TRABAJO DE GRADO PAVIMENTOS

PROPUESTA DE REHABILITACION DEL PAVIMENTO RIGIDO EN LA

CALLE 127D ENTRE CARRERAS 93F Y CARRERA 96 BARRIO EL

RUBI, DE LA LOCALIDAD DE SUBA-BOGOTA

TRABAJO DE GRADO

Ing. JOSE DANIAN NOVA MORENO

COD: 6100272

ING. JOSÉ GONZALO RÍOS

Director Especialización en Ingeniería de Pavimentos

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

FACULTAD DE INGENIERÍAS

ESPECIALIZACION EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS

BOGOTA

JUNIO DE 2017

PROPUESTA DE REHABILITACION DEL PAVIMENTO RIGIDO EN LA

CALLE 127D ENTRE CARRERAS 93F Y CARRERA 96 BARRIO EL

RUBI, DE LA LOCALIDAD DE SUBA-BOGOTA

Ing. JOSE DANIAN NOVA MORENO

Trabajo de grado para optar el título de

Especialista en Ingeniería de Pavimentos

Director por parte de la universidad

Ing. Julian David Hurtado Melo

Ingeniero Civil

Magister en Ingeniería Civil

Asesor

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

FACULTAD DE INGENIERÍAS

ESPECIALIZACION EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS

ÁREA REHABILITACION DE PAVIMENTOS

BOGOTA

JUNIO DE 2017

Nota de aceptación

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Presidente del jurado

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Jurado

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Jurado

Bogota D.C, 29 de Junio de 2017

A Dios por darme fortaleza y sabiduría

para alcanzar esta meta que culmina

pero que a su vez comienza, a mis

padres y hermanos; a mi esposa Angie

Nataly Fandiño B, por su apoyo

incondicional y por su respaldo, a mis

docentes, amigos y compañeros; en si

a todas aquellas personas especiales

que conocí durante este camino; por

creer en mí y brindarme su mano cuando

más lo necesitaba.

José Danian

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a todas las personas que me ayudaron de alguna u otra forma en la

realización de este sueño, en especial a:

El director y docentes de la Facultad de Ingeniería Civil en la modalidad de

Especialización en Ingeniería de Pavimentos de la Universidad Militar Nueva

Granada UMNG.

Ing. Julián David Hurtado Melo, Ingeniero Civil y acompañamiento docente, por

su constante colaboración y dirección para lograr el alcance con éxito, los

objetivos planteados en este proyecto.

A todos y cada uno de los docentes que durante el aprendizaje por el periodo de

un año realizaron acompañamiento magistral para obtener los conocimientos

conceptuales y de apoyo en nuestras dudas; por el respaldo y contribuciones para

el desarrollo efectivo de cada una de las actividades propuestas.

Al ing. José Gonzalo Ríos M. Ph. D, director del programa de Especialización en

ingeniería de pavimentos, por sus valiosos aportes y por enseñarme lo importante

que es aprender de los errores.

TABLA DE CONTENIDO

Contenido

1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 3

2. OBJETIVOS ............................................................................................................... 5

2.1 Objetivo general .................................................................................................. 5

2.2 Objetivos específicos ........................................................................................... 5

3. MARCO REFERENCIAL ............................................................................................ 6

3.1 MARCO TEÓRICO. ............................................................................................. 6

3.1.1 PAVIMENTOS EN CONCRETO RIGIDO ..................................................... 6

3.1.2 ELEMENTOS ESTRUCTURALES QUE INTEGRAN UN PAVIMENTO

(según condición de rodadura) ................................................................................... 7

3.1.3 Rehabilitación de Pavimentos. ...................................................................... 8

3.1.4 Método de diferencias acumuladas. ........................................................... 10

3.1.5 Secciones Homogéneas. ............................................................................ 11

3.1.6 Deflectometria (Ensayo FWD) .................................................................... 11

3.1.7 Modelo aashto ............................................................................................ 13

3.1.8 Modelo Pca ................................................................................................ 14

3.2 MARCO GEOGRÁFICO .................................................................................... 15

3.2.1 Localización Geográfica del sitio de Rehabilitación .................................... 16

4. METODOLOGÍA. ..................................................................................................... 17

5. DESARROLLO Y RESULTADOS ............................................................................ 19

5.1 Factor de Corrección de Carga: ......................................................................... 20

5.2 Determinación de Zonas Homogéneas por Diferencias Acumuladas ................. 20

5.3 Determinación y evaluación de Zonas homogéneas: ......................................... 22

5.3.1 Calculo de los módulos obtenidos a partir de datos de FWD. ..................... 23

5.3.2 Zonas homogéneas basadas en modelos estadísticos. .............................. 23

5.4 Proyección del Tránsito Vehicular. ..................................................................... 24

6. DISEÑO SOBRECAPETA DE REHABILITACIÓN PAVIMENTO RIGIDO ............... 27

6.1 Diseño sobre carpeta no ligada Zona 1. ............................................................ 27

6.1.1 CRITERIO AASHTO-93 .............................................................................. 27

6.1.2 CRITERIO (PCA) ........................................................................................ 32

6.2 Diseño sobre carpeta ligada Zona 1. ................................................................. 36

6.2.1 CRITERIO AASHTO-93 .............................................................................. 36

6.2.2 CRITERIO (PCA) ........................................................................................ 38


6.3.1 CRITERIO AASHTO-93 .............................................................................. 39

6.3.2 CRITERIO (PCA) ........................................................................................ 41


6.4.1 CRITERIO AASHTO-93 .............................................................................. 43

6.4.2 CRITERIO (PCA) ........................................................................................ 45

7. ANÁLISIS DE RESULTADOS. ................................................................................. 47

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 48

9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ........................................................................ 50

10. ANEXOS ............................................................................................................... 51

11. LISTADO DE ILUSTRACIONES. .......................................................................... 54

12. LISTADO DE TABLAS. ......................................................................................... 55

13. LISTADO DE IMAGENES. .................................................................................... 56

1

GLOSARIO DE TÉRMINOS

AASHTO: La Asociación Americana de Oficiales de Carreteras Estatales y

Transportes o por sus siglas en inglés AASHTO, de American Association of State

Highway and Transportation Officials, es un órgano que establece normas, publica

especificaciones y hace pruebas de protocolos y guías usadas en el diseño y

construcción de vías y puentes en los estados unidos de américa.

LOSA DE CONCRETO SIMPLE: es un sistema donde se realizan placas de

concreto sin refuerzo; estas se unen por medio de dovelas o barras de

transferencia colocadas en las juntas transversales asegurando la transferencia de

cargas entre estas; además se colocan barras de anclaje en las juntas

longitudinales en dirección perpendicular al eje de la vía1

TRANSFERENCIA DE CARGA. Efecto generado al paso de un eje equivalente de

8.2 T de una losa a otra, dado por el entrabamiento de agregados o la acción de

las dovelas.

EVALUACIÓN DEFLECTOMÉTRICA. Permite evaluar la capacidad estructural

del pavimento a partir de la medición de las deflexiones en la superficie mediante

una carga de 50 KN (en pavimentos rígidos.)

DEFLECTÓMETRO DE IMPACTO (FWD). Medida de deflexión bajo carga de

impacto. 50 kN (rígidos).

SECTORES HOMOGÉNEOS. Método en el cual se busca sectorizar el tramo en

sub-sectores que presenten el mismo comportamiento de pendiente en cuanto a

deterioro.

REHABILITACIÓN. Mejoramiento funcional o estructural del pavimento, que da

lugar tanto a una extensión de su vida de servicio y a reducciones en los costos de

operación vehicular.

1 Tipos de Pavimento Rígido, Tomado de Manual para la inspección visual de pavimentos rígidos Invias 2006

2

DESCRIPCIÓN O CONTENIDO

Este documento contiene el desarrollo de la rehabilitación de un pavimento rígido

fundamentado en el cumplimiento de los requisitos de la norma aashto 93 y Pca,

que contribuirá al fortalecimiento e incremento al diseño de una Sobrecarpeta de

rehabilitación prevista para el pavimento rígido en estado en servicio, y que

mediante la toma de deflectometria con equipos como FWD utilizados para medir

deflexiones de deterioro, tal así poder determinar el estado en que se encuentra el

pavimento y podamos determinar con retro calculo su nueva estructura que liga al

pavimento en servicio con uno nuevo y además que genere aporte estructural y

derive una mayor serviciabilidad al usuario y mayor durabilidad.

El desarrollo de la propuesta se estructuró así: en primer lugar, se realizó un

marco teórico contemplando algunos aspectos relevantes conceptuales de

pavimentos rígidos y sus deterioros como se llamen, tránsito, variables de clima y

materiales estructurales en la cual se fundamenta la rehabilitación. En segundo

lugar se procedió a la planificación del sistema de información recolectada por el

equipo FWD quien al final del estudio presento una información que será

desarrollada para fines de diseño.

Luego se procederá a realizar los cálculos y modelos que se ajusten a los

requerimientos del proyecto el cual serán de gran aporte para determinar cuál

modelo se ajusta a las necesidades del tránsito y la durabilidad en su tiempo de

diseño y alargando su vida útil y de servicio.

Imagen 1 Pavimento en servicio. Fuente: Manual para la Inspección visual de Pavimentos Rígidos (INVIAS)

3

1. INTRODUCCIÓN

En Colombia la infraestructura vial viene en ascenso como desarrollo y enfoque a

las regiones, para aminorar costos y tiempos de transporte como índice de

acercamiento a los centros de producción que están a grandes distancias. El

entorno de redes viales en las cabeceras municipales y ciudades se conforman

por las llamadas malla vial2 de un municipio o una ciudad constituye una de las

bases de desarrollo económico y de competitividad para la calidad de vida de los

usuarios y personas que habitan en su entorno.

El pavimento rígido, se construye mejorando la subrasante si es el caso; y

haciendo uso de bases y sub-bases granulares, que al no fundarse debidamente

no ofrecen el mejor comportamiento en cuanto a la resistencia en las vías,

presentando problemas tales como asentamientos, fisuras del pavimento, mala

capacidad de soporte, entre otros; siendo una de las principales causas de

deterioro en las vías. En el momento en que la vía falle, se debe realizar un

estudio o diagnóstico para determinar que causo dicha falla.

Dada esta necesidad se hace necesario que con la falta de recursos como

generatriz de nuestro país llamasen económicos y naturales….), se busquen

alternativas para mejorar las condiciones, se realicen intervenciones que van

desde un sellado de juntas, pasando por alternativas como sobre-carpetas y

mejoramiento de la transferencia de las losas y como no; hasta procesos más

complejos como el reemplazo total o parcial de la estructura tanto rígida como

granular.

En cuanto a ciertas alternativas de inspección llamasen visual o determinados por

ensayos no destructivos como Georradares y equipos de FWD, que son de gran

2 Red Interna de carreteras la cual comunica rutas de acceso de una ciudad o población.

https://es.wikipedia.org/wiki/Carretera

4

importancia en la toma de decisiones a la hora de auscultar el estado del

pavimento, que en su momento no va a generar traumatismo al usuario, ya que no

son tipo destructivo como lo son la exploración geotécnica y de ensayos en situ.

Finalmente el mantenimiento adecuado y oportuno de una estructura de

pavimento requiere de la realización de un conjunto de operaciones durante la

vida útil de la obra. Como una manera de ordenar y facilitar la programación de las

diversas operaciones de mantenimiento, éstas se clasifican en tres niveles, en

función de las características del trabajo y de la periodicidad con que suelen

requerirse: operaciones de conservación rutinaria, operaciones de conservación

periódica y restauraciones; todo lo anterior en pro del confort y servicio al usuario.

5

2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo general

Presentar técnicamente una alternativa de rehabilitación con las variables y

parámetros que influyen en el diseño de una estructura del pavimento rígido, en la

Calle 127d entre Carreras 93f y Carrera 96 barrio el Rubí, de la localidad de Suba-

Bogotá D.C.

2.2 Objetivos específicos

Verificar el estado actual de la estructura de pavimento rígido mediante la

auscultación de daños.

Realizar pruebas del estado actual de la estructura del pavimento,

analizando deflexiones por capas, mediante ensayos no destructivos como

el modelo FWD.

Establecer previamente los criterios de diseño de Sobrecarpeta que deben

ser tenidos en cuenta para las estructuras de pavimento rígidos.

Calcular los módulos de las capas mediante el uso de modelos de hojas de

cálculo.

Determinar la capacidad residual del tramo en mención.

Identificar recomendaciones de diseño, y constructivas de las estructuras

de pavimento rígido, que garanticen la seguridad y confort de los usuarios,

donde se den cumpliendo a los índices de operación serviciabilidad y

durabilidad.

6

3. MARCO REFERENCIAL

3.1 MARCO TEÓRICO.

3.1.1 PAVIMENTOS EN CONCRETO RIGIDO

El pavimento rígido es una estructura que se comporta de manera particular al

recibir cargas de todo tipo, debido a la consistencia de la superficie de rodadura;

donde en esta se produce una buena distribución de las cargas, dando como

resultado tensiones muy bajas en la subrasante.

Ilustración 1. Fuente: Tomado del Material Académico Especialización de pavimentos, Ing. Mercado.

Las losas de pavimento rígido distribuyen las cargas de los vehículos hacia las

capas inferiores por medio de toda la superficie de la losa y de las adyacentes,

que trabajan en conjunto con la que recibe directamente las cargas. Por su rigidez

distribuyen las cargas verticales sobre un área grande y con presiones muy

reducidas. Excepto en bordes de losa y juntas sin pasajuntas, donde las

deflexiones o deformaciones elásticas son casi inapreciables.

Este tipo de pavimento no puede plegarse a las deformaciones de las capas

inferiores sin que se presente la falla estructural.

7

3.1.2 ELEMENTOS ESTRUCTURALES QUE INTEGRAN UN PAVIMENTO

(según condición de rodadura)

En todos los casos en que se realicen construcciones de vías de tipo rígido o

flexible se consideran de gran importancia la configuración de las capas

granulares y la subrasante las cuales deben ser mejorada o utilizar materiales de

la mejor calidad para que estas aporten un desempeño eficaz durante la operación

de la rodadura al servicio del usuario.

3.1.2.1 Sub-rasante.

Esta capa debe estar en condiciones de resistir las cargas y esfuerzos que le son

transmitidos por el pavimento. Interviene en el diseño del espesor de las capas del

pavimento e influye en el comportamiento del mismo. Proporciona en nivel

necesario para la subrasante y protege al pavimento conservando su integridad en

todo momento, aún en condiciones severas de humedad, proporcionando

condiciones de apoyo uniformes y permanentes.

3.1.2.2 Sub- Base.

En los pavimentos flexibles, la sub-base es la capa situada debajo de la base y

sobre la capa subrasante, debe ser un elemento que brinde un apoyo uniforme y

permanente al pavimento. Cuando se trate de un pavimento rígido, esta capa se

ubica inmediatamente abajo de las losas de concreto hidráulico, y puede ser no

necesaria cuando la capa subrasante es de elevada capacidad de soporte.

La función más importante es impedir la acción del bombeo en las juntas, grietas y

extremos del pavimento. El agua que penetra a través de las juntas licua el suelo

fino de la subrasante facilitando así su evacuación a la superficie bajo la presión

ejercida por las cargas circulantes a través de las losas.

8

3.1.2.3 Base.

La base3 es la capa situada debajo de la carpeta (pavimento flexible). Su función

es eminentemente ser resistente, absorbiendo la mayor parte de los esfuerzos

verticales y su rigidez o su resistencia a la deformación bajo las solicitaciones

repetidas del tránsito; suele corresponder a la intensidad del tránsito pesado. Así,

para tránsito medio y ligero se emplean las tradicionales bases granulares, pero

para tránsito pesado se emplean ya materiales granulares tratados con un

cementante.

Para condiciones de pavimentos rígidos se debe utilizar esta capa cuando se

amerite, dependiendo las solicitaciones de carga y desempeño del pavimento es

decir con altos volúmenes de tráficos y condiciones especiales de clima.

3.1.3 Rehabilitación de Pavimentos.

La rehabilitación se define como un mejoramiento4 funcional o estructural del

pavimento, que da lugar tanto a una extensión de su vida de servicio, como a la

provisión de una superficie de rodamiento más cómoda y segura y a reducciones

en los costos de operación vehicular.

Los pavimentos rígidos siempre van a estar asociados a la fatiga y la erosión, pero

como es de saber la fatiga se produce tanto en capas de concreto asfáltico como

en losas de concreto hidráulico, y consiste en el agrietamiento de los concretos al

estar sometidos a flexión por la aplicación repetida de las cargas de tránsito.

Considerando que los concretos resisten menos a tensión que a compresión, las

fisuras o grietas se generan de la cara inferior a la superior, superficie o rasante.

3 Tomado de la tesis Deterioros en pavimentos flexibles y rígidos universidad austral de chile 2010, pag. 2

4 INVIAS (2008), tomado de rehabilitación de pavimentos rígidos, Fredy Arnulfo Rodríguez Villareal; Magister en Ingeniería civil – Infraestructura vial, pag. 6

9

La rehabilitación de pavimentos es necesaria por una o más de las siguientes

razones:

Incomodidad para la circulación vehicular.

Exceso de defectos superficiales.

Reducción de la adherencia entre la calzada y los neumáticos de los

vehículos.

Necesidad excesiva de servicios de mantenimiento rutinario.

Costos de operación elevados para los usuarios.

Capacidad estructural inadecuada para las solicitaciones del tránsito

previsto.

3.1.3.1 Porque se deterioran los pavimentos?...

Los pavimentos a pesar de ser diseñados para durar por un periodo considerado;

donde juega un papel importante el factor económico y social del entorno donde

se construye van a fallar por causas tales como:

Deficiencias de diseño: Valoración inadecuada del tránsito, el clima y las

características de la subrasante. Inadecuada aplicación del método de

diseño, etc.

Deficiencias en la construcción: Procesos y materiales inadecuados.

Incremento en el tránsito.

Condiciones climáticas desfavorables.

Agotamiento del período de diseño.

Drenaje

La acción combinada del tránsito y el clima producen:

Esfuerzos

Deformaciones

Deflexiones

Fatiga en los materiales

10

3.1.4 Método de diferencias acumuladas5.

El método de las diferencias acumuladas es un método estadístico utilizado por la

AASHTO 1993, para establecer Secciones Homogéneas.

Buena parte del éxito de un programa de rehabilitación reposa en la correcta

definición de unidades de diseño estadísticamente homogéneas; Para delimitarlas

se debe basar tanto en los antecedentes históricos de la calzada, como en la

inspección del estado superficial del pavimento y el análisis de algunas variables

que, a través de medidas numéricas, permitan conocer la condición real del

pavimento. El establecimiento de tramos homogéneos a través de estas últimas se

puede efectuar de manera subjetiva, realizando un dibujo que muestre el

comportamiento de la variable medida a lo largo del proyecto o se puede realizar

de una manera más objetiva mediante procedimientos analíticos.

El procedimiento, de tipo estadístico, se basa en el hecho estadístico simple de

cuando la variable Zx (Definida como la diferencia entre el área bajo la curva de

respuesta a cualquier distancia y el área total desarrollada por la respuesta

promedio de todo el proyecto hasta la misma distancia) se dibuja como función de

la distancia a lo largo del proyecto, los límites de los tramos homogéneos ocurren

en los puntos donde la pendiente de la línea que representa la variación de Zx con

la longitud, cambia de signo.

5 Referencia: Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos rígidos y asfálticos de carreteras.

Ilustración 2 Fuente: tomado del material de estudio

Rehabilitación de Pavimentos Rígidos, Fredy Arnulfo

Rodríguez Villareal.

11

En el siguiente cuadro se observa la metodología para la determinación de las

diferencias acumuladas:

Cuadro. 1 Fuente: Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos de carreteras.

3.1.5 Secciones Homogéneas.

Método en el cual se busca sectorizar un tramo de vía el cual se va evaluar su

condición o estado actual de servicio; en sub-sectores que presenten el mismo

comportamiento de pendiente, esto se determina mediante métodos estadísticos,

se modela en graficas con relación de abscisas vs. Columna de diferencia

acumulada en el cual su interpretación de la gráfica muestra cómo se determinan

las secciones homogéneas.

3.1.6 Deflectometria (Ensayo FWD)

En términos generales las deflexiones en un pavimento están asociadas al valor

de respuesta ocasionada por la carga de impacto externa generado por la caída

de una masa de 50KN al pavimento y que además es simulada como la carga

producida por el tránsito vehicular que por la vía circunda.

12

Las mediciones de deflexión permiten evaluar de forma no destructiva el

comportamiento estructural del pavimento rígido; él se utiliza para determinar la

transferencia de carga en juntas y fisuras, estimar el módulo de reacción efectivo

de la subrasante y el módulo de elasticidad del concreto.

Tambien por medio de procesos conocidos como retrocálculo se pueden conocer

los módulos de cada una de las capas que conforman el paquete estructural, así

mismo, es posible determinar la capacidad estructural en términos del Número

Estructural Efectivo de AASHTO.

La medición de las deflexiones en la estructura de pavimento es realizada por un

equipo llamado deflectómetro de impacto, dispositivo de carga dinámica

remolcado por un vehículo, que cumple todos los requisitos estandarizados por la

ASTM D 4694-96 y el protocolo de calibración de SHRP para equipos de este tipo.

Para el caso del presente estudio, el equipo FWD (Falling Weight Deflectometer);

ha sido configurado para aplicar una carga de 50 KN para mediciones de centro

de losa y transferencia de carga; esta carga es generada por la caída de dos

masas sobre un plato circular de 0.30 m de diámetro. Este impacto simula el paso

de la rueda de un vehículo pesado y es registrado por un sensor ubicado en el

centro del plato, durante el instante en que el disco cae sobre el pavimento.

Imagen 2 Equipo FWD (Fuente Itineris), Equipo realizando Actividades

13

El Número Estructural Efectivo, SNE, es una medida de la capacidad estructural

del pavimento, que depende de los espesores de las capas que lo conforman y de

la rigidez de las mismas a partir de las mediciones de deflexión y de la

determinación de los espesores con el Georadar, se obtiene el número estructural

efectivo SNE.

3.1.7 Modelo aashto

Es un modelo desarrollado cuyo objetivo primordial es resolver ecuaciones de la

guía aashto para el dimensionamiento de pavimentos llámense rígidos o flexibles.

Ilustración 3. Fuente: Modelo Ecuación Aashto.

El desarrollo de este programa está dado para resolver las ecuaciones de los

nomogramas de diseño de pavimentos integrados al método, dentro delos cuales

se determinan:

El numero estructural (SN) para pavimentos flexibles.

El espesor de la losa de concreto hidráulico (D), en pavimentos

rígidos.

14

El número de ejes equivalentes de 18000 Lbs, (W18) que puede

soportar una configuración particular de cualquiera de los tipos de

pavimentos.

3.1.8 Modelo Pca

El modelo de la Portland Cement Association (PCA) ,1984; es considerado un

procedimiento para el diseño de espesores de concreto correlacionado con el

tráfico.

Ilustración 4. Fuente: Modelo PCA

Este método de diseño está basado en las teorías de Westergaard, Pickett y Ray,

y se complementa con base en elementos finitos con los que se estudió el

comportamiento de una losa de concreto de espesor variable y dimensiones

establecidas, a la cual se le aplicaron cargas en el centro, bordes y esquinas,

considerando diferentes condiciones de apoyo y soporte. Se deben controlar

especialmente la fatiga (para prevenir el agrietamiento debido a las cargas) y la

erosión (para limitar la deflexión en los bordes de la losa). La vida útil del

pavimento termina cuando se da la ruptura del concreto por las repeticiones de

carga.

Es considerable para la aplicación de este método tener presente dos criterios de

diseño:

15

3.1.8.1 Fatiga: Para mantener los esfuerzos del pavimento debidos a la

acción de cargas repetidas, dentro de límites seguros previniendo

así el agrietamiento por fatiga.

3.1.8.2 Erosión: Para limitar los efectos de las deflexiones del pavimento en

el borde de las losas, juntas y esquinas, controlando así la erosión

de la cimentación y de los materiales de las bermas. El criterio por

erosión es necesario ya que algunas formas de daños del

pavimento tales como bombeo, fallas y daños de las bermas no son

debidas a la fatiga.

3.2 MARCO GEOGRÁFICO

El sitio de localización geográfica en la cual se realizó el tramo de ensayo FWD, se

ubica en el departamento de Cundinamarca; de la ciudad de Bogotá, barrio el

Rubí, de la localidad de suba, en la calle 127d, construido en pavimento rígido, y

cuenta con una longitud de 1178 m, distribuidos en calles donde el sistema de

evaluación deflectometria se realizará sobre la calzada derecha en el carril

externo.

Esta vía hace parte de la malla vial de Bogotá donde resulta de gran interés

puesto que es uno de los puntos de conexión del sector, y será parte de la

propuesta de rehabilitación del pavimento rígido en la calle 127d entre carreras 93f

y carrera 96.

16

3.2.1 Localización Geográfica del sitio de Rehabilitación

Ilustración 5. Fuente: Google Earth

TRAMO No. UBICACIÓN LONGITUD

(m)

1 CARERA 93F - CARRERA94 - EJE

CALLE 127D 92

2 CARRERA94 - CARRERA 95 - EJE

CALLE 127 D 137

3 CARRERA 95 - CARRERA 95 A -

EJE CALLE 127D 446

4 CARRERA 95 A - CARRERA 96 -

EJE CALLE 127 D 503

TOTAL 1178

Cuadro. 2 Distribución de las Calles (Cuadras). Elaboración Propia

17

4. METODOLOGÍA.

La aplicación de conceptos fundamentales como el desempeño básico de los

pavimentos rígidos, el uso, como parte de las necesidades de la comunidad como

base de la calidad de vida y las problemáticas presentes en el pavimento (fisuras,

agrietamiento), cobra importancia en un diagnóstico de rehabilitación de vías, en

barrio el Rubí, de la localidad de suba, en la calle 127d. Además que brindan

mediante la toma del ensayo de FWD uno los elementos necesarios para la

aplicación de los conocimientos adquiridos durante la especialización de

Pavimentos.

El desarrollo de este informe está basado en la recolección de datos crudos de

campo, del presente ensayo y que además; estos datos pasaron por un proceso

de análisis a los cuales se les realizó un procesamiento por diferentes modelos de

cálculo (AASHTO93, PCA).

Posteriormente la los datos crudos del ensayo FWD, se les realizó sus

correspondientes correcciones normalizadas por carga (50 KN); esto basado a lo

que recomienda la norma.

Una vez realizada la corrección normalizada por carga, se procedió a estimar

zonas homogéneas contempladas por el modelo o método de diferencias

acumuladas; y bien, con los datos de estas se realizó la evaluación estadística

para determinar valores probables para la ejecución pertinente de los cálculos

asociados al análisis de la rehabilitación.

Se tiene que; con datos de conteos se realizará una proyección vehicular, para

estimar por medio del método AASHTO-93, los requerimientos estructurales

futuros del tramo a evaluar.

Se realizó un análisis por fatiga y erosión, considerando así que la evaluación de

la estructura se encuentra completa; con esto es posible predecir o estimar cuanto

18

es la vida remanente o en servicio de la estructura del pavimento o si finalmente

ya se completó la condición de servicio para la que fue diseñada inicialmente.

Posteriormente; se presenta en el análisis de resultados, que va al caso si es

necesario Sobrecarpeta y como alternativa de vista económica si es viable una

condición de carpeta ligada o no ligada basado en la parte económica y funcional

del pavimento.

19

5. DESARROLLO Y RESULTADOS

Una vez recolectados los datos del ensayo FWD, se procede a filtrar y a escoger

las deflexiones del tercer golpe, en el cual es de vital importancia tenerlo claro, ya

que posteriormente debió realizarse el ajuste de la carga aplicada, y por lo tanto,

la deflexión resultara de manera más confiable.

A continuación se muestran los datos organizados y sin ser ajustados por carga:

LOCALIZACION

DEFLEXIONES MEDIDAS (µm) TEMPERATURA

POSICION ABSCISA Imp Carga D0 D1 D2 D3 Aire Pavi

(J) (m) Num kN µm µm µm µm °C °C

CARERA 93F - CARRERA94 - EJE CALLE 127D

D K0+024 3 50.5 299 270 236 202 14 14

D K0+049 3 50 516 402 316 238 14 14

D K0+070 3 50.4 281 278 238 196 13 14

D K0+092 3 49.6 437 268 218 176 13 14

CARRERA94 - CARRERA 95 - EJE CALLE 127 D

D K0+108 3 50.6 241 208 186 163 14 13

D K0+124 3 50.4 245 225 196 166 14 13

D K0+148 3 50.2 235 234 202 165 14 14

D K0+173 3 50 465 278 218 161 14 14

D K0+201 3 50 312 288 242 196 14 13

D K0+229 3 49.8 404 334 255 190 14 14

CARRERA 95 - CARRERA 95 A - EJE CALLE 127D

D K0+238 3 49.8 309 299 266 225 14 13

D K0+248 3 49.8 433 382 316 254 14 13

D K0+287 3 49.9 258 242 211 179 14 13

D K0+327 3 49.8 453 428 345 269 14 14

D K0+396 3 50 230 222 191 162 14 13

D K0+466 3 49.6 511 420 329 252 14 14

D K0+570 3 50.5 190 185 164 142 14 13

D K0+675 3 50.7 265 222 184 154 14 14

CARRERA 95 A - CARRERA 96 - EJE CALLE 127 D

D K0+691 3 50.9 230 213 175 140 14 14

D K0+709 3 50.2 333 179 151 125 14 14

D K0+749 3 50.6 301 277 231 185 14 13

D K0+790 3 50.2 580 261 211 167 14 14

D K0+877 3 50.6 309 298 255 215 14 14

D K0+965 3 49.8 600 363 280 216 14 13

D K1+071 3 50.5 269 267 217 174 14 13

D K1+178 3 49.5 575 427 303 212 14 13

Cuadro. 3 Datos FWD Originales. Elaboración Propia

Se observa que los datos se encuentran sectorizados por sus respectivas cuadras

y nomenclatura apropiada.

20

5.1 Factor de Corrección de Carga:

En el cuadro podemos observar que en la columna denominada carga contiene

diferentes valores de aplicación en función del golpe de la deflexión ocasionada en

la estructura de la vía, y para normalización de los cálculos las cargas se van a

llevar a ajuste de 50 KN, mediante la siguiente fórmula:

LOCALIZACION

DEFLEXIONES MEDIDAS (µm) TEMPERATURA

POSICION ABSCISA Imp Carga D0 D1 D2 D3 Aire Pavi

(J) (m) Num kN µm µm µm µm °C °C

CARERA 93F - CARRERA94 - EJE CALLE 127D

D K0+024 3 50 296.04 267.33 233.66 200.00 14 14

D K0+049 3 50 516.00 402.00 316.00 238.00 14 14

D K0+070 3 50 278.77 275.79 236.11 194.44 13 14

D K0+092 3 50 440.52 270.16 219.76 177.42 13 14

CARRERA94 - CARRERA 95 - EJE CALLE 127 D

D K0+108 3 50 238.14 205.53 183.79 161.07 14 13

D K0+124 3 50 243.06 223.21 194.44 164.68 14 13

D K0+148 3 50 234.06 233.07 201.20 164.34 14 14

D K0+173 3 50 465.00 278.00 218.00 161.00 14 14

D K0+201 3 50 312.00 288.00 242.00 196.00 14 13

D K0+229 3 50 405.62 335.34 256.02 190.76 14 14

CARRERA 95 - CARRERA 95 A - EJE CALLE 127D

D K0+238 3 50 310.24 300.20 267.07 225.90 14 13

D K0+248 3 50 434.74 383.53 317.27 255.02 14 13

D K0+287 3 50 258.52 242.48 211.42 179.36 14 13

D K0+327 3 50 454.82 429.72 346.39 270.08 14 14

D K0+396 3 50 230.00 222.00 191.00 162.00 14 13

D K0+466 3 50 515.12 423.39 331.65 254.03 14 14

D K0+570 3 50 188.12 183.17 162.38 140.59 14 13

D K0+675 3 50 261.34 218.93 181.46 151.87 14 14

CARRERA 95 A - CARRERA 96 - EJE CALLE 127 D

D K0+691 3 50 225.93 209.23 171.91 137.52 14 14

D K0+709 3 50 331.67 178.29 150.40 124.50 14 14

D K0+749 3 50 297.43 273.72 228.26 182.81 14 13

D K0+790 3 50 577.69 259.96 210.16 166.33 14 14

D K0+877 3 50 305.34 294.47 251.98 212.45 14 14

D K0+965 3 50 602.41 364.46 281.12 216.87 14 13

D K1+071 3 50 266.34 264.36 214.85 172.28 14 13

D K1+178 3 50 580.81 431.31 306.06 214.14 14 13

Cuadro. 4 Deflexiones Normalizadas a una Carga Patrón (50KN). Elaboración Propia

5.2 Determinación de Zonas Homogéneas por Diferencias Acumuladas

Para la determinación de zonas homogéneas contamos con el modelo estadístico

visto anteriormente y que se presenta en la ilustración No.11, el cual resulta más

fácil y práctico para la interpretación del comportamiento de la estructura a partir

21

de las deflexiones máximas (D0), de tal manera que se generan tres zonas ver

Ilustración No.12, marcadas por sus respectivos abscisados, con base a esto se

realizará el siguiente desarrollo que tendrá en vista la determinación de

parámetros estructurales asi:

Abscisa Valor de

Respuesta (ri)

Número de

Intervalo

Distancia Intervalo

(xi)

Distancia Acumulada

Respuesta Promedio

Area intervalo

Area Acumulada

Zx

K0+024 296.04 1 25 0 296.03960 7400.99010 7400.99010 7400.99010

K0+049 516.00 2 21 21 406.01980 8526.41584 15927.40594 7897.31298

K0+070 278.77 3 22 43 397.38492 8742.46825 24669.87419 8227.30289

K0+092 440.52 4 16 59 359.64702 5754.35228 30424.22647 7863.48910

K0+108 238.14 5 16 75 339.33324 5429.33189 35853.55836 7174.65492

K0+124 243.06 6 24 99 240.59892 5774.37418 41627.93254 3771.77999

K0+148 234.06 7 25 124 238.55965 5963.99126 47591.92380 176.13676

K0+173 465.00 8 28 152 349.53187 9786.89243 57378.81623 -743.76143

K0+201 312.00 9 28 180 388.50000 10878.00000 68256.81623 -572.55205

K0+229 405.62 10 9 189 358.81124 3229.30120 71486.11743 -784.71925

K0+238 310.24 11 10 199 357.93173 3579.31727 75065.43470 -1029.25578

K0+248 434.74 12 39 238 372.48996 14527.10843 89592.54313 -1415.17714

K0+287 258.52 13 40 278 346.62799 13865.11980 103457.66293 -2845.47251

K0+327 454.82 14 69 347 356.66816 24610.10274 128067.76567 -4619.96094

K0+396 230.00 15 70 417 342.40964 23968.67470 152036.44037 -7418.26280

K0+466 515.12 16 104 521 372.56048 38746.29032 190782.73069 -8440.05192

K0+570 188.12 17 105 626 351.61989 36920.08843 227702.81912 -11670.42831

K0+675 261.34 18 16 642 224.73002 3595.68028 231298.49940 -14192.91410

K0+691 225.93 19 18 660 243.63721 4385.46983 235683.96922 -16690.38110

K0+709 331.67 20 40 700 278.80325 11152.13018 246836.09941 -20833.66609

K0+749 297.43 21 41 741 314.55207 12896.63480 259732.73421 -23614.83184

K0+790 577.69 22 41 782 437.56004 17939.96150 277672.69571 -21352.67089

K0+877 305.34 23 87 869 441.51261 38411.59670 316084.29240 -16208.60219

K0+965 602.41 24 88 957 453.87280 39940.80671 356025.09911 -9917.70886

K1+071 266.34 25 106 1063 434.37314 46043.55243 402068.65154 -4407.00664

K1+178 580.81 26 107 1170 423.57236 45322.24222 447390.89376 0.00000

F= 382.385

Cuadro. 5 Cálculos para la determinación de zonas homogéneas (Elaboración Propia)

22

Ilustración 6 Zonas Homogéneos Elaboración Propia.

ZONA HOMOGENEA No.

ABSCISA DE ANALISIS

1 K0 + 024 - K0 + 675

2 K0 + 675 - K0 + 749

3 K0 + 749 - K1 + 178

Cuadro. 6 Zonas Homogéneas Fuente propia

5.3 Determinación y evaluación de Zonas homogéneas:

En la determinación de los parámetros para cada zona, se obtuvieron los valores

estimados de K y E, de acuerdo a los datos entregados mediante el ensayo no

destructivo de deflectometria (Fwd) y en el cual se generan los porcentajes del

CBR.

23

5.3.1 Calculo de los módulos obtenidos a partir de datos de FWD.

A continuación se presenta el análisis y cálculo de módulos de la subrasante y del

concreto basados en el ensayo FDW por el método de retro calculo.

LOCALIZACION

DEFLEXIONES MEDIDAS (µm) TEMPERATURA DETERMIANCION DE PARAMETROS

POSICION ABSCISA Imp Carga D0 D1 D2 D3 Aire Pavi K CBR E concreto

(J) (m) Num kN µm µm µm µm °C °C EFECTIVO (MPA/m) (%) Mpa

CARERA 93F - CARRERA94 -

EJE CALLE 127D

D K0+024 3 50 296.04 267.33 233.66 200.00 14 14 16.30 1.78 15731.89

D K0+049 3 50 516.00 402.00 316.00 238.00 14 14 41.84 5.64 5404.53

D K0+070 3 50 278.77 275.79 236.11 194.44 13 14 9.22 1.29 28847.20

D K0+092 3 50 440.52 270.16 219.76 177.42 13 14 66.70 17.30 2990.74

CARRERA94 - CARRERA 95 - EJE CALLE 127

D

D K0+108 3 50 238.14 205.53 183.79 161.07 14 13 19.29 2.04 13094.52

D K0+124 3 50 243.06 223.21 194.44 164.68 14 13 14.96 1.68 17265.98

D K0+148 3 50 234.06 233.07 201.20 164.34 14 14 8.37 1.25 31925.69

D K0+173 3 50 465.00 278.00 218.00 161.00 14 14 73.18 23.18 2634.41

D K0+201 3 50 312.00 288.00 242.00 196.00 14 13 17.19 1.85 14855.87

D K0+229 3 50 405.62 335.34 256.02 190.76 14 14 36.74 4.48 6310.99

CARRERA 95 - CARRERA 95 A

- EJE CALLE 127D

D K0+238 3 50 310.24 300.20 267.07 225.90 14 13 8.92 1.28 29875.20

D K0+248 3 50 434.74 383.53 317.27 255.02 14 13 23.10 2.42 10732.03

D K0+287 3 50 258.52 242.48 211.42 179.36 14 13 12.79 1.52 20412.68

D K0+327 3 50 454.82 429.72 346.39 270.08 14 14 17.68 1.90 14404.39

D K0+396 3 50 230.00 222.00 191.00 162.00 14 13 10.78 1.39 24474.54

D K0+466 3 50 515.12 423.39 331.65 254.03 14 14 35.40 4.22 6592.90

D K0+570 3 50 188.12 183.17 162.38 140.59 14 13 8.21 1.24 32583.26

D K0+675 3 50 261.34 218.93 181.46 151.87 14 14 28.11 3.03 8603.50

CARRERA 95 A - CARRERA 96 - EJE CALLE 127

D

D K0+691 3 50 225.93 209.23 171.91 137.52 14 14 18.31 1.95 13862.82

D K0+709 3 50 331.67 178.29 150.40 124.50 14 14 78.68 29.71 2378.91

D K0+749 3 50 297.43 273.72 228.26 182.81 14 13 18.12 1.93 14027.00

D K0+790 3 50 577.69 259.96 210.16 166.33 14 14 99.27 75.18 1676.95

D K0+877 3 50 305.34 294.47 251.98 212.45 14 14 11.23 1.42 23445.77

D K0+965 3 50 602.41 364.46 281.12 216.87 14 13 72.13 22.10 2688.05

D K1+071 3 50 266.34 264.36 214.85 172.28 14 13 11.89 1.46 22072.28

D K1+178 3 50 580.81 431.31 306.06 214.14 14 13 54.89 10.16 3860.66

Cuadro. 7 Retro cálculo de módulos por medio de ensayo FWD

5.3.2 Zonas homogéneas basadas en modelos estadísticos.

Cuadro. 8 Análisis Estadístico de las Zonas Homogéneas (Fuente propia)

ANÁLISIS ESTADÍSTICO ZONA HOMOGENEA No.1

K0 + 024 - K0 + 675 K E

PROMEDIO 24.93 15930.02

DESVIACIÓN ESTANDAR 71.09 10047.97

COEFICIENTE DE VARIACIÓN 2.85121662 0.630757273

PERCENTIL 85 9.086473 5903.085765

24


K0 + 675 - K0 + 749 K E

PROMEDIO 35.81 9718.06



PERCENTIL 85 18.206412 5179.976502 Fuente propia


K0 + 749 - K1 + 178 K E

PROMEDIO 44.59 11295.12



PERCENTIL 85 11.721408 2435.272838 Fuente propia

5.4 Proyección del Tránsito Vehicular.

Para el dimensionamiento de los pavimentos es de gran interés las cargas por eje

esperadas en el carril de diseño, estas me determinarán la estructura del

pavimento para el periodo de diseño adoptado. Es por esto que, probablemente, la

variable más importante en el diseño de un pavimento de una vía es el transito;

éste se define como la determinación del número, tipo y peso de vehículos que

transitan por determinada ella. Es necesario cuantificar la variable transito

existente ya que ésta genera cargas y deformaciones sobre el pavimento.

Además el Transito Promedio Diario Semanal (TPDS) y su composición serán de

gran importancia ya que con este dato se va a realizar la proyección por ejes

equivalente para el año 2027, considerando un periodo de diseño de 10 años.

Ahora por recomendaciones dadas del “National Cooperative Higway Research

Program (NCHRP)” el factor de distribución para el carril de diseño (Fca) a

considerar es de 1,0 si se tiene en cuenta una vía con un carril en cada direccion.

25

Tabla 1. Factor Carril de diseño (Fuente ARA 2004)

El factor sentido de acuerdo a recomendaciones de Invias para la realización de

rehabilitaciones es de 0,55. La tasa de crecimiento asumida es del 3% anual,

ahora podemos calcular una tasa de crecimiento proyectada con la siguiente

expresión:

Cuadro. 9 Cálculo Tasa de Crecimiento

DATOS PARA PROYECCION DEL TRANSITO

TRANSITO DIARIO 2000 TASA DE CRECIMIENTO % 3% TASA DE CRECIMIENTO 11.46

FACTOR SENTIDO 0.5 FACTOR CARRIL 1 PERIODO DE DISEÑO 10

Fuente propia

Para la estimación del tránsito equivalente proyectado, se debe contar con un

TPDS, como ya se había mencionado este dato se toma de datos de conteo

conforme a la norma del Instituto Nacional de Vías (INVIAS), para ello entonces se

toma un TPD de 2000 vehículos, de acuerdo a esto la distribución porcentual para

cada tipo de vehículo es 47% de vehículos, 28% buses, 25% camiones en el caso

particular.

26

Cuadro. 10 Cálculo Transito Equivalente por Espectro de cargas

Fuente propia.

Como podemos observar, el transito estimado, para la evaluación por AASHTO-

93, será de 5`243.155,96 millones de ejes equivalentes con los cuales adoptamos

para los respectivo cálculos.

27

6. DISEÑO SOBRECAPETA DE REHABILITACIÓN PAVIMENTO RIGIDO

Para calcular la alternativa de rehabilitación con refuerzo o sobrecapa en concreto

la realizaremos para las siguientes dos condiciones:

Sobrecarpeta no Ligada.

Sobrecarpeta Ligada.

Estas se realizaran bajo los criterios de AASHTO-93 y PCA para las dos

condiciones dentro de estas se analizaran cuál de las dos sería la más efectiva y

económicamente viable.

6.1 Diseño sobre carpeta no ligada Zona 1.

Basados en el criterio de la aashto realizaremos los cálculos para determinar

espesores de Sobrecarpeta.

6.1.1 CRITERIO AASHTO-93

Calculo variable Df:

Para determinar el Espesor del pavimento futuro en función del tránsito soportado

y las condiciones de la función actual (Df), se soporta en el programa “Ecuación

Aashto 93”.

28

DATOS DISEÑO LOSA ASSHTO.

Ilustración 7 Número Estructural Requerido Zona.1

Fuente propia.

Una vez determinado los parámetros de entrada del Método Aashto para el cálculo

del diseño del espesor de la losa de concreto, respecto a los datos entregados y

determinados anteriormente, como son confiabilidad, desviación estándar,

variables de serviciabilidad, coeficientes de transmisión de carga, coeficiente de

drenaje y la estimación del tránsito, y de acuerdo cálculos obtenidos mediante el

programa Aashto 93, se obtiene un valor de DF: 8,5 in ó 21,59 cm

aproximadamente 22 cm.

Df 8,5 inch

21,59 cms

29

Cálculo Del Valor DEFF.

Para realizar el diseño sobre carpeta no ligada, es necesario determinar el valor

del parámetro de factor de ajuste para juntas y agrietamientos sin reparar (Fjcu),

mediante el levantamiento de grietas presentadas por abscisado por unidad de

longitud (milla), como se evidencia en la siguiente tabla:

Donde:

D: espesor de la losa existente, pulgadas

: Factor de ajuste para juntas y agrietamientos sin reparar

Para entrar a la gráfica pertinente y obtener el valor Fjcu, posteriormente se realiza

la conversión del tramo total de estudio de kilómetros a millas, seguido de realizar

la sumatoria del número de grietas, determinando el valor 64 grietas por milla,

valor con el cual se entra a la gráfica.

Cuadro. 11 Determinación de Fjcu

1) DETERMINACIÓN VALOR DE FJCU

Abscisa Numero de grietas Grietas durabilidad Millas

K+0 2 0 0

K+100 3 1 0.062

K+200 2 1 0.062

K+300 2 0 0.062

K+400 3 0 0.062

K+500 5 0 0.062

K+600 7 0 0.062

K+700 3 0 0.062

K+800 2 0 0.062

K+900 3 0 0.062

K1+000 5 0 0.062

K1+100 4 0 0.062

K1+150 8 0 0.062

total 49 0.746

30

Deterioros milla-Tramo 1 64

Fuente propia.

CALCULO Fjcu

Ilustración 8 Determinación Fjcu Fuente: Elaboración propia.

FJCU: 0,95

Determinación espesor (D) losa existente.

Para determinar el espesor (D) de la losa existente, se procedió a soportar el

análisis mediante parámetros estadísticos de medidas de tendencia central, que

nos permitirían evaluar el comportamiento y la variabilidad de los datos obtenidos,

encontrando los valores pertinentes al promedio de 21,0 cm-8,03 inch y desviación

estándar de 1,66 cm-0,65 inch respectivamente.

31

Cuadro. 12 Determinación Espesor (D) Losa

DETERMINACION ESPESOR (D) LOSA

Abscisa Espesor losa (cm) Espesor losa (in)

0 21 8.3

100 22 8.7

200 24 9.4

300 22 8.7

500 19 7.5

600 20 7.9

800 22 8.7

1000 20 7.9

1150 19 7.5

PROMEDIO 21.00 8.27

DESV ESTD 1.66 0.65

Se elige un valor de 21 cm 8,27 in

Fuente: Elaboración propia

De acuerdo con la gráfica “Espesor (D) de Diseño Losa Existente”, se puede

evidenciar que las variabilidades de los datos no presentan gran consideración

respecto al valor obtenido de la media correspondiente de 8.27 in (21.00 cm), y la

desviación estándar encontrada 0.65 in (1.66 cm), excepto en el K0+200, donde

se presenta un valor pico de 9.4 in (24 cm), estimando que la mayoría de los datos

de la muestra se encuentran dentro del contexto del valor de la desviación

estándar.

Gráfica. 1 Comportamiento de espesores de losa Fuente: Elaboración propia

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 20

0

40

0

60

0

80

0

10

00

12

00

14

00

ESP

ESO

R E

XIS

TEN

TE (

IN)

ABSCISADO (M)

ESPESOR (D) LOSA EXISTENTE

32

En este sentido, para la longitud de objeto de estudio, se presenta un valor de

espesor (D) de la losa existente, correspondiente a 8.27 in ó 21 cm, valor

considerado por el promedio, básicamente pensando en el tema constructivo, toda

vez que no es usual construir losas con espesores que consideren valores no

enteros.

Calculo Parámetro DEFF: Espesor del pavimento Efectivo de la Losa

Existente.

4) CALCULO DEFF

DEFF 5,98 in

15,2 cm

Determinación DOL: Espesor de Refuerzo o sobrecapa de concreto

hidráulico.

Dol 6 in

15,3 cm

Este valor será redondeado por conveniencia al sistema constructivo de la losa de

rehabilitación tomando un valor de 15cm

6.1.2 CRITERIO (PCA)

Para realizar el diseño por el método PCA de la Sobrecarpeta no ligada

sobre pavimento rígido, es necesario realizar sensibilidad de pavimento

nuevo método PCA, de la losa de concreto, con el fin de entrar a los

diagramas y tablas que permitan determinar el refuerzo de la Sobrecarpeta.

33

Ilustración 9 Número Estructural Requerido PCA Zona.1

Fuente: Elaboración propia

Una vez determinado los parámetros de entrada del Método PCA para el cálculo

del diseño del espesor de la losa de concreto, respecto a los datos entregados y

determinados anteriormente, como son el módulo de reacción (K), la estimación

del espesor de la losa, determinación del módulo de Rotura (MR), factor de

seguridad de carga, factor de mayoración de repeticiones, determinación de

espectros del tránsito, y de acuerdo cálculos obtenidos mediante el programa BS-

PCA, se obtiene un valor de espesor de la losa de 267 mm, el cual evidencia el

cumplimiento de los parámetros de consumos por esfuerzo y erosión.

Evaluación de módulos de elasticidad del concreto (EC).

Una vez analizada la información entregada respecto a los módulos de elasticidad

del concreto (Ec), respecto a la aplicación de métodos estadísticos que permiten

caracterizar e interpretar la totalidad de datos presentados, mediante las medidas

de tendencia central y de posición, se obtiene un valor promedio de 15930.02 Mpa

y percentil 85 con 5903.09 Mpa, lo cual indica que la losa de concreto no

mantiene sus características mecánicas, lo cual se podría considerar como un

concreto en regular condiciones.

34

Tabla 2 módulos de elasticidad del concreto

Abscisa E concreto

(Mpa)

K0+049 5404.534

K0+070 28847.197

K0+092 2990.737

K0+108 13094.520

K0+124 17265.984

K0+148 31925.695

K0+173 2634.411

K0+201 14855.866

K0+229 6310.992

K0+238 29875.200

K0+248 10732.027

K0+287 20412.675

K0+327 14404.393

K0+396 24474.536

K0+466 6592.903

K0+570 32583.262

K0+675 8603.503 Fuente: Elaboración propia

Análisis De Criterios Determinación De Espesores De Refuerzo.

Para determinar los casos correspondientes mediante el cual se determina el

estado del pavimento rígido, se realiza un análisis de las grietas transversales y de

durabilidad de la información realizada, evidenciando un 12 % de daños

aproximadamente sobre la superficie de las losas que componen el tramo,

asumiendo un pavimento en buen estado (caso No 2), en regular estado con

daños menores.

ABSICSA NÚMERO DE LOSAS ENTRE

INTERVALOS

K+0 K+100 25 0

K+100 K+200 25 2

K+200 K+300 25 5

K+300 K+400 25 1

K+400 K+500 25 1

K+500 K+600 25 6

35

K+600 K+700 25 5

K+700 K+800 25 1

K+800 K+900 25 1

K+900 K1+000 25 6

K1+000 K1+100 25 3

K1+100 K1+178 20 4

TOTALES 295 35 Tabla 3 Número de losas a Intervalos Fuente: Elaboración propia

Ilustración 10 Determinación de Espesores Fuente: Elaboración propia

De acuerdo con lo obtenido en la gráfica anterior, se obtiene un valor del espesor

de refuerzo de la Sobrecarpeta de 22,5 cm, aproximadamente 23 cm.

36

6.2 Diseño sobre carpeta ligada Zona 1.


Para determinar los factores que afectan la ecuación y determinar el valor de Deff,

se realizan los siguientes cálculos:

Determinación Factores.

Ilustración 11 Determinación Factores Fuente: Elaboración propia

FACTOR FJC: 0,84

FACTOR FDUR: 64 GRIETAS-2 GRIETAS DE DURABILIDAD= 97%

FACTOR F FAT: 8 % DE DAÑOS- 0,95 TABLA

37

Tabla 4 Fdur

Fuente: Material de Rehabilitación de Pavimentos

Tabla 5 Ffat

Fuente: Material de Rehabilitación de Pavimentos

Calculo valor Deff:

Deff= 0.84*0.97*0.95*8.5

Deff: 6.42 in.

Calculo valor Dol:

Dol: (8.5-6.42 )= 2,08 in. Lo que corresponde a 5,28cm redondeado a 5,0cm

38


Para determinar los factores se realizan los siguientes cálculos, tomados a partir

de:

Ilustración 12 Determinación Espesores Fuente: Elaboración propia

ESPESOR SOBRECARPETA DE REFUERZO: 29.0 cm-27cm=3 cm;

redondeado a 5cm

RESUMEN RESULTADOS OBTENIDOS:

INTERVENCION AASTHO PCA

Sobre Carpeta No Ligada 15,0 cm 23,0 cm

Sobre Carpeta Ligada 5,0 cm 5,0 cm

como se observa en las dos intervenciones ligada y no ligada se puede apreciar

que en condiciones técnicas y económicas es viable la alternativa de capeta

39

ligada. (con este fin se realizaran los demás cálculos en alternativa ligada

acondiciones especificas según el ensayo FWD.






Elaboración propia

Df 2,3 inch

5,84 cms

40


Tomando el número de losas deterioradas vamos a la gráfica Fjc y determinamos

el factor de ajuste.


FACTOR FJC: 0,89



41

Calculo valor Deff:

Deff= 0.89*1.00*0.98*2.3

Deff: 2.01 in.

Calculo valor Dol:

Dol: (2.3-2.01 )= 0,29 in. Lo que corresponde a 0,74cm redondeado a 1,0cm



de:


Elaboración propia

42


del diseño del espesor de la losa de concreto, factor de seguridad de carga, factor

de mayoración de repeticiones, determinación de espectros del tránsito, y de

acuerdo cálculos obtenidos mediante el programa BS-PCA, se obtiene un valor de

espesor de la losa de 226 mm, el cual evidencia el cumplimiento de los

parámetros de consumos por esfuerzo y erosión.


ESPESOR SOBRECARPETA DE REFUERZO: 22,60 cm-24,3cm= -1,70 cm;

Para este sector homogéneo no necesita rehabilitación.



Sobre Carpeta Ligada 1,0 cm -1,70 cm

Para el sector homogéneo 2 no necesita rehabilitación.

43






Elaboración propia

Df 2,5 inch

6,35 cms


Tomando el número de losas deterioradas vamos a la gráfica Fjc y determinamos

el factor de ajuste.

44


FACTOR FJC: 0,77



Calculo valor Deff:

Deff= 0.77*1.00*0.95*2.5

Deff: 1,83 in.

Calculo valor Dol:

Dol: (2,5-1,83 )= 0,67 in. Lo que corresponde a 1.,70cm redondeado a 2,0cm

45



de:


Elaboración propia


del diseño del espesor de la losa de concreto, factor de seguridad de carga, factor

de mayoración de repeticiones, determinación de espectros del tránsito, y de

acuerdo cálculos obtenidos mediante el programa BS-PCA, se obtiene un valor de

espesor de la losa de 251 mm, el cual evidencia el cumplimiento de los

parámetros de consumos por esfuerzo y erosión.

46


ESPESOR SOBRECARPETA DE REFUERZO: 25,0 cm-28,0cm= -3,0 cm

Para este sector homogéneo no necesita rehabilitación.



Sobre Carpeta Ligada 2,0 cm -3,0 cm

Para el sector homogéneo 2 no necesita rehabilitación.

Los resultados muestran que la estructura cumple en su totalidad con las

solicitaciones de transito calculadas necesarias y que en los tramos 2y 3 por el

momento no es necesaria una intervención de rehabilitación.

47

7. ANÁLISIS DE RESULTADOS.

Los módulos equivalentes de la subrasante, demuestran que presenta un

bajo grado de consolidación, reflejado en los valores del modulo un

promedio de 31 Mpa cuando normalmente están dentro del rango entre 70-

100 Mpa, en la subrasante, donde estos parámetros se obtuvieron por el

método retrocalculo.

En cuanto a los requerimientos en el transito conforme a ejes equivalentes

mostrado en la proyección de10 años (hasta 2027), no son tan altos dado

que es un sitio más acorde a ser de uso residencial y que a pesar de ello y

como se analizaron, no repercuten en gran índice el desgaste en la

estructura del pavimento.

El números estructural efectivos de los tramos tienen gran variación de

capacidad de soporte de la estructura, como se evidencia en los cálculos a

excepción de la zona 2 y 3, los tramos no requieren de una intervención

para repotenciar su capacidad estructural; esto se evidencia en las zonas

2y3, es la única parte en la que se debería evaluar la colocación de una

sobre carpeta que arroja unos espesores casi nulos, que no amerita por su

condición.

En cuanto a la evaluación del pavimento por fatiga y erosión, arrojo

resultados, excesivamente altos, y que el consumo por ejes que por su

condición pasara mucho tiempo para que este se consuma.

Los resultados muestran que la estructura cumple en su totalidad con las

solicitaciones de transito calculadas necesarias y que en los tramos 2y 3

por el momento no es necesaria una intervención de rehabilitación.

Generalmente en estas condiciones el mayor número de veces se toma la

decisión de realizar rehabilitación en condiciones ligada ya que este arroja

un buen resultado en cuanto estructuras económicas y por su condición

ligada genera un buen modulo y adherencia monolítica de la estructura.

48

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Basado en el retrocalculo se evidencia que los valores del módulo de

reacción K obtenidos, presentan materiales de conformación de la

subrasante de baja resistencia.

De acuerdo al análisis y a la evaluación realizada al estado actual de la losa

de concreto del pavimento, respecto a la cuantificación de grietas

superficiales y el análisis de los módulos de elasticidad obtenidos mediante

los equipos de deflectometria, se evidencia que la losa de concreto

existente, superficialmente se encuentra en condiciones buenas.

De acuerdo a lo enunciado anteriormente, se estima que los valores

obtenidos por los diferentes métodos para el cálculo de refuerzo de las

sobre carpetas no ligadas sobre el pavimento rígido, no es viable para su

uso, toda vez que los espesores obtenidos son considerables, afectando

negativamente la evaluación de los parámetros costos-beneficios, frente al

impacto económico del proyecto, esto se evidencio en los cálculos

obtenidos en la sección homogénea uno, y en si, se rechaza el tipo de

intervención sobre carpeta no ligada.

De acuerdo con las condiciones actuales de la losa de concreto y como tal

del pavimento existente, se recomendaría la implementación de una

Sobrecarpeta ligada sobre el pavimento rígido en la zona homogénea uno,

debido a que su funcionalidad adecuada se da en losas en buen estado, lo

cual económicamente es favorable, toda vez que las intervenciones de

sellado de grietas y fisuras serian mínimas, para la utilización del método.

Sin embargo, para aplicar la rehabilitación con la Sobrecarpeta ligada, se

deben considerar la rigidez de la losa de concreto existente y la losa de

Sobrecarpeta a aplicar, teniendo en cuenta que se pueden presentar fisuras

que impacten negativamente la durabilidad del pavimento.

No olvidar que se debe aplicar un adherente entre losas, garantizando una

resistencia de 200 psi, con el fin de generar el comportamiento mecánico y

49

monolítico entre estas, evitando las afectaciones por esfuerzos cortantes

inducidos por el tránsito soportado.

En recomendación técnica se estima construir un espesor de losa de

concreto existente únicamente para la zona homogénea uno; y las demás

no amerita por su condición de llegar a unos espesores demasiado

pequeños, con un refuerzo de Sobrecarpeta ligada con un espesor obtenido

con el método PCA.

50

9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

M. Salgado Torres, y. o. (2002). Posibles factores que inciden en el valor de las

mediciones de delfexión de un pavimento. Popayán: Universidad del Cauca

Higuera Sandoval, C. (2010). Caracterización de la resistencia de la subrasante

con la información del deflectómetro de impacto. REVISTA FACULTAD DE

INGENIERIA, 74.

AASHTO, 9. (1993). GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENT STRUCTURE.

Washington D.C.: AASHTO 93.

UMNG. (2017). Presentación cátedra Rehabilitación y conservación de pavimentos

Rígidos. Bogotá: UMNG.

Instituto Nacional de Vías. (2008). Manual de diseño de pavimentos de concreto

para vías de bajos, medios y altos volúmenes de tránsito. Bogotá: Invias.

51

10. ANEXOS

Modelo datos crudos equipo deflectometria (FWD)

IKUAB FWD FILE : 171302.fwd HCALZADA : UNICA HCARRIL : DERECHO HTRAMO : 171302 HOPERADOR : JORGE BOLIVAR IFecha de creación : 14/11/2016 IVersion : 2.3.57 IModo de carga : 1 (2 + 2 buffers) IRadio del plato : 15 (cm) IConjunto de campo : FORMATO DE CAMPO ISecuencia de carga : 444 ICantidad de impactos : 111 IRegistrar impacto : NYY IAltura de caída : 1 2 3 4 ICarga de impacto : 14.7 20.5 40.2 48 kN ISensor número : 0 1 2 3 4 5 6 IDistancia de sensor: 0 30 60 90 120 150 180 (cm) IPosición de sensor : CENTRO DETRÁS DETRÁS DETRÁS DETRÁS DETRÁS DETRÁS IPunto de referencia: 0 m IDistancia entre puntos: 100 m J Dist. Imp Carga D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 Aire Pavi Time J m Num kN µm µm µm µm µm µm µm °C °C J------- --- ----- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- -------- C Comentario a 24 m Time: 22:52:04 :CIV171300 CARERA 93F - CARRERA94 - EJE CALLE 127D D 24 2 50.5 276 268 235 197 162 135 109 14 14 22:51:45 24 D 24 3 50.5 299 270 236 202 162 133 109 14 14 22:51:57 C Comentario a 24 m Time: 22:52:04 :PTO K D 25 2 50.5 496 402 320 240 183 155 124 14 14 22:53:24 49 D 25 3 50 516 402 316 238 183 154 124 14 14 22:53:36 C Comentario a 25 m Time: 22:53:40 :TC D 21 2 50.3 277 277 238 195 161 138 115 13 14 22:54:47 70 D 21 3 50.4 281 278 238 196 159 135 113 13 14 22:55:00 C Comentario a 21 m Time: 22:55:05 :PTO K D 22 2 49.7 479 273 221 180 144 125 110 13 14 22:55:50 92 D 22 3 49.6 437 268 218 176 141 125 111 13 14 22:56:04 C Comentario a 22 m Time: 22:56:10 :TC C Comentario a 22 m Time: 22:56:33 :EN ST TRAMO SOLO HABIAN 2 LOSAS BUENAS C Comentario a 22 m Time: 22:56:33 :CIV171301 CARRERA94 - CARRERA 95 - EJE CALLE 127 D D 16 2 50.3 254 209 188 165 140 121 105 14 13 22:59:31 108 D 16 3 50.6 241 208 186 163 139 118 102 14 13 22:59:43 C Comentario a 16 m Time: 22:59:48 :PTO K D 16 2 50.5 252 224 195 165 139 115 93 14 13 23:00:22 124 D 16 3 50.4 245 225 196 166 141 115 95 14 13 23:00:34 C Comentario a 16 m Time: 23:00:39 :TC D 24 2 50.4 244 234 203 165 136 113 93 14 14 23:01:44 148 D 24 3 50.2 235 234 202 165 137 113 94 14 14 23:01:56 C Comentario a 24 m Time: 23:02:01 :PTO K FISURADA D 25 2 49.9 449 277 217 162 122 99 87 14 14 23:02:59

52

173 D 25 3 50 465 278 218 161 121 99 88 14 14 23:03:11 C Comentario a 25 m Time: 23:03:16 :TC D 28 2 50.2 327 288 242 197 160 128 102 14 13 23:04:24 201 D 28 3 50 312 288 242 196 159 127 102 14 13 23:04:37 C Comentario a 28 m Time: 23:05:10 :PTO K D 28 2 49.8 392 331 255 189 142 111 87 14 14 23:05:44 229 D 28 3 49.8 404 334 255 190 142 111 87 14 14 23:05:56 C Comentario a 28 m Time: 23:06:12 :TC C Comentario a 28 m Time: 23:06:12 CIV 17302 CARRERA 95 - CARRERA 95 A - EJE CALLE 127D D 9 2 49.9 321 298 265 226 182 143 102 14 13 23:09:47 238 D 9 3 49.8 309 299 266 225 183 143 102 14 13 23:10:05 C Comentario a 9 m Time: 23:10:09 :PTO K D 10 2 49.7 427 378 312 252 202 156 111 14 13 23:10:57 248 D 10 3 49.8 433 382 316 254 205 158 114 14 13 23:11:09 C Comentario a 10 m Time: 23:11:13 :TC D 39 2 49.9 263 242 211 179 148 123 101 14 13 23:12:35 287 D 39 3 49.9 258 242 211 179 146 122 101 14 13 23:12:47 C Comentario a 39 m Time: 23:12:51 :PTO K D 40 2 49.5 462 429 346 267 210 170 133 14 14 23:13:31 327 D 40 3 49.8 453 428 345 269 208 170 131 14 14 23:13:42 C Comentario a 44 m Time: 23:13:57 :TC D 69 2 49.7 223 220 189 162 131 112 98 14 13 23:16:44 396 D 69 3 50 230 222 191 162 135 112 99 14 13 23:16:56 C Comentario a 69 m Time: 23:17:08 :PTO K D 70 2 49.9 505 420 329 253 187 145 118 14 14 23:17:49 466 D 70 3 49.6 511 420 329 252 185 151 120 14 14 23:18:03 C Comentario a 93 m Time: 23:18:34 :TC D 104 2 50.8 198 186 165 143 124 104 96 14 13 23:19:11 570 D 104 3 50.5 190 185 164 142 122 104 96 14 13 23:19:23 C Comentario a 104 m Time: 23:19:27 :PTO K D 105 2 50.6 258 222 185 157 129 113 94 14 14 23:20:05 675 D 105 3 50.7 265 222 184 154 129 112 95 14 14 23:20:17 C Comentario a 105 m Time: 23:20:22 :TC C Comentario a 105 m Time: 23:20:22 :CIV 171303 CARRERA 95 A - CARRERA 96 - EJE CALLE 127 D D 16 2 50.5 213 212 175 141 116 100 85 14 14 23:21:55 691 D 16 3 50.9 230 213 175 140 118 102 86 14 14 23:22:07 C Comentario a 16 m Time: 23:22:11 :PTO K FISURADA D 18 2 50.1 319 180 151 125 105 94 85 14 14 23:22:48 709 D 18 3 50.2 333 179 151 125 104 94 85 14 14 23:23:00 C Comentario a 18 m Time: 23:23:04 :TC D 40 2 50.5 288 277 230 185 147 120 98 14 13 23:26:15 749 D 40 3 50.6 301 277 231 185 149 121 99 14 13 23:26:26 C Comentario a 40 m Time: 23:26:31 :PTO K D 41 2 50.2 600 262 211 166 136 121 106 14 14 23:27:09 790 D 41 3 50.2 580 261 211 167 138 122 107 14 14 23:27:21 C Comentario a 41 m Time: 23:27:25 :TC D 79 2 50.2 270 275 238 198 161 136 108 14 14 23:29:10

53

D 87 2 50.2 308 295 254 213 175 146 119 14 14 23:31:29 877 D 87 3 50.6 309 298 255 215 177 148 121 14 14 23:31:41 C Comentario a 87 m Time: 23:31:50 :PTO OK D 88 2 49.8 604 364 281 218 170 144 123 14 13 23:32:27 965 D 88 3 49.8 600 363 280 216 165 141 121 14 13 23:32:40 C Comentario a 88 m Time: 23:32:44 :TC D 106 2 50.6 289 268 219 175 134 116 97 14 13 23:33:41 1071 D 106 3 50.5 269 267 217 174 133 112 95 14 13 23:33:53 C Comentario a 106 m Time: 23:33:59 :PTO K D 107 2 49.3 562 425 303 211 155 122 102 14 13 23:34:36 1178 D 107 3 49.5 575 427 303 212 155 123 103 14 13 23:34:48 C Comentario a 107 m Time: 23:34:52 :TC

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11. LISTADO DE ILUSTRACIONES.

Ilustración 1. Fuente: Tomado del Material Académico Especialización de pavimentos, Ing.

Mercado. .............................................................................................................................................. 6

Ilustración 2 Fuente: tomado del material de estudio Rehabilitación de Pavimentos Rígidos, Fredy

Arnulfo Rodríguez Villareal. ............................................................................................................... 10

Ilustración 3. Fuente: Modelo Ecuación Aashto. ............................................................................... 13

Ilustración 4. Fuente: Modelo PCA.................................................................................................... 14

Ilustración 5. Fuente: Google Earth................................................................................................... 16

Ilustración 6 Zonas Homogéneos Elaboración Propia. ..................................................................... 22

Ilustración 7 Número Estructural Requerido Zona.1 ......................................................................... 28

Ilustración 8 Determinación Fjcu Fuente: Elaboración propia. ......................................................... 30

Ilustración 9 Número Estructural Requerido PCA Zona.1 ................................................................ 33

Ilustración 10 Determinación de Espesores Fuente: Elaboración propia ......................................... 35

Ilustración 11 Determinación Factores Fuente: Elaboración propia ................................................. 36

Ilustración 12 Determinación Espesores Fuente: Elaboración propia .............................................. 38

Ilustración 13 Número Estructural Requerido Zona.2 ....................................................................... 39


Ilustración 15 Número Estructural Requerido PCA Zona.2 .............................................................. 41


Ilustración 17 Número Estructural Requerido Zona.3 ....................................................................... 43


Ilustración 19 Número Estructural Requerido PCA Zona.3 .............................................................. 45


55

12. LISTADO DE TABLAS.

Tabla 1. Factor Carril de diseño (Fuente ARA 2004) ........................................................................ 25

Tabla 2 módulos de elasticidad del concreto .................................................................................... 34

Tabla 3 Número de losas a Intervalos Fuente: Elaboración propia .................................................. 35

Tabla 4 Fdur ...................................................................................................................................... 37

Tabla 5 Ffat ....................................................................................................................................... 37

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13. LISTADO DE IMAGENES.

Imagen 1 Pavimento en servicio. Fuente: Manual para la Inspección visual de Pavimentos Rígidos

(INVIAS) .............................................................................................................................................. 2

Imagen 2 Equipo FWD (Fuente Itineris), Equipo realizando Actividades ........................................ 12

TRABAJO DE GRADO PAVIMENTOS

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