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CONTRATO DE CONSULTORIA No MC-915.104.10.03.2013

CONSULTORÍA “CONSULTORIA PRECIO GLOBAL FIJO SIN FORMULA DE REAJUSTE,PARA LA ELABORACION DE LOS ESTUDIOS Y DISEÑOS DE ALGUNOS ELEMENTOS DE INFRAESTRUCTURA DEL SISTEMA INTEGRADO DE TRANSPORTE MASIVO SITM-MIO – GRUPO5 UBICADO EN LA CIUDAD DE CALI , DEPARTAMENTO DEL VALLE EN LOS CORREDORES PRETRONCALES Y ALIMENTADORES II, SECTOR 2¨

VIA POLVORINES

ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PAVIMENTOS

SIETE LTDA.

Santiago de Cali 2015

1

TABLA DE CONTENIDO

DESCRIPCION DEL PLAN DE TRABAJO Y PLAN DE ESTUDIO .......... 1-1 1.

RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE ........................................................................ 1-1 1.1

RECORRIDO INICIAL. ................................................................................................................... 1-1 1.2

INSPECCIÓN VISUAL ................................................................................................................... 1-1 1.3

EXPLORACIÓN DE CAMPO ......................................................................................................... 1-2 1.4

ENSAYOS DE LABORATORIO. .................................................................................................... 1-2 1.5

ESTUDIO DE TRÁNSITO ............................................................................................................... 1-2 1.6

ESTUDIO TOPOGRÁFICO ............................................................................................................ 1-3 1.7

DISEÑO GEOMÉTRICO................................................................................................................. 1-3 1.8

CONCATENACION DE DISCIPLINAS ........................................................................................... 1-3 1.9

EVALUACIÓN ECONÓMICA ......................................................................................................... 1-3 1.10

OBJETIVOS Y ALCANCE ........................................................................ 2-1 2.

OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................... 2-1 2.1

OBJETIVOS ESPECIFICOS .......................................................................................................... 2-1 2.2

ALCANCE GENERAL DEL ESTUDIO ........................................................................................... 2-2 2.3

GEOLOGIA DE LA ZONA ........................................................................ 3-1 3.

GEOLOGIA SUPERFICIAL ............................................................................................................ 3-1 3.1

Zona Depósito de Piedemonte ........................................................................................ 3-1 3.1.1

EVALUACION FUNCIONAL .................................................................... 4-1 4.

VIA POLVORINES ......................................................................................................................... 4-1 4.1

INVENTARIO OBRAS DE DRENAJE Y OBRAS DE ARTE ..................... 5-1 5.

EVALUACIÓN GEOTÉCNICA .................................................................. 6-1 6.

DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO DE CAMPO ................................................................................. 6-1 6.1

ENSAYOS DE LABORATORIO ..................................................................................................... 6-3 6.2

2

DETERMINACIÓN DEL CBR DE DISEÑO .................................................................................... 6-5 6.3

ESTATIGRAFIA Y NIVEL FREATICO........................................................................................... 6-5 6.4

RESUMEN DE ESPESORES PARA LA VIA EN ESTUDIO ......................................................... 6-8 6.5

EVALUACIÓN DE TRÁNSITO................................................................. 7-1 7.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 7-1 7.1

PERÍODO DE DISEÑO: ................................................................................................................. 7-1 7.2

TASA DE CRECIMIENTO: ............................................................................................................. 7-2 7.3

DETERMINACION DE LOS FACTORES DAÑO ............................................................................ 7-3 7.4

Vehiculos mixtos ............................................................................................................. 7-3 7.4.1

Buses del Sistema ........................................................................................................... 7-3 7.4.2

DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES DE 8.2 TONELADAS PARA 7.5

PAVIMENTO FLEXIBLE .......................................................................................................................... 7-7

DETERMINACIÓN DEL ESPECTRO DE CARGAS PARA PAVIMENTO RIGIDO. ........................ 7-8 7.6

Via a Polvorines ............................................................................................................. 7-10 7.6.1

DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE METODO AASHTO -93 ............... 8-1 8.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 8-1 8.1

PARÁMETROS DE DISEÑO .......................................................................................................... 8-2 8.2

Tránsito............................................................................................................................. 8-2 8.2.1

Pérdida de Serviciabilidad ............................................................................................... 8-3 8.2.2

Confiabilidad .................................................................................................................... 8-4 8.2.3

Caracterización de los materiales ................................................................................... 8-5 8.2.4

Subrasante ______________________________________________________________ 8-5 8.2.4.1

Subbase granular _________________________________________________________ 8-6 8.2.4.2

Base Granular ___________________________________________________________ 8-7 8.2.4.3

Capa Asfáltica ___________________________________________________________ 8-9 8.2.4.4

Condiciones de Drenaje .................................................................................................. 8-9 8.2.5

DETERMINACION DE ESPESORES DE LA ESTRUCTURA ...................................................... 8-11 8.3

Via a Polvorines ............................................................................................................. 8-11 8.3.1

DISEÑO PAVIMENTO METODOLOGIA PCA -84 .................................... 9-1 9.

3

CARACTERIZACIÓN DE LA SUBRASANTE ................................................................................ 9-2 9.1

CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES DE APOYO ........................................................... 9-3 9.2

CARACTERIZACIÓN DEL CONCRETO HIDRÁULICO ................................................................. 9-5 9.3

CUANTIFICACIÓN DEL TRANSITO DE DISEÑO.......................................................................... 9-6 9.4

CONSIDERACIÓN DE BERMAS Y TRANSFERENCIA DE CARGA ............................................. 9-6 9.5

FACTOR DE MAYORACIÓN DE CARGAS ................................................................................... 9-6 9.6

DISEÑO DEL ESPESOR DE LA LOSA ......................................................................................... 9-7 9.7

ESTRUCTURA DE PAVIMENTO DISEÑADAS EN CONCRETO RIGIDO ..................................... 9-7 9.8

CONTROL DE ESFUERZOS EN EL CONCRETO POR EFECTOS DEL ALABEO DE LAS LOSAS9.9

9-8

DISEÑO DE JUNTAS ..................................................................................................................... 9-9 9.10

CORTE DE JUNTAS .................................................................................................................... 9-16 9.11

SELLO DE JUNTAS .................................................................................................................... 9-17 9.12

CASOS ESPECÍFICOS PROCESO CONSTRUCTIVO ................................................................ 9-19 9.13

EVALUACION ECONOMICA ................................................................. 10-1 10.

PRESUPUESTO PAVIMENTO NUEVO VIA POLVORINES ........................................................ 10-2 10.1

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................... 11-1 11.

ANEXOS. Anexo No. 1 Resultados de Laboratorio Anexo No. 2 Ubicación de apiques para la vía Anexo No. 3 Memoria de cálculo Pavimento rígido PCA-84 Anexo No. 4 Memoria de cálculo Alternativa con geomalla. Anexo No.5 Programa de mantenimiento preventivo y periódico del pavimento. Anexo No. 6 Registro Fotográfico Anexo No. 7. Plano de intervención Pavimento.

4

INDICE DE TABLAS

Tabla 4.1 Evaluación funcional Vía Polvorines ............................................................................ 4-1

Tabla 6.1 Resumen Tabla % CBR Vía a Polvorines ................................................................. 6-5

Tabla 6.2 Resumen Tabla Espesores Vía Polvorines ................................................................. 6-8

Tabla 7.1 Tendencias de crecimiento .......................................................................................... 7-2

Tabla 7.2 Factores daño para diseño de pavimentos ................................................................ 7-3

Tabla 7.3. Comparación de las cargas transmitidas por eje a los pavimentos. Bus Padrón. .. 7-4

Tabla 7.4. Comparación de las cargas transmitidas por eje a los pavimentos. Bus alimentador

...................................................................................................................................................... 7-4

Tabla 7.5. Carga transmitida al pavimento más crítica por tipo de vehículo a plena capacidad. 7-

4

Tabla 7.6 Carga transmitida al pavimento por tipo de vehículo vacío ....................................... 7-5

Tabla 7.7 Factores daño para buses a máxima capacidad ........................................................ 7-6

Tabla 7.8 Factores daño para buses vacíos ............................................................................... 7-6

Tabla 7.9 Factores daño para buses a capacidad media .......................................................... 7-6

Tabla 7.10 Factores daño a utilizar para buses del Sistema S.I.T.M......................................... 7-7

Tabla 7.11 Resumen Número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas, por Vía. ........................ 7-8

Tabla 7.12. Cargas máximas por eje vigentes en Colombia ....................................................... 7-9

Tabla 7.13 Calculo del número de repeticiones esperadas cada año por tipo de eje en el carril

de diseño Vía a Polvorines ......................................................................................................... 7-11

Tabla 8.1 Resumen tránsito de diseño vías Pretroncales en Ejes equivalentes ....................... 8-3

Tabla 8.2 Resumen tránsito de diseño vías Pretroncales en Espectro de carga Vía a Polvorines

...................................................................................................................................................... 8-3

Tabla 8.3 Tabla resumen CBR de diseño corredor Pretroncal .................................................. 8-5

Tabla 8.4 Valores de CBR de diseño para el corredor pretroncal ........................................ 8-6

Tabla 8.5 Evaluación de la calidad del drenaje según el tiempo de evacuación del agua..... 8-10

Tabla 8.6. Valores recomendados para coeficientes de drenaje mi en capas granulares ....... 8-10

Tabla 8.7 Determinación de estructura pavimento vía Polvorines Periodo 10 años ............... 8-12

Tabla 8.8 Determinación del factor de Calage según metodología de Shell ........................... 8-14

Tabla 8.9 Chequeo esfuerzos y deformaciones Vía Polvorines ............................................. 8-16

5

Tabla 8.10. Espesores mínimos recomendados por la metodología de diseño AASHTO 1993 . 8-

16

Tabla 8.11 Resumen estructuras de pavimento propuestas para construcción pavimento nuevo

.................................................................................................................................................... 8-18


...................................................................................................................................................... 9-6

Tabla 9.2 Resumen diseño pavimento rígido Vía Polvorines ..................................................... 9-7

Tabla 9.3 - Longitud y diámetro de barras pasa juntas ............................................................. 9-10

Tabla 9.4 Recomendaciones para la selección de las barras de anclaje. .............................. 9-11

Tabla 10.1 Alternativa 1 Construcción pavimento nuevo en concreto MR=45 k/cm2 ............. 10-2

Tabla 10.2 Alternativa 2. Construcción pavimento nuevo en concreto MR=42 k/cm2 ........... 10-2

Tabla 10.3 Alternativa 2. Construcción pavimento nuevo en concreto asfáltico estructura

convencional ............................................................................................................................... 10-2

Tabla 10.4 Alternativa 2. Construcción pavimento nuevo en concreto asfáltico estructura con

geosintéticos ............................................................................................................................... 10-3

Tabla 10.5 Resumen comparativo de presupuesto por m2 construcción pavimento rígido ... 10-3

Tabla 10.6 Resumen comparativo de presupuesto por m2 construcción pavimento flexible 10-3

Tabla 11.1 Resumen CBR de diseño para el corredor Pretroncal ........................................... 11-2

Tabla 11.2 Estructuras típicas de pavimento existentes para el corredor Pretroncal ............. 11-2

Tabla 11.3 Resumen tránsito de diseño vías Pretroncales en Espectro de carga Vía a

Polvorines ................................................................................................................................... 11-3

Tabla 11.4 Resumen alternativas evaluadas para Estructura de Pavimento nueva vías en

pavimento rígido ......................................................................................................................... 11-3


concreto asfáltico. ....................................................................................................................... 11-3

Tabla 11.6 Comparativo precio por m2 alternativas en pavimento rígido ................................ 11-5

Tabla 11.7 Comparativo precio por m2 alternativas en pavimento Flexible ............................ 11-5

6

INDICE DE FIGURAS

Figura 6.1 Ubicación de las vías para trabajo de campo ............................................................ 6-2

Figura 6.2 Curvas Límites de Atterberg Vía Polvorines .............................................................. 6-3

Figura 6.3 Carta de Plasticidad Vía Polvorines .......................................................................... 6-4

Figura 6.4 Perfiles estratigráficos Vía Polvorines ....................................................................... 6-6

Figura 6.5 Perfiles estratigráficos Vía Polvorines ....................................................................... 6-6

Figura 6.6 Estructura de pavimento típica zona pavimentada Vía Polvorines .......................... 6-7

Figura 6.7 Estructura de pavimento típica zona en afirmado Vía Polvorines ............................ 6-8

Figura 8.1. Abaco para la determinación del Coeficiente de Aporte Estructural de Subbase

Granulares .................................................................................................................................... 8-7

Figura 8.2 Abaco para la determinación del Coeficiente de Aporte Estructural de Base

Granulares .................................................................................................................................... 8-8

Figura 8.3 Sección transversal pavimento flexible convencional Vía Polvorines ..................... 8-17

Figura 8.4 Sección transversal pavimento flexible con Geomalla Vía Polvorines .................... 8-18

Figura 9.1. Correlación de CBR y el Modulo de Reacción (K) de la subrasante ........................ 9-3

Figura 9.2. Estimación del Módulo de Reacción del apoyo de la losa por efecto de la capa de

subbase granular .......................................................................................................................... 9-5

Figura 9.3 Estructura de pavimento Vía a Polvorines MR = 45 kg/cm2. ................................... 9-8

Figura 9.4 Estructura de pavimento Vía a Polvorines MR = 42 kg/cm2. ................................... 9-8

Figura 9.5 - Vista en planta de canastilla de pasadores............................................................ 9-12

Figura 9.6 Corte A-A de canastilla de pasadores .................................................................... 9-12

Figura 9.7 Corte B-B de canastilla de pasadores .................................................................... 9-12

Figura 9.8. - Junta de contracción .............................................................................................. 9-13

Figura 9.9 Junta de expansión .................................................................................................. 9-14

Figura 9.10 Junta de expansión en intersección asimétrica ................................................... 9-14

Figura 9.11 - Detalle Junta de expansión .................................................................................. 9-15

Figura 9.12 - Junta de construcción ........................................................................................... 9-16

Figura 9.13 - Corte de juntas...................................................................................................... 9-17

Figura 9.14- Colocación de tirilla ................................................................................................ 9-18

Figura 9.15 Colocación de sello ................................................................................................ 9-19

7

Figura 9.16 - Modulación con presencia de estructuras hidráulica ........................................... 9-20

Figura 9.17 - Modulación y junta presencia de sumidero .......................................................... 9-20

Figura 9.18 - Modulación, junta y acero de refuerzo por presencia de estructuras hidráulicas 9-20

Figura 9.19 Detalle juntas alrededor de cámaras alternativa de rombo .................................. 9-21

Figura 9.20 Detalle juntas alrededor de cámaras alternativa de círculo .................................. 9-22

Figura 9.21 Detalle junta semicircular alrededor de sumideros ............................................... 9-22

figura 11.1 Estructura de pavimento recomendada para Vía a Polvorines ............................... 11-4

8

INTRODUCCION

METRO CALI S.A, mediante contrato de Consultoría No. MC-915.104.10.03.2013,

firmado con la firma SIETE LTDA, tiene establecido la elaboración de los estudios y

diseños de algunos elementos de infraestructura del sistema integrado de transporte

masivo SITM – MIO, Grupo 5, ubicado en la ciudad de Cali, departamento del Valle, en

los corredores pretroncales y alimentadores II, Sector 2 correspondiente

específicamente a: Vía a Polvorines. El presente documento contiene todo lo referente

a los Diseños de Pavimentos, elaborado dentro del marco de los términos de referencia

suministrados.

El presente estudio, contiene la información solicitada en el Anexo No. 8,

correspondiente a los parámetros generales de estudios y diseños para corredores

pretroncales y alimentadores.

El informe contiene a lo largo de sus capítulos, la descripción general del plan de

trabajo y plan de estudios, objetivos y alcance general, remitiéndose posteriormente a la

geología de la zona, a la evaluación funcional del corredor, a su evaluación geotécnica,

deflectométrica, evaluación de tránsito para posteriormente conjugar todas estas

variables y plantear soluciones de rehabilitación, según el caso analizado para terminar

con una evaluación económica de las alternativas.

El diseño de pavimento rígido se ha hecho con la metodología PCA-84 y por la

metodología AASHTO-93 para pavimento flexible, la cual fue solicitada como un

adicional al no tener completamente definida la estructura de pavimento a construir.

Esperamos que este informe logre satisfacer las expectativas para el cual fue

contratado.

|

1-1

DESCRIPCION DEL PLAN DE TRABAJO Y PLAN DE ESTUDIO 1.

Para la elaboración del presente estudio, se ha requerido la coordinación de las

diferentes disciplinas que conforman el proyecto, desarrollándose en las siguientes

etapas:

RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE 1.1

Se ha realizado una recopilación de información existente de los diseños de

Pretroncales del año 2008, que han servido como guía para la elaboración del presente

documento. Así mismo se ha confrontado información del proyecto actual que

desarrolla METRO CALI, para el mantenimiento de pretroncales a lo largo de los

sectores, sur, occidente, centro y oriente y que actualmente están en ejecución,

basándose principalmente en matriz de rutas del sistema de transporte masivo para el

complemento del tránsito.

RECORRIDO INICIAL. 1.2

Se hizo un recorrido inicial para el conocimiento general de todos los corredores que

forman parte del proyecto, para poder ir caracterizando inicialmente la zona desde el

punto de vista geológico para establecer posteriormente la geotecnia requerida.

INSPECCIÓN VISUAL 1.3

Conocidos el corredor, se procede a realizar una inspección visual desde el punto de

vista funcional, determinando sectores de afirmado, sectores próximos a deteriorarse y

sectores en buen estado, representándoles con color rojo, amarillo y verde

respectivamente. No obedece esta actividad a una metodología tipo Invias, por el

1-2

método Vizir, ya que el alcance se enfoca a dar soluciones con base en un presupuesto

preestablecido, y según dicha metodología, se tendrían condiciones críticas para todos

los tramos.

EXPLORACIÓN DE CAMPO 1.4 Con base en la longitud del corredor, se determinó previamente la posible ubicación de

los sondeos, elaborando mediante esquemas basados en fotografía digital (google

earth), la ubicación de los mismos, determinando los ensayos requeridos y la toma de

CBR de subrasante. Esta exploración es realizada por la firma CESCO LTDA, tanto en

el campo como en laboratorio.

ENSAYOS DE LABORATORIO. 1.5

Procesamiento de las muestras obtenidas en campo, para clasificación, gradación, y

conocimiento general de sus características físicas y mecánicas del suelo encontrado y

de los materiales que hacen parte actualmente de la estructura de pavimento.

ESTUDIO DE TRÁNSITO 1.6

Elaborado por el Especialista Fernando Delgado, quien se encargó del trabajo de

campo para conteos y procesamiento de la información para determinar los tránsitos

promedios diarios y la composición vehicular de los diferentes vehículos comerciales

para con base en ello poder determinar el espectro de cargas para pavimento rígido.

1-3

ESTUDIO TOPOGRÁFICO 1.7

Con base en tecnologías de punta, se hace el levantamiento topográfico del corredor,

tanto planimétricamente como altimétricamente, información requerida para el diseño

de rasante de la vía, la cual debe ir ajustada según la solución de pavimento propuesta

para este corredor vial.

DISEÑO GEOMÉTRICO 1.8

Se establecen los abscisados de la vía, los anchos y los alineamientos tanto en planta

como en perfil, para lograr tener un abscisado concordante en las diferentes actividades

llevadas a cabo, de tal forma que se pueda referenciar los puntos de manera precisa.

CONCATENACION DE DISCIPLINAS 1.9

Con toda la información conjunta, se procede a la determinación de los espesores del

pavimento, buscando alternativas técnica y económicamente viables, pasadas en los

requerimientos de los términos de referencia.

EVALUACIÓN ECONÓMICA 1.10

Establecidas las soluciones de rehabilitación se procede a la evaluación económica de

cada una de ellas y a recomendar la más adecuada.

|

2-1

OBJETIVOS Y ALCANCE 2.

OBJETIVO GENERAL 2.1 Diseñar para la via que conforma el Grupo de Pretroncales, soluciones de intervención,

del pavimento actual, como construcción de pavimento nuevo, de tal forma que sea la

alternativa que técnica y económicamente mejor se ajuste a las condiciones del

proyecto, cumpliendo con el período establecido para la vida útil del pavimento.

OBJETIVOS ESPECIFICOS 2.2

- Evaluar las condiciones geotécnicas de la zona del proyecto de este corredor

vial, para con base en ellas determinar la capacidad de soporte del suelo de

subrasante y definir la estructura de pavimento más adecuada.

- Analizar geotécnicamente el corredor, para poder establecer posibles

problemas de tipo constructivo durante el desarrollo del contrato.

- Optimizar los recursos económicos para establecer soluciones que devuelvan la

funcionalidad a la vía actual y que paralelamente corresponda a intervenciones

que aprovechen al máximo los materiales remanentes existentes en el corredor

analizado.

- Establecer soluciones acorde a las condiciones presupuestales del contrato, de

manera que sean viables de construir desde el punto de vista económico.

- Hacer las evaluaciones económicas de las alternativas evaluadas y hacer las

recomendaciones desde el punto de vista técnico-económico.

2-2

ALCANCE GENERAL DEL ESTUDIO 2.3

El alcance del presente estudio, consiste en la determinación de los espesores de

pavimento requerido para la zona y establecer soluciones en pavimento rígido para la

vía a Polvorines como principal opción, no dejando descartado un análisis en pavimento

flexible.

El alcance se enfoca a plantear soluciones que económicamente se ajusten a los

presupuestos establecidos para la vía, basados en la evaluación geotécnica, estudios

de tránsito, condiciones geológicas de la zona, etc.

|

3-1

GEOLOGIA DE LA ZONA 3.

Dentro del estudio realizado por INGEOMINAS, por la subdirección de amenazas

geológicas y entorno ambiental, se ha establecido un estudio completo de

Micronozificación Sísmica de Santiago de Cali, y específicamente en su informe 4,

correspondiente a las Investigaciones y zonificación geológica de la Ciudad, se

establecen claramente las diferentes unidades geológicas de la ciudad.

GEOLOGIA SUPERFICIAL 3.1

Para el caso que nos compete, el proyecto se desarrolla en dos zonas diferentes. Una

zona oeste, que corresponde a la zona de Polvorines. Teniendo en cuenta el citado

estudio, a continuación se describe la zona geotécnica encontrada según el Estudio de

Microzonificación Sismica de la ciudad de Cali.

Zona Depósito de Piedemonte 3.1.1

Esta zona está conformada por lo abanicos de las quebradas que se encuentran entre

los barrios Cristales hasta Meléndez, cuya característica común es que sus cuencas

son pequeñas y están conformadas por rocas sedimentarias, lo cual infiere que los

depósitos de piedemonte formados guarden cierta similitud. Esta zona presenta un

espesor aproximado de 300m al terciario y 1.0 km al basamento hacia la zona del

velódromo.

Esta zona se compone principalmente por materiales MH y CH superficialmente, donde

cerca del 15% de las muestras corresponden a suelos limo arenosos con un promedio

de 15% de grava y 33% de arena. La humedad natural se encuentra entre 20 y 50%,

con un valor representativo del 37%. El límite líquido varía entre 40 y 100% con un

valor promedio del 67%. El límite plástico se sitúa entre el 25 y 55% con valores

3-2

representativos del 40%. Los índices de plasticidad poseen una distribución normal

entre 10 y 60% con un valor promedio de 31%.

|

4-1

EVALUACION FUNCIONAL 4.

Dado que el alcance de las intervenciones generales para todas las vías pretroncales

que se propongan, van a obedecer a un presupuesto preexistente, se plantea realizar

una evaluación funcional, catalogando bajo tres colores diferentes, los tramos de vía

que requieran reconstrucción o rehabiliación, como críticos o de color rojo, los que

requieran una intervención parcial como un bacheo o un refuerzo estructural por no

observarse un deterioro crítico de la estructura con color amarillo, y por último con color

verde, aquellos que no requieren ningun tipo de intervención.

VIA POLVORINES 4.1

Requiere de una reconstrucción total pero preferiblemente, en pavimento rigido, dado

que el pavimento contiguo ha sido concebido mediante losas de concreto. Según la

evaluación funcional toda la longitud esta en estado crítico por no poseer capa de

rodadura.

Tabla 4.1 Evaluación funcional Vía Polvorines

ESTADOLONGITUD

(m)ANCHO (m)

AREATOTAL

(m2)

% DEL AREA

TOTAL

247 6 1482 100,0

TOTALES 1482

|

5-1

INVENTARIO OBRAS DE DRENAJE Y OBRAS DE ARTE 5.

La vía Polvorines que conforma las vías pretroncales de los corredores proyectados, no

cuenta con sumideros, como obras de drenaje superficial, además no se evidenció la

presencia de filtros longitudinales en la zona de los separadores centrales.

Se hizo un inventario del número total de sumideros para la vía.

El inventario detallado del estado, reposición o diseño de nuevas estructuras de

drenaje, se encuentran contenidas en el Informe Hidráulico del presente proyecto. En

la vía a polvorines, no se encontró la presencia de ningún sumidero.

|

6-1

EVALUACIÓN GEOTÉCNICA 6.

DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO DE CAMPO 6.1

Para los trabajos de campo, se efectuaron un total de cinco apiques para todo el

corredor vial del proyecto de la Elaboracion de los Estudios y Diseños de algunos

elementos de la Infraestructura del Sistema Integrado de Transporte Masivo SITM-

MIO, cuya ubicación se muestra en la Figura 6.1 y se tomaron en total cinco muestras

para ensayo de CBR. Dichos apiques se llevaron hasta 2.0m de profundidad.

Se buscó distribuir los apiques, de tal forma que se representara la vía para el diseño

de la estructura de pavimento.

En cada apique se recobraron de dos a tres muestras de suelo, dependiendo la

variación en la estratigrafía.

El número de perforaciones, la ubicación y la profundidad se determinaron de tal forma

que permitieran establecer de manera adecuada, la variación en el tipo de suelo. Las

muestras recobradas fueron descritas en forma visual por el geotecnólogo, quien hace

la descripción inicial de la clasificación en campo, color, cambio de humedad,

condiciones de consistencia y demás observaciones que considere convenientes para

conocer apropiadamente el suelo.

En el Anexo No. 1 correspondiente a “Resultados de Laboratorio” se presenta el

registro de campo descrito anteriormente, con los ajustes realizados según los

resultados obtenidos en el laboratorio, en el Anexo No. 2 se indica la ubicación de los

apiques tomados a este corredor vial.

6-2

Figura 6.1 Ubicación de las vías para trabajo de campo

VIA A POLVORINES

6-3

ENSAYOS DE LABORATORIO 6.2

Las muestras representativas obtenidas de los sondeos se las sometió en el laboratorio

a un programa de ensayos básicos que contó con pruebas de humedad natural, límites

de Atterberg para clasificación y granulometría.

Con el fin de tener una mayor claridad en el comportamiento geotécnico, se han

realizado gráficas para el corredor vial donde se indican las variaciones en los límites

de Atterberg, y humedad natural para poder predecir mejor sus características

geotécnicas. En las siguientes Figuras se indican dichas variaciones para este

corredor vial, integrando todos los resultados, y considerando como capa de

subrasante, la capa de apoyo del material granular existente.

Figura 6.2 Curvas Límites de Atterberg Vía Polvorines

En la figura anterior, se ha representado la variación del suelo de subrasante en lo que

corresponde a los límites Líquido, Límite Plástico, Humedad natural e Indice de

plasticidad. Se observa que los valores de límite líquido son elevados, superiores al

50%, indicando suelos de alta compresibilidad. Los Indices de plasticidad variables

6-4

entre 10 y 30%. La humedad natural del suelo se encuentra por debajo del límite

plástico, indicando un suelo en estado semisólido.

Para un mejor entendimiento de las características del suelo de subrasante, en cuanto

a su clasificación, se presenta la carta de plasticidad, en donde se aprecia que los

suelos son predominantemente de tipo limosos de alta compresibilidad que clasifican

como MH.

Figura 6.3 Carta de Plasticidad Vía Polvorines

Del análisis realizado geotécnicamente la vía a Polvorines,presenta un suelo predominante que corresponde a limos de alta compresibilidad tipo MH.

6-5

DETERMINACIÓN DEL CBR DE DISEÑO 6.3

Se tomaron cinco muestras inalteradas en molde de CBR las cuales se ensayaron con

humedad natural y en condiciones de saturación, luego de cuatro días de inmersión en

agua, midiéndose la expansión registrada por la muestra. Los resultados se presentan

para la vía, para determinar posteriormente el CBR de diseño.

. Tabla 6.1 Resumen Tabla % CBR Vía a Polvorines

De acuerdo con los resultados de laboratorio en lo que corresponde a las medidas de

expansión en el molde CBR, predominan valores inferiores al 2.0%, no experando

suelos comportamiento expansivo.

Para la vía a Polvorines, se adoptará un CBR para diseño de 3.1%

ESTATIGRAFIA Y NIVEL FREATICO 6.4

La estratigrafía de la zona del proyecto es muy homogénea, indicando suelos muy

blandos, de tipo limo arcilloso, cuya representación gráfica permite visualizar de manera

más clara, las diferentes capas encontradas en todos los apiques realizados, tal como

se muestra en las siguientes figuras:

WN SAT

1 5,4 3,0 0,44

2 5,9 3,1 0,36

3 6,6 4,1 0,34

4 5,0 2,3 0,38

3,1

% EXPANSIONCBR No.% CBR

CBR PROMEDIO

6-6

Figura 6.4 Perfiles estratigráficos Vía Polvorines

Figura 6.5 Perfiles estratigráficos Vía Polvorines

6-7

La vía a Polvorines, se encuentra en material de afirmado, el sector que se va a

intervenir, sin embargo se realizaron apiques en la zona donde se encuentra la losa,

con el fin de poder determinar el espesor de la losa actual.

De acuerdo con los apiques realizados, se tiene que la losa existente, presenta un

espesor de 18 cms, apoyada sobre un material de rocamuerta de 60 cms de espesor.

Subyaciendo este material se encuentra un suelo fino que corresponde a un limo de

alta compresibilidad que clasifica como MH.

En la siguiente figura, se esquematiza la estructura de pavimento típica encontrada en

la zona del pavimento.

Figura 6.6 Estructura de pavimento típica zona pavimentada Vía Polvorines

El tramo a intervenir se encuentra en afirmado, y corresponde a un relleno granular de

espesor variable entre 20 y 60 cms, siendo el espesor predominante o representativo

40 cms, el cual contiene plasticidad no propia para superficie de apoyo de la nueva losa

a construir. En la siguiente figura se esquematiza la estructura típica del tramo en

afirmado.

Losa de concreto e = 18 cms

Rocamuerta e = 60 cms

Subrasante MH

6-8

Figura 6.7 Estructura de pavimento típica zona en afirmado Vía Polvorines

Nivel Freático

No se encontró la presencia del nivel freático hasta 2.0 m de profundidad investigada

RESUMEN DE ESPESORES PARA LA VIA EN ESTUDIO 6.5

En la siguiente tabla se muestra el resumen de los espesores que fueron graficados

en las figuras anteriores para la vía.

Tabla 6.2 Resumen Tabla Espesores Vía Polvorines

Rocamuerta e = 40 cms

Subrasante MH

LOSA CONC RELLENO BASE TRIT. ROCA M. TOTAL GRAN SUBRASANTE

CBR 1 40 40 MH

S1 40 40 SM

S2 40 40 ML

CBR 2 50 0 MH

S3 90 0 MH

S4 20 20 MH

CBR 3 18 20 30 30 MH

S5 17 60 60 ML

S6 18 60 60 MH

CBR 4 18 20 20 40 MH

APIQUE No.ESPESORES

|

7-1

EVALUACIÓN DE TRÁNSITO 7.

INTRODUCCIÓN 7.1

En este capítulo se realizará la estimación de la variable tránsito como parámetro de

diseño y dimensionamiento de las estructuras de pavimento presentadas para este

proyecto. Es importante recalcar que dependiendo del método de diseño utilizado, las

solicitaciones transmitidas a las capas de los diferentes materiales que componen la

estructura del pavimento y al material de la subrasante por parte de la flota vehicular,

son expresadas ya sea en ejes equivalentes simples de rueda doble de 8.2 toneladas

de peso para el método de diseño empírico de la AASHTO versión 1993, o mediante el

respectivo espectro de cargas para los métodos de dimensionamiento de carácter

mecanicistas.

La información necesaria utilizada para este estudio fue suministrada por METRO CALI

S.A. en lo que respecta a las rutas del sistema, y para el otro tipo de tránsito,

correspondiente al tráfico mixto, son el resultado del estudio de Tránsito realizado por

SIETE LTDA, para este proyecto, del cual se obtuvieron los tránsitos promedios diarios,

la composición vehicular y la determinación de las tasas de crecimiento.

PERÍODO DE DISEÑO: 7.2

El período de diseño establecido dentro de los términos corresponde a 10 años para

pavimento flexible y 20 años para pavimento rígido. Periodos superiores a 10 años,

para pavimento flexible no es recomendable, pues el comportamiento del asfalto a

través del tiempo, muestra su oxidación progresiva, pérdida de sus propiedades por

efecto de las condiciones climáticas y el paso repetido de los vehículos. Períodos de

mayor duración es posible diseñarlos, pero no dan garantía del buen comportamiento

de la mezcla asfáltica a través del tiempo así su espesor sea el adecuado, para estos

7-2

periodos superiores a 10 años, se consideran estrategias para prolongar la vida útil del

pavimento.

TASA DE CRECIMIENTO: 7.3

La tasa de crecimiento ha sido fijada en el estudio de Tránsito realizado por SIETE

LTDA, la cual fue determinada por el Especialista en Tránsito en un valor representativo

de 4.0% para toda la flota vehicular mixta. Para el caso de los buses del sistema, se

adoptó el valor sugerido por METRO CALI S.A, correspondiente a 1.1%. Lo anterior

sustentado, bajo el argumento que no se cuenta con información histórica del tránsito

actuante en las diferentes vías, por tanto se tomó como referencia una tasa de

crecimiento de acuerdo con las características de la región y las políticas

macroeconómicas del país, las cuales se indican en la siguiente tabla.

Tabla 7.1 Tendencias de crecimiento

Variable Índice de Crecimiento

Crecimiento de la población 1.07%

Economía Nacional 4%

Crecimiento en la red vial del Valle 3%

Tasa de Crecimiento parque vehicular 7%

Fuente Cuadro Informe de Tránsito. Siete Litda.2014

De acuerdo con los índices anteriores, se consideró descartar los extremos o sea el

crecimiento poblacional que es bajo y el crecimiento del parque vehicular que es alto,

valor este último que se considera coyuntural, debido a los tratados de libre comercio

que ha firmado el gobierno nacional y que ha producido un boom en la compra de

vehículos, pero se espera un equilibrio del mercado en el corto plazo. Por lo anterior y

considerando las expectativas del gobierno en cuanto a crecimiento económico del 4%,

se consideró que este es un valor prudente para proyectar los tránsitos actuales en esta

vía Pretroncal de Cali.

7-3

DETERMINACION DE LOS FACTORES DAÑO 7.4

Vehiculos mixtos 7.4.1

Se requiere determinar el número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas, para lo cual se

trabajará con los factores daño indicados en la Tabla 7.2, los cuales fueron obtenidos

de los pesajes realizados por el Instituto Nacional de Vías, a más de 300000 vehículos

durante el período del año 2000 a 2006, y los obtenidos en el año 1996, adoptando los

valores más críticos. En la siguiente tabla, se hace un comparativo de los factores daño

obtenidos por el INVIAS en el año 1996, en el año 2007 y el valor adoptado para el

presente proyecto.

Tabla 7.2 Factores daño para diseño de pavimentos

Buses del Sistema 7.4.2

Para los buses del sistema, también se determinó los factores daño de los buses

padrones y de los buses complementarios, por ser el tipo de vehículo esperado para las

vías objeto de este diseño.

Para el caso de los buses padrones, se hizo el análisis de las diferentes marcas que

pueden formar parte del sistema, y se escogió la carga por eje del más crítico. En la

Tabla 7.3 se indica esta situación.

VEHICULO FD INVIAS 96 FD INVIAS 07 ADOPTADO

BUS 1,00 1,00 1,00

C2P 1,01 1,14 1,14

C2G 2,72 3,44 3,44

C3-C4 3,72 4,32 4,32

C5 4,88 4,40 4,88

>C5 5,23 4,72 5,23

7-4

Tabla 7.3. Comparación de las cargas transmitidas por eje a los pavimentos. Bus Padrón.

Para el caso de los buses alimentadores, se hizo el análisis de las diferentes marcas

que pueden formar parte del sistema, y se escogió la carga por eje del más crítico. En

la Tabla 7.4 se indica esta situación.

Tabla 7.4. Comparación de las cargas transmitidas por eje a los pavimentos. Bus alimentador

En la Tabla 7.5 se presenta el resumen de los pesos por eje más críticos para los dos

tipos de buses del sistema que circularan por las vías pretroncales.

Tabla 7.5. Carga transmitida al pavimento más crítica por tipo de vehículo a plena capacidad.

Tipo de Bus Pesos por eje (Kg)

Delantero Eje 2 Eje 3

Padrón (80 pasajeros) 6657 11144 No aplica

Complementario (50 pasajeros) 2808 5831 No aplica

TIPO DE AUTOBUS CAP

NOMINAL

PESO EJE

(Kg)

CARGA EJE

DELANTERO

PESO EJE

(Kg)

CARGA EJE

TRASERO

PESO EJE

(Kg)

PESO TOTAL

(Kg)CANT PAS

M 1721 - 1722 (V) 80 Pas 2,780 5,906 Kg 2,030 10,414 Kg 16,320 16,320 94

M 1721 - 1722 (A) 80 pas 2,780 6,287 Kg 2,030 8,961 Kg 15,248 15,248 79

M O500M 80 Pas 3,080 6,206 Kg 1,890 10,274 Kg 16,480 16,480 94

VW 17210 (V) 80 Pas 3,080 6,657 Kg 1,890 8,821 Kg 15,478 15,478 80

VW 17210 (A) 80 Pas 930 4,507 Kg 3,400 10,331 Kg 14,838 14,838 80

VOLVO 7R 80 Pas 1,677 5,734 Kg 4,327 11,738 Kg 17,472 17,472 80

CHR 7,2 80 Pas 1,286 4,863 Kg 4,213 11,144 Kg 16,007 16,007 80

MB OH 1623 GNV 80 Pas 1,560 5,139 Kg 4,220 10,869 Kg 16,008 16,008 80

TIPO DE AUTOBUS CAP

NOMINAL

PESO EJE

(Kg)

CARGA EJE

DELANTERO

PESO EJE

(Kg)

CARGA EJE

TRASERO

PESO TOTAL

(Kg)CANT PAS

VOLKSWAGEN 9,150 48 PAS 1,610 2,484 Kg 940 5,831 Kg 8,315 50 PAS

NPR 48 PAS 1,245 2,307 Kg 960 5,663 Kg 7,970 50 PAS

MERCEDEZ LO-915 48 PAS 1,634 2,808 Kg 1,102 5,693 Kg 8,501 50 PAS

7-5

Con el fin de que los diseños no queden ni sobredimensionados, ni subdiseñados, se

consideraran los factores daño considerando que los buses estarán a su plena

capacidad de carga en las horas pico, y ocupados parcialmente el resto de horas que

trabaja el sistema.

En las Tablas 7.6 se indican las cargas reales transmitidas al pavimento, estando los

buses vacíos y considerando un peso por pasajero de 70 Kg, tal como lo especifica el

estudio realizado por Metro Cali, para el avalúo de las cargas.

Tabla 7.6 Carga transmitida al pavimento por tipo de vehículo vacío

Tipo de Bus Pesos por eje (Kg)

Delantero Eje 2 Eje 3

Padrón (80 pasajeros) 4977 7224 No aplica

Complementario (50 pasajeros) 1758 3.381 No aplica

Con base en los datos reportados en el cuadro anterior y en la fórmula para el Factor

Daño FD = (Po/6.6)4+(P1/8.2)4+(P2/8.2)4, teniendo en cuenta como carga de referencia

para eje sencillo 6.6 Toneladas y para eje de rueda doble 8.2 toneladas, se determinan

los factores daño a utilizar para el cálculo del número de ejes equivalentes de 8.2

toneladas.

Para fines comparativos, se presentan los factores daño calculados para los buses a

máxima capacidad, para los buses vacíos, y en una condición promedio, los cuales se

indican en la Tabla 7.7 a la tabla 7.9.

7-6

Tabla 7.7 Factores daño para buses a máxima capacidad

Tabla 7.8 Factores daño para buses vacíos

Tabla 7.9 Factores daño para buses a capacidad media

Teniendo en cuenta que durante las horas pico los buses se esperan que circulen a

máxima capacidad y en las horas valle, medianamente llenos, se calculó el factor daño

ponderado, considerando 5 horas pico y 6 horas valle, obteniéndose para diseño los

valores indicados en la Tabla 7.10.

Delantero Trasero

Padron 6,60 11,10 4,36

Complementario 2,81 5,83 0,29

FACTOR DAÑO PARA BUSES A MAXIMA CAPACIDAD

Peso por ejeF.DTIPO VEHICULO

Delantero Trasero

Padron 5,00 8,20 1,33


FACTOR DAÑO PARA BUSES VACIOS

TIPO VEHICULOPeso por eje

F.D

Delantero Trasero

Padron 5,80 9,65 2,51


FACTOR DAÑO PARA BUSES MEDIANAMENTE LLENOS

TIPO VEHICULOPeso por eje

F.D

7-7

Tabla 7.10 Factores daño a utilizar para buses del Sistema S.I.T.M

DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES DE 8.2 7.5TONELADAS PARA PAVIMENTO FLEXIBLE

El tránsito de diseño para pavimentos asfálticos nuevos y para el dimensionamiento de

refuerzos según la metodología AASHTO 1993, se cuantifica por medio del número de

ejes equivalentes de 8,2 toneladas esperados a lo largo del periodo de diseño y para el

carril de diseño.

Para este corredor vial, basados en el estudio de tránsito, elaborado por la firma SIETE

LTDA, el cual puede consultarse para ampliar la información, se ha determinado el

número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas, tomando como año cero el año 2015, y

a partir de él calculas las repeticiones esperadas, tal como se indica a continuación.

En la Tabla 7.18, se presenta el resumen del cálculo de ejes equivalentes de 8.2

toneladas, en el carril de diseño y en el período de diseño, con base en los cuales se

hará el respectivo diseño del pavimento, para la alternativa de pavimento flexible.

TIPO VEHICULO FD lleno FD medio FD Ponderado

Padron 4,36 2,51 3,52


FACTOR DAÑO PONDERADO

7-8

Tabla 7.11 Resumen Número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas, por Vía.

DETERMINACIÓN DEL ESPECTRO DE CARGAS PARA PAVIMENTO 7.6RIGIDO.

El tránsito de diseño para estructuras de pavimento rígidos de acuerdo a la metodología

definida por la P.C.A. versión 1984, se cuantifica por medio del espectro de cargas

esperado a lo largo del periodo de diseño y para el carril de diseño. Puesto que para

este proyecto no se cuenta con la información de campo necesaria para la obtención de

dicho espectro de cargas del parque vehicular predominante de la vía con referencia a

los pesos por eje representativos, se tomaran las cargas máximas por eje estipuladas

en la resolución 004100 de 2004 emanada por el Ministerio de Transporte. La siguiente

tabla relaciona los pesos por ejes máximos especificados para el país.

CALCULO DE EJES EQUIVALENTES DE 8.2. TONELADAS POR AÑO EN EL CARRIL DE DISEÑO

Numero de Carriles por sentido: 1Factor de Distribución por Carril: 1Factor de Distribución por Sentido: 0,5

TOTAL

COMPLEMENTARIOSFD 0,21 FD 1,14 FD 3,44 FD 4,32

TPD EJES TPD EJES TPD EJES TPD EJES

2015 0,0% 75 2874 4,0% 38 7906 32 20090 2 1577 147 324472016 1,1% 76 2913 4,0% 40 8322 33 20717 2 1577 151 335292017 1,1% 77 2951 4,0% 42 8738 34 21345 2 1577 155 346112018 1,1% 78 2989 4,0% 44 9154 35 21973 2 1577 159 356932019 1,1% 79 3028 4,0% 46 9570 36 22601 2 1577 163 367762020 1,1% 80 3066 4,0% 48 9986 37 23229 2 1577 167 378582021 1,1% 81 3104 4,0% 50 10403 38 23856 2 1577 171 389402022 1,1% 82 3143 4,0% 52 10819 40 25112 2 1577 176 406512023 1,1% 83 3181 4,0% 54 11235 42 26368 2 1577 181 423612024 1,1% 84 3219 4,0% 56 11651 44 27623 2 1577 186 440702025 1,1% 85 3258 4,0% 58 12067 46 28879 2 1577 191 45781

TOTAL EJES EQUIVALENTES DE 8,2, TONELADAS EN EL CARRIL DE DISEÑO

PERIODO DE DISEÑO 10 AÑOS 4,23E+05PERIODO DE DISEÑO 7 AÑOS 2,50E+05PERIODO DE DISEÑO 5 AÑOS 1,73E+05PERIODO DE DISEÑO 3 AÑOS 1,01E+05

AÑO

BUSES DEL SISTEMA CAMIONES

TPD VEH.COM.TASA

C2P C2G C3EJES

EQUIVALENTESTASA

7-9

Tabla 7.12. Cargas máximas por eje vigentes en Colombia

TIPO DE EJE CARGA MAXIMA (Ton)

Simple rueda simple 6.0

Simple rueda doble 11.0

Tándem 22.0

Trídem 24.0

Así, un vehículo tipo C2P se considerara compuesto por dos ejes simples de rueda

simple con un peso por eje de 6.0 Ton y un vehículo tipo C2G se considerara

compuesto por un primer eje simple de rueda simple o eje direccional con un peso por

eje de 6.0 Ton y un segundo eje simple de rueda doble con un peso por eje de 11.0

Ton.

Los vehículos tipo C3-C4 se asumirán compuestos por un primer eje simple de rueda

simple o eje direccional de 6.0 Ton, un segundo eje simple de rueda doble de 11.0 Ton

y un tercer eje tándem de 22.0 Ton como condición más crítica.

Los vehículos tipo C5 se considerara compuesto por un primer eje simple de rueda

simple de 6.0 Ton de peso y dos ejes tipo tándem de 22.0 Ton de peso

respectivamente.

Los vehículos tipo >C5 se asumirá compuesto por un primer eje simple de rueda simple

o eje direccional de 6.0 Ton de peso, un segundo eje tipo tándem de 22.0 Ton de peso

y un tercer eje tipo tridem de 24.0 Ton de peso respectivamente, distribución típica de

un vehículo tipo C6.

La siguiente tabla detalla el espectro de cargas para el transito predominante esperado

de la vía en el carril de diseño y para un periodo de diseño de 20 años más 1 año

asumido como tiempo de construcción del proyecto, desde luego considerando un nivel

de confianza de esta variable de 90%.

Para el caso de los buses del sistema, se establece para los buses complementarios un

eje delantero simple de rueda simple de 3.5 toneladas de peso, y un eje trasero simple

7-10

de rueda doble de 6.5 toneladas. Para los padrones, se tiene un eje delantero simple

de rueda simple de 6.0 toneladas y un eje trasero simple de rueda doble de 11.5

toneladas.

Para mayor claridad, en cada una de las siguientes tablas se presenta el cálculo del

espectro de cargas para los diferentes corredores viales diseñados en pavimento rígido.

Via a Polvorines 7.6.1

Dado que la vía actual se encuentra en pavimento rígido, se dará continuidad a este

corredor en el mismo tipo de pavimento, para lo cual se determinó el espectro de

cargas, basado en el estudio de tránsito realizado. En la siguiente tabla se indica el

espectro de carga por año y el resumen para el período de diseño establecido de 20

años.

7-11

Tabla 7.13 Calculo del número de repeticiones esperadas cada año por tipo de eje en el carril de diseño Vía a Polvorines

Número de Carriles por sentido: 1Factor de Distribución por Carril: 1Factor de Distribución por Sentido: 0,5

SRS SRD SRS SRS SRS SRD SRS Tandem2,8 Ton 5,8 Ton 6 Ton 6 Ton 6 Ton 11 Ton 6 Ton 22 Ton

2015 75 13688 13688 38 6935 6935 32 5840 5840 2 365 3652016 76 13870 13870 40 7300 7300 33 6023 6023 2 365 3652017 77 14053 14053 42 7665 7665 34 6205 6205 2 365 3652018 78 14235 14235 44 8030 8030 35 6388 6388 2 365 3652019 79 14418 14418 46 8395 8395 36 6570 6570 2 365 3652020 80 14600 14600 48 8760 8760 37 6753 6753 2 365 3652021 81 14783 14783 50 9125 9125 38 6935 6935 2 365 3652022 82 14965 14965 52 9490 9490 40 7300 7300 2 365 3652023 83 15148 15148 54 9855 9855 42 7665 7665 2 365 3652024 84 15330 15330 56 10220 10220 44 8030 8030 2 365 3652025 85 15513 15513 58 10585 10585 46 8395 8395 2 365 3652026 86 15695 15695 60 10950 10950 48 8760 8760 2 365 3652027 87 15878 15878 62 11315 11315 50 9125 9125 2 365 3652028 88 16060 16060 64 11680 11680 52 9490 9490 2 365 3652029 89 16243 16243 67 12228 12228 54 9855 9855 2 365 3652030 90 16425 16425 70 12775 12775 56 10220 10220 2 365 3652031 91 16608 16608 73 13323 13323 58 10585 10585 2 365 3652032 92 16790 16790 76 13870 13870 60 10950 10950 2 365 3652033 93 16973 16973 79 14418 14418 62 11315 11315 2 365 3652034 94 17155 17155 82 14965 14965 64 11680 11680 2 365 3652035 95 17338 17338 85 15513 15513 67 12228 12228 2 365 365

TOTAL 325768 325768 227397 227397 180312 180312 7665 7665

C2P

TPDAÑO

COMPLEMENTARIOS C2GCAMIONES

TPD TPD TPD

C3-C4

TANDEM TRIDEM

2,8 Ton 5,8 Ton 6,0 Ton 11 Ton 22 Ton 24 Ton

325.768 325.768 642.771 180.312 7.665 0

EJES SIMPLES

|

8-1

DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE METODO AASHTO -93 8.

INTRODUCCIÓN 8.1

El pavimento de tipo flexible, disipa a través de las capas que conforman la estructura,

los esfuerzos generados por las solicitaciones de carga, de tal forma que a nivel de

subrasante ya se hayan disipado al menos en un 90%.

Debido a lo anterior, el diseño de los espesores que conformarán la estructura de

pavimento, debe ser los mínimos posibles que garanticen que los esfuerzos a los que

estarán sometidos los diferentes materiales sean inferiores a los que ellos son capaces

de resistir. Por esta razón, para lograr vías que duren el tiempo para el cual fueron

diseñadas, no sólo se debe garantizar un buen diseño, sino una buena calidad de los

materiales utilizados en unión con un buen proceso constructivo.

Los términos de referencia especifican dentro de sus condiciones las siguientes

exigencias:

Para diseño de pavimentos flexibles nuevos

Periodo diseño 10 años

Confiabilidad 80%. Para los diseños la consultora determinó la utilización de un

nivel de confiabilidad del 90%, dada la incertidumbre en los ajustes a la flota del

Sistema de Transporte Masivo, y por tratarse de vías nuevas.

Desvío estándar So=0.49

Serviciabilidad Final: 2.5

Se deberán respetar los espesores mínimos de concreto asfáltico y base

granular recomendados por la guía AASHTO respectiva.

La determinación de espesores para satisfacer el número estructural requerido

debe realizarse siguiendo el criterio de que las capas granulares no tratadas

deben estar protegidas de tensiones verticales excesivas que les producirían

deformaciones permanentes.

8-2

PARÁMETROS DE DISEÑO 8.2

La Metodología de la AASHTO-1993, busca determinar el número estructural necesario

para resistir el paso de un determinado tráfico representado en un número de ejes

equivalentes simples de rueda doble de 8.2 Ton, a lo largo de un período de diseño.

El método contempla además del tránsito, la serviciabilidad, la confiabilidad del diseño,

la capacidad portante de la sub-rasante, características de los materiales, el drenaje y

los efectos ambientales asociados. El método de diseño AASHTO 1993, usa

coeficientes estructurales para evaluar la resistencia de los materiales que componen

las capas de una estructura de pavimento, los cuales se obtienen a partir de

deducciones obtenidas en las experiencias del ensayo vial AASHO.

Entre Las recomendaciones de diseño de la AASHTO, están los espesores mínimos de

la carpeta asfáltica y de la base granular, dependiendo del nivel de tránsito que

soportará la estructura en el carril de diseño y en el periodo de diseño.

Dentro de los parámetros de diseño tenidos en cuenta por la Metodología AASHTO,

pueden definirse:

Tránsito 8.2.1

Cuantificado por el Número de Ejes simples de rueda doble Equivalentes de 8.2 Ton,

que se esperan circulen a lo largo de la vida útil del proyecto, y para un carril de diseño.

En las siguientes tablas, se resumen los valores de tránsito de diseño para las

alternativas de pavimento flexible y para las de pavimento rígido.

8-3

Tabla 8.1 Resumen tránsito de diseño vías Pretroncales en Ejes equivalentes


Pérdida de Serviciabilidad 8.2.2

Es el cambio o pérdida en la calidad de servicio que la estructura de pavimento

proporciona al usuario, definido como la diferencia entre los índices de servicio inicial

(Po) y el índice de servicio final o terminal deseado (Pf). AASHTO recomienda el valor

de Po como 4.2 para pavimentos flexibles, mientras que Pf depende de las

características de la vía, con valores de 2.5 para vías de gran importancia y 1,8 para

Numero de Carriles por sentido: 1Factor de Distribución por Carril: 1Factor de Distribución por Sentido: 0,5

TOTAL

COMPLEMENTARIOSFD 0,21 FD 1,14 FD 3,44 FD 4,32

TPD EJES TPD EJES TPD EJES TPD EJES

2015 0,0% 75 2874 4,0% 38 7906 32 20090 2 1577 147 324472016 1,1% 76 2913 4,0% 40 8322 33 20717 2 1577 151 335292017 1,1% 77 2951 4,0% 42 8738 34 21345 2 1577 155 346112018 1,1% 78 2989 4,0% 44 9154 35 21973 2 1577 159 356932019 1,1% 79 3028 4,0% 46 9570 36 22601 2 1577 163 367762020 1,1% 80 3066 4,0% 48 9986 37 23229 2 1577 167 378582021 1,1% 81 3104 4,0% 50 10403 38 23856 2 1577 171 389402022 1,1% 82 3143 4,0% 52 10819 40 25112 2 1577 176 406512023 1,1% 83 3181 4,0% 54 11235 42 26368 2 1577 181 423612024 1,1% 84 3219 4,0% 56 11651 44 27623 2 1577 186 440702025 1,1% 85 3258 4,0% 58 12067 46 28879 2 1577 191 45781

TOTAL EJES EQUIVALENTES DE 8,2, TONELADAS EN EL CARRIL DE DISEÑO

PERIODO DE DISEÑO 10 AÑOS 4,23E+05PERIODO DE DISEÑO 7 AÑOS 2,50E+05PERIODO DE DISEÑO 5 AÑOS 1,73E+05PERIODO DE DISEÑO 3 AÑOS 1,01E+05

EJES EQUIVALENTESTASA

AÑO

BUSES DEL SISTEMA CAMIONES

TPD VEH.COM.TASA

C2P C2G C3

TANDEM TRIDEM


325.768 325.768 642.771 180.312 7.665 0

EJES SIMPLES

8-4

carreteras de poco interés. METRO CALI S.A., exige un índice de serviciabilidad final

de 2.5, por lo tanto la pérdida del índice de serviciabilidad será ΔPSI de 1.7.

Confiabilidad 8.2.3

Significa la probabilidad de que el sistema estructural que conformará el pavimento,

cumpla su función y objetivo previsto dentro de la vida útil tomada, cumpliendo con los

requerimientos del tránsito y del medio ambiente; la confiabilidad se estima mediante la

desviación normal estándar (Zr) y el error estándar asociado (So).

Por requerimiento de los términos de referencia, las vías se diseñaran con un nivel de

confiabilidad del 80%, pero para las soluciones de mantenimiento que involucran solo

capas superiores, pero se trabajará con una confiabilidad del 90% para estructuras de

pavimento nueva. Si se utilizaran niveles de confiabilidad del 90% para las soluciones

de mantenimiento, no se podría cumplir con el requerimiento de intervenciones

superficiales de cajeos de 30.0 cms, por lo que se diseñará con una confiabilidad del

80% por restricciones de cambio de rasante e intervenciones de redes de servicios

públicos.

Las vías se diseñaran para un nivel de confianza del 80 %, en donde se tasaría:

Zr = 0.841

Para un nivel de confianza del 90%, Zr = 1.282

So = 0.49 Sin Análisis de confiabilidad en la estimación del tránsito

El nivel de confiabilidad depende de la importancia de la vía, a mayor importancia se

requiere un nivel de confiabilidad mayor. El valor del error estándar asociado se asume

en 0.44 cuando en la estimación del tránsito se consideró la confiabilidad, y 0.49

cuando no se ha considerado la confiabilidad en la estimación de dicha variable.

8-5

Caracterización de los materiales 8.2.4

Subrasante 8.2.4.1

La resistencia de la sub-rasante se cuantifica por medio del módulo resiliente, que es

cuantificado mediante pruebas tri-axiales o a través de correlaciones con el valor del

CBR; para este proyecto se estimará por medio del valor del CBR de diseño. Cuando

los suelos son de muy baja capacidad de soporte siempre es recomendable hacer un

mejoramiento del suelo de subrasante, o utilizar geosintéticos que ayuden a darle una

mejor capacidad de soporte al suelo.

Para la vía a Polvorines se obtuvo como CBR de diseño un valor de 3.1%, como se

indica en la siguiente tabla.

Tabla 8.3 Tabla resumen CBR de diseño corredor Pretroncal

Para la determinación del Módulo Resiliente, se partió de las dos siguientes

correlaciones

MR = 1500 CBR para CBR inferior a 10%

Y la propuesta por la AASHTO-2002 se tiene

MR= 2555(CBR)0.64

Donde CBR en %

MR en psi.

Partiendo de estas dos correlaciones se calcularon los módulos resilientes y se obtuvo

para diseño un módulo resiliente promedio, tal como se indica en la siguiente tabla:

VIACBR diseño

(%)Descripción

La Sirena 2,9 Pavimento nuevo a construir

Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 2,2 Pavimento nuevo a construir

Calle 72U entre Carreras 28D y 27 2,6 Mejoramiento via existente

Carrera 27 entre Calles 121 y 126 2,3 Pavimento nuevo a construir

Carrera 27 entre Calles 126 y 121 1,4 Mejoramiento via existente

Carrera 41B entre Calles 57 Y 36 2,8 Mejoramiento via existente


Via a Polvorines 3,1 Pavimento nuevo a construir

Calle 84 entre Carreras 26C y Transversal 103 2,5 Carril nuevo a construir

VIACBR diseño

(%)Descripción










8-6

Tabla 8.4 Valores de CBR de diseño para el corredor pretroncal

Subbase granular 8.2.4.2

Para la estimación del coeficiente de aporte estructural de la subbase granular, se

tendrá en cuenta la condición mínima de CBR exigida por las especificaciones de

construcción del Instituto Nacional de Vías en su artículo INV 300 – 07, en donde se

declara que para vías con tránsito pesado el valor del CBR para este tipo de material

debe ser mayor o igual que 30%. Así, utilizando la figura siguiente que relaciona las

características mecánicas de los materiales clasificado como subbase granular con el

coeficiente de aporte estructural, se obtiene un valor de a3 de 0.11/pulg para esta clase

de material, sin embargo conociendo la similitud de las subbases granulares con las

bases granulares, y que obtienen CBRs muy superiores a 30%, se adoptará para

pavimento nuevo, un valor de coeficiente de aporte estructural de 0.12.

Es importante recalcar que las características del material para subbase granular, se

deben de regir por el cumplimiento de las especificaciones exigidas por el Instituto

Nacional de Vías, en su artículo INV 300 e INV 320.

VIACBR diseño

(%)

MR 1500

CBR (psi)

MR AASHTO-

2002 (psi)

PROMEDIO

(psi)

La Sirena 2,9 4350 5050 4700

Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 2,2 3300 4232 3766

Calle 72U entre Carreras 28D y 27 2,6 3900 4709 4305

Carrera 27 entre Calles 121 y 126 2,3 3450 4354 3902


Carrera 41B entre Calles 57 Y 36 2,8 4200 4938 4569


Via a Polvorines 3,1 4650 5271 4960

Calle 84 entre Carreras 26C y Transversal 103 2,5 3750 4593 4171

MODULOS RESILIENTES (psi)

VIACBR diseño

(%)

MR 1500

CBR (psi)

MR AASHTO-

2002 (psi)

PROMEDIO

(psi)

La Sirena 2,9 4350 5050 4700

Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 2,2 3300 4232 3766

Calle 72U entre Carreras 28D y 27 2,6 3900 4709 4305





Via a Polvorines 3,1 4650 5271 4960

Calle 84 entre Carreras 26C y Transversal 103 2,5 3750 4593 4171

MODULOS RESILIENTES (psi)

8-7

Figura 8.1. Abaco para la determinación del Coeficiente de Aporte Estructural de Subbase Granulares

Fuente: Guía de diseño de pavimentos AASHTO, 1993.

Base Granular 8.2.4.3

Para la estimación del coeficiente de aporte estructural de la base granular, se tendrá

en cuenta la condición mínima de CBR exigida por las especificaciones de construcción

del Instituto Nacional de Vías en su artículo INV 300 – 07, en donde se especifica que

para vías con tránsito pesado, el valor del CBR para este tipo de material debe ser

mayor o igual que 100%.

Así, utilizando la figura siguiente que relaciona las características mecánicas de los

materiales clasificados como base granular con el coeficiente de aporte estructural, se

obtiene un valor de a2 de 0.14/pulg para esta clase de material. Es importante recalcar

que las características del material para base granular, se deben regir por el

cumplimiento de las especificaciones exigidas por el Instituto Nacional de Vías –

Normas I.N.V en su artículo INV 300 e INV 330.

8-8

Figura 8.2 Abaco para la determinación del Coeficiente de Aporte Estructural de Base Granulares


El aporte estructural se obtiene al igual que la subrasante, por medio de los módulos

resilientes, a través de pruebas tri-axiales dinámicas, o por medio de correlaciones con

ensayos como el CBR.

Para el caso de la base granular, el aporte estructural, se obtiene usando los

nomogramas de la AASHTO, por medio del valor mínimo de resistencia recomendado

por las especificaciones del INVIAS, que corresponde a un valor de CBR de 80%. Para

los diseños se parte de un CBR de 100%, obteniendo un coeficiente estructural de 0.14

aproximadamente.

Para la sub-base granular, el aporte estructural se obtiene en forma similar a la base

granular, mediante el uso de los nomogramas de la AASHTO, por medio del valor

mínimo de resistencia recomendado por las especificaciones del INVIAS, que

8-9

corresponde a un valor de CBR de 20%. Para este proyecto, se consideró un CBR de

30%, obteniéndose un coeficiente estructural de 0.12 aproximadamente.

Capa Asfáltica 8.2.4.4

El coeficiente de aporte estructural de la capa asfáltica, se obtuvo de las

recomendaciones dadas en el Manual de diseño de Pavimentos para altos y medios

volúmenes de tránsito, en el cual se han establecido unos coeficientes estructurales

para los diferentes materiales, teniendo en cuenta las características mecánicas de

dichos materiales obtenidas en diferentes investigaciones realizadas en el país, y las

recomendaciones establecidas para estos parámetros por el método AASHTO.

Para la temperatura media del Aire, TMAP de Cali, que se encuentra en el rango entre

20 Y 30oC, se establece un coeficiente para la mezcla densa en caliente de ai= 0.30.

Condiciones de Drenaje 8.2.5

El método de diseño AASHTO 93 tiene en cuenta la influencia del agua en la

resistencia y potencial expansivo de la subrasante, así como en la resistencia de las

capas granulares de la estructura de pavimento mediante la modificación de los

coeficientes estructurales de cada una de estas capas. Estos factores son una medida

de la calidad del drenaje, el cual se establece por medio del tiempo de permanencia del

agua en la estructura del pavimento. La siguiente tabla relaciona el tiempo de

evacuación de agua, con la calidad de drenaje de la estructura.

8-10

Tabla 8.5 Evaluación de la calidad del drenaje según el tiempo de evacuación del agua

TIEMPO DE EVACUACION

CALIDAD DEL DRENAJE

2 horas Excelente

1 dia Bueno

1 semana Aceptable

1 mes Pobre

No drena Muy pobre Fuente: Guía de diseño de pavimentos AASHTO, 1993.

Teniendo en cuenta que en el área urbana de la ciudad, la época de precipitaciones

máximas en el año va del mes de abril al mes de junio de acuerdo a la información

climática recopilada del IDEAM, lo que equivale a que de los 12 meses del año 3 meses

(25% del año) presenta niveles importantes de lluvia. De esta forma, Considerando la

calidad de drenaje aceptable para la vía como condición critica y 25% de tiempo en el

año en que la estructura estaría cerca a niveles de humedad próximos a la saturación,

según la siguiente tabla se recomienda tomar valores de coeficientes de mi entre 1.00 a

0.80, para lo cual se tomara 1.00 para las características de infraestructura de drenaje

para la vía.

Tabla 8.6. Valores recomendados para coeficientes de drenaje mi en capas granulares


<1% 1-5% 5-25% >25%Excelente 1.4-1.35 1.35-1.30 1.30-0.20 1.2

Bueno 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00Aceptable 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80

Pobre 1.15-1.05 1.08-0.80 0.80-0.60 0.60Muy Pobre 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40

CALIDAD DEL DRENAJE

% niveles de humedad cercanos a saturación

8-11

DETERMINACION DE ESPESORES DE LA ESTRUCTURA 8.3

A continuación se presenta la expresión de cálculo de la AASHTO para determinar los

números estructurales requeridos, y los parámetros respectivos de diseño del método,

tal como fueron definidos en los numerales previos.

07.8)MR(Log32.2

)1SN(

10944.0

5.12.4

PSILog

2.0)1SN(Log36.9SoZr)N(Log

19.5

N = variable según la vía (Numero de ejes equivalentes de diseño).

Zr = 0.841 (Desviación normal estándar para confiabilidad del 80%).

Zr = 1.282 (Desviación normal estándar para confiabilidad del 90%).

So = 0,49 (Error estándar con errores en la estimación del tránsito).

ΔPSI = 1.7 (Perdida del índice de serviciabilidad).

De acuerdo a los valores obtenidos de los diferentes parámetros y variables de diseño,

se despeja de la ecuación de la AASHTO el número estructural requerido (Sn),

mediante iteraciones sucesivas, obteniéndose los siguientes números estructurales

para cada uno de los corredores viales

Se desea seleccionar un conjunto de espesores de las capas con los materiales

mencionados, que proporcionen una capacidad estructural que sea acorde con la

capacidad estructural requerida de acuerdo a los parámetros de diseño antes

mencionados.

Via a Polvorines 8.3.1

Como corresponde a diseño de una estructura de pavimento nueva, se calculará para

un nivel de confianza del 90%. De igual forma, dado que es una construcción nueva,

8-12

de acuerdo con los términos de referencia, el periodo de diseño establecido es de 10

años. En la siguiente tabla se presenta el resumen de las variables adoptadas para

diseño.

Tabla 8.7 Determinación de estructura pavimento vía Polvorines Periodo 10 años

Chequeo de esfuerzos y deformaciones para pavimento propuesto

Esta estructura propuesta, se chequeará por esfuerzos y deformaciones a nivel de la

carpeta asfáltica y de la subrasante, teniendo en cuenta las ecuaciones de la Shell,

previa caracterización de los materiales de base y subbase granular.

El módulo resiliente de las capas de base y subbase granular dependen del estado de

esfuerzos a los cuales está sometido el material, y las características mecánicas del

material sobre el cual se apoya la respectiva capa. Este módulo resiliente idealmente

se determina mediante ensayos triaxiales dinámicos en base a su ecuación constitutiva.

Características del Proyecto:Número de ejes equivalentes de 8,2 Ton 4,23E+05 PARA PERIODO DISEÑO 10 AÑOSIndice de Serviciabilidad inicial Po 4,2Indice de Serviciabilidad final Pf 2,5Pérdida de Serviciabilidad 1,7Confiabilidad del diseño R(%) 90Error o desviación estándar So 0,49Parámetro estadístico Zr -1,282CBR de diseño subrasante 3,1Módulo resiliente de la subrasante (psi) 4960

MDC-2 10 3,94 0,30 1,0 1,18

Base granular 20 7,87 0,14 1,0 1,10

Subbase granular 30 11,81 0,12 1,0 1,42

Remanente 0 0,00

Subrasante

ESPESOR TOTAL 60

3,70 3,6 1,03

Coeficiente

estructural ai

Coeficiente

de drenaje mi

NUMERO ESTRUCTURAL

CARACTERIZACION Número

estructural

Sn de la

alternativa

Número

estructural Sn

requerido

Factor de

seguridad

PERIODO

DISEÑO

10 AÑOS

ALTERN. ESTRUCTURA ESPESOR

(cms)

ESPESOR

(Pulg)

8-13

Para la ejecución de este proyecto se asumirán los valores del módulo resiliente de las

capas granulares de acuerdo a la expresión recomendada por Shell, tal como se

muestra a continuación.

10.4522 MRH0.206MR

Dónde:

MR1: es el módulo resiliente de la capa de apoyo en Kg/cm2

H2: es el espesor del estrato de la capa de análisis en milímetros

MR2: es el módulo resiliente de la capa de análisis en Kg/cm2

Subbase Granular

SUBRASANTE0.45SBGSBG MRH0.206MR

220.45

SBG cmKg832

cmKg 310mm) (3000.206MR

Para este material se asumirá una relación de Poisson de 0.45.

Base Granular

SUBBASE0.45BGBG MRH0.206MR

220.45

SBG cmKg1860

cmKg 832mm) (2000.206MR

Para este material se asumirá una relación de Poisson de 0.40.

Carpeta asfáltica Se adoptará un valor de módulo de Elasticidad de la carpeta asfáltica de 13000 kg/cm2,

para una frecuencia de 10 hz y una temperatura promedio de la ciudad de Cali de 24oC,

según experiencia de la consultora para este tipo de mezclas.

Para la estimación del número de aplicaciones de carga admisibles tanto de fatiga

como de ahuellamiento en las capas asfálticas y en la estructura de subrasante

respectivamente, se utilizarán las leyes de fatiga proporcionadas por Shell, tal como se

describe a continuación.

8-14

Leyes de desempeño de Shell para fatiga de materiales asfálticos

0.20.36r (N/K)*(E)*1.08)Vb*(0.856ε

Dónde:

Vb= 10.0% (porcentaje asumido de volumen de asfalto en las mezclas asfálticas).

E = 1.30*109 N/m2 = 13000 Kg/cm2 (Modulo dinámico de la mezcla asfáltica a la

temperatura y frecuencia de carga de servicio)

K: Factor de Calage = K1 * K2 * K3 K= 10 * 2.5 * 0.33 = 8.25

Coeficientes determinados según la siguiente tabla.

Tabla 8.8 Determinación del factor de Calage según metodología de Shell

εr: deformación unitaria a tracción en la fibra inferior de la capa asfáltica para la

condición de carga y estructura dadas

N: número de repeticiones admisibles por fatiga en la capa asfáltica para la condición

de carga y características de la estructura dadas

Distribución lateral de las cargas. K2

Diferentes temperaturas de

trabajo de la mezcla a lo largo del día y del

año.

K3

Espesores pequeños y

temperaturas bajas. 1.0

Espesores altos y temperaturas

altas. 0.33

Cualquiera 2,5

COEFICIENTE DE CALAGE K=K1*K2*K3

Mezclas abiertas y %

bajo de Asfalto.

Mezclas densas ricas en Asfalto.

Auto reparación de Pequeñas fisuras.

Diferentes estados de Tensiones.

K1 2.0 10.0

8-15

Leyes de desempeño de Shell para ahuellamiento de subrasante

0.252z N*10*95.1ε Para confiabilidad del 90%, donde:

εz: deformación unitaria vertical en la parte superior de la subrasante para la condición

de carga dada

N: número de repeticiones admisibles por ahuellamiento en la subrasante para la

condición de carga, confiabilidad y características de la estructura dadas.

Leyes de desempeño de Shell para esfuerzo a compresión de subrasante

Para el chequeo de esfuerzos a compresión a nivel de subrasante, se propone la

correlación:

v = 0.007x MR /(1+0.7 Log N)

Donde MR, es el módulo resiliente de la subrasante

N es el tránsito de diseño.

Teniendo en cuenta lo anterior, se calculan los esfuerzos y deformaciones admisibles

de acuerdo con las leyes establecidas anteriormente, las cuales se indican en la

siguiente tabla, y se comparan con los esfuerzos y deformaciones actuantes, las cuales

se obtienen del programa computacional DEPAV, que calcula los esfuerzos máximos.

La siguiente tabla indica los resultados y comparaciones respectivas.

8-16

Tabla 8.9 Chequeo esfuerzos y deformaciones Vía Polvorines

Como puede observase en la tabla anterior, los esfuerzos actuantes son inferiores a los

admisibles, teniendo factores de seguridad adecuadas para fatiga, deformación y

ahuellamiento a nivel de subrasante.

Según las recomendaciones dadas por la guía de diseño AASHTO versión 1993, se

debe respetar un cierto valor mínimo para los espesores de los materiales asfalticos y

para la base granular en función del valor de transito de diseño para la estructura de

pavimento, tal como se indica en la siguiente tabla:

Tabla 8.10. Espesores mínimos recomendados por la metodología de diseño AASHTO 1993


N de diseño: 4,23E+05 ejes equivalentes de 8,2 toneladas %Vb 10,7

CARPETA ASFALTICA

CARPETA ASFALTICA

e t z e z e t z e z

MDC-2 10 13000 0,35

Base granular 20 1739 0,40 Fatiga 1,5

Subbase granular 30 778 0,45 Ahuellamiento 2,0

Subrasante 290 0,5 Deformación 1,3

7,65E-041 6,37E-04 0,414,25E-04 0,21 6,01E-04

CARACTERIZACION

SECTOR ESTRUCTURA SUBRASANTEFACTOR DE SEGURIDAD

ESFUERZOS ADMISIBLES

ESPESOR (cms)

E (Kg/cm²) m

SUBRASANTE

SHELLESFUERZOS ACTUANTES

< 0.05 1.0 o TSD 4.00.05 - 0.15 2.0 4.00.15 - 0.50 2.5 4.00.50 - 2.00 3.0 6.02.00 - 7.00 3.5 6.0

>7.00 4.0 6.0

Transito de diseño N*106

Capa Asfáltica

(in)

Base Granular

(in)

8-17

La estructura requerida para cumplir con las condiciones de tránsito y características de

la subrasante según el diseño estructural realizado, corresponde a una capa asfáltica

de 10 cms de espesor y una base granular de 50 cms de espesor y una subbase

granular de 30 cms, cumpliendo a cabalidad los requerimientos de espesores mínimos

sugeridos por la metodología.

Estructura de pavimento recomendada según metodología AASHTO 1993

La estructura de pavimento recomendada de acuerdo a los criterios de diseño de

pavimentos flexibles del método AASHTO versión 1993, pero sin considerar control de

componentes dado que la exigencia de espesores de capa asfáltica son muy altos, pero

chequeada por esfuerzos y deformaciones y verificando espesores mínimos requeridos

según nivel de tránsito, se define la estructura de pavimento, la cual se esquematiza en

la siguiente figura.

Figura 8.3 Sección transversal pavimento flexible convencional Vía Polvorines

Con el fin de establecer una disminución en los espesores de los granulares, se plantea

la colocación de una malla biaxial extruida tipo Pavco 2020 o similar, cuyo cálculo esta

soportado con la ayuda de software de diseño de casas productores de Geosintéticos,

como PAVCO, cuya memoria de cálculo se indica en el Anexo respectivo. La siguiente

figura esquematiza esta condición.

Carpeta asfáltica e= 10 cms

Base granular tipo INVIAS e = 20 cms

Subbase granular tipo INVIAS e = 30 cms

Geotextil Tejido Pavco T2400 o similar

8-18

Figura 8.4 Sección transversal pavimento flexible con Geomalla Vía Polvorines

En la tabla siguiente se resumen las dos alternativas evaluadas

Tabla 8.11 Resumen estructuras de pavimento propuestas para construcción pavimento nuevo

Las estructuras de pavimento recomendadas corresponden a las alternativas

sombreadas, aspecto que se encuentra aclarado en el capítulo correspondiente a

Conclusiones.

Carpeta asfáltica e= 10 cms

Base granular tipo INVIAS e = 15 cmsGeomalla biaxial coextruida Pavco 2020 o similar

Subbase granular tipo INVIAS e = 20 cms

Geotextil Tejido Pavco T2400 o similar

ALTERNATIVASMDC-2 (CMS)

BASE GRANULAR (CMS)

SUB-BASE (CMS)

GEOMALLA BIAXIAL

PERIODO DISEÑO

1 10 20 30 NO 10 AÑOS2 10 15 25 SI 10 AÑOS

VIA A POLVORINES

|

9-1

DISEÑO PAVIMENTO METODOLOGIA PCA -84 9.

El diseño de la estructura de pavimento correspondiente a los tramos que requieren ser

construidos en concreto rígido, ya sea para dar continuidad al mismo tipo de pavimento

o para construir carriles contiguos, corresponde básicamente a la vía a Polvorines. Los

diseños se realizarán con base en las siguientes consideraciones hechas por METRO

CALI S.A., definidas en los términos de referencia a saber:

Período de diseño 20 años.

La estructura de pavimento deberá dimensionarse siguiendo los lineamientos del

método PCA versión 1984, considerando los efectos de erosión en el apoyo y de

fatiga en el concreto de la losa.

Factor de seguridad de carga de 1.10

Factor de seguridad por repeticiones de carga de 1.10

Barras de transferencia de carga SI

Sin tener en cuenta efecto berma.

El valor del módulo de rotura del concreto hidráulico para diseño deberá estar

entre 4.2 y 4.5 MPa.

El material de apoyo de la losa deberá ser como mínimo una subbase granular

con un espesor no inferior a 15.0 cm.

La relación de esbeltez de las losas (relación entre el largo y el ancho) deberá

estar entre 1.0 y 1.20. Adicionalmente la longitud de la losa deberá ser menor a

20 veces su espesor.

El dimensionamiento de la estructura para los corredores determinados en concreto

rígido, consistirá en determinar el espesor de la losa y de las capas de apoyo,

condiciones de anclaje y transferencia de carga de las losas, y las características de los

materiales de acuerdo a los parámetros de subrasante, tránsito, clima y condiciones

especificadas por METRO CALI S.A. Estas características planteadas para la

estructura deberán brindar un apoyo homogéneo y estable a la placa de concreto y

garantizar a lo largo del periodo de diseño condiciones de seguridad, comodidad y

9-2

economía para los usuarios del Sistema de Transporte Masivo y para la misma entidad.

Para el dimensionamiento de este tipo de estructura de pavimento, se utilizaran la

metodología de diseño de carácter mecanicista planteada por PCA (Portland Cement

Association) versión 1984.

La metodología de diseño de la PCA considera dos criterios de análisis: el primero

correspondiente al análisis de fatiga en el concreto hidráulico de la losa producido por la

acción de esfuerzos repetitivos generados por las diferentes magnitudes de cargas de

los vehículos, mientras que el segundo criterio corresponde a la evaluación de la

erosión del apoyo, en donde se busca limitar los efectos generados por las deflexiones

de las losas. En ambos casos los consumos acumulados para las condiciones de

repeticiones y magnitudes de carga, deberá ser menor a 100%.

CARACTERIZACIÓN DE LA SUBRASANTE 9.1Se considera la capacidad de soporte de la subrasante por medio del módulo de

reacción K. De acuerdo al capítulo 6 correspondiente a la evaluación geotécnica de la

subrasante, el valor del CBR de diseño para el suelo de subrasante en condiciones

críticas (valor del CBR después de 4 días de inmersión) es de 3.1% para la vía

Polvorines. Para la estimación del valor del módulo de reacción de la subrasante K, se

utilizará una correlación de este parámetro con el valor del CBR, tal como se detalla en

la figura mostrada a continuación.

9-3

Figura 9.1. Correlación de CBR y el Modulo de Reacción (K) de la subrasante

Para la vía a Polvorines, con CBR de 3.1%, se tiene un Módulo de reacción de la

subrasante de 29 Mpa/m.. Para esta vía, según el diseño de rasante, en la mayoría de

longitud, se encuentra su nivel por debajo del terreno actual, por lo que se requiere

excavar y retirar este material granular.

CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES DE APOYO 9.2Como es bien conocido las estructuras de pavimento de rígido debido a la gran rigidez

de las losas, distribuyen las cargas que le transmite el tránsito sobre una amplia área de

la subrasante, generando que esta soporte niveles de esfuerzos muy reducidos. Por

esta situación, para estos tipos de pavimentos no es trascendental contar con apoyos

de alto valor de soporte, sino que lo importante es que la superficie de apoyo de la losa

9-4

sea uniforme y estable en el tiempo. Cuando la subrasante está compuesta por

materiales finos es necesario colocar capas de mejor calidad entre las losas y la

subrasante con el objeto de facilitar la construcción, mejorar el drenaje, controlar el

efecto de bombeo en la subrasante y además de brindar un apoyo homogéneo a las

placas del pavimento.

Teniendo en cuenta que METRO CALI S.A. exige que el apoyo de la losa sea una capa

de subbase granular de espesor mínimo 15 cm, se plantea la utilización de una base

granular de 25 cms de espesor para el caso de la vía a Polvorines.

El valor del módulo de reacción del conjunto subrasante y capa granular para el apoyo

de la losa, se estima teniendo en cuenta el valor del módulo de reacción de la

subrasante y el espesor respectivo de las capas intermedias.

Para el caso de la vía a Polvorines, con un espesor de base granular de 25 cms, y

partiendo del K de la subrasante de 29 Mpa/m, se obtiene un módulo de reacción del

subrasante- base granular obteniendo un valor de 4.8 Kg/cm3 equivalente a 48.0

Mpa/m, tal como se indica en la Figura 9.2.

9-5

Figura 9.2. Estimación del Módulo de Reacción del apoyo de la losa por efecto de la capa de subbase granular

CARACTERIZACIÓN DEL CONCRETO HIDRÁULICO 9.3

El parámetro crítico de resistencia del concreto hidráulico para el diseño de los

pavimentos rígidos es el módulo de rotura. Cuando los esfuerzos a que se somete el

concreto no exceden el 45% de su módulo de rotura, se dice que este material puede

soportar un número ilimitado de estas tensiones y su efecto no es destructivo. Cuando

los esfuerzos exceden el 50% de su módulo de rotura, la acción repetitiva de esta clase

de cargas puede ocasionar la falla del concreto. Se dice que se ha consumido la

resistencia a la fatiga o capacidad estructural del concreto, cuando sobreviene su falla

por repetición de esfuerzos. Losas con módulos de rotura bajos son permeables y poco

durables, mientras que losas con módulos de rotura altos se vuelven quebradizas e

ineficientes bajo condiciones de subrasantes deformables y drenaje de la vía pobre. Se

recomiendan valores del módulo de rotura entre 42.0 Kg/cm2 a 50.0 Kg/cm2. Dadas las

9-6

condiciones del proyecto y según las exigencias de METRO CALI S.A., se asumirá un

valor del módulo de rotura del concreto para diseño de 42.0 Y 45 Kg/cm2.

CUANTIFICACIÓN DEL TRANSITO DE DISEÑO 9.4Este método cuantifica las solicitaciones del tránsito por medio del espectro de carga de

acuerdo a las condiciones de peso de los ejes y repeticiones esperadas para el parque

automotor, a lo largo del periodo de diseño y para el carril de diseño. Tal como se

evaluó en el Capítulo 7 correspondiente a la cuantificación de la variable tránsito, la

siguiente tabla resume el espectro de cargas con tipo de eje, peso por eje y el número

de repeticiones esperadas en el periodo de diseño y en el carril de diseño. El tránsito

fue cuantificado para un periodo de diseño: 20 años


CONSIDERACIÓN DE BERMAS Y TRANSFERENCIA DE CARGA 9.5

De acuerdo a las condiciones geométricas del proyecto y las especificaciones dadas

por METRO CALI S.A., para el dimensionamiento de la estructura de pavimento del

corredor pretroncal, se considerará la transferencia de carga entre juntas transversales

por medio de pasadores de acero, y no se tendrá en cuenta el efecto de bermas para la

valoración de esfuerzos en el concreto.

FACTOR DE MAYORACIÓN DE CARGAS 9.6

Este método de diseño permite que la magnitud de las cargas reales esperadas de

acuerdo al espectro definido en la evaluación del tránsito, se multipliquen por un factor

de seguridad de cargas Fsc, Según los requerimientos de METRO CALI, se asume un

valor de 1.1

TANDEM TRIDEM


325.768 325.768 642.771 180.312 7.665 0

EJES SIMPLES

9-7

DISEÑO DEL ESPESOR DE LA LOSA 9.7Para la definición del espesor de la losa de la estructura de pavimento rígido y la

estimación de los consumos de erosión y de fatiga definidos según la metodología PCA,

se utilizara el software BS-PCA desarrollado por la Universidad de Cauca, bajo los

siguientes parámetros de diseño.

Mr = 42.0 y 45 Kg/cm2 (Modulo de rotura del concreto a 28 días).

No se considera el efecto de las bermas.

Barras de acero como pasadores de carga.

Factor de seguridad de cargas = 1.10.

Factor de seguridad por repeticiones = 1.10.

Considerando diferentes espesores de losa, se verifican los consumos de fatiga y

erosión encontrándose los siguientes resultados, cuyas memorias se soportan en el

Anexo correspondiente a memorias de cálculo.

Tabla 9.2 Resumen diseño pavimento rígido Vía Polvorines

ESTRUCTURA DE PAVIMENTO DISEÑADAS EN CONCRETO RIGIDO 9.8

Se analizaron las dos alternativas con módulo de rotura de 42 y 45 kg/cm2,

obteniéndose los espesores indicados en las siguientes figuras.

FATIGA (%) EROSION (%)

1 23 42 25 44 42 22 45 25 38 51 25 42 25 20 22 502 24 45 25 20 12 79

CONSUMO

Polvorines

Calle 84 entre Cra 23D y Transversal 103

VIA ALTERNATIVA LOSA (cms)

MR (Kg/cm2)

BASE GRANULAR

(cms)

GRANULAR REMANENTE

(cms)

9-8

Figura 9.3 Estructura de pavimento Vía a Polvorines MR = 45 kg/cm2.

Figura 9.4 Estructura de pavimento Vía a Polvorines MR = 42 kg/cm2.

CONTROL DE ESFUERZOS EN EL CONCRETO POR EFECTOS DEL 9.9ALABEO DE LAS LOSAS

Estos esfuerzos en el concreto se producen por los cambios térmicos que sufren las

losas de hormigón durante el día y/o la noche, y a través del espesor de la losa. Este

tipo de solicitaciones son más críticas en la dirección más larga de las losas y se deben

controlar tanto en el borde, como en el centro de éstas. Como recomendación válida,

se debe garantizar que la longitud de la losa (L) para controlar el fenómeno de alabeo

debe ser:

LosaH20L

Losa de concreto MR= 45Kg/cm2 e = 22 cms


Losa de concreto MR= 42Kg/cm2 e = 23cms


9-9

DISEÑO DE JUNTAS 9.10

Las juntas son parte primordial en el diseñó de estructuras de pavimento en concreto

hidráulico puesto que actúan como planos de falla controlados generando además de

un efecto estético agradable a la vista, condiciones funcionales adecuadas a lo largo de

la vida útil de la estructura. Las juntas de contracción son las encargadas de controlar

las grietas generadas por los esfuerzos de retracción durante el fraguado del concreto y

los efectos producidos por el alabeo de la losa.

Los pasadores son barras de acero liso dispuestos perpendicularmente a las juntas

transversales del pavimento para transferir las cargas impuestas por los vehículos de

una placa a la siguiente, sin restringir los movimientos horizontales, manteniendo

además las losas alineadas horizontal y verticalmente. METRO CALI S.A. exige que la

transferencia de carga a través de las juntas de las losas del pavimento se haga por

medio de barras de acero liso tipo A-37, tratados previamente a su instalación con un

recubrimiento epóxicos que lo proteja de la corrosión, además deberán de quedar

engrasados de forma que permitan libremente el desplazamiento horizontal de las

losas. Las características de los elementos de acero utilizados para generar

transferencia mecánica de cargas entre las losas dependen del espesor de ésta, y es

tal como está dispuesto en la siguiente tabla.

9-10

Tabla 9.3 - Longitud y diámetro de barras pasa juntas

Espesor de losa

Diámetro del pasador

Longitud total

Separación entre centros

(cm) (cm) (pg.) (cm) (cm)

- 10 1.27 1/2 25 30

11 - 13 1.59 5/8 30 30

14 - 15 1.91 3/4 35 30

16 - 18 2.22 7/8 35 30

19 - 20 2.54 1 35 30

21 - 23 2.86 1 1/8 40 30

24 - 25 3.18 1 1/4 45 30

26 - 28 3.49 1 3/8 45 30

29 - 30 3.81 1 1/2 50 30 TOMADO DEL ICP

De igual forma las barras de anclaje deben ir en acero corrugado, y sus dimensiones se

indican en la siguiente tabla.

9-11

Tabla 9.4 Recomendaciones para la selección de las barras de anclaje.

Espesor

de losa

(cm)

Barras de = 1/2 pg. Barras de = 5/8 pg.

longitud

(cm)

Separación entre barras

según carril

(cm) longitud

(cm)


según carril

(cm) longitud

(cm)


según carril

(cm)

3.05 m 3.35 m 3.65 m 3.05

M

3.35

m

3.65

m

3.05

m

3.35

m

3.65

m

Acero de fy = 1875 kgf/cm2 (40.000 Psi)

15.0

45

80 75 65

60

120 120 120

70

120 120 120

17.5 70 60 55 120 110 100 120 120 120

20.0 60 55 50 105 100 90 120 120 120

22.5 55 50 45 55 85 80 120 120 120

25.0 45 45 40 85 80 70 120 120 120

Acero de fy = 2.800 kgf/cm2 (60.000 Psi)

15.0

65

120 110 100

85

120 120 120

100

120 120 120

17.5 105 95 85 120 120 120 120 120 120

20.0 90 80 75 120 120 120 120 120 120

22.5 80 75 65 120 120 120 120 120 120

25.0 70 65 60 120 115 110 120 120 120

Nota: Cuando se empleen barras de acero liso, las longitudes dadas en la tabla se multiplicarán por 1.5

Fuente: ICPC

Las barras pasa juntas podrán ser instaladas en la posición indicada por medios

mecánicos, o bien para garantizar su adecuada colocación es recomendable utilizar una

canastilla de pasadores, las cuales se esquematizan en las siguientes figuras. Estas

deberán asegurar las pasa juntas en la posición correcta durante el colocado y acabado

del concreto, mas no deberán impedir el movimiento longitudinal de la misma.

9-12

Figura 9.5 - Vista en planta de canastilla de pasadores

Figura 9.6 Corte A-A de canastilla de pasadores

Figura 9.7 Corte B-B de canastilla de pasadores

9-13

Juntas de Contracción: Cuando el extendido del concreto se realiza carril por carril la junta longitudinal será

coincidente con la junta de construcción, por lo cual no será necesario inducir la

fisuración por medio de cortes. Pero, cuando el ancho del extendido corresponde a dos

carriles o más, se deberá inducir la fisuración de la junta longitudinal por medio de

cortes antes de las 48 horas de haberse colocado el concreto e incluso antes de las 24

horas si existe un alto riesgo de fisuración. La profundidad del corte será igual a 1/3 del

espesor de la losa.

La carga entre losas adyacentes se transfiere mecánicamente por pasadores de carga

principalmente. En los casos de tráfico bajo, la transferencia puede realizarse mediante

trabazón de agregados. Las juntas longitudinales se hacen en el límite de las vías de

circulación teniendo en cuenta la ubicación de la señalización horizontal que se

colocará posteriormente (no deben colocarse juntas sobre las bandas de pintura).

En las zonas donde puedan presentarse deformaciones del suelo por cambios de

humedad, deben colocarse barras de refuerzo en las juntas longitudinales de unión

durante la construcción.

En la siguiente figura se esquematizan las juntas de contracción.

Figura 9.8. - Junta de contracción

9-14

Juntas de Expansión:

Son creadas para aislar una estructura fija, como son los pozos de inspección,

sumideros entre otros. Así mismo se deben utilizar donde se presenten cambios de

dirección de la vía e intersecciones con otros pavimentos.

Con el fin de incrementar la transferencia de carga y la eficiencia de la junta se deben

usar pasadores de carga ubicados en la mitad de la losa, además deben de ir

engrasados en su totalidad para facilitar el movimiento.

Figura 9.9 Junta de expansión

En juntas de expansión en una intersección asimétrica o en rampas, las dovelas se

deben omitir para permitir los movimientos horizontales diferenciales y evitar el daño del

concreto colindante. Así mismo se construye la losa aumentándole su espesor para

absorber los esfuerzos de borde no transferidos tal como se muestra en la siguiente

figura. Figura 9.10 Junta de expansión en intersección asimétrica

9-15

En la siguiente figura se muestra un detalle del sello en junta de expansión.

Figura 9.11 - Detalle Junta de expansión

Juntas de Construcción:

Este tipo de juntas se utiliza en juntas transversales cuando se deba detener la

construcción de la placa o en juntas longitudinales cuando se realizan dos franjas de

pavimentación.

En estas juntas se puede utilizar aditivos epóxicos o deben llevar barras de refuerzo

corrugadas, ubicadas en el eje neutro. El diámetro, la longitud y el espaciamiento se

deben especificar con los mismos criterios de las juntas transversales de contracción.

La siguiente figura muestra el detalle de la junta de construcción.

9-16

Figura 9.12 - Junta de construcción

Se debe buscar que la junta de construcción coincida con la junta de contracción, de no

lograrlo se debe crear una junta de emergencia, igualmente se debe reforzar esta unión

como se especifica para las juntas de construcción.

CORTE DE JUNTAS 9.11

Después del curado de las losas se procederá al corte de las juntas transversales y

longitudinales con discos abrasivos. El corte de las juntas deberá comenzar por las

transversales de contracción, e inmediatamente después continuar con las

longitudinales.

Este corte deberá realizarse cuando el concreto presente las condiciones de

endurecimiento propicias para su ejecución y antes de que se produzcan

agrietamientos no controlados. El contratista será el responsable de elegir el momento

propicio para efectuar esta actividad sin que se presente pérdida de agregado en la

junta o desportillamientos de la losa; sin embargo, una vez comenzado el corte deberá

continuarse hasta finalizar todas las juntas. El inicio de los trabajos deberá iniciar entre

las 4 ó 6 horas de haber colocado el concreto y deberá terminar antes de 12 horas

después del colado. En la siguiente figura se detalla el corte de las juntas.

9-17

Figura 9.13 - Corte de juntas

Se realiza un corte inicial con un ancho de 3 mm y a una profundidad de 1/3 del

espesor de la losa de concreto con el fin de inducir la falla controlada. Posteriormente,

se realiza un ensanchamiento del corte para poder alojar el material de sello.

En el caso de que se requiera de cortes de juntas en dos etapas (escalonados), el

segundo corte no deberá realizarse antes de 48 horas después del colado.

SELLO DE JUNTAS 9.12

El sistema de sellado debe garantizar la hermeticidad del espacio sellado, la adherencia

del sello a las caras de la junta, la resistencia a la fatiga por tracción y compresión, el

arrastre por las llantas de los vehículos, la resistencia a la acción del agua, los

solventes, los rayos ultravioletas, la acción de la gravedad y el calor.

El espacio de la junta a sellar ha de estar seco y completamente limpio, lo que se puede

lograr con lavado, barrido y luego soplado con compresor. Para sellar las juntas se

emplean llenantes elastoméricos autonivelantes a base de poliuretanos o siliconas

vaciadas en frío.

La tirilla de respaldo a emplear deberá impedir efectivamente la adhesión del sellador a

la superficie inferior de la junta, además deberá ser compatible con el sellador de silicón

a emplear y no se deberá presentar adhesión alguna entre el silicón y la tirilla de

respaldo.

9-18

Previamente al vaciado del compuesto llenante, se coloca una tirilla de respaldo (backer

rod) presionándola dentro de la junta con un colocador adecuado como se observa en

la siguiente figura

Figura 9.14- Colocación de tirilla

El operario debe hacer un nudo en el sitio donde empieza a instalar el cordón y en el

extremo donde termina, extendiendo el cordón sin tensionarlo para evitar que cuando

se aplique el sellante, el cordón se retraiga y dañe el material de sello.

Al colocar el sello se debe cumplir con el factor de forma mínimo de 1/1 y máximo de

2/1, como relación entre sus dos dimensiones, vaciándolo sin que quede menisco

convexo, ni sobrantes rebosantes. La superficie del sello debe quedar 5 mm por debajo

del borde de la junta, y en ningún caso debe haber adherencia en tres puntos por lo

cual se aísla la base del sello con la tirilla de respaldo, lo que también limita el espesor

del sello y produce economía evitando consumos innecesarios. Lo anterior se describe

en la siguiente figura.

9-19

Figura 9.15 Colocación de sello

CASOS ESPECÍFICOS PROCESO CONSTRUCTIVO 9.13

Presencia de Estructuras Hidráulicas:

Cuando el proyecto presente estructuras hidráulicas tales como pozos de inspección,

sumideros, cámaras de redes, etc. se debe ajustar la modulación de las losas

manteniendo la relación de esbeltez, con el fin que la Junta Transversal coincida con

dichas estructuras y así prevenir fisuras. Figura No. 9.16

Así mismo alrededor de los sumideros se debe ajustar la modulación para que la junta

transversal coincida con el eje del sumidero como se muestra en la Figura No. 9.17

Para el caso en que el pozo de inspección coincida con la Junta Longitudinal, se ajusta

la modulación, con el fin que la junta transversal coincida con el pozo, como es el caso

en la figura No. 9.18

A continuación se esquematiza el procedimiento:

9-20

Figura 9.16 - Modulación con presencia de estructuras hidráulica

Figura 9.17 - Modulación y junta presencia de sumidero

Figura 9.18 - Modulación, junta y acero de refuerzo por presencia de estructuras hidráulicas

9-21

Así mismo cuando se tienen varios pozos de inspección, se debe remodular con el

objeto que estos coincidan dentro de la misma losa, la cual debe de ser reforzada

mediante una parrilla, como se muestra en el caso B de la ilustración anterior.

En el caso que pueda haber una deformación diferencial en el material de soporte de la

losa, se debe tener en cuenta el diseño de acero de refuerzo localizado en el tercio

inferior del espesor.

A continuación se esquematiza los diferentes tipos de Juntas para las estructuras

hidráulicas:

Cuando la junta de expansión alrededor de las tapas de los pozos coincide con la junta

transversal y la junta longitudinal se construye como se describe en la figura:

Figura 9.19 Detalle juntas alrededor de cámaras alternativa de rombo

Cuando la junta de expansión alrededor de las tapas de los pozos no coincide con la

junta longitudinal, se debe ajustar la modulación para que la junta transversal coincida

con el eje del pozo:

9-22

Figura 9.20 Detalle juntas alrededor de cámaras alternativa de círculo

Alrededor de los sumideros se debe ajustar la modulación para que la junta transversal

coincida con el eje del sumidero. No se deben dejar ángulos rectos en las losas

colindantes con el sumidero. Se recomienda emplear formaleta semicircular con el fin

que el esfuerzo sea tangencial y así evitar fisuración producto de las aristas vivas.

Figura 9.21 Detalle junta semicircular alrededor de sumideros

En las intersecciones se deben modular las losas de tal manera que se eviten formas

irregulares y esbeltas. Cualquier losa asimétrica o que no cumpla con los criterios de

esbeltez debe ser reforzada.

Para la modulación en vías con accesos se recomienda que las juntas transversales de

un sentido coincidan con las longitudinales del otro. Así mismo, no es recomendable

hacer losas con forma triangulares o que tengan ángulos menores a 75°, debido a la

alta esbeltez y difícil colocación del acero de refuerzo en las franjas triangulares que

se formarían y que son sensibles a fracturación.

|

10-1

EVALUACION ECONOMICA 10.

Para efectos comparativos entre las alternativas, se establece el precio por m2,

tomando como base el análisis de precios unitarios realizado por el Especialista en

Presupuesto, los cuales hacen parte de otro Tomo.

A continuación se presenta el resumen de las diferentes alternativas evaluadas, para el

caso de pavimento nuevo, teniendo en cuenta estructuras convencionales granulares y

alternativas con geomallas y geotextiles, para un período de diseño de 10 años.

Para las vías que se encuentran actualmente pavimentadas, se establecen soluciones

de mantenimiento consistentes en excavar carpeta asfáltica y parte del granular

existente, dejando un remanente e instalando una base granular nueva y una carpeta

asfáltica nueva elaborada con un asfalto normalizado. De igual forma dado que estas

soluciones para períodos de diseño de 7 y 5 años, conllevan a cajeos de espesores

superiores a 30 cms, que es el valor máximo permitido por METRO CALI para

mantenimiento, se plantean también alternativas de solución con asfalto modificado,

haciendo los comparativos económicos del caso.

La alternativa de pavimento rígido por su elevado costo inicial, se plantea solo para las

vías que se proyectan en este tipo de rodadura, como es la Vía a Polvorines, para darle

continuidad al pavimento existente.

Las siguientes tablas, establecen los comparativos anteriormente mencionados, en los

que se establecen los precios a costo directo, por metro cuadrado.

10-2

PRESUPUESTO PAVIMENTO NUEVO VIA POLVORINES 10.1

Tabla 10.1 Alternativa 1 Construcción pavimento nuevo en concreto MR=45 k/cm2

Tabla 10.2 Alternativa 2. Construcción pavimento nuevo en concreto MR=42 k/cm2

Tabla 10.3 Alternativa 2. Construcción pavimento nuevo en concreto asfáltico estructura

convencional

ITEM DESCRIPCION UND CANT. VR. UNIT VR.TOTAL

1 EXCAVACION PARA REPARACION DE PAVIMENTO

M3 0,47 9.335 4.387,45

2 RETIRO MATERIAL DE LA EXCAVACION A MAQUINA <=10KM.

M3 0,47 25.180 11.834,60

3 BASE COMP.MAT. TRITURAD GRANUL M3 0,25 74.380 18.595,00 4 LOSA CONCRETO E=0.22 MR=45,INC.JUNTA-

BAK, INCLUYE REFUERZOM2 1,00 125.637 125.637,00

VALOR TOTAL POR M2 MANTENIMIENTO ESTRUCTURA DE PAVIMENTO 160.454,05


1 EXCAVACION PARA REPARACION DE PAVIMENTO

M3 0,48 9.335 4.480,80

2 RETIRO MATERIAL DE LA EXCAVACION A MAQUINA <=10KM.

M3 0,48 25.180 12.086,40

3 BASE COMP.MAT. TRITURAD GRANUL M3 0,25 74.380 18.595,00 4 LOSA CONCRETO E=0.23 MR=42,INC.JUNTA-

BAK, INCLUYE REFUERZOM2 1,00 126.128 126.128,00

VALOR TOTAL POR M2 MANTENIMIENTO ESTRUCTURA DE PAVIMENTO 161.290,20


1 EXCAVACIÓN PARA REPARACION DE PAVIMENTO

M3 0,60 9.335 5.601,00

2 RETIRO MATERIAL DE LA EXCAVACIÓN A MAQUINA ;= 10 KM

M3 0,60 25.180 15.108,00

3 GEOTEXTIL TEJIDO T2400 PAVCO O SIMILAR M2 1,00 5.531 5.531,00 4 SUBBASE GRANULAR TIPO INVIAS M3 0,30 72.620 21.786,00 5 BASE GRANULAR TIPO INVIAS M3 0,20 74.380 14.876,00 6 IMPRIMACION CRL-1 M2 1,00 1.457 1.457,00 7 MEZCLA MDC-2 CON ASFALTO

NORMALIZADOM3 0,10 400.716 40.071,60

VALOR TOTAL POR M2 ESTRUCTURA DE PAVIMENTO ALTERNATIVA 1 COSTO DIRECTO 104.430,60

10-3

Tabla 10.4 Alternativa 2. Construcción pavimento nuevo en concreto asfáltico estructura con geosintéticos

En las siguientes tablas se presenta el resumen comparativo para cada una de las

alternativas evaluadas, tanto en pavimento rígido como en pavimento flexible.

Tabla 10.5 Resumen comparativo de presupuesto por m2 construcción pavimento rígido

Tabla 10.6 Resumen comparativo de presupuesto por m2 construcción pavimento flexible

Teniendo en cuenta los cuadros comparativos anteriores, y siendo que el pavimento

rígido está diseñado para 20 años mientras que el flexible lo está para 10 años, esta

consultora recomienda la construcción de un pavimento rígido por su diferencia de


1 EXCAVACIÓN PARA REPARACION DE PAVIMENTO

M3 0,50 9.335 4.667,50

2 RETIRO MATERIAL DE LA EXCAVACIÓN A MAQUINA ;= 10 KM

M3 0,50 25.180 12.590,00

3 GEOTEXTIL TEJIDO T2400 PAVCO O SIMILAR M2 1,00 5.531 5.531,00 4 SUBBASE GRANULAR TIPO INVIAS M3 0,25 72.620 18.155,00 5 GEOMALLA BIAXIAL PAVCO 2020 O SIMILAR M2 1,00 5.629 5.629,00 6 BASE GRANULAR TIPO INVIAS M3 0,15 74.380 11.157,00 7 IMPRIMACION CRL-1 M2 1,00 1.457 1.457,00 8 MEZCLA MDC-2 CON ASFALTO

NORMALIZADOM3 0,10 400.716 40.071,60

VALOR TOTAL POR M2 ESTRUCTURA DE PAVIMENTO ALTERNATIVA 1 COSTO DIRECTO 99.258,10

VIA VALOR POR M2 PERIODO DISEÑO (AÑOS) ALTERNATIVA

$160.454,05 20 MR= 45 k/cm2

$161.290,20 20 MR= 42 k/cm2VIA POLVORINES


$104.430,60 10 1 sin geomalla

$99.258,10 10 2 con geomallaVIA A POLVORINES

10-4

costo no es significativa comparada con el mantenimiento que requerirá el pavimento

flexible a través del tiempo e igualmente para dar continuidad al tipo de pavimento

construido que corresponde a pavimento rígido.

|

11-1

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 11.

Una vez realizado el estudio para el diseño de la estructura de pavimento, de la vía a

Polvorines, que conforma el grupo de Pretroncales correspondiente al grupo de esta

consultoría, se obtienen las siguientes conclusiones:

- Se plantearon soluciones de construcción de pavimento nuevo, conformado por

estructuras convencionales de granulares y bajo alternativas con utilización de

geomallas tipo biaxiales con el fin de reducir el espesor de granulares, y la colocación

de geotextiles de tipo tejido, en la alternativa de pavimento flexible. Se hizo también

evaluación de la estructura de pavimento en concreto rígido, siendo ésta la alternativa

sugerida, dados los costos comparados con el período de diseño de 20 años y su

menor mantenimiento. Así mismo para dar continuidad al mismo tipo de rodadura que

presenta actualmente la vía a Polvorines.

- Los diseños nuevos para pavimento flexible se diseñaron para 10 años y para

pavimento rígido para 20 años.

- De acuerdo con la evaluación geotécnica realizada al corredor vial, se encontró la

presencia de suelos blandos, de baja capacidad de soporte, que clasifican básicamente

como suelos limosos de alta compresibilidad. Para el caso de la vía a Polvorines, se

encontró una capacidad de soporte del nivel de subrasante levemente superior, por

corresponder a zonas de ladera. En la Tabla 11.1 se presenta el resumen de los CBR

de diseño de la subrasante utilizado en los diseños de la estructura de pavimento.

- Las anteriores consideraciones se hacen teniendo en cuenta los techos

presupuestales para el corredor. Las zonas de intervención se indican claramente en

los planos denominados tipo de intervención de pavimentos que hacen parte del Anexo

No. 7 de este informe.

11-2

Tabla 11.1 Resumen CBR de diseño para el corredor Pretroncal

- Los apiques realizados, permitieron determinar de forma muy aproximada los

espesores de la estructura de pavimento existente, cuyo resumen se presenta en la

siguiente tabla. Para el caso de la vía a Polvorines, se especifica el tramo en afirmado

que tiene un relleno de 40 cms de espesor, y el tramo pavimentado que consta de una

losa de 18.0 cms y un relleno granular de 60 cms. En la Tabla 11.2 se resumen las

estructuras típicas existentes.

Tabla 11.2 Estructuras típicas de pavimento existentes para el corredor Pretroncal

- La variable tránsito se cuantificó con base en el estudio realizado de los conteos

vehiculares, y se determinaron los factores daño para los buses del sistema,

considerando un valor ponderado teniendo en cuenta el grado de ocupación de los

buses en las horas pico y Valle. Para el resto del parque automotor, se utilizaron los

factores daño del Instituto Nacional de Vías. Para pavimento flexible se obtuvo en ejes

equivalentes repeticiones esperadas de 4.23 x 105 y para pavimento rígido el espectro

indicado en la siguiente tabla.

VIACBR diseño

(%)Descripción










VIACBR diseño

(%)Descripción










VIACARPETA

ASFALTICA

BASE

TRITURADAROCAMUERTA RELLENO

LOSA

CONCRETO/

RELLENO

SUBRASANTE

La Sirena tramo pavimentado 5 20 40 MH

La Sirena tramo afirmado 40 MH

Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 60 ML-CL

Calle 72U entre Carreras 28D y 27 10 a 15 20 40 ML-CL

Carrera 41B entre Calles 36-57 ambas calzadas 10 a 15 20 50 MH

Carrera 27 entre Calles 121 y 126 40 MH

Carrera 27 entre Calles 126 y 121 8 A 12 20 50 MH

Via a Polvorines 40 18 y 60 MH

Calle 84 entre Carrera 26C y Transversal 103 12 20 40 MH

VIACARPETA

ASFALTICA

BASE

TRITURADAROCAMUERTA RELLENO

LOSA

CONCRETO/

RELLENO

SUBRASANTE

La Sirena tramo pavimentado 5 20 40 MH

La Sirena tramo afirmado 40 MH

Calle 72U entre Carreras 27 y 28D 60 ML-CL

Calle 72U entre Carreras 28D y 27 10 a 15 20 40 ML-CL

Carrera 41B entre Calles 36-57 ambas calzadas 10 a 15 20 50 MH

Carrera 27 entre Calles 121 y 126 40 MH

Carrera 27 entre Calles 126 y 121 8 A 12 20 50 MH

Via a Polvorines 40 18 y 60 MH

Calle 84 entre Carrera 26C y Transversal 103 12 20 40 MH

11-3


- Definidas las diferentes variables, se establece el diseño de estructuras de

pavimento nuevas para vías en afirmado, evaluadas mediante metodología AASHTO-

93 y verificadas por esfuerzos y deformaciones, estableciendo factores de seguridad

por fatiga, ahuellamiento y deformación de subrasante. Para pavimento nuevo, se

diseñó para período de diseño de 10 años, nivel de confiabilidad del 90%, obteniéndose

las alternativas resumidas en la siguiente tabla.


pavimento rígido

Tabla 11.5 Resumen alternativas evaluadas para Estructura de Pavimento nueva vías en concreto

asfáltico.

Se recomienda utilizar la alternativa de diseño 2 del pavimento rígido, dado que

requiere un menor mantenimiento, su costo es competitivo por estar diseñada para 20

TANDEM TRIDEM


325.768 325.768 642.771 180.312 7.665 0

EJES SIMPLES

ALTERNATIVASLOSA

CONCRETO MR

(kg/cm2)B.G. NUEVA

(CMS)

MATERIAL REMANENTE

(CMS)

PERIODO DISEÑO (AÑOS)

1 22 45 25 0 202 23 42 25 0 20

ALTERNATIVASLOSA

CONCRETO MR

(kg/cm2)B.G. NUEVA

(CMS)

MATERIAL REMANENTE

(CMS)

PERIODO DISEÑO (AÑOS)

1 24 45 25 20 202 25 42 25 20 20

VIA A POLVORINES

CARRIL CALLE 84 ENTRE CARRERA 23C Y TRANSVERSAL 103

ALTERNATIVASMDC-2 (CMS)

BASE GRANULAR (CMS)

SUB-BASE (CMS)

GEOMALLA BIAXIAL

PERIODO DISEÑO

1 10 20 30 NO 10 AÑOS2 10 15 25 SI 10 AÑOS

VIA A POLVORINES

11-4

años, comparativamente con la alternativa para pavimento flexible cuyo período de

diseño es de 10 años y requiere un mayor mantenimiento.

- Para la vía proyectada en concreto rígido, para dar continuidad al corredor

existente como es el Caso de la vía a Polvorines, se evaluaron alternativas con

módulos de rotura diferentes de 42 y 45 Kg/cm2. Para el caso de la primera y última

losa de la vía a Polvorines, debe incrementarse su espesor en 6 cms más, para

compensar la no existencia de pasadores de carga entre losas. En la siguiente

figura se indica las estructuras sugeridas para la pavimentación de la Vía a

Polvorines.

figura 11.1 Estructura de pavimento recomendada para Vía a Polvorines

- Con fines comparativos de las alternativas evaluadas, se presenta el resumen de

costos por m2, para los diferentes períodos de diseño y diferentes alternativas, basados

en los costos directos definidos por el ingeniero de presupuestos de la empresa

consultora, tanto para pavimento flexible como rígido. Se aclara que el costo por m2

corresponde a la estructura de pavimento, incluyendo su cajeo, uso de geosintéticos y

materiales que la conforman, pero no incluye sardineles, tal como se puede verificar en

el capítulo correspondiente a Evaluación Económica.

Losa de concreto MR= 42 Kg/cm2 e = 23cms


11-5

Tabla 11.6 Comparativo precio por m2 alternativas en pavimento rígido

Tabla 11.7 Comparativo precio por m2 alternativas en pavimento Flexible


$160.454,05 20 MR= 45 k/cm2

$161.290,20 20 MR= 42 k/cm2VIA POLVORINES


$104.430,60 10 1 sin geomalla

$99.258,10 10 2 con geomallaVIA A POLVORINES

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ANEXOS

ANEXO 1 RESULTADOS DE LABORATORIO

ANEXO 2 UBICACIÓN DE APIQUES PARA LAS VIAS

ANEXO 3 MEMORIAS DE CALCULO

PAVIMENTO RIGIDO PCA-84

ANEXO 4 MEMORIA DE CALCULO

ALTERNATIVA CON GEOMALLA (Software Pavco)

ANEXO 5 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y

MANTENIMIENTO PERIODICO DEL PAVIMENTO

ANEXO 6 REGISTRO FOTOGRÁFICO

ANEXO 7 PLANO DE INTERVENCION DE PAVIMENTO

TIPOS DE INTERVENCIÓN

Construcción de pavimento rigido nuevo conlosa de concreto MR = 42 kg/cm2 e = 23cms ybase granular tipo INVIAS e = 25cms.

Sin intervención.INTERVENCIÓN TIPO (1)

a) K0+ 000 Hasta K0+ 346.00

b) Area de Intevención total aprox = 1966.00m²

Longitud = 246.00m

INTERVENCIÓN TIPO (1)

Losa de concreto MR = 42 kg/cm2 e 23cms.

Base granular tipo INVIAS e = 25cms.

1.

2.

Construcción de pavimento rigido nuevo con losa deconcreto MR = 42 Kg/cm2 e = 23cm y base granulartipo INVIAS e = 25cm.

1.

INTERVENCIÓN TIPO (1)

Losa de concreto MR = 42 Kg/cm2 e = 23cm.

Base Granular tipo INVIAS e = 25cm.

VÍA A POLVORINES

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