323,8 17 Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 66 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+528 ABSCISA FINAL K0+559

UNIDAD DE MUESTREO 1 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 1 Medio

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales 3 daños piel de cocodrilo

Total

Densidad (%) Valor deducido 3

1,325673884

24

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 67 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+559 ABSCISA FINAL K0+591

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 11 Bajo 1 Medio 10 Medio

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 2 AREA MUESTREO (m2) 233,6 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales Parcheo y acometidas de servicios publicos 1 piel de cocodrilo 2 grietas longitudinales

Total

Densidad (%) Valor deducido 1 1 2

0,428082192 0,428082192 0,856164384

1 13,5 1,5

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 68 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+591 ABSCISA FINAL K0+621

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 4 Medio 1 Medio

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

UNIDAD DE MUESTREO 3 AREA MUESTREO (m2) 219 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

Hundimiento 1 1 piel de cocodrilo de severidad media y 1 piel de cocodrilo de severidad baja 2

Densidad (%) Valor deducido 0,456621005 0,913242009

8 20,5

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 69 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+621 ABSCISA FINAL K0+652

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 10 Alto 7 Medio 11 Medio

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 4 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

1 grieta transversal de severidad alta y 2 grietas transversales se severidad media

Densidad (%) Valor deducido 3

1 grieta de borde externo de severidad bajo y 1 grieta de borde interno de severidad medio 2 Parcheo y acometida de servicios publicos

1

1,325673884 0,883782589 0,441891295

9,8 5 7

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 70 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+652 ABSCISA FINAL K0+683

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 10 Medio 7 Medio

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 5 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

Densidad (%) Valor deducido

3 grietas longitudinales de severidad media y 3 grietas longitudinales de severidad 6 baja 2,651347768 1 grieta de borde externo de severidad media y 1 grieta de borde externo de severidad 2 0,883782589 baja

7 7

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 71 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+683 ABSCISA FINAL K0+714

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 13 Bajo 11 Medio 10 Medio 7 Bajo

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 6 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales 1 hueco 1 Parcheo de severidad media y 2 parcheos de severidad baja 1 grieta longitudinal de severidad media 1 grieta de borde externo de severidad baja

Total

Densidad (%) Valor deducido 1 3 1 1

0,441891295 1,325673884 0,441891295 0,441891295

10 10 0 1

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 72 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+714 ABSCISA FINAL K0+745

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 1 Bajo 11 Medio 10 Alta 3 Alta

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 7 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

Densidad (%) Valor deducido

1 0,441891295 2 parcheos de severidad media y 1 parcheo de severidad baja 3 1,325673884 1 grieta longitudinal de severidad alta 1 0,441891295 1 agrietamiento en bloque de severidad alta y 1 agrietamiento en bloque de severidad 2 0,883782589 media

10 4,5 5

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 73 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+745 ABSCISA FINAL K0+776

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 11 Bajo 1 Alto 19 Alto 4 Alto 10 Medio

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 8 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales 3 Parcheos de severidad baja 1 piel de cocodrilo de severidad alta y 3 de severidad media 1 desprendimiento de agregado de severidad alta 1 hundimiento de severidad alta y 1 hundimiento de severidad media 1 grieta longitudinal de severidad media

Total

Densidad (%) Valor deducido 3 4 1 2 1

1,325673884 1,767565179 0,441891295 0,883782589 0,441891295

3 38 11,5 8,5 0

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 74 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+776 ABSCISA FINAL K0+807

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 19 Alto 10 Medio 1 Medio 3 Alto

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 9 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

Densidad (%) Valor deducido

1 desprendimiento de severidad alta 1 1 grieta transversal de severidad media y 2 grieta longitudinal de severidad media 3 1 piel de cocodrilo de severidad media y 1 piel de cocodrilo de severidad baja 2 1 agrietamiento en bloque de severidad alta 1

0,441891295 1,325673884 0,883782589 0,441891295

11,5 0 20 4

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 75 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+807 ABSCISA FINAL K0+838

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 10 Alta 1 Medio 11 Medio

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 10 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

Densidad (%) Valor deducido

2 grietas longitudinales de severidad alta y 1 grieta longitudinal de severidad media 3 1,325673884 2 piel de cocodrilo de severidad media 2 0,883782589 2 pacheos de severidad media 2 0,883782589

10 20 9,5

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 76 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+838 ABSCISA FINAL K0+869

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 1 Medio 11 Bajo 4 Bajo 19 Alto 10 Alto 3 Alto

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 11 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

Densidad (%) Valor deducido

4 piel de cocodrilo de severidad media y 2 de severidad baja 6 2,651347768 31 2 parcheos de severidad baja 2 0,883782589 2 1 hundimiento de severidad baja 1 0,441891295 5 Desprendimiento de agregados de severidad alta 1 0,441891295 11,5 2 grietas longitudinales de severidad alta y 1 longitudinal de severidad media, 14grieta 1,767565179 transversal de severidad11alta y 2 transverna 2 grietas en bloque de severidad alta 2 0,883782589 5

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 77 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+869 ABSCISA FINAL K0+900

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 10 Medio 19 Alto 3 Alto 1 Medio 11 Medio

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 12 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

Densidad (%) Valor deducido

2 grietas longitudinales de severidad media, 1 grieta tranversal de severidad alta 5 y 22,209456474 transversales de severidad5media 1 desprendimiento de agregados de severidad alta 1 0,441891295 11,5 1 grieta en bloque de severidad alta 1 0,441891295 4,5 2 piel de cocodrilo de severidad media 2 0,883782589 20 1 parcheo de severidad media 1 0,441891295 6

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 78 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+900 ABSCISA FINAL K0+931

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 1 Alto 19 Alto 11 Medio 10 Alto

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 13 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

Densidad (%) Valor deducido

2 piel de cocodrilo de severidad alta, 1 de severidad media y 1 de severidad baja4 1 desprendimiento de agregados de severidad alta 1 1 parcheo de severidad media y 1 parcheo de severidad bajo 2 3 grietas longitudinales de severidad media y 1 grieta transversal de severidad alta 4

1,767565179 0,441891295 0,883782589 1,767565179

38,5 11,5 8 11,5

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 79 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+931 ABSCISA FINAL K0+962

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 11 Bajo 10 Alto 1 Medio 3 Medio

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 14 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

Densidad (%) Valor deducido

1 parcheo de severidad bajo 1 0,441891295 1 1 grieta longitudinal de severidad alta, 1 longitudinal de severidad media y 4 longitudinales 9 3,977021653 de severidad baja;20 1 grieta transversa 2 piel de cocodrilo de severidad media y 3 de severidad baja 5 2,209456474 10 1 agrietamiento en bloque de severidad media 1 0,441891295 0

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 80 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+962 ABSCISA FINAL K0+993

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 10 Alto 1 Alto 4 Alto 11 Bajo 3 Bajo

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 15 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

Densidad (%) Valor deducido

3 grietas longitudinales de severidad media y 2 longitudinales de severidad baja; 6 1 transversal 2,651347768de severidad alta 15 1 piel de cocodrilo de severidad alta, 1 de severidad media y 3 de severidad baja5 2,209456474 22 1 hundimiento de severidad alta 1 0,441891295 21 2 parcheos de severidad baja 2 0,883782589 2 1 agrietamiento en bloque de severidad baja 1 0,441891295 0

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 81 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K0+993 ABSCISA FINAL K1+024

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 10 Medio 1 Medio 4 Medio 11 Bajo 3 Bajo

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 16 AREA MUESTREO (m2) 226,3 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

Densidad (%) Valor deducido

2 grietas longitudinales de severidad media, 1 grieta transversal de severidad media 4 1,767565179 y 1 transversal de severidad 4 baja 1 piel de cocodrilo de severidad media y 1 piel de cocodrilo de severidad baja 2 0,883782589 7,5 1 hundimiento de severidad medio 1 0,441891295 8 1 parcheo de severidad baja 1 0,441891295 1 1 agrietamiento en bloque de severidad baja 1 0,441891295 0

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 82 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO ZONA SUR ARMENIA CODIGO VIA

ABSCISA INICIAL K1+024 ABSCISA FINAL K1+056

INSPECCIONADA POR

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Daño piel de cocodrilo Exudacion Agrietamiento en bloque Abultamientos y hundimientos Corrugacion Depresion Grieta de borde Grieta de reflexion de junta Desnivel carril/berma Grietas long y transversal Daño

Severidad 10 Medio 1 Alto

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ESQUEMA

UNIDAD DE MUESTREO 17 AREA MUESTREO (m2) 233,6 FECHA Octubre 9 de 2011 Daño Parche Pulimento de agregados Huecos Cruce de via ferrea Ahuellamiento Desplazamiento Grieta Parabolica (slippage) Hinchamiento Desprendimiento de agregados

Cantidades Parciales

Total

Densidad (%) Valor deducido

2 grietas longitudinales de severidad media y 2 grietas transversales de severidad 4 media 1,712328767 1 piel de cocodrilo de severidad alta 1 0,428082192

4,5 11,5

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 83 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

TRANSITO Aforo sobre la 19, Transito de 22:00 a 6:00 Hora 22:00-22:15 22:15-22:30 22:30-22:45 22:45-23:00 23:00-23:15 23:15-23:30 23:30-23:45 23:45-00:00 00:00-00:15 00:15-00:30 00:30-00:45 00:45-01:00 01:00-01:15 01:15-01:30 01:30-01:45 01:45-02:00 02:00-02:15 02:15-02:30

Totales 111 66 72 70 69 50 60 55 33 31 26 32 30 31 43 37 36 26

02:30-02:45 02:45-03:00 03:00-03:15 03:15-03:30 03:30-03:45 03:45-04:00 04:00-04:15 04:15-04:30 04:30-04:45 04:45-05:00 05:00-05:15 05:15-05:30 05:30-05:45 05:45-06:00 TOTAL

33 19 13 25 35 26 24 31 41 45 44 57 67 76 1414

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 84 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

ESTUDIO DE SUELOS 1. ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACION DE LA SUBRASANTE 4.1 CBR INALTERADO O IN SITU OBJETIVO GENERAL Determinar el CBR en el terreno (sub rasante) donde se encuentra la via. OBJETIVOS ESPECIFICOS Comparar el procedimiento recomendado por la norma INVIAS E-112 para la muestra del CBR inalterado con el procedimiento empleado en el campo. Interpretacion de los resultados que arrojan los cálculos realizados. PROCEDIMIENTO Se toma una muestra para el análisis de CBR inalterado a un borde de la via existente (via armenia cali), metros arriba del estadio Centenario de la ciudad de Armenia, sobre el cruce. La muestra se toma siguiendo las instrucciones de la Laboratorista de la Universidad del Quindio Carmen Eugenia, muestra que debe seguir lo establecido en la norma INVIAS E-112, la muestra obtenida se protege con plástico, y se obtiene material de la misma zona para determinar el contenido de humedad. Luego de extraída la muestra y llevada al laboratorio, se sigue el procedimiento explicado en la norma INVIAS E-148 para la obtención del valor de CBR de la muestra inalterada. NORMAS QUE RIGEN EL ENSAYO INVIAS E-148 Se debe tener cuidado al momento de realizar las lecturas de las cargas y su respectiva deformación. RESULTADOS DEL ENSAYO De acuerdo a la norma INVIAS E-148, la muestra es sometida a una carga, se realiza la lectura en el dial de carga al instante que el dial de deformación se encuentre en los valores establecidos por la norma; afectando todas las cargas por la constante del anillo K = 7,5185, seguido se procede a hallar la presión que resulta de dividir la carga por el area del piston utilizado para la aplicación de dicha carga (area del piston = 3 in); los datos calculados y obtenidos anteriormente se presentan en la siguiente tabla: K anillo = 7,5185 Constante = 3,7814 Lectura de penetración en milésimas de pulgada Penetración 0,001 = (Penetración * 0,001) in Dial de carga lectura realizada al momento de la penetración establecida Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 85 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Carga = (Dial de carga * Kanillo – Constante) lb Presión = (Carga / área del pistón) lb/in 2 Dial Lectura Penetración carga Penetración 0.001 0.0001

Carga en Presión lb lb/pul2

5 25 50 75 100 150 200 250 300 350 400 500

41,3296 296,9586 522,5136 748,0686 973,6236 1281,8821 1800,6586 2251,7686 2590,1011 2657,7676 2665,2861 2672,8046

0,005 0,025 0,05 0,075 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5

6 40 70 100 130 171 240 300 345 354 355 356

13,77653333 98,9862 174,1712 249,3562 324,5412 427,2940333 600,2195333 750,5895333 863,3670333 885,9225333 888,4287 890,9348667

Con estos datos obtenidos, se grafica presión vs penetración

Presion Vs Penetracion 1000 900

Presion (lb/in2)

800 700 600 500 400 300 200 100 0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Penetracion (in)

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 86 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

PENETRACION (in) 0,1 0,2

LECTURA Ps (psi) 320 600

Con estas lecturas obtenidas, se aplica la relación establecida para la obtención del CBR; definida como, la relación existente entre el esfuerzo requerido para penetrar un pistón en una muestra de suelo (la muestra inalterada obtenida de campo), entre el esfuerzo requerido para penetrar el mismo pistón en una muestra de suelo patrón, a la misma profundidad.

Muestra de suelo patrón Profundidad (in) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

P requerido (psi) 1000 1500 1900 2300 2600

Calculo de CBR para la lectura de 0,1 in Calculo de CBR para la lectura de 0,2 in Para diferentes profundidades se obtienen diferentes valores de CBR, que indica un comportamiento variable en la medida de resistir el suelo los esfuerzos cortantes a los que es sometido; en este caso visto desde la presión ejercida por la penetración del pistón.

INTERPRETACION DE CBR 0% - 3% Terreno malo 3% - 6% Medio malo 6% - 12% Regular 12% - 20% Bueno 20% - 30% Muy bueno >30% Sirve para sub-base >80% Sirve para base

Hay que restituirlo Se puede mejorar Apto para subrasante y llenos Apto para subrasante y llenos Apto para subrasante y llenos Apto para sub-bases Apto para bases Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil

FACULTAD DE INGENIERIA

- 87 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

INTERPRETACION DE RESULTADOS Los valores obtenidos de CBR como medida indirecta de la resistencia del suelo a los esfuerzos cortantes no son resultados reales del comportamiento mecánico del mismo, aunque brindan información útil para el análisis en general. El CBR de la subrasante de la sección de vía analizada (vía Armenia Cali) resulta de muy buen comportamiento mecánico, debido a que su valor supera el 30% del esfuerzo requerido por una muestra patrón lo que no solo lo hace apto para cumplir la función de subrasante, sino que también puede ser utilizado para sub- bases.

DENSIDAD Y HUMEDAD DE LA MUESTRA IN SITU La humedad se obtiene a partir una muestra de suelo obtenida de la zona, como se había mencionado anteriormente. Los datos requeridos para su cálculo son: Peso húmedo de muestra P1=1143 (gr) Peso seco de la muestra P2 = 775 (gr) Peso del recipiente P3 = 109,85 (gr)

%W = 55.33% La densidad húmeda se obtiene a partir de los siguientes datos: Peso muestra húmeda de suelo mas molde Pwm = 7411 (gr) Peso de molde Pm = 3895 (gr) Peso muestra húmeda de suelo sin molde Pw = 3516 (gr) Volumen de la muestra 12,5*(pi/4)*15^(2) V = 2208,93 cm 3

DH = 1,59 (gr/cm 3)

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 88 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

4.2 PENETROMETRO DINAMICO DE CONO OBJETIVO GENERAL Determinar el CBR de campo OBJETIVOS ESPECIFICOS Determinar los datos del penetrómetro dinámico de cono PDC Determinar la correlación de CBR y PDC para Colombia y obtener el CBR de campo. ASPECTOS GENERALES El ensayo no destructivo del penetrómetro dinámico de cono es una medida indirecta al esfuerzo cortante de los suelos in situ, basado en la penetración dinámica de una punta que es golpeada repetidamente para penetrar el suelo y conocer la resistencia de dicha penetración; dicha punta tiene un ángulo de 60o. Los golpes son efectuados al dejar caer una masa que impacta y transmite una energía que atraviesa el suelo con una profundidad que varia dependiendo de la dureza del mismo. El equipo se dispone centrado y la guiadera o varilla por donde se desplaza la masa totalmente vertical para evitar obstrucciones en la caída libre. Para efectuar el ensayo, se debe llevar registro del número de golpes y la distancia que recorre producto del mismo hasta una profundidad determinada. PROCEDIMIENTO El ensayo se realiza sobre el borde de la vía en la subrasante encontrada, en la misma zona donde se obtuvo la muestra para el ensayo de CBR. Se ubica el penetrómetro verticalmente al suelo y se procede a hacer los registros desde cero golpes con su profundidad hasta llegar aproximadamente hasta el metro de profundidad. Grafica de Numero de golpes VS Penetración

Penetrometro de Cono Dinamico Penetración (mm)

0 -200

0

5

10

15

20

25

-400 -600 -800 -1000

Numero de Golpes

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 89 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Se trazan líneas rectas que una la mayoría de puntos continuos y se determina su pendiente, valor que corresponde al PDC de ese tramo. PENDIENTE 1 y = -45x - 51,667 PENDIENTE 2 y = -85x + 43,333 y = -33,452x PENDIENTE 3 253,45 PENDIENTE 4 y = -40x - 183,33 y = -14,821x PENDIENTE 5 600,71

-45 -85 -33,452 -40 -14,821

Conocidos los valores de PDC por correlación se obtiene el CBR inalterado de suelo.

GOLPES 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

PENETRACION (mm/golp) -50 -100 -140 -210 -300 -380 -450 -490 -520 -560 -590 -620 -650 -690 -740 -790 -820 -850 -870 -885 -895 -910 -930 -940

PDC

CBR (%)

45 45 45 85 85 85 33,452 33,452 33,452 33,452 33,452 33,452 33,452 33,452 40 40 40 14,821 14,821 14,821 14,821 14,821 14,821 14,821

6,743 6,743 6,743 3,878 3,878 3,878 8,728 8,728 8,728 8,728 8,728 8,728 8,728 8,728 7,471 7,471 7,471 17,722 17,722 17,722 17,722 17,722 17,722 17,722 Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil

FACULTAD DE INGENIERIA

- 90 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Finalmente el CBR del tramo analizado para la vía objeto de estudio corresponde al promedio de los CBR obtenidos para cada pendiente. CBR = 10,34%

4.3 LIMITES DE ATTEMBERG Los límites de Attemberg se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos y se basan en los 4 estados de consistencia según su humedad:

Así, un suelo se encuentra en estado sólido cuando está seco. Al agregarle agua va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y finalmente fluido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Attemberg. DETERMINACIÓN CASAGRANDE

DEL

LÍMITE

LÍQUIDO

POR

EL

MÉTODO

DE

Un suelo amasado con agua y colocado en una cuchara normalizada (Casagrande), se divide en dos mitades con un acanalador, que tras haber dejado caer 25 veces la mencionada cuchara desde una altura de 10 mm sobre una base, este se cierra a lo largo de su fondo en una distancia de 13 mm. MATERIAL UTILIZADO -

Muestras de suelo (aprox. 150-200 g. que pase por tamiz de 0,4 mm.) Cuchara de Casagrande Acanalador normalizado Balanza 100 g ±0.01 g Tamiz 0,4 mm Estufa 115 ºC Espátulas de hoja flexible de varios tamaños Mortero o molino con mazo recubierto de goma Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil

FACULTAD DE INGENIERIA

- 91 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

- Calibre, pinzas, frasco lavador y agua destilada PROCEDIMIENTO: 1. PREPARACION DE LA MUESTRA Cuartear la muestra Secar al aire o en estufa < 60º C Pulverizar con mazo de goma si hay terrones Tamizar por el tamiz de 0,4 mm. (hasta unos 200 g) Amasar con agua Cubrir y conservar en cámara húmeda durante un día 2. DETERMINACIÓN DEL L.L. Calibrar altura de caída de la cuchara Separar la cuchara y sujetarla con la palma de la mano Colocar con la espátula una porción en la parte inferior Aplastar extendiendo de un lado a otro (hasta ±10 mm en el punto de mayor espesor) Hacer surco con el acanalador plano con el borde biselado hacia adelante Colocar la cuchara en el aparato Girar la manivela a razón de 2 vueltas/s Contar el nº de golpes para que se cierre el surco en 13 mm. Tomar ± 15 g próximos a las paredes del surco donde se cerró Determinación de su humedad Datos P1 = Peso muestra húmeda mas recipiente P2 = Peso muestra húmeda seca mas recipiente P3 = Peso recipiente

Numero de golpes; este número corresponde al número de golpes efectuados hasta la obtención de los 13 mm de separación en el surco.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 92 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Limites de ATTERBERG P1 (gr) P2 (gr) P3 (gr) Humedad W(%) 18,88 13,9 5,17 57,04467354 14,9 11,4 5,08 55,37974684 23,06 16,96 5,31 52,36051502 20,53 15,23 5,15 52,57936508 11,97 9,69 5,3 51,93621868 11,6 9,43 5,28 52,28915663

numero de golpes 15 22 28 30 Limite Plástico LP Limite Plástico LP

LL 53,62550566 54,52973277 53,08346829 53,752203 51,93621868 52,28915663

Limite Liquido 35 30 N golpes

25 20 15 10 5 0 52

53

54 55 56 Contenido de humedad (%)

57

58

El limite liquido corresponde a la lectura realizada de la grafica N golpes vs Contenido de humedad, en la ordenada se ubica Y = 25 golpes, y se proyecta sobre la curva llevándola a la ordenada X = 53,8%; por lo tanto el limite liquido se alcanza con una humedad del 53,8%. LL = 53,8%.

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLASTICO Se define el límite plástico como la humedad más baja con la que pueden formarse con el suelo cilindros de 3 mm. de diámetro, rodando dicho suelo entre los dedos de la mano y una superficie lisa, hasta que los cilindros empiecen a resquebrajarse. PROCEDIMIENTO: 1. PREPARACION DE LA MUESTRA Cuartear la muestra Secar al aire o en estufa < 60º C Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 93 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Pulverizar con mazo de goma si hay terrones Tamizar por el tamiz de 0,4 mm. (hasta unos 200 g) Amasar con agua Cubrir y conservar en cámara húmeda durante un día 2. DETERMINACIÓN DEL L.P Tomar una porción de ± 20 g Moldear la mitad de la muestra en forma de elipsoide Rodar entre los dedos y la superficie lisa a razón de 90 veces/minuto para formar cilindros de 3 mm en 2 min. Si al llegar al cilindro de 3 mm. no se ha resquebrajado se parte en 6 trozos, se amasan juntos y se repite, por el contrario si se ha resquebrajado se da por terminado el ensayo. Determinar su humedad El límite plástico corresponde a la media aritmética de las dos humedades obtenidas durante el ensayo.

LP = 52,11%

Índice de Plasticidad IP

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 94 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Como el limite liquido es LL = 53,8% > 50%, este suelo corresponde a uno de alta plasticidad, y por encontrarse por debajo de línea A y no tener más del 12% de materia orgánica se denomina limo; de acuerdo a la carta de plasticidad utilizada en la clasificación de suelos de la USCS el tramo analizado corresponde a un limo inorgánico de alta plasticidad MH. 4.4 GRANULOMETRIA Este ensayo tiene por objeto determinar la granulometría del suelo mediante la división y separación con una serie de tamices en fracciones granulométricas de tamaño decreciente. PROCEDIMIENTO Recoja una bandeja grande llena (cuatro veces la cantidad que necesita para la prueba), y proceda al cuarteo de la misma, esto dividirá la muestra en cuatro muestras, descarte dos extremos cada vez que se cuartee, hasta obtener una muestra de 500 gr aproximadamente. Ordenar los tamices en el siguiente orden: #4, #10, #40, #80, #200. Coloque la cantidad de agregado pesado en la parte superior de los tamices previamente ordenados, tápelos. Pese el material retenido en cada tamiz y el que se quedó en la bandeja, anotando cada dato obtenido. La suma de estas cantidades debe tener una diferencia no mayor de l% del peso inicial, si es mayor, el procedimiento se debe repetir. Guarde el material sobrante. Calcule el porcentaje retenido, porcentaje retenido acumulado y el porcentaje de pasante en cada tamiz. GRANULOMETRIA K0+528 - K1+056 Peso Peso Inicial 775 Lavado Tamiz retenid Tamiz (mm) o % retenido 0,06770615 4 4,75 0,34 5 1,40390704 10 2 7,05 3 17,9182348 40 1,18 89,98 6 35,5716191 80 0,425 178,63 7 41,6472509 200 0,075 209,14 3 3,39128183 FONDO 17,03 7

611 retenido acumulado 0,067706155 1,471613199

%pasa 99,9322938 4

96,60871816

98,5283868 80,6101519 4 45,0385327 7 3,39128183 7

100

0

19,38984806 54,96146723

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 95 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Curva Granulometrica 120

Porcentaje Pasante

100 80 60 40 20 0 1

10

Tamiz (mm)

100

1000

4.5 PORCENTAJE DE FINOS Para determinar el porcentaje de finos en una muestra, se incorpora una medida de suelo y solución en una probeta plástica graduada que luego de ser agitada separa el recubrimiento de finos de las partículas de arena; después de un período de tiempo, se pueden leer las alturas de arcilla y arena en la probeta. El equivalente de arena es la relación de la altura de arena respecto a la altura de arcilla, expresada en porcentaje. PROCEDIMIENTO Secar una muestra de suelo durante 24 horas a una temperatura de 105 ± 5ºC y dejarlo enfriar a temperatura ambiente antes del ensayo. Coloque en un recipiente y mezcle en forma circular hacia el centro, hasta obtener una mezcla uniforme. Verificar las condiciones de humedad del material apretando con la mano una porción de material, si se forma una masilla que permite abrir la mano sin romperse, la mezcla tiene el rango correcto de humedad. Una vez humedecido la muestra se tamiza por el tamiz 200 y el material retenido se almacena en un recipiente diferente que se pesa al final del ensayo; este procedimiento se repite hasta el momento que ya no se obtiene más pasante del tamiz 200.

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 96 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Lavado por el tamiz 200 peso seco (sin lavar) gr 775 peso seco (lavado) gr 611 peso del recipiente gr 109,85 perdida por lavado gr 164 perdida por lavado % 21,1612903 %Finos = 21,16%

VIGA BENKELMAN HISTOGRAMA DE FRECUENCIAS:

El histograma de frecuencias nos entrega 53 datos, donde la frecuencia minima es de 0, y la maxima de 44, mostrandonos que la mayoria de los datos se presentan entre 0 y 172 (1/1000’’). Ademas, nos muestra una desviacion estandar de 282,29, un coeficiente de variacion de 172,9 y una deflexion caracteristica de 522 (1/1000’’).

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 97 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

HISTOGRAMA ACUMULADO (OJIVA):

La grafica me muestra la linea de tendencia de las deflexiones de la via analizada (Via Armenia – Cali).

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 98 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

CARPETA ASFALTICA – DISEÑO DE LA MEZCLA ASFALTICA Para la caracterización de los materiales que componen la carpeta asfáltica se vincula información como: AG EGADOS G UESO (G AVA ¾’’) Tomada una muestra de material con el que se trabajara la mezcla asfáltica se procede a ejecutarle los ensayos necesarios para la obtención de los parámetros necesarios para la determinación de su densidad. Datos de laboratorio B Material sss al aire C Canastilla +material sss sumerg. D Material sss sumerg. E Material seco F Agua contenida en los poros G Volumen del material con poros H Volumen neto del material

gr Gr Gr Gr Gr cm³ cm³

(b-a) (b-e) (b-d) (g-f)

2645 3477 1705 2605 40 940 900

A partir de pruebas realizadas al agregado grueso (grava) se obtienen las densidades del material, definidas en la siguiente tabla: Norma de ensayo: NTC 176 INV E-223 RESULTADOS Densidad aparente (sss) Gsb Gsa Absorción

Prueba (1) gr/cm³ gr/cm³ gr/cm³ %

(b/g) (e/g) (e/h) (f/e)

2,814 2,771 2,894 1,54%

Granulometría del agregado Grueso Tomada una muestra de material con el que se va a trabajar la mezcla asafaltica se procede a realizar el ensayo de granulometría para agregados gruesos por medio de tamizado y registro del material retenido en cada tamiz para determinar la curva granulométrica y compararla con la granulometría especificada para una mezcla densa en caliente tipo 2 (grava de ¾); de esta manera se obtiene la siguiente información del material: Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 99 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Norma de ensayo: INV E-213, INV E-732 Esp. MDC-2 TAMIZ USA 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 40 80 200 Fondo

TAMIZ mm 25,4 19,05 12,7 9,52 4,74 2 0,474 0,18 0,074

gr Peso ret 0,0 48,7 2071,0 114,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Ret

Acum

% Pasa Inf

Sup

2,2% 92,7% 5,1% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0%

2,2% 94,9% 100,0% 100,0% 100,0% 100,0% 100,0% 100,0% 100,0%

97,8% 5,1% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0%

100% 100% 88% 68% 52% 28% 17% 8%

100% 80% 70% 51% 38% 17% 8% 4%

100% 90%

Curva granulométrica

80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

100

10

1

0,1

0% 0,01

Como se puede observar el material grueso no cumple con las especificaciones requeridas para el diseño de una mezcla MDC-2, todo se encuentran por fuera de los límites permitidos y no posee ninguna gradación; el 97,8% del agregado corresponde a una grava ¾’’, esto es un material uniforme, que no es apto para el diseño de una mezcla asfáltica por lo que para su uso se recomendaría un cambio de material, o una combinación de agregados que satisfaga el rango de limites establecido. AGREGADO FINO (ARENA) Con una muestra del material fino con el que se va trabajar la mezcla asfáltica se realizan los ensayos necesarios para determinar las densidades del mismo. Datos de laboratorio Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 100 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

a b c

g h

Peso del matraz Matraz + agua Arena sss Arena sss + agua + matraz (sin aire) Agua requerida para enrase Volumen desalojado por el material Material seco

i

Agua en los poros

d f

gr gr gr

Prueba Prueba (2) (1) 148,8 160,4 652,6 657,8 500 500

gr cm³

958,3 309,5

979,6 319,2

cm³ gr gr(cm³ ) (c-h)

190,5 484

180,8 479

16

21

Conocida la información de laboratorio se procede al calculo de las diferentes densidades y la absorción del material, se obtiene la siguiente información: Norma de ensayo: NTC 237, NTC 222 RESULTADOS

Prueba (1)

Prueba (2)

Promedio

Densidad aparente (sss)

gr/cm³ (c/g)

2,625

2,765

2,695

Gsb

gr/cm³ (h/g)

2,541

2,649

2,595

Gsa

gr/cm³ (h/(g-i))

2,774

2,997

2,886

Absorción

%

3,31%

4,38%

3,84%

(i/h)

Granulometría del agregado Fino Con una muestra de material fino con el que se va a trabajar la mezcla asafaltica se procede a realizar el ensayo de granulometría para agregados finos y compararla con la granulometría especificada para una mezcla densa en caliente tipo 2; de esta manera se obtiene la siguiente información del material: Norma de ensayo: INV E-213, INV E-732 Esp. MDC-2 TAMIZ

TAMIZ

USA 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4

mm 25,4 19,05 12,7 9,52 4,74

gr Peso ret 0,0 0,0 0,0 0,0 59,0

Ret

Acum

% Pasa Inf

Sup

0,0% 0,0% 0,0% 4,9%

0,0% 0,0% 0,0% 4,9%

100,0% 100,0% 100,0% 95,1%

100% 100% 88% 68%

100% 80% 70% 51%

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 101 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

10 40 80 200 Fondo

2 0,474 0,18 0,074

403,2 396,5 134,7 111,5 92,8 1197,7

Suma

33,7% 33,1% 11,2% 9,3% 7,7%

38,6% 71,7% 82,9% 92,3% 100,0%

61,4% 28,3% 17,1% 7,7% 0,0%

38% 17% 8% 4%

52% 28% 17% 8%

100% 90%

Curva granulométrica

80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

100

10

1

0,1

0% 0,01

De acuerdo a la información suministrada por la granulometría se puede observar que el material fino no cumple las especificaciones para un diseñó de mezcla MDC-2, por lo que para su utilización, requeriría un cambio de material, o una combinación de agregados que satisfaga el rango de limites establecido. COMBINACION DE AGREGADOS Para la combinación se agregados se introduce una grava gradada que comprende valores entre los dos extremos (grava de ¾’’ y arena fina) para darle una comportamiento mas similar a exigido para una mezcla MDC-2; para esto tenemos que la granulometría para la grava de ½’’ es la mostrada a continuacion: Esp. MDC-2 TAMIZ

TAMIZ

USA 1" 3/4" 1/2"

mm 25,4 19,05 12,7

gr Peso ret 0,0 0,0 22,0

Ret

Acum

% Pasa Inf

Sup

0,0% 1,2%

0,0% 1,2%

100,0% 100% 100% 98,8% 80% 100% Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil

FACULTAD DE INGENIERIA

- 102 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

3/8" 4 10 40 80 200 Fondo

9,52 4,74 2 0,474 0,18 0,074

285,0 852,0 287,0 155,0 58,0 42,7 106,2

15,8% 47,1% 15,9% 8,6% 3,2% 2,4% 5,9%

17,0% 64,1% 80,0% 88,6% 91,8% 94,1% 100,0%

83,0% 35,9% 20,0% 11,4% 8,2% 5,9% 0,0%

70% 51% 38% 17% 8% 4%

88% 68% 52% 28% 17% 8%

100% 90%

Curva granulométrica

80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

100

10

1

0% 0,01

0,1

La grava de ½’’ a diferencia de la de ¾’’ ya posee material dentro del rango establecido, por lo que se procede a la combinación de los agregados para determinar la composición porcentual de cada material necesario que cumpla con los limites establecidos para el diseño de una mezcla asfáltica MDC-2 COMBINACION DE ARIDOS Granulometría de cada material (arena, grava de ½’’ y grava ¾’’), obtenidas anteriormente % TAMIZ TAMIZ Pasa USA 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10

mm 25,4 19,05 12,7 9,52 4,74 2

Arena

% Pasa Grava 1/2

% Pasa Grava 3/4

100,0% 100,0% 100,0% 95,1% 61,4%

100,0% 98,8% 83,0% 35,9% 20,0%

97,8% 5,1% 0,0% 0,0% 0,0% Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil

FACULTAD DE INGENIERIA

- 103 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

40 80 200

0,474 0,18 0,074

28,3% 17,1% 7,7%

11,4% 8,2% 5,9%

0,0% 0,0% 0,0%

Limites especificados para la Mezcla de asfalto MDC-2 Esp. MDC-2 Lim Lim inf sup 100% 100% 100% 100% 80% 100% 70% 88% 51% 68% 38% 52% 17% 28% 8% 17% 4% 8% De la combinación de agregados se obtienen los porcentajes para cada material que compondrán la granulometría de la mezcla asfáltica 49%

12% Grava 3/4

100%

Arena

39% Grava 1/2

49,0% 49,0% 49,0% 46,6% 30,1% 13,9% 8,4% 3,8%

39,0% 38,5% 32,4% 14,0% 7,8% 4,5% 3,2% 2,3%

11,7% 0,6% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0%

99,7% 88,1% 81,4% 60,6% 37,9% 18,3% 11,6% 6,1%

Combo

Con la combinación establecida se procede a graficar nuevamente la granulometría del nuevo material (combo) vs los limites especificados para la mezcla MDC-2 Normas de ensayo: INV E-213, INV E-732

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 104 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

100% 90%

Curva granulométrica

80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

100

10

1

0% 0,01

0,1

Se puede observar que la combinación de áridos cumple con los limites para una mezcla asfaltico tipo MDC-2, por lo tanto esta será la granulometría para el diseño. Densidades del material componente de la combinación de aridos (obtenidos anteriormente para cada agregado) Gsb Gsb Proporción Densidad Peso Material en peso Específico % gr/cm³ gr/cm³ Arena 49% 2,595 Grava 1/2 39% 2,771 2,682 Grava 3/4 12% 2,771

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 105 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

CALCULOS VOLUMETRICOS VOL (cm3)

Gmb Va=VmVb-Vse

VAM=Vba+Va Vbe=Vb-Vba Vb=Mb/(Gb* ɣh20) Vba=VsbVse

MASA (gr)

AIRE ASFALT O Gb

Ma=0

Mbe=Vbe*Gb*Vm

Pb

Mb=Pb*Gmb

Asf Mba=Mb absorbid -Mbe o Mm=Vm*Gm b*ɣh20

Vm Vsb=Ms/(Gsb* ɣh20)

AGREGA DO Vse=Ms/(Gse Gsb *ɣh20) Gse

Donde: Vm VAM Vsb Vb Vbe Va Vba Vse Ma Mbe Mb Mba Ms Mm

Ms=Mn -Mb

vol. Muestra vacios en agregado vol. Bulk agregados vol. asfalto vol. Asfalto efectivo vol. Aire vol. Asfalto absorbido vol. Especifico agregados masa aire masa asfalto efectivo masa asfalto masa asfalto absorbido masa agregados masa muestra

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 106 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Para lo cual se obtienen los siguientes resultados:

VOL (cm3) 0,089 0,1486 0,060087597 0,10631917 0,046231573 1,00 0,851381432 0,805149859

VOL (cm3) 0,067 0,1403 0,073 0,120 0,047 1,000 0,860 0,813

Gmb= 2,391 MASA (gr) AIRE Ma=0 ASFALTO Gb= 1,012 0,060808648 Pb=4,5% 0,107595 Asf absorbido 0,046786352 2,391 AGREGADO Gsb=2,682 2,283405 Gse=2,836

Gmb= 2,427 MASA (gr) AIRE 0,000 ASFALTO Gb= 1,012 0,074 Pb=5,0% 0,121 Asf absorbido 0,047 2,427 AGREGADO Gsb=2,682 2,306 Gse=2,836

VOL (cm3) 0,037 0,124 0,088 0,135 0,048

Gmb= 2,486 MASA (gr) AIRE 0,000 ASFALTO Gb= 1.012 0,089 Pb=5,5% 0,137 Asf absorbido 0,048 1,000 2,486 0,876 AGREGADO 0,828 Gsb=2,682 2,349 Gse=2,836

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 107 -


PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

VOL (cm3) 0,042 0,141 0,099 0,145 0,047 1,000 0,859 0,812

Gmb= 2,451 MASA (gr) AIRE 0,000 ASFALTO Gb= 1,012 0,100 Pb=6,0% 0,147 Asf absorbido 0,047 2,451 AGREGADO Gsb=2,682 2,304 Gse=2,836

VOL (cm3) 0,042 0,153 0,110 0,156 0,046 1,000 0,847 0,801

Gmb= 2,431 MASA (gr) AIRE 0,000 ASFALTO Gb= 1,012 0,111 Pb=6,5% 0,158 Asf absorbido 0,047 2,431 AGREGADO Gsb=2,682 2,273 Gse=2,836

Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil FACULTAD DE INGENIERIA

- 108 -


Proyecto Pavimentos