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ESTUDIO GEOTECNICO y DISEÑO DE PAVIMENTOS Octubre 28 deCRAIG DG 46SYCRA2E 2009

PROYECTO: OBRAS Y ACTIVIDADES PARA LA MALLA VIAL ARTERIAL, VERSIÓN 0.0INTERMEDIA y LOCAL, DEL DISTRITO DE CONSERVACIÓN 3 SURORIENTE EN LA

CIUDAD DE BOGOTA D.e.CONTRATO IDU-071-2008 PÁG. 18

4. MODELACI6N DE ESTRUCTURAS

Con el fin de evaluar las estructuras que satisfagan los requerimientos del tránsito durantelos periodos de vida útil antes mencionados, se realiza la modelaci6n de las mismasempleando la metodología de la PCA para paviemntos rígidos.

Es importante aclarar que para los corredores analizados se consideran tres (3)alternativas de intervención, las cuales se desaiben a continuación:

• PAVIMENTOS RíGIDOS:

~ Alternativa 1: Estructura tradicional empleando subbase granular y de sernecesario mejoramientos con material granular y/o rajón.

~ Alternativa 2: Losa apoyada sobre material granular estabilizado con cementode 3.0 MPa de resistencia a la compresión a 7 días.

~ Alternativa 3: Losa apoyada sobre material de RAP estabilizado con emulsióny de ser necesario mejoramiento con material granular y/o rajón.

• A continuación se definen los parámetros e hipotesis empleadas en las modelaciones:

4.1 PAYlMENTOS RíGIDOS

La totalidad de los segmentos del presente informe se modelan en pavimento rigido, esimportante aclarar que a pesar de que algunos segmentos de la diagonal 46 S, seencuentran en pavimento flexible, se recomienda su diseño en pavimento rígidoconsiderándo que ésta vía en particular forma parte de las rutas alimentadoras deTransmilenio, con lo cual es más adecuado diseñar la estrudura en dicho tipo desuperficie. El método de diseño empleado es el de la PCA 84.

Las hipótesis de diseño empleadas para el diseño de pavimentos rígidos, se definen acontinuación:

4.1.1 Resistencia del concreto

Dadas las condiciones del tránsito, se decide adoptar una resistencia del concreto a laflexotracción de 4.5 MPa a los 28 días.

4.1.2 Capacidad de la subrasante

Este parámetro de diseño ha sido calculado con base en el resultado de CBR promedioencontrado en el laboratorio bajo condiciones inalteradas .

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CRAIG DG 46 S Y CRA 2E 2009PROYECTO: OBRAS Y ACTIVIDADES PARA LA MALLA VIAL ARTERIAL, VERSIÓN 0.0

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Con el objetivo de contemplar el escenario más desfavorable al cual puede llegar aenfrentarse la estructura, es decir, un nivel de saturación del suelo de subrasante, se hadecidido emplear el resultado del ensayo sumergido.

Dadas las condiciones encontradas en el ensayo de CBR, se adopta como parámetro dediseño el CBR promedio para la Carrera 1G y el CBR en percentil 85 para la diagonal 46S y la carrera 2 E.

A partir de los valores de CBR relacionados en el numeral 3.1, y teniendo en cuenta quepara las tres vías objeto de diseño el CBR obtenido es inferior a 3%, se decide considerarun mejoramiento de subrasante el cual se evalúa mediante el método de IVANOV, con loanterior se obtiene el módulo de reacción de la subrasante a partir de la siguienteecuación:

Eeq 0= 1 2(1 /SJbr -l( eme) J-- -- tan n-Jr n3.5 2a

Donde:

eme}

: Módulo elástico equivalente del sistema, Kg/cm2: Módulo elástico de la subrasante, Kg/cm2: Espesor de la capa de mejoramiento, cm: Radio del área de carga, 12.5cm: Parámetro adimensional determinado con la expresión

a

n

A continuación se determina el módulo de reacción de la subrasante esperado sobre elmejoramiento (Ver Figura No. 3) 1 .

..'F===P==Fr·~I=Tr=',=. ~i'~I~If='=~~.=...=o.~I;=-~d~·~~~~1==~1'1'~~'lí=.·.··~I~r=~'I .l. Móduladereacción<fe:lasubrasa~te, (MPalrn) . l. 1 I

20 30' 4Q 5& GIl:. 70 HIl}. 90; 100.1,10' 130 tao, wo; :morj' r n¡lt I ,: ti r. ¡,I,! '[1' I •.····.···.~. (~,.

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- - • Carrera 1G - CBR=6.23%

- - • Diagonal 46 S - CBR=5.52%

- •••• os Carrera 2E - CBR=5.78%

Figura No. 2 Estimación del módulo de reacción de la subrasante .

1 LONDOÑO, Cipriano A, Diseño, construcción y mantenimiento de pavimentos de concreto, Segunda edición, ICPC, pág 13.

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CIUDAD DE BOGOTA D.C.CONTRATO IDU-07J-2008 PÁG. 20

Con el fin de evaluar el módulo de reacción combinado a partir de los valores anteriores,se consideran tres alternativas, la primera considera emplear un material de subbase, lasegunda considera un material de material granular estabilizado con cemento y la terceraRAP estabilizado con emulsión asfáltica. El siguiente cuadro presenta los resultados de kcombinado a partir de los espesores de materiai antes mencionados.

Tabla NO.11. Determinación del k bajo la losa

KR 1G 71 222 15244 52

161 138DG46S 41 55 50

KR2E 42 56 51 163 150

Nota: Tomado de Londoño, Cipriano. Diseño, construcción y mantenimiento de pavimentos de concreto, ICPC,pág54

• Sin embargo, y considerando la gran variabilidad de valores de módulo combinado que sehan encontrado en el desarrollo de obras similares, se ha decidido limitar el valor desoporte a 100 MPa/m, valor que deberá ser verificado mediante ensayo de placa y/o FWDdurante la construcción a fin de validar las hipótesis de diseño.

Determinación del modulo de reacción combinado para subbase estabilizada conemulsión asfáltica - RAP.

Una vez obtenidos los parametros tales como módulo de resiliencia del módulo de lasubrasante, módulo de elasticidad de la subbase y espesor de la misma, es factibledeterminar las posibles variaciones en la capacidad de soporte de la estructura delpavimento representadas por el modulo efectivo de la subrasante o k de reaccióncombinado. Para ello la guía de diseño AASHTO 93 establece un nomograma quepermite determinar el módulo de reaccion compuesto de la subrasante.

Para determinar el módulo de elasticidad de la subbase, es necesario utilizarcorrelaciones con otros parametros, que en nuestro caso particular estan relacionadoscon la resistencia de una base estabilizada con bitumen, para ello la principalcaracteristica a tener en cuenta es la estabilidad Marshall, obtenida en el laboratorio parael RAP involucrado en la estabilizacion. Teniendo en cuenta que, el valor obtenido enlaboratorio para la estabilidad Marshall correspondiente a la base estabilizada de diseño,supera en AASHTO, el valor maximo permitido en el nomograma para la variacion de loscoeficientes de capa para bases de este tipo, el módulo elastico como parametro deresistencia, debió ser homologado a un coeficiente estructural equivalente a 0.20 dandocomo resultado 1.7x105 PSI = 1172.11 MPa.

• De acuerdo a lo anterior y a los valores obtenidos anteriormente, los parametros deentrada al nomograma serán:

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CIUDAD DE BOGOTA D.C.CONTRA TO IDU-071-2008 PÁG. 21

Espesor de la subbase = 150 mmMódulo de eslasticidad de la subbase = 11.72x102 MpaMódulo de resilencia de la subbase (CBR*1500)

• Carrera 1G ---7 6.23% x 1500 = 9345 PSI = 65 MPa.• Diagonal 46 S ---7 5.52% x 1500 = 8280 PSI = 58MPa.• Carrera 2 E ---+ 5.78% x 1500 = 8670 PSI = 61 MPa.

Carrera 1G - K = 152 MPa/m.Diagonal 46 S - K = 138 MPa/m.

Carrera 2 E = 150 MPa/m.

Figura NO.3 Nomograma para determinar el modulo de reacción compuesto de lasubrasante, superando una profundidad infinita.

•Del ejercicio anterior se concluye que el valor del módulo de reacción combinada parabases estabilizadas con bitumen para la carrera 1G, Diagonal 46 S Y Carrera 2E son de152, 138 Y 150 MPa/m, respectivamente

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CIUDAD DE BOGOTA D.C.PÁG. 22CONTRATO IDU-071-2008

4.1.3 Subbase granular nueva

Para el diseño se consideró una subbase granular nueva tipo SBG-A para tránsitos T4-T5, de igual forma debe tener un CBR mínimo de 60%, éste material puede ser de tipoSBG-B para tránsitos T3, con un CBR mínimo de 40%. La subbase granular deberácumplir las normas IDU ET-2005 sección 400-05, para tránsitos respectivos.

4.1.4 Material granular estabilizado con cemento

Para el material granular estabilizado con cemento se adopta una resistencia mínima a lacompresión a los siete (7) días de 25 kglcm2

, el material a emplear deberá cumplir lasespecificaciones IDU-ET-2005 sección 420-05, para material tipo GEC_A o B.

4.1.5 Pavimento Asfáltico Reciclado (RAP) Estabilizado con Emulsión Asfáltica

Las capas de aporte conformadas con RAP (pavimento asfáltico reciclado, en inglés)importado y mezclado en campo con emulsión asfáltica, deberán satisfacerrequerimientos indicados en una especificación particular.

De acuerdo con los resultados incluidos en ¡Error! No se encuentra el origen de lareferencia. del presente documento, la mezcla resultante cuenta con una estabilidadMarshall de 1,170Kg (2,5791b)para un contenido óptimo de emulsión del 5.2% Y 2.6% deasfalto residual que supera el máximo considerado por AASHTO para bases tratadas consustancias bituminosas (2,OOOIb).

4.1.6 Material de mejoramiento

En los sectores donde se sea necesario el mejoramiento, éste se deberá realizar conmezcla de un material granular nuevo, con o sin material remanente, que permita obtenerun CBR no menor a 10% Y que cumpla las especificaciones como material seleccionadosegún norma IDU ET-2005 sección 320-05. También se podrá lograr el mismo, medianteel reemplazo del material de remanente y de subrasante, por un material tipo rajón en elespesor no inferior a 30 cm más 10 cm de sello o con material granular B600 de CBRsuperior a 10%.

4.2 FACTOR DE SEGURIDAD POR CARGA

Para las vías que tienen buses alimentadores, se adopta un factor de 1.2, considerándo laincertidumbre de las cargas que éstos llevan, para las demás vías se adopta el factorindicado por los Términos de Referencia que corresponde a 1.1.

4.3 FACTOR DE SEGURIDAD POR REPETICIONES

De igual forma se adopta el valor indicado en los Términos de referencia el cual es de1.1.

ESTUDIO GEOTÉCNICO y DISEÑO DE PA V1MENTOS Octubre 28 de

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CIUDAD DE BOGOTA D.C.CONTRATO IDU-071-2008 PÁG. 23

4.4 ESTRUCTURA OBTENIDA

A partir de la información anterior, se determina mediante el programa SS_peA, elespesor de la losa el cual se presenta en el siguiente esquema:

CARRERA 1G - 4003142,4003188 Y 4003209

En la modelación se obtiene una estructura de 24 cm, sin embargo considerándo que apartir del año 2011 se va a incrementar el tránsito por el ingreso de buses aflmentadoresal sistema y teniendo en cuenta .Ia incertidumbre de Jas cargas sobre el mismo, serecomienda emplear un (1 cm) adicional, con lo cual es espesor de losa sería de 25 cm.

~ Alternativa 1: Materiales granulares tradicionales

30 cm

30 cm

EspesorTotal (cm): 85 cm

25 cm Losa de MR 45

Subbase granular SBG~

Mejoramiento con Rajón y/oMaterial Granular CBR>10%

Subrasante

~ Alternativa 2: Granular estabilizado con cemento

25 cm

20 cm

15cm

30 cm

EspesorTotal (cm): 90cm

~ Alternativa 3: RAP estabilizado con emulsión

25 cm

15cm

30 cm


Losa de MR 45

Base granular estabilizado con cementoGECAoB

Subbase granular SBG_A

Mejoramiento con Rajón yloMaterial Granular CBR>10%

Subrasante

Loso de MR 45

RAPestabilizado con emulsión

Mejoramiento con Rajón y/oMateriol Granular CBR>10%

Subrasante

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CIUDAD DE BOGOTA De.CONTRATO IDU-071-2008 PÁG. 24

DIAGONAL 46 S -18002894 él 1800687-9,18002706 Y 18002733

EspesorTotal (cm):

23cm Losa de MR 45



Subrasante

» AJternativa 2: Grar..u!ar estabmzado con cemente


20 cm

40 cm

83 cm

23 cm

15cm

15cm

40 cm


23 cm

40 cm


15cm

CARRERA 2E - 4003948,4004031 Y 4004121.

Losa de MR 45

Base granular estabilizada con cementoGECAoC



Subrasante

Losa de MR 45



Subrasante


21 cm

20 cm

30 cm


Losa de MR 45

Subbase granular SBG_Ao B

Mejoramiento con Rajón y/oMaterial Granular CBR>)0%

Subrasante

ESTUDIO GEOTECNICO y DISENO DE PAVIMENTOS Octubre 28 de

fGTM CRAIG DG 46 S Y CRA2E 2009... PROYECTO: OBRAS Y ACTIVIDADES PARA LA MALLA VIAL ARTERIAL, VERSIÓN 0.01JIU!;;UT:.t\!lOiV._

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CIDDADDE BOGOTA D.e.CONTRA TO IDU-07 t-2008 PÁG. 24

DIAGONAL 46 S -18002894 a 18006879, 1-8002706Y 18002733


Espesor Total (cm):

23 cm Loso de MR 45


Mejoramiento con Rajón y/oMaterial Granular CBR> 10%

Subrasante


Espesor Total (cm):

20cm

40 cm

83 cm

:¿Jcm

15cm

15cm

..d()rm

93cm

~ Alternativa 3: RAP estabHizado con emulsión

EsPElsorTotal (cm):

23 cm

15cm

40 cm

78cm

Loso de MK 4:>

Base granular estabilizado con cementoGECA oC


Mejaramiento con Rajónv/n MntArinJ (.;rnnl dnr

CBR>lO%

Subrasante

Loso de MR 45

RAP estabilizado con emulsión

Mejoramiento con Rajóny/o Material Granulart...~I<>Iu/o

$ubrasonte

~. Alternativa 1: Materiales granulares tradicionales

Espesar Total (cm):

21 cm

20cm

30 cm

71 cm

Loso de MR 45

Subbase granular SBG~ o B

Mejoramiento con Rajón y/oMaterial Granulor CBR> 10%

Subrasante

ESTUDIO GEOTÉCNICO y DISEÑO DE PAVIMENTOS Octubre 28 deIGTM CRAIG DG46 S Y CRA2E 2009,- ...•• PROYECTO: OBRAS Y ACTIVIDADES PARA LA MALLA VIAL ARTERIAL, VERSIÓN 0.0UN1011HIii?ORAL

INTERMEDIA y LOCAL, DEL DISTRITO DE CONSERVACIÓN 3 SURORlENTE EN LAIr.~CIUDAD DE BOGOTAD.C.CONTRATO IDU-071-2008 PÁG. 25


20 cm

30 cm


15cm

15cm


20 cm

15cm

30 cm


Losa de MR 45

Base granular estabilizada con cementoGEC B oC

Subbase granular SBG_Ao B


Subrasante

Losa de MR 45



Subrasante

Las modelaciones respectivas se adjuntan en el Anexo No. 3

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