I XX I NoD N°D fQ - IDU · CALCULO DE ESPESOR DE PAVIMENTO RíGIDO. MÉTODO PCA ESTUDIOS X...

CALCULO DE ESPESOR DE PAVIMENTO RíGIDO. MÉTODO PCA

ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARACAS ENTRE LA ESTACION MOLINOS y PORTALUSME LOCALIDAD DE USME SECTOR 11Oda.Chiguaza (KO+44D1.K1+300:CALZADA MIXTA

Espesor de Tanteo (mm) 22Q Espesor (mm) Subbase 300 Suelo·CBR subrasante (%) !2.Q Granular Cemento -K (MPa/m) l:Q K·combinado (MPa/m) l:QModulo de Rotura MR (MPa) ~ Juntas con pasadores §! I XX IFactor de Seguridad de Carga 1.1 Uso de sardinel/berma §!

Periodo de Diseño fQ

Proyecto

NoDN°Daños (2009·2028)

CARGA POR MULTIPLICADO REPETICIONES ANÁLISIS DE FATIGA ANÁLISIS DE EROSIÓN

EJE (KN) POR LSF % ESPERADAS REPETICIONESl % FATIGA REPETICIONES 1 % DE DAÑOADMISIBLES ADMISIBLES

1 2 3 4 J 5 6 1 7

EJES SIMPLES 8. Esfuerzo Equivalente 1,175 ' 10. Factor deErosión

9. Relación de Esfuerzo 0,261

110 121,0 28060032 ILIMITADO 100000000 28,160 66,0 25.602.852 ILIMITADO ILIMITADO50 55,0 3054612 ILIMITADO ILIMITADO

EJES TANDEM 11. Esfuerzo Equivalente '13. Factor de---'---Erosión


220 242,0 1.127.412 ILIMITADO . 9000000 12,5

EJES TRIDEM 11. Esfuerzo Equivalente_--,0"".7c..::8,--_' 13. Factor deErosión


240 96,0 57.816 ILIMITADO ILIMITADO

TOTAL 0,0 TOTAL 40,6

CUMPLE POR IFATIGA

'-------'CUMPLE ~OR I

EROSION'------'

SISI

TC -1853 -107Estudios y Diseños de la Troncal Caracas desde la EstaciónMolinos hasta el Patio Portal de Usme, Localidad de Usme en Bogotá, D.C.Análisis de Geotecnia y Pavimentos

2,25'

2,34'

11-30


ESTUDIOS 't. DISENOS DE LA TRONCAL CARACAS ENTRE LA ESTACION MOLINOS y EL PORTALSECTOR 11Oda Chiquaza (KO+440)-K1+300: TRANSMILENIO

ProyectoUSME LOCALIDAD DE USME

Espesor (mm) Subbase 300 Suelo -Granular Cemento -

Espesor de Tanteo (mm) 2511CBR subrasante (%) g.QK (MPa/m) ZOModulo de Rotura MR (MPa) 5,Factor de Seguridad de Carga U

K-combinado (MPa/m)Juntas con pasadoresUso de sardinel/bermaPeriodo de Diseño

NoDN°Daños (2009-2028)

CARGA POR MULTIPLICADO REPETICIONES ANÁLISIS DE FATIGA ANÁLISIS DE EROSiÓN


1 2 3 4 I 5 6 1 7

EJES SIMPLES 8. Esfuerzo Equivalente_----'0:..!..9:..:.7__ ~10. Factor deErosión~

9. Relación de Esfuerzo_----=0:.c:.1.;:;.94:::.-_

125 150.0 22.168.640 ILIMITADO 27000000 82,175 90,0 11.084.320 ILIMITADO ILIMITADO

EJES TANDEM 11. Esfuerzo Equivalente ~13. Factor de-----Erosión

12. Relación de Esfuerzo O

EJES TRIDEM 11. Esfuerzo Equivalente ~13. Factor deErosión


TOTAL 0.0 TOTAL 82,1

CUMPLE ~OR IEROSION

'---------'-'CUMPLE POR I

FATIGA'-- -J

SISI


2,1~

11-31

CUADRO N° 11.10ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO EN CONCRETO RIGIDO

CALZADAS MIXTAS Y CALZADA TRANSMILENIOSIN BERMA

CAPA CALZADA ORIENTAL CALZADAMIXTA TRANSMILENIO

Capa e (mm) e (mm)Losa de concreto (MR = 4,5 MPa). 280 -Losa de concreto (MR = 5.0 MPa). - 300Sub-base granular. (CBR = 60% compactada al 95% del

300 300Próctor Modificado después de 4 días de inmersión) ..Capa de mejoramiento: material seleccionado (CBR;::: 10%-Tabla 320.1 Sección 320-05 IDU ET-2005) Compactación 600 600;:::95%del próctor modificado.Geotextil NT con resistencia a la tensión> 730 N. SI(a) Sl(a}

TOTAL 1180 1200(a) La función del geotextil es de separación.

Los consumos de fatiga y erosión del pavimento rígido son lossiguientes:

CRITERIO DE PORCENTAJEDISEÑOCALZADA ORIENTAL MIXTA CALZADA TRANSMILENIO

Fatiga O OErosión 51.1 88.7


11-32


ESTUDIOS Y DISEÑOS D.f .I,A TRONCAL CARACAS ENTRE LA ESTACION MOLINOS y PORTALUSME LOCALlPAD PE USME SECTOR!I Qda.Chiquaza mO+44Dl-K1+300: CALZADA MIXTA

Espesor de Tanteo (mm) 280. Espesor (mm) Subbase 300 Suelo -CBR subrasante (%) B.Q Granular Cemento -K (MPa/m) ZQ K-combinado (MPa/m) ZQModulo de Rotura MR (MPa) á..5. Juntas con pasadores ~ WFactor de Seguridad de Carga U Uso de sardinel/berma ~ D

Periodo de Diseño 2Q

Proyecto

NODNOO]años (2009-2028)

CARGA POR MULTIPLICADO REPETICIONES ANÁLISIS DE FATIGA ANÁLISIS DE EROSiÓNEJE (KN) POR LSF % ESPERADAS REPETICIONESl % FATIGA REPETICIONES 1 % DE DAÑO

ADMISIBLES ADMISIBLES1 2 3 4 I 5 6 I 7

EJES SIMPLES 8. Esfuerzo Equivalente__ 1:...!,0:::2=--_~10. Factor deErosión~

9. Relación de Esfuerzo _--=0:..:.2=2.:....7__

110 121 O 28.060.032 ILIMITADO 70000000 40,160 66,0 25.602.852 ILIMITADO ILIMITADO50 55,0 3.054.612 ILIMITADO ILIMITADO

EJES TANDEM 0,925 ~13. Factor de11. Esfuerzo EquivalenteErosión

12. Relación de Esfuerzo 0.206

220 242,0 1.127.412 ILIMITADO 10500000 10,7

EJES TRIDEM 11. Esfuerzo Equivalente__ ~0..:...,7__ ~ 13. Factor deErosión


240 96.0 57.816 ILIMITADO 20000000 0.3


CUMPLE ~OR IEROSION

L- -'

CUMPLE POR IFATIGA

L...- -'

SI SI

TC - 1853 - 107Estudios y Diseños de la Troncal Caracas desde la EstaciónMolinos hasta el Patio Portal de Usme, Localidad de Usme en Bogotá, D.C.Análisis de Geotecnia y Pavimentos

2,38~

~2,7

11-33


ESTUDIOS X DISEÑOS DE LA TRONCAL CARACAS ENTRE LA ESTACION MOLINOS X EL PORTALSECTOR 11 Oda Chiguaza fKO+44Dl-K1+300: TRANSMILENIO

ProyectoUSME LOCALIDAD DE USME

Espesor (mm) Subbase 300 Suelo -Granular Cemento -

Espesor de Tanteo (mm) 3.D.OCBR subrasante (%) g.QK (MPa/m) IDModulo de Rotura MR (MPa) ~Factor de Seguridad de Carga U

K-combinado (MPa/m) IDJuntas con pasadores ~ EjUso de sardinel/berma NOPeriodo de Diseño 20

NODNO[JJaños (2009-2028)



1 2 3 4 I 5 6 I 7

EJES SIMPLES 8. Esfuerzo Equivalente_----'0"-",9:..:3'--_~ 10. Factor deErosión~

9. Relación de Esfuerzo_----"0-'-',1..::.86"--_

125 150,0 22.168.640 ILIMITADO 25000000 88,775 90,0 11.084.320 ILIMITADO ILIMITADO

EJES TANDEM 11. Esfuerzo Equivalente ~13. Factor de

Erosión12. Relación de Esfuerzo O

EJES TRIDEM 11. Esfuerzo Equivalente '13. Factor deErosión

12. Relación de Esfuerzo _


CUMPLE fOR IEROSION

L- ---'

CUMPLE POR IFATIGA

'-----------'SISI

TC -1853 - 107Estudios y Diseños de la Troncal Caracas desde la EstaciónMolinos hasta el Patio Portal de Usme, Localidad de Usme en Bogotá, D.C.Análisis de Geotecnia y Pavimentos

2,3""

11-34

ALTERNATIVA 2: LOSAS DE CONCRETO APOYADAS SOBREMEZCLA DENSA EN CALIENTE MD20


CALZADA ORIENTAL MIXTA Y CALZADA TRANSMILENIOCON BERMA

CALZADA CALZADACAPA ORIENTAL TRANSMILENIOMIXTA

Capa e (mm) e (mm)Losa de concreto (MR = 4,5 MPa). 220 .Losa de concreto(MR = 5.0 MPa). . 250Mezcla densa en caliente MD-20 80 50Sub-base granular. (CBR = 60% compactada al95% del Próctor Modificado después de 4 días de 250 250inmersión).Capa de mejoramiento: material seleccionado (CBR~10%-Tabla 320.1 Sección 320-051DU ET-2005) 600 600Compactación ~ 95% del próctor modificado.Geotextil NT con resistencia a la tensión> 730 N. Si (a) Si (a)TOTAL 1150 1150

(a) La función del geotextll es de separación.

Los consumos de fatiga y erosión del pavimento rígido son los siguientes:


Fatiqa o oErosión 40.6 82.1


CALZADAS MIXTAS Y CALZADAS TRANSMILENIOSIN BERMA


Capa e (mm) ejmm)Losa de concreto (MR = 4,3 MPa). 280 -Losa de concreto (MR = 5.0 MPa). - 300Mezcla densa en caliente MD-20 70 50Sub-base granular. (CBR = 60% compactada al 95% del Próctor 250 250Modificado después de 4 días de inmersión).Capa de mejoramiento: material seleccionado (CBR~ 100/0-Tabla320.1 Sección 320-05 IDU ET-2005) Compactación ~ 95% del 600 600próctor modificado.Geotextil NT con resistencia a la tensión> 730 N. SI(a) SI(a)TOTAL 1200 1200

(a) La función del geotextil es de separación.


11-35

Los consumos de fatiga y erosión del pavimento rígido son los siguientes:


Fatiga O OErosión 82.3 88.7

5.2.2 Método AASHTO-1993

A. Número de Ejes Simples Equivalentes de 8.2 Tons.

• Variables de Diseño

Las variables de diseño utilizadas se relacionan a continuación:

o Módulo efectivo de reacción de la subrasante:

o Sobre material granular: K = 135 pci

o Sobre Mezcla densa en caliente MD20 de 100 mm deespesor: K=822 pci

o Módulo de elasticidad del concreto: Ec = 4.33 x 106 PSI

o Módulo de rotura del concreto:

Calzada de Tránsito mixto: 642 PSICalzada Transmilenio: 714 PSI

o Coeficiente de transferencia de carga, j: 2.7

o Coeficiente de drenaje, Cd: 1.0

o Confiabilidad, r: 95%

o Desviación Estándar total, So: 0.35

o Ejes simples equivalentes de 18 kips:

Calzada de Tránsito mixto: Sur-Norte = 107.368.468Norte Sur = 123.353.219 :

Calzada Transmilenio: 181.187.410

o índice de servicio Inicial, Po: 4.5

o índice de servicio final Pf: 2.5

Las estructuras diseñadas se relacionan en el siguiente cuadro:TC -1853 -107 11-36Estudios y Diseños de la Troncal Caracas desde la EstaciónMolinos hasta el Patio Portal de Usme, Localidad de Usme en Bogotá, D.C.Análisis de Geotecnia y Pavimentos


SOBRE SUBBASE GRANULARCALZADA ORIENTAL MIXTA Y CALZADA TRANSMILENIO


Capa e (mm) e (mm)Losa. de concreto (MR = 4,5 MPa). 370Losa de concreto (MR = 5.0 MPa). 370Sub-base granular. (CBR = 60% compactada al95% del Próctor Modificado después de 4 días de 300 300inmersión) ..Capa de mejoramiento: material seleccionado(CBR~ 100/0-Tabla 320.1 Sección 320-051DU ET-

600 6002005) Compactación ~950/0del PróctorModificado.Geotextil NT con resistencia a la tensión> 730 N. Si (a) Si (a)TOTAL 1270 1270(a) La función del geotextil es de separación.

State: Bogotá Job Number: Sector 11CALZADAS TRANSITO MIXTOBASE GRANULAR = 30 cm

Agency: IDUCompany: TECNOCONSULTA LTDA Location: Av. Caracas Molinos-

PORTAL USMEBogota DCContractor: IDU

Engineer: CELSO FORERO FORERO

=========================== Rigid Analysis ==========================Pavement DepthDesign E 18'sReliabilityOverall DeviationModulus of RuptureModulus of ElasticityLoad Transfer, JMod. of Subgrade ReactionDrainage CoefficientInitial ServiceabilityTerminal Serviceability

14.25123,353,216

95.000.35

642.04,333,000

2.70135

1.004.502.50

For k determination:Resilient Mod. SubgradeResilient Mod. BaseBase ThicknessDepth to Rigid FoundationLoss of Support Value

9,00018,000

11.811

TC -1853 -107Estudios y Diseños de la Troncal Caracas desde la EstaciónMelinos hasta el Patio Portal de Usme, Localidad de Usme en Bogotá, D.C.Análisis de Geotecnia y Pavimentos

inches

percent

psipsi

psi/in

psipsiinches> 10 feet

11-37

State: Bogotá Job Number: Sector 11CALZADAS TRANSMILENIOBASE GRANULAR =30 cm

Agency: IDUCompany: TECNOCONSULTA LTDA Location: Av. Caracas Molinos~

Portal de UsmeBogota DCContractor: IDU

Engineer: CELSO FORERO FORERO

=========================== Rigid Analysis ==========================Pavement DepthDesign E 18'sReliabilityOverall DeviationModulus of RuptureModulus of ElasticityLoad Transfer, JMod. of Subgrade ReactionDrainage CoefficientInitial ServiceabilityTerminal Serviceability

14.30181,187,410

95.000.35

714.04,333,000

2.70135

1.004.502.50

For k determination:Resilient Mod. Sub gradeResilient Mod. BaseBase ThicknessDepth to Rigid FoundationLoss of Support Value

9,00018,000

11.811

inches

percent

psipsi

psi/in



SOBRE MEZCLA DENSA EN CALIENTE MD-20.CALZADA ORIENTAL MIXTA Y CALZADA TRANSMILENIO

CALZADA CALZADACAPA ORIENTALMIXTA TRANSMILENIO

Capa e (mm) e (mm)Losa de concreto(MR = 4,5 MPa). 340Losa de concreto (MR = 5.0 MPa). 340Mezcla densa en caliente MD-20 100 100Sub-base granular. (CBR = 60% compactada al 95%del Próctor Modificado después de 4 días de 200 200inmersión).Capa de mejoramiento: material seleccionado (CBR::::10%-Tabla 320.1 Sección 320-051DU ET-2005) 600 600Cornpactacíón e 95% del Próctor Modificado.Geotextil NT con resistencia a la tensión> 730 N. Si (a) Si (a)TOTAL 1240 1240

., .,(a) La funcióndel geotextlles de separacion.


11-38

State: Bogotá

Agency: IDUCompany: TECNOCONSULTA LTDA

Contractor: IDUEngineer: CELSO FORERO FORERO

Job Number: Sector 11CALZADAS TRANSITO MIXTOMD20 e = 10 cm

Location: Av. Caracas Molinos-PORTAL USMEBogota OC

=========================== Riqid Analysis ==========================Pavement DepthDesign E 18'sReliabilityOveral1 DeviationModulus of RuptureModulus of ElasticityLoad Transfer, JMod. of Subgrade ReactionDrainage CoefficientInitial ServiceabilityTerminal Serviceability


State: Bogotá

Agency: IDUCompany: TECNOCONSULTA LTDA

Contractor: IDUEngineer: CELSO FORERO FORERO

13.19 inches123,353,216

95.00 percent0.35

642.0 psi4,333,000 psi

2.70822 psi/in

1.004.502.50

12,570 psi428,000 psi

4.0 inches1 > 10 feetO

Job Number: Sector 11CALZADAS TRANSMILENIOMD-20 e = 10 cm

Location: Av. Caracas Molinos-PORTAL USME

Bogota OC

=========================== Riqid Analysis ===========================Pavement DepthDesign E 18'sReliabilityOverall DeviationModulus of RuptureModulus of ElasticityLoad Transfer, JMod. of Subgrade ReactionDrainage CoefficientInitial ServiceabilityTerminal Serviceability


inches13.23181,187,408

95.000.35

714.04,333,000

2.708221. 004.502.50

percent

psipsi

psi/in

12,570428,000

4.01O



11-39

5.3 Estructura de Pavimento Recomendada

• Calzadas OrientalesLa figura N 11-6 ilustra la estructura de pavimento rígido recomendada paralas calzadas orientales, las dimensiones de las losas, los pasadores detransferencia e carga y las barras de anclaje.

• Calzadas Occidentales Flujo Vehicular N-SLa calzada existente con flujo vehicular Sur-Norte quedará incluida en elproyecto como la calzada de Transmilenio y la calzada existente con flujovehicular Norte-Sur quedará incluida como la calzada de tránsito mixto.

Teniendo en cuenta que la calzada de Transmilenio establece un ancho de7.00 metros y la calzada existente tiene 6.50 metros, se determinó levantarlas losas del carril exterior para aumentar el ancho especificado porTransmilenio.

Debido a la tipología de daño que presentan las losas existentes en el carrilinterno, se definió finalmente levantar también las losas de este carril paraque las nuevas losas tengan una geometría más regular y se pueda tenerla relación largo/ancho más próxima a la especificada de 1.25. Estaalternativa que es la recomendada por el Consultor tiene un costo inicialmayor, el cual se compensa en el tiempo con los costos de mantenimientoque involucran no solamente el retiro y reconstrucción de las losasexistentes, sino también los costos asociados a los problemas demovilización de los vehículos que generan las incomodidades a losusuarios de la Troncal.

Con base en los comentarios anteriores, en la figura N° 11-7 se relaciona laestructura del pavimento, dimensiones de las losas, pasadores detransferencia de carga y barras de anclaje de la solución recomendada y lafigura N° 11-8 contiene la misma información para la solución alterna demantener las losas existentes del carril interior de la calzada.

En las dos soluciones se requiere además del retiro de las losas, levantar lacapa asfáltica y el material granular en el espesor establecido en el diseño,es decir, de 030 m. en conjunto. Los ensayos de laboratorio definengranulares con un alto contenido de finos, entre 22 y 42 %, e índices deplasticidad superiores, en algunas muestras de 3.0%.

En la sobreexcavación se colocará material de subbase granular de lascaracterísticas y propiedades establecidas en el documento IDU-ET 2500.

Insertar fig 11-6, 11-7 y 11-8


11-40

Sard' elMonolíticoA 0=20

TRANSMILENIOngitudinal

350

MEJORAMIENTO (CBR ~ 10) é::: 60(a) e = 60(a)MATERIAL SELECCIONADOTabla 320.1 Sección 320,05Compactación ~ 95% P. Modif.Especificaciones IDU-ET -2005

~GeotextilResistencia Tensión ~730 N

(a) Espesor mínimo de diseño

CO~TEA·A

Barras de Anclaje cj>= 15,9 mm (5/8") L = 100 C/120fy = 420 MPa

Mezcla Asfáltica MD20 e= 5

400.

o:N O

A O A«

102« ~n,wCJ)

400

Pasadores Lisos <jl = 38,1 mm (1 1/2") L = 50 e/3DDimensiones en cm

PLANTADIMENSIONES DE LAS LOSAS

DIMENSIONES DE LAS LOSAS

CONTRATOIDU -119 DE 2005 ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARACAS ENTRE TecnoConsulta LTOAI ¡-r~jlN~nUTO DE DE~ROO~ UR~O

I l, Alcaldh MayorLA ESTACION MOLINOS y EL PORTAL DE USME LOCALIDAD DE USME INGENIEROS CONSULTORES

TC-1853-107-V-01BogQU, D.C.SECTOR 11 QUEBRADA CHIGUAZA (KO+440)-K1+300 CALZADAS ORIENTALES FIGURA N" 11-6

ESQUEMA DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Y DIMENSIONES DE LAS LOSAS MARZO, 2007

.z.ADA TRANSITO MIXTOCALZADA TRANSMILENIO

e = 20350

SARDINEL MONOLlTICO e = 15

Andén Existente

CAE = Capa Asfáltica Existente

C G E = Capa Granular Existente

CALZADATRANSITO

MI~TO

k JOSAS EXISTENTES

DLOSAS NUEVAS

Medidas en cm

Pasadores Lisos ~ = 38,1mm (11/2") L = 50 C /30Barras de Anclaje ~ = 15,9mm (5/8") L = 100 C/120 fy = 420 MPa

N SARDINEL MOMOLITICO

3$0

TecnoConsulta LTOAINGENIEROS CONSULTORES

TC-1853-107-V-01FIGURA N' 11-7

MARZO,2007

Losa Concreto Losa Concretoe = 30 MR = 5,0 MPa e = 30 MR = 5,0 MPaMD2:..;c0_,---~

SBGA-Gr1 ~==~~~~~==============~==~IDU-ET-2500CBR= 60 %Compact 2: 95% P.Mod

SBG e = 25 e ~ 50Elel:onnpélctélcié,n al 95% del P.CGE

TACHAS

4$0 4$0 4$0

ANDEN

A

BATAllON DEARTlllERlA

CALZADATRAMSMILEMIO

350

Al Port.1 U~mo

300

MEL MOMOLITICO

p~ I~ITUTO oc llESi.RROU,O URIWIO

!~) ~ Alcaldfll. Maye.r, .~.~..... EogoU. D.C.

CONTRATO IDU -119 DE 2005 ESTUDIOS Y DISENOS DE LA TRONCAL CARACAS ENTRELA ESTACION MOLINOS y EL PORTAL DE USME LOCALIDAD DE USME

SECTOR 11 QUEBRADA CHIGUAZA (KO+440) - K1+300 CALZADAS OCCIDENTALESESQUEMA DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS LOSAS - SOLUCION RECOMENDADA

CALZADA TRANSMILENIO ALZADA TRANSITO MIXTO

e = 20 Existente

CAE = Capa Asfáltica Existente

Ban as de Anclaje oto = 15,9mm (5/8") L = 100 C/ 120

N

= 38,1mm (11/2") L = 50 C / 30

CGE = Capa Granular Existente

TACHAS

4*0

, ••••••••lLOSAS EXISTENTES

DLOSAS NUEVAS

Medidas en cm

Losa Concretoe = 30 MR = 5,0 MPaM020 e = 5

SBG A-Gr 1IDU-ET-2500CBR = 60 %Compact z 95% P.Mod

SBG e = 25 CGE e ~ 50

SARDIHEL MOHOLlTICO

TecnoConsulta LTOAINGENIEROS CONSULTORES

TC-1853-107-V-OlFIGURA N" 11-8

MARZO,2007

CGE

ANDEN

A

BATAllO" DEARTlllERlA

430

CALZADATRAHSMILEHIO

300

Al Portal Uomo

300

CALZADATRAHSITO

MIXTO

350

MOHOLITICO

CONTRATO IDU -119 DE 2005 ESTUDIOS Y DISENOS DE LA TRONCAL CARACAS ENTRELA ESTACION MOLINOS y EL PORTAL DE USME LOCALIDAD DE USME

SECTOR 11 QUEBRADA CHIGUAZA (KO+440) - K1+300 CALZADAS OCCIDENTALESESQUEMA DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS LOSAS ALTERNATIVA

5.4 Longitud de las Losasen Función de los Esfuerzosde Alabeo

En la determinación de la longitud de la losa de concreto, se utilizó elprocedimiento consignado en el documento Esfuerzos, Deflexiones yJuntas en Pavimentos de Concreto del Ingeniero Cipriano A Londoño N.,Director Técnico- ICPC, Octubre de 2.005:

CEatl../0'=---

2Donde:

a = Esfuerzo de Borde en el centro de losa = MR/2MR = Módulo de Rotura del Concreto = 4.5 MPa para calzadas de tránsitoMixto y de 5.0 Mpa para calzadas de Transmilenio.C = Coeficiente de esfuerzos en una losa finita en cualquier dirección =, L/lL = Longitud de la losaI = Radio Relativo de rigidez =

E = Módulo de Elasticidad del Concreto = 303000 Kg/cm2

aT =Coeficiente de Expansión Térmica = 10.8 X 10-6

L1t= Gradiente térmico = 35°CK = Módulo de Reacción de la Subrasante = 43 MPa/m.

Con las variables anteriores se encuentra que la longitud de la losa es:

Calzada L (Máxima) (m)Transito Mixto 4.10Transmilenio 4-50

5.5 Diseñode Juntas

Con las recomendaciones de la American Concrete Paviment Association(ACPA), el ancho mínimo de la caja que alojará el material de sello y laprofundidad mínima del sello no debe ser inferior a 1/4" (6 mm).

La abertura de una junta puede ser determinada por la siguiente ecuación(Darte y Barenberg, 1977):

AL = ct: (atAT+s)Donde:


11-44

i1L: abertura de la junta causada por los cambios de temperatura y por lacontracción por secado del concreto.

at::: Coeficiente de expansión térmica del concreto, generalmente (9 a 10.8x 10-6¡oC); at: = 10.8 x 10-6¡oC

e: Coeficiente de contracción por secado, aproximadamente 0.5 a 2.5 x10-4; ¡:; = 0.0045 a 56 días

L: Espaciamiento entre juntas o longitud de la losa. L = 3.50 m. para elcostado oriental y L = 5.00 m. para el costado occidental Transmilenio.

i1T: Rango de temperatura, el cual es la temperatura en el momento decolocación menos la temperatura promedio más baja mensual. En Bogotái1T= 35°C

C: Factor de ajuste debido a fricción entre la losa y la subbase, el cual es0.65 para bases estabilizadas y 0.8 para bases granulares. (Huang, YangH.1993). C = 0.65 (Concreto asfáltico debajo de la losa).

De acuerdo con lo anterior, la abertura de la junta es de 1.88 mm, para elcostado oriental y de 2.69 mm. Para el costado occidental Transmilenio, porlo tanto la abertura después de la contracción del concreto quedará de7.88 mm. Para el costado oriental y de 8.69 mm. Para el occidental.

Con el fin de prever los movimientos de la junta, causados por la retracciónpor secado después de 2 años, es necesario emplear un material de sellocon una capacidad de elongación mayor al 60% para el costado oriental ymayor al 70% para el costado occidental por ser la losa de 5.00 m. delongitud..

5.6 Cajas de las Juntas

FACTOR FORMA DE LA JUNTA = Profundidad/anchoSellador líquido tipo Factor forma típicoVertido en caliente 1,0

Silicona 0,5

5.7 Vida Residual del Pavimento en la Calzada para Tránsito Mixto conFlujo Vehicular Norte-Sur Costado Occidental

Utilizando la información de la exploración de suelos y de la investigacióndeflectométrica, se adelantó el análisis para establecer la vida residual delpavimento rígido en la calzada del costado occidental, con flujo vehicularnorte-sur. Los cálculos correspondientes se describen a continuación:


11-45

Las variables de cálculo utilizadas son las siguientes:• Método: PCA 1984• Módulo de Reacción bajo la losas

Sondeo Ubicación K Dinámico K estático (a) Observaciones(MPa/m) (MPa/m)

BN-9 KO+650 50 25 Losa sobrematerial oranular

BN-6 K1+050 93 46.5 Losa sobreconcreto asfáltico

BN-5 K1+400 70 35 Losa sobreconcreto asfáltico

El cálculo se adelantó con el K dinámico en los tres sondeos.

• Módulo de Rotura del Concreto: MR = 4.8 MPa establecido conlos núcleos extraídos de las losas.

• Espesor de las Losas:

Sondeo EspesorLosa (cm.)

BN-9 26·BN-6 25BN-5 23

• Losas con Pasadores y sin berma• Tránsito: Composición Vehicular del año 2.006

Con las variables anteriormente descritas, se encuentra que la vidaremanente del tramo en pavimento rígido es aproximadamente lasiguiente:

Tipo de Vida Residual Estimada- AñosTránsito K = 50 MPa/m J K = 93 MPa/m I K = 70 MPa/m

Mixto 9 I 9 I 4

En los tres casos analizados, el criterio de fatiga no es el que define la vidaresidual del pavimento, siendo el criterio de erosión el que establece dichacondición.

El consumo de erosión para la losa apoyada directamente sobre materialgranular es de 95% y en las losas apoyadas sobre capa asfáltica, esteconsumo indicó un valor máximo de 127% en la losa con espesor de 23cm., el cual se encuentra por debajo del máximo permitido de 150%

Siendo el criterio de erosión el que define la vida residual del pavimentorígido, las losas podrán tener un mayor tiempo de servicio con la ejecuciónde programas de mantenimiento de las juntas, consistente en la limpieza yresellado de las mismas.

Las hojas de cálculo correspondientes al cálculo de la vida residual seincluyen a continuación.

TC - 1853 - 107 11-46Estudios y Diseños de la Troncal Caracas desde la EstaciónMolinos hasta el Patio Portal de Usme, Localidad de Usme en Bogotá, D.C.Análisis de Geotecnia y Pavimentos


ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARACAS ENTRE LA ESTACION MOLINOS y PORTAL USMELOCALIDAD DEUSME SECTORII Qda Chiguaza (KO+440l-K1+300: CALZADA OCCIDENTAL FLUJO S-N

Espesor Existente (mm) 26.U Espesor (mm) Subbase Suelo -CBR subrasante (%) Granular Cemento -

K (MPa/m) K-combinado (MPa/m) 50.Modulo de Rotura MR (MPa) ~ Juntas con pasadores SI WFactor de Seguridad de Carga U Uso de sardinel/berma N.O D

Periodo de Diseño 2QCALCULO VIDA RESIDUAL- Repeticiones Admisibles por Tipo de Eje

Proyecto

NODNO[IJaños (2009-2028)


EJE (KN) POR LSF % ESPERADAS REPETICIONESl % FATIGA REPETICIONES 1% DE DAÑOADMISIBLES ADMISIBLES

1 2 3 4 I 5 6 I 7

EJES SIMPLES 8. Esfuerzo Equivalente 1 ,205 ~ 10. Factor deErosión~

9. Relación de Esfuerzo _---'0"',2:..;:5..;..1__

110 121,0 16.401.110 ILIMITADO 22000000 74,660 66,0 ILIMITADO ILIMITADO50 55,0 ILIMITADO ILIMITADO

EJES TANDEM 11. Esfuerzo Equivalente __ 1.;..¡,..;..11,--_'13. Factor deErosión 2,670'


220 242,0 957.440 ILIMITADO 5000000 19,1

EJES TRIDEM 11. Esfuerzo Equivalente_---'0"-',8=..4'--_'13. Factor deErosión 2,825'


240 96,0 73.649 ILIMITADO 6800000 1,1


CUMPLE ~OR IEROSION

'--------'CUMPLE POR I

FATIGA1--- ---'

SISI


11-47

CALCULO DE ESPESOR DE PAVIMENTO RíGIDO, MÉTODO PCA

ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARACAS ENTRE LA ESTACION MOLINOS y PORTAL USMELOCALIDAD DE USME SECTOR 11Oda Chiguaza (KO"440l-K1 •.300: CALZADA OCCIDENTAL FLUJO S-N

Espesor Existente (mm) 250. Espesor (mm) Subbase Suelo -CBR sub rasante (%) Granular Cemento -K (MPa/m) K-combinado (MPa/m) 93Modulo de Rotura MR (MPa) ~ Juntas con pasadores ~ WFactor de Seguridad de Carga U Uso de sardinel/berma NQ D

Periodo de Diseño 20CALCULO VIDA RESIDUAL- Repeticiones Admisibles por Tipo de Eje

Proyecto

NoDNO []]años (2009-2028)

CARGA POR MULTIPLICADO REPETICIONES ANÁLISIS DE FATIGA ANÁLISIS DE EROSiÓNEJE (KN) POR LSF % ESPERADAS REPETlCIONESl % FATIGA REPETICIONES 1 % DE DAÑO

ADMISIBLES ADMISIBLES1 2 3 4 I 5 6 I 7

1,142 "10. Factor deEJES SIMPLES 8. Esfuerzo Equivalente

TC_~=r~~---------------------------------rr>n'-~Estudiosy Diseñosde laTroncalCaracasdesdela EstaciónMolinoshastael PatioPortaldeUsme,LocalidaddeUsmeenBogotá,D.C.AnálisisdeGeotecniay Pavimentos

2,517"Erosión"9. Relación de Esfuerzo_--=0:..o:,2:::3=-8__

110 121,0 16.401.110 ILIMITADO 16000000 102,560 66,0 ILIMITADO ILIMITADO50 55,0 ILIMITADO ILIMITADO

0,988 "B. Factor deEJES TANDEM 11. Esfuerzo Equivalente2,652"Erosión


220 242,0 957.440 ILIMITADO 5100000 18,8

EJES TRIDEM •11. Esfuerzo Equivalente _--=0:..c;.7-,4=-3__ 13. Factor deErosión


240 96,0 73.649 ILIMITADO 10000000 0,7


CUMPLE !,OR IEROSION

'-------'CUMPLE POR I

FATIGAL- ---'

SI


ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARACAS ENTRE LA ESTACION MOLINOS y PORTAL USMELOCALIDAD DE USME SECTOR" Oda Chiguaza (KO+440l-K1+300: CALZADA OCCIDENTAL flUJO S-N

Espesor Existente (mm) 23D. Espesor (mm) Subbase Suelo -CBR suhrasante (%) Granular Cemento -

K (MPa/m) K-combinado (MPa/m) ZQModulo de Rotura MR (MPa) !f! Juntas con pasadores §! WFactor de Seguridad de Carga U Uso de sardinel/berma tllQ D

Periodo de Diseño 20.

CALCULO VIDA RESIDUAL- Repeticiones Admisibles por Tipo de Eje

Proyecto

NODNO[]]años (2009-2028)


EJE (KN) POR LSF % ESPERADAS REPETICIONES 1 % FATIGA REPETICIONES 1 % DE DAÑOADMISIBLES ADMISIBLES

1 2 3 4 I 5 6 I 7

EJES SIMPLES 8. Esfuerzo Equivalente 1,345 "'10. Factor deErosión


110 1210 6.581.127 ILIMITADO 6100000 107,960 66,0 ILIMITADO ILIMITADO50 55,0 ILIMITADO ILIMITADO

EJES TANDEM 11. Esfuerzo Equivalente 1,165 "13. Factor deErosión


220 242,0 384.183 ILIMITADO 2050000 18,7

0,875 "13. Factor deErosión

EJES TRIDEM 11. Esfuerzo Equivalente2,880"'


240 96,0 29.553 ILIMITADO 4100000 0,7


CUMPLE ~OR IEROSION

L- ---'

CUMPLE POR IFATIGA

'-------'SI

11-49TC - 1853 - 107Estudios y Diseños de la Troncal Caracas desde la EstaciónMolinos hasta el Patio Portal de Usme, Localidad de Usme en Bogotá, D.C.Análisis de Geotecnia y Pavimentos

5.8 Pavimento Espacio Público

Para los andenes peatonales se estableció la siguiente estructura típica,utilizando los criterios del Manual del Espacio Público - 1999 Y lasCaracterísticas de Soporte de los Suelos de Subrasante. Se requiereajustar el espesor del material de mejoramiento en el proceso deconstrucción, en razón que la investigación de suelos determinó que lossuelos de subrasante tienen capacidad de soporte baja, además queexisten rellenos heterogéneos.

CUADRO N° 11.15ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO EN EL ESPACIO PÚBLICO

CAPA CBR% Mr- kg/cm2 ESPESOR-mm.

Adoquín de arcilla (fc - 20.7 MPa) la) 60Arena 30Sub-base granular (compactada al 95% delPróctor Modificado después de 4 días de ~30 1.050 300inmersión)Capa de mejoramiento: material seleccionado(CBR~ 10%-Tabla 320.1 Sección 320-05 IDU >10 800 200ET-2005)Compactación ~95% del próctormodificado.Geotextil NT Resistencia a la tensión ~ 730 N Si \01

Total 590(a) Promedio de 5 adoquines.(b) La función del geotextil es de separación

5.9 Ciclo-Ruta

Para la ciclo-ruta se recomienda la siguiente estructura de pavimento, lacual debe quedar confinada en sardineles en los dos costados:

CUADRO N° 11.16ESTRUCTURA DEI PAVIMENTO EN LA CICLO-RUTA

CAPA CBR% Mr- ESPESOR-kg/cm2 mm.

Concreto asfáltico MD-12 25000 50Sub-base granular (compactada al 95% del Próctor Modificado 30 1.050 300después de 4 días de inmersión)Capa de mejoramiento: material seleccionado (CBR~ 10%-Tabla320.1 Sección 320-05 IDU ET-2005)Compactación ~95% del > 10 800 200próctor modificado.Geotextil NT Resistencia a la tensión ~ 730 N Si (a)

Total 550.. ..(a) función del geo!ex!11 es de separacion

TC -1853 - 107Estudios y Diseños de la Troncal Caracas desde la EstaciónMolinos hasta el Patio Portal de Usme, Localidad de Usme en Bogotá, D.C.Análisis de Geotecnia y Pavimentos

11-50

5.10

5.10.1

5.10.2

Análisis de estabilidad del terraplén en el costado oriental delproyecto. KO+440- KO+470

Altura del terraplén y esfuerzo al terreno.

Hmáx = 4 m. aCM = 21 x 4 = 84 kN/m2

Peñil y propiedades geomecánicas de los suelos para el análisisgeotécnico.

Se utiliza la información del sondeo PT-2 localizado en la abscisa KO+460.

eM ZADA (lfl!fmAI,MM~:Gn~ I!QU1E!FlOA

. _.,20 20 75 17 0,90 0,038 o

¡.so

4 17 55 75 1,0 0,055 o(10)'

46 21 37(13)'

~-

11-51TC -1853 -107Estudios y Diseños de la Troncal Caracas desde la EstaciónMolinos hasta el Patio Portal de Usme, Localidad de Usme en Bogotá, D.C.Análisis de Geotecnia y Pavimentos

5.10.3 Resistencia al esfuerzo cortante

Con la información del sondeo PT-2 el terraplén quedará fundado en laarcilla habana, gris o café de consistencia media a firme (Cl).

Oúlt = 303,6 kN/m2 (numeral 5.10.1.3). Fs = 303,6/84 = 3.61

5.10.4 Deformación

SECCiÓN KO+ 440

16,0 m

1.5

2564,70 1 H =4,00 m I

-zr-~·--4-'5-o-m--~~Lm_..._..._..._..._..._..._..._..._..._"'-"'-~~-'~~J-~-"'-"'-"'-"'-"'-"'-"'-"'-"'-:-':~"'-"'-'~~~~

He = 6,10

8,10

Depósito Fluvio-Glacial Incompresible

L/H = 1Zt(m) ZJH oJyH oz(kN/m2

)

4,00 1 1 847.05 1,76 0,7 73.26

s: _ Cr H L ((Jo+!1(Jn)vCL - x x og

1+ e (Jo

Oo+Llcrn = 73.26 kN/m2

Cr= 0,055 e= 1,0

00 = 7x5,05 = 35,35 kN/m2

8 el = 5.3 ~ 6 cm.

Se deben colocar puntos de control de asentamiento con separación de10m. en sentido longitudinal del terraplén. la construcción del terraplén serecomienda que se realice en la fase inicial de construcción del proyecto.

En el tramo donde la altura del terraplén sea igualo mayor de 2 m., en lasuperficie explanada se colocará geotextil NT con resistencia a la tensión~ 730 N. Y geomalla biaxial tipo 1 con resistencia a la tensión al 5% de ladeformación en la dirección principal de 8.46 kN/m y en la direccióntransversal de 13.42 kN/m.


11-52

En el tramo del terraplén con altura menor de 2 metros, se colocarásolamente el geotextil NT.

El material para la construcción de los terraplenes será el seleccionado,consignado en la Tabla 320.1, Sección 320.05 de las EspecificacionesIDU-ET-2005.

La superficie del terreno requiere que se escalone con alturas aproximadasde 0.50 m. para conseguir mayor adherencia entre el suelo natural y elmaterial del terraplén, además de obtener capas de igual espesor ycompactación.

Se recomienda que el borde del terraplén quede a una distancia horizontalde 1.50 m. del borde externo del espacio público. El talud del terraplénpuede ser de 1.5 H: 1V.

~A.cull,WJtat'CELSO FORERO F.Especialista PavimentosMatrícula Profesional 5481 CND.


11-53

ANEXO 111SECTOR 111K1+300-K2+870

ANALlSIS DE GEOTECNIA y PAVIMENTOSMEMORIA DE CÁLCULO

ANEXO 111- SECTOR 111K1+300-K2+870

1. Descripción

En el Sector 111,el proyecto contempla la construcción de calzadas nuevaspara tránsito mixto y transmilenio en los dos sentidos de flujo vehicular.Corresponde al sector en donde las obras de pavimento son nuevas.

2. Información Geotécnica

2.1 Exploración del Terreno

En el corredor que ocuparán las 4 calzadas y el espacio público, seejecutaron treinta (30) sondeos que cubren un ancho aproximado decuarenta (40) metros.

En el costado oriental se incluyen los sondeos que se realizaron para elanálisis de instalación de las tuberías del sistema de alcantarillado pluvial ysanitario del proyecto. En estos sitios los sondeos tienen la doble funciónde servir para el análisis geotécnico del pavimento y de las tuberías dealcantarillado.

La localización de los sondeos se ilustra en la Figura N° 111-1,losperfiles estratigráficos de los sondeos ubicados en el costadooriental en la Figuras N° 111-2Y los perfiles de los sondeos delcostado occidental en la Figura N° 111-3.

La ubicación y profundidad de los sondeos se indica en la Figura N° 111-1.

2.2 Ensayos de Laboratorio

Los ensayos realizados a las muestras seleccionadas de las capas derellenos y de la subrasante, de los sondeos efectuados en este sector serelacionan en los Cuadros N° 111-1(Costado oriental) y N° 111-2(costadooccidental) .

2.3 CBR y Módulo Resiliente de Diseño de la Subrasante

En el Cuadro N° 111-3se relacionan los ensayos de CBR en muestrainalterada de la subrasante, en condición natural y sumergida y los ensayosde CBR con el Penetrómetro Dinámico de Cono para los dos costados


111-1

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