DIAGNOSTICO DE VÍA EXISTENTE Y DISEÑO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE DE LA VÍA NUEVA MEDIANTE PARÁMETROS OBTENIDOS DEL ESTUDIO EN FASE I DE LA VÍA ACCESO AL BARRIO CIUDADELA DEL CAFÉ – VIA LA BADEA
ING. EDUARDO MBA LOZANO ING. RICARDO TABARES GONZALEZ
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESPECIALIZACION EN VIAS Y TRANSPORTE
Manizales, Noviembre de 2005
DIAGNOSTICO DE VÍA EXISTENTE Y DISEÑO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE DE LA VÍA NUEVA MEDIANTE PARÁMETROS OBTENIDOS DEL ESTUDIO EN FASE I DE LA VÍA ACCESO AL BARRIO CIUDADELA DEL CAFÉ – VIA LA BADEA
Ing. EDUARDO MBA LOZANO Ing. RICARDO TABARES GONZALEZ
MONOGRAFIA PARA OPTAR POR EL TITULO DE ESPECIALISTA EN VIAS Y TRANSPORTE
DIRECTOR: Ing. LUIS CARLOS VÁSQUEZ TORRES
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESPECIALIZACION EN VIAS Y TRANSPORTE
Manizales, Noviembre de 2005
Este
Trabajo
está
nuestras
familias,
tiempo
estaban
dedicado
quienes
todo
pendientes
a el y,
brindándonos apoyo cuando mas lo necesitábamos, por ello seguimos y, por ellos salimos adelante
AGRADECIMIENTOS
§ A Dios, quien nos dio la oportunidad de dar un paso más adelante en la realización de nuestra formación profesional.
§ A nuestras familias quienes nos apoyaron durante todo el tiempo, con todas las fuerzas de su corazón y espíritu.
§ A nuestros profesores.
§ A todas y cada una de las personas que nos soportaron durante todo el tiempo, con todas las fuerzas de su corazón y espíritu.
§ A nuestro director de tesis el Ing. Luís Carlos Vásquez, quien acepto dirigirnos y asesorarnos, en el trabajo que aquí presentamos y que con paciencia nos ayudo a la realización de este gran sueño, que en momentos parecía imposible y truncado.
TABLA DE CONTENIDO
PAG. INTRODUCCION……………………………………………………………… 5 RESUMEN………………………………………………………………………8 JUSTIFICACION……………………………………………………………….9 1. OBJETIVOS………………………………………………………………..10 1.1 Objetivo General…….…………………………………………………. 10 1.2 Objetivos Específic os………….………………………………………11 2. MARCO TEORICO………………………………………………………...12 2.1. Generalidades…...……………………………………………………...15 2.1.1 Ministerio de Obras Públicas……………………………………….16 2.1.2 Nota Vial 31…………………………………………………………….16 2.1.3 Método del Instituto Nacional de Vía s…………………………….17 2.1.4 Método AASHTO………………………………………………………18 2.1.5 Programa DEPAV……………………………………………………..19 3. INVENTARIO VIAL………………………………………………………..20 3.1 Determinación del Índice de Condición del Pavimento………….20 3.2 Procedimiento de evaluación de la condición del pavimento….22 3.3 Tipo de daños presentados en la vía en estudio………………….24 4. INFORMACIÓN RECOLECTADA, PROCEDIMIENTO Y ANALISIS PARA EL DISEÑO DE LAS ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO POR DIFERENTES METODOS…………………………………………………...38 4.1 Normatividad…………………………………………………………….38 4.2 Tipo de Terreno………………………………………………………….39 4.3 Radio mínimo…………………………………………………………….39 4.4 Ancho de calzada……………………………………………………….40 4.5 Aspectos geológicos y geotécnicos………………………………...40 5. TRANSITO………………………………………………………………….47 5.1 Objetivo General………………………………………………………...47 5.2 Selección del periodo de análisis y periodo de diseño.………... 48 5.3 Conteos vehiculares……………………………………………………49 5.4Composición vehicular...……………………………………………….50 5.5 Variación del flujo de transito………………………………………...51 5.5.1 variaciones diarias……………………………………………………51 5.5.2 variaciones horarias………………………………………………….53 5.6 Análisis de los volúmenes máximos horarios y determinación de los volúmenes horario del proyecto……………………………………..56 5.7 Proyecciones del tránsito……………………………………………..57 5.7.1 Crecimiento normal del tránsito……………………………………57 5.7.2 Tránsito atraído……………………………………………………….57
5.7.3 Tránsito generado…………………………………………………….58 5.7.4 Otros tránsitos.………………………………………………………..58 5.7.5 Cálculo de número de ejes acumulados de 8.2 ton…………….59 5.8 Capacidad y niveles de servicio……………………………………...61 5.9 Cálculo de la capacidad…..……………………………………………62 5.10 Cálculo del nivel de servicio………………………………………...64 6. CAPACIDAD PORTANTE DE LA SUBRASANTE……………………66 7. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO…………………….71 7.1 Método AASHTO………………………………………………………...71 7.2 Método INVIAS…………………………………………………………..77 7.3 Método MOPT…………………………………………………………....79 7.4 Nota vial 31……………………………………………………………….82 7.5 Método del Instituto del asfalto………………………………………87 7.6 Programa DEPAV……………………………………………………….92 8. PRESUPUESTO DE OBRA, CRONOGRAMA Y FLUJO DE INVERSIONES………………………………………………………………..95 9. OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES….98 BIBLIOGRAFIA…………..…………………………………………………103
UNIVERSIDAD
BIBLIOTECA ALFONSO CALVAJAL ESCOBAR
NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES Resumen de Trabajo de Grado CARRERA er
1 APELLIDO: LOZANO
ESPECIALIZACION EN VIAS Y TRANSPORTE do 2 APELLIDO: NOMBRE:
er
1 APELLIDO: TABARES
do
2
APELLIDO: GONZALEZ
EDUARDO
NOMBRE: RICARDO
TITULO DEL TRABAJO :
NOMBRE DEL DIRECTOR DEL TRABAJO: RESUMEN DEL CONTENIDO El diseño de las estructuras de pavimentos flexibles es un tema de estudio e investigación, como consecuencia de los diversos resultados obtenidos en la construcción y, particularmente, en la recuperación de la estructura de las vías vehiculares pavimentadas. Este trabajo realiza una evaluación de los diferentes métodos empleados para el diseño de estructuras de pavimento según criterios y parámetros empíricos, semi-empíricos y racionales, para establecer las distintas alternativas estructurales que se tienen en esta área. Esto con el fin de confrontar y comparar los conceptos técnicos, académicos y parámetros empleados para los diferentes tipos de diseño, determinando las diferencias en que ellos se derivan y que al ser aplicados puedan o no desarrollar resultados objetables e inadecuados con respecto a los comportamientos de la situación real de la estructura. En forma adicional en este trabajo se realiza un diagnostico vial para el tramo de la vía existente en estudio, el cual pretende saber las condiciones actuales de la estructura y la superficie de rodadura, como ejercicio académico para que dicho proyecto, sirva como material de consulta a estudiantes de pregrado o posgrado, y además pretende comparar (2) procedimientos de inspección o inventario de la malla de vial con el fin de generar las conclusiones que al respecto tengan lugar.
ABSTRACT A subject of study and research is the design of flexible pavement as a consequence of many results obtains in construction and particularly in the structure of vehicular pavement routes recovery. This paper evaluates different methods employed on the pavement structure design following empiric criteria and parameters, semi-empiric and rational, to establish structural alternatives in this area. This with the aim of compare academic and technical concepts, and the parameter employed on the different deign types, to determine the differences that they derivate and when they aplicatte may or may not develop objectable and inadequate results about the real behaviour of the structure. Additionally this paper makes a route diagnostic for the stretch in study, which expect indicate the actual conditions and the surface, this paper may use as academic exercise, to pregrade and postgrade consult, as well as compare two procedures of inspection or inventory of the vial (route) mesh and by this way generate conclusions to take place in this matter.
PALABRAS CLAVES:
diagnostico, diseño, pavimento
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
Las carreteras y vías urbanas son un factor muy importante en el desarrollo socio - económico de las regiones y países.
El transporte es un elemento de gran influencia en la economía de las zonas urbanas y rurales, y la serviciabilidad de las carreteras contribuye al desarrollo socio – económico de los sectores de la población, por ello es necesario de una adecuada planificación en los proyectos viales para que puedan garantizar y facilitar el mejoramiento de la calidad de vida de los habitantes. Dicha serviciabilidad es función directa del estado superficial y estructura del pavimento. Por ello es de gran importancia para la región, que se cuente con una red vial eficiente, que permita la comunicación entre sus diferentes núcleos urbanos y rurales.
Dentro
del
contexto
dimensionamiento
de
del
diseño
estas
de
pavimentos
estructuras,
se
se
incluya
acepta las
que
el
diferentes
características de los materiales a emplear en las capas del pavimento y se defina los espesores necesarios, de tal forma que el pavimento mantenga un "índice" de servicio aceptable durante la vida de servicio estimada.
El
Área
Metropolitana
Centro
Occidente -
AMCO, a través de la
Subdirección de Planeación y Gestión de Proyectos y el Área Técnica, tiene interés en desarrollar un proyecto de mejoramiento de la malla vial a lo largo de los tres municipios que la componen Pereira – Dosquebradas – La Virginia en especial en las zonas urbanas, con un énfasis en el proyecto que permitirá una alternativa de acceso al Barrio Ciudadela del Café, en el Municipio de Pereira. Para lo cual se esta adelantando el Estudio de
CONTENIDO
Consultoría en Fase III, el cual permitirá definir la alternativa mas conveniente, para la necesidad planteada en dicho sector y de esta manera garantizar el adecuado flujo vehicular (público y privado) a través del sector en referencia.
Dicho proyecto tiene como objetivo dos soluciones especificas, vía existente
o diseñar una nueva
ampliar la
vía alterna de acceso, según el
resultado que arroje los análisis topográficos, suelos, tránsito, etc,. Y dentro de todo el proceso será indispensable el diseño de la estructura de pavimento de acuerdo a las condiciones reales de tránsito y suelos, las cuales fueron objeto de estudio
realizado en la Etapa II del proyecto de
consultoría que el AMCO ejecuto en esta vía. Por lo tanto el desarrollo de este proyecto comprende las siguientes actividades: • Recolección de información la zona y la vía,
existente sobre aspectos generales de
Evaluación de características físicas de la vía
(Inventario ó diagnostico Vial) y estudio de los volúmenes de tránsito usando los conteos realizados por el AMCO
a través de los
contratos de consultoría. • Determinación de diferentes estructuras de pavimento, a manera de prediseño y ejercicio académico, utilizando los siguientes métodos: Ministerio de Obras Públicas y Transporte de Colombia (MOPT), American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), ROAD NOTE 31 de 1993, método Shell y el utilizado en el Instituto Nacional de Vías para carreteras con bajos volúmenes de tránsito. Además usando el DEPAV - WESLEA, programa de diseño estructural de pavimentos elaborado en la Universidad del Cauca,
CONTENIDO
con el cual se buscará una estructura que cumpla con los esfuerzos admisibles, y así también el programa UNALCAPA.
El proyecto pretende comparar los resultados obtenidos de los diferentes diseños empleados, y de esta manera ingenieriles
las diferentes
definir de acuerdo a criterios
recomendaciones y conclusiones que al
respecto se puedan realizar.
También se busca mediante este proyecto de grado, la realización de un diagnostico o inventario, de la vía que actualmente esta en operación. Por tal motivo se incluirá, la elaboración de dos (2) métodos para la evaluación de daños, el VIZIR y PCI. Con el fin de obtener una información de las condiciones reales que la estructura presenta (fallado, mal estado, perfecto estado) y de esta manera poder definir la integridad estructural del pavimento y la condición operacional de la superficie de rodadura.
CONTENIDO
RESUMEN
El diseño de las estructuras de pavimentos flexibles es un tema de estudio e investigación, como consecuencia de los diversos resultados obtenidos en la construcción y, particularmente, en la recuperación de la estructura de las vías vehiculares pavimentadas.
Este trabajo realiza una evaluación de los diferentes métodos empleados para el diseño de estructuras de pavimento según criterios y parámetros empíricos, semi-empíricos y racionales, para establecer las distintas alternativas estructurales que se tienen en esta área.
Esto con el fin de confrontar y comparar los conceptos técnicos, académicos y parámetros empleados para los diferentes tipos de diseño, determinando las diferencias en que ellos se derivan y que al ser aplicados puedan o no desarrollar resultados objetables e inadecuados con respecto a los comportamientos de la situación real de la estructura.
En forma adicional en este trabajo se realiza un diagnostico vial para el tramo de la vía existente en estudio, el cual pretende saber las condiciones actuales de la estructura y la superficie de rodadura, como ejercicio académico para que dicho proyecto, sirva como material de consulta a estudiantes de pregrado o posgrado, y además pretende comparar (2) procedimientos de inspección o inventario de la malla de vial con el fin de generar las conclusiones que al respecto tengan lugar.
CONTENIDO
JUSTIFICACIÓN
El Área Metropolita Centro Occidente – AMCO, ha destinado gran parte de sus recursos al estudio de proyectos de consultoría que permitan contribuir con
el desarrollo socio - económico de la región y consecuentemente con
la nación, uno de, es el que tiene que ver con los diseños de la vía vehicular del acceso al Barrio Ciudadela de Café, cuyo barrio por su conformación y punto estratégico esta desarrollando y planteando hoy por hoy diferentes situaciones que lo hace un punto atractivo para la ciudad
Este trabajo busca ofrecer a futuros estudiantes, un material de consulta que les permita conocer los diferentes procedimientos y criterios que en el diseño de estructuras en concreto asfáltico se deban considerar, así como también los procedimientos empleados para realizar un inventario y/o diagnostico vial.
CONTENIDO
CAPITULO I
OBJETIVOS
1.1. OBJETIVOS GENERALES Presentar y comparar los resultados obtenidos por la evaluación de las diversas
metodologías
empleadas
para
el
diseño
de
la
estructura
de
pavimento requerido según la solicitud de tránsito del sector, y definir cual es la estructura más favorable a emplear según el análisis exhaustivo de las diferentes metodologías y condiciones existentes y proyectadas en la vía nueva. También se realizará un inventario vial mediante dos procedimientos el VIZIR y PCI para determinar las la integridad estructural del pavimento y la condición operacional de la superficie de rodadura.
Con el fin de afianzar los conocimientos académicos obtenidos durante la especialización en él área del diseño y gestión de pavimentos, ya que para las regiones y la nación una gran parte de su desarrollo económico y social desde el punto de vista del mejoramiento de la calidad de vida, esta íntimamente fundamentado en el diseño y estado de estructura de (mantenimiento).
rodadura vehicular
CONTENIDO
1.2.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Realizar un análisis previo de las características de la zona como lo es el tránsito, la ubicación, el clima, los espesores de capa del pavimento existente, los resultados geotécnicos, la ubicación exhaustiva en la vía (geometría) objeto de este estudio. Esto con el fin de definir los parámetros necesarios a emplear y existente para los diseños de la estructura de pavimento mediante los diferentes métodos propuestos.
• Realizar un inventario vial, para determinar la integridad estructural del pavimento y la condición operacional de la superficie de rodadura.
• Estudiar los volúmenes de tránsito obtenidos por el AMCO y determinar la rata de crecimiento, con el fin de obtener el número de ejes equivalentes a ejes sencillos de 8.2 toneladas para el período de diseño.
• Realización de los diferentes diseños propuestos, para el cálculo de la estructura de pavimento, y definir mediante la elaboración de una tabla comparativa cual es la estructura de pavimento más recomendada
y
adecuada según las características especificas de la zona. se tendrá en cuanta un análisis de costo para la estructura recomendada por los autores del proyecto, con su correspondiente análisis de precios unitarios.
CONTENIDO
CAPITULO II MARCO TEORICO Se denomina pavimento al conjunto de capas de material seleccionado que reciben en forma directa las cargas del transito y las transmiten a los estratos inferiores en forma disipada, proporcionando una superficie de rodamiento, la cual debe funcionar eficientemente. Las condiciones necesarias para un adecuado funcionamiento son las siguientes: ancho, trazo horizontal y vertical, resistencia adecuada a las cargas para evitar las fallas y los agrietamientos, además de una adherencia adecuada entre el vehículo y el pavimento aun en condiciones húmedas. Es importante considerar que el aspecto mas importante en la estructura de pavimento, es el que tiene que ver con la resistencia de las capas, la cual debe ser la adecuada para atenuar los esfuerzos destructivos del transito, de la intemperie y del agua. Puesto que los esfuerzos en un pavimento decrecen con la profundidad, se deberán colocar los materiales de, mayor capacidad de carga en las capas superiores, siendo de menor capacidad los que se colocan en las capas inferiores, además de que son los materiales que más comúnmente se encuentran en la naturaleza, y por consecuencia resultan los más económicos. La división en capas que se hace en un pavimento obedece a un factor económico, ya que cuando determinamos el espesor de una capa el objetivo es darle el grosor mínimo que reduzca los esfuerzos sobre la capa inmediata inferior. La resistencia de las diferentes capas no solo dependerá del material que la constituye, también resulta de gran influencia el procedimiento
CONTENIDO
constructivo; siendo dos factores importantes la compactación y la humedad, ya que cuando un material no se acomoda adecuadamente, éste se consolida por
efecto
de
las
cargas
y
es
cuando
se
producen
deformaciones
permanentes.
En el proceso de modelación y diseño de pavimentos flexibles existen criterios subjetivos sobre algunos de los parámetros. Se observa una tendencia a la aplicación de formulas empíricas por parte de los diseñadores, derivadas de algunas experiencias particulares, sin tener en cuenta patrones establecidos por entidades como por ejemplo la SHELL, AASTHO y otras que desarrollaron métodos de calculo de uso común en el medio.
El diseño de un pavimento consiste en establecer una estructura para una duración dada, bajo las solicitaciones del tránsito y las características de la subrasante.
Para determinar los espesores de las capas de la estructura del pavimento se utilizan tres clases de metodologías las cuales se enuncian a continuación:
1. Métodos empíricos
1.1.1 Diseño de espesores para vías con altos volúmenes de tránsito. 1.1.2 Método MOPT 75 1.1.3 Método del Instituto del Asfalto. Versión 1991. Ø Método AASHTO 93 Ø Road Note 31
CONTENIDO
3. Método semi-empírico Ø El método Shell. Fundamentos teóricos
3. Programas mediante metodología racional
3.1 Programa de cómputo Depav. – Weslea Ø Determinación de parámetros elásticos admisibles. Ø Cálculo de parámetros elásticos. Ø Análisis de resultados.
3.2
Programa UNALCAPA.
Como un primer análisis para determinar la distribución de esfuerzos en un pavimento
se
aplicó
el
modelo
propuesto
por
el
matemático
francés
Boussinesq en 1885, estado de esfuerzos en una masa de suelo a cualquier profundidad; el estudio del matemático se basó en una carga concentrada aplicada en un semi-espacio lineal, elástico, isótropo y homogéneo; los esfuerzos, deformaciones y deflexiones debidos a la carga concentrada pueden ser extrapolados para obtener aquellas debidas a una área circular cargada. Esta solución fue por mucho tiempo la única disponible, hasta que en 1945 Donald M. Burmister propuso una teoría que se podía aplicar a estructuras de pavimentos, basada en la de Boussinesq pero que tenia en cuenta estratos y las propiedades mecánicas de los materiales que conforman la masa de suelo,
CONTENIDO
para calcular el estado de esfuerzos de ésta a cualquier profundidad. Desde el punto de vista del estudio de pavimentos, el modelo de Burmister puede ser usado para determinar los esfuerzos, deformaciones y deflexiones en la subrasante si la relación de módulos del pavimento y la subrasante es cercana a la unidad, si no es así, la modelación es más compleja. Analíticamente es un procedimiento más complejo que los basados en el primer modelo, que se podía solucionar con ecuaciones relativamente fáciles; el modelo de Burmister introduce transformadas de Fourier que requieren funciones de Basel para su solución y que sin la ayuda de un programa de computador no se pueden modelar estructuras de más de dos capas.
2.1
GENERALIDADES
El diseño de un pavimento consiste en establecer una estructura para una duración dada, bajo las solicitaciones del tránsito y el medio ambiente. En este proceso intervienen varios elementos entre los que se encuentran los materiales, los espesores de las capas, los procedimientos de construcción y las acciones de mantenimiento que son factores determinantes para que la estructura presente un buen comportamiento. A continuación se hace una breve descripción de los diferentes métodos empleados para el diseño de pavimentos flexibles:
CONTENIDO
2.1.1 MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS Y TRANSPORTE DE COLOMBIA (MOPT). Este Ministerio en colaboración con la sección tropical del Laboratorio de Investigación de Carreteras de la Gran Bretaña, estableció un método de diseño para pavimentos flexibles en Colombia, basado en la medida de la resistencia del suelo de la subrasante por el método CBR (Instituto del Asfalto). Con respecto al tránsito, éste se analiza mediante el número de repeticiones esperadas de ejes sencillos equivalentes de 8.2 toneladas durante el período de diseño, en el carril de diseño. En este método se usan curvas con las cuales se halla el espesor necesario de sub-base granular en función del tránsito esperado y del valor de CBR de la subrasante. Para los espesores de base granular y capa de rodadura se utilizan las tablas producto del método donde se indican los valores de acuerdo al tránsito calculado para un período de diseño establecido del pavimento.
2.1.2 ROAD NOTE 31 Este método de diseño para pavimentos flexibles es aplicable a países tropicales y subtropicales. La versión de ROAD NOTE 1962, es una herramienta importante a
aplicar en zonas donde se disponga de la
información necesaria y suficiente acerca del transito (Solo es necesario conocer el número de vehículos comerciales), condición que fue modificada en las ROAD NOTE de 1975 y 1993, donde el tránsito es manejado con número de ejes equivalentes.
CONTENIDO
En las ROAD NOTE 31 de 1993 se introduce el concepto de base y sub-base estabilizadas, ofreciendo de esta manera un mayor número de posibilidades de estructuras que son óptimas para las condiciones de la vía. Pero es importante
considerar
que
este
tipo
de
estructuras
genera
un
costo
considerable en la construcción. La ROAD NOTE 31 de 1975 en ocasiones se restringe su uso debido a que el rango de tránsito que esta considera solo cubre hasta 2.5 millones de ejes equivalentes, corrección que fue considerada en la versión de 1993 la cual se incremento hasta 30 millones de repeticiones de ejes.
2.1.3 MANUAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS EN VÍAS CON ALTOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO (INVIAS). El límite de tránsito para aplicar el manual es de 50 vehículos pesados por día en el año inicial de servicio. Se clasifica el tránsito de diseño en tres niveles en función del tránsito promedio diario de vehículos pesados previstos durante el año inicial de servicio del pavimento así: El empleo de las tabla merece una consideración previa, pues es preciso tener en cuenta las peculiaridades de las vías para las cuales se va a utilizar, por ello, si la calzada va a tener menos de 5 metros de ancho se deberá considerar en el cálculo todo el tránsito esperado en los dos sentidos, pues salvo, en el momento en que se crucen, los vehículos circularán centrados y tenderán a producir una sola zona de canalización. Si la calzada va a tener 6 metros o más se considerará como tránsito de diseño la mitad del total; y si el ancho es igual o mayor a 5 metros y menor de 6 metros, se tomará el 75% del total.
CONTENIDO
El catálogo estructural de este manual requiere que la subrasante sea clasificada en alguna categoría que refleje la gran sensibilidad del diseño a la resistencia del suelo.
2.1.4 MÉTODO AASHTO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES Este procedimiento es de amplia aceptación para el diseño de pavimentos flexibles y se presenta en la guía AASTHO, se publico por primera vez en 1972 y existen revisiones hasta 1993. La información de pruebas fue incluida en el desarrollo del método fue recolectada en el ensayo Vial AASTHO de 1958 a 1960. El método no ha sido convertido a unidades del sistema internacional. El ensayo Vial AASTHO se llevó a cabo en Ottawa, Illinois, a unos 128 Km de Chicago. Tanto en el clima como en el suelo son típicos de una gran parte de los Estados Unidos. Los ensayos sobre pavimentos se hicieron sobre seis secciones separadas dobles, con pistas de doble vía en forma de dos tramos rectos paralelos con secciones curvas para retorno. La
guía
conserva
los
algoritmos
originales
del
Ensayo
Vial AASTHO
correspondientes a un grupo reducido de materiales,, un solo tipo de subrasante, tránsito homogéneo y el medio ambiente del sitio del ensayo. Debido a este panorama limitado se han realizado investigaciones para ampliar la aplicación del Método. Éste método de diseño es aplicable para vías con tránsito superior a 0.05x10E6 ejes equivalentes de 8.2 toneladas y la ecuación utilizada para el
CONTENIDO
diseño de pavimentos flexibles, derivada de la información obtenida empíricamente en la AASHO ROAD TEST. El SN es un número abstracto, que expresa la resistencia estructural de un pavimento requerido, para una combinación dada de soporte del suelo (MR), del tránsito total (W 18), de la serviciabilidad terminal, y, de las condiciones ambientales. Una vez determinado el número estructural se busca un conjunto de espesores que convenientemente combinados proporcionen la capacidad portante correspondiente a ese número estructural (SN), calculado por la fórmula ya descrita. Sin embargo, en el manual de diseño de la AASHTO se encuentran los espesores mínimos de carpeta asfáltica y base granular relacionados con el número de ejes equivalentes.
2.1.5 PROGRAMA DEPAV Este programa fue desarrollado por la Universidad del Cauca como una adaptación del programa francés ALIZE III del laboratoire Central de Ponts et Chaussées. El programa DEPAV calcula los esfuerzos y las deformaciones máximas producidas en las interfases de un sistema elástico multicapa por una rueda doble colocada en la superficie. El sistema elástico multicapa puede estar constituido entre dos o seis capas caracterizadas por el espesor, el modulo de elasticidad y la relación poisson. Además calcula le deflexión y el radio de curvatura al centro de la rueda doble. (DEPAV 1994).
CONTENIDO
CAPITULO III 3. INVENTARIO VIAL – PROCEDIMEINTO PCI
3.1
DETERMINACIÓN DEL INDICE DE CONDICION DEL PAVIMENTO (PCI).
El PCI es un índice numérico que tiene un rango de cero (0), para un pavimento fallado o en mal estado, hasta cien (100), para un pavimento que se encuentre en perfecto estado. En el cuadro No 001 se presentan los diferentes rangos con una descripción cualitativa de la condición o estado de pavimento que le corresponde.
El cálculo de este índice se basa en la obtención de unos resultados de acuerdo a una inspección visual de la condición del pavimento de superficie de rodadura en concreto Pórtland para el proyecto que nos compete en el siguiente trabajo, en el cual se establecen el tipo, severidad y cantidad del daño. Este índice de condición del pavimento se desarrollo para dar una integridad estructural al pavimento y la condición operacional de la superficie. La información de los daños obtenidas ofrece una percepción clara de las causas de los daños y su relación con las cargas o con le clima.
CUADRO No 01 RANGOS DE CALIFICACIÓN DEL PCI Rango
Clasificación
100 – 85
Excelente
85 – 70
Muy Bueno
CONTENIDO
70 – 55
Bueno
55 – 40
Regular
40 – 25
Malo
25 – 10
Muy Malo
10 – 0
Fallado
El grado de deterioro de la estructura de pavimento es una función del tipo de daño, su severidad o densidad del mismo. Debido al gran número de condiciones posibles, la formulación de un índice que tuviese en cuenta los tres factores mencionados anteriormente fue problemática. Y la única forma de superar tal dificultad fue introduciendo los valores deducidos, el cual permite indicar le grado de afectación que cada combinación de tipo de daño, nivel de severidad y densidad del mismo tiene en la condición de la estructura de pavimento.
Los niveles de severidad y sus correspondientes valores deducidos para el cálculo de un índice de daño compuesto, el PCI, se obtuvieron basándose en el profundo conocimiento del comportamiento de la estructura de pavimento, la información
suministrada
por
muchos
experimentados
ingenieros
de
pavimentos, los ensayos en campo y la evaluación del procedimiento y la descripción precisa de los tipos daños.
CONTENIDO
3.2
PROCEDIMIENTO
DE
EVALUACION
DE
LA
CONDICION
DEL
PAVIMENTO (PCI).
Primera Etapa: Corresponde al trabajo de campo, en donde se identifican los daños teniendo en cuenta la clase, severidad y extensión de los mismos, registrando la información en los formatos elaborados para tal fin. A continuación se muestra el formato empleado para pavimentos en concreto hidráulico. Formato a emplear para el Diagnostico Vial Método del PCI FORMATO PARA CARRETERAS EN CONCRETO HIDRAULICO Y PARQUEADEROS HOJA DE INFORMACION DE LA EXPLORACION DE CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO RAMA
SECCION
UNIDAD DE MUESTREO
INSPECCIONADA POR
FECHA
AREA DE MUESTREO
Tipo de daño 21. Blow up/Buckling
31. pulimento de agregados
9
22. Grieta de esquina
32. Popouts
8
23. Losa Dividida
33. Bombeo
7
24. Grieta de Durabilidad
34. Punzonamiento
6
25. Escala
35. Cruce de vía férrea
5
26. Sello de Juntas
36. Desconchamiento
4
27. Desnivel carril/berma
37. Retracción
3
28. Grieta lineal
38. Descascamiento de esquina
2
29. Parcheo (grande)
39. Descascamiento de junta
1
30.Parcheo (pequeño) TIPO DE DAÑO
1 SEVERID AD
No LOSAS
DENSIDAD
VALOR
(%)
DEDUCIDO
2
3
OBSERVACIONES
4
CONTENIDO
• Unidades de muestreo: Se divide la vía en secciones o unidades de muestreo, las cuales varían de acuerdo con la clase de vía y el tipo de cada rodadura:
Carreteras con capa de rodaduras en losas de concreto de cemento Pórtland (losas < 7.60 mts): 20 ± 8 losas.
Se recomienda tomar el valor medio de los rangos y en ningún caso definir unidades fuera del rango admisible. Para cada sección se sugiere la elaboración de esquemas que muestren el tamaño y la localización de las unidades ya que servirán para referencias futuras. • Segunda etapa: Calculo para pavimentos con capa de rodadura en concreto de cemento Pórtland:
Determinación de los valores deducidos
-
Para cada combinación única del tipo de daño y nivel de severidad, y se contabiliza
el número de losas en los cuales
ocurren. -
Se divide el número de losas contabilizadas en el punto anterior entre el número de losas de la unidad, se multiplica por 100, para de esta manera obtener el porcentaje de la densidad por unidad de muestreo para cada combinación de tipo y severidad de daño.
-
Se determina los valores deducidos para cada combinación de tipo de daño y nivel de severidad empleando la curva de “valor deducido de daño” apropiada.
CONTENIDO
• Tercera
etapa:
Determinación
del
número
máximo
admisible
de
deducidos (m). m = 1+
9 x ( 100 − HDV ) Para carreteras pavimentadas 98
m = Numero admisibles de deducciones, incluyendo fracción para la unidad de muestreo (i).
HDV = El mayor valor individual deducido para la unidad de muestreo (i). • Cuarta etapa: Cálculo del PCI restando de 100 el máximo CDV • Quinta etapa: Promedio de los
valores deducidos de cada unidad de
muestreo
3.3
TIPO DE DAÑOS PRESENTADOS EN LA VÍA OBJETO DE ESTUDIO
GENERALIDADES
Aquí se expondrá un concepto
técnico de cada una de las diferentes fallas
encontradas en la inspección visual realizada a la estructura de pavimento del área en estudio.
CONTENIDO
GRIETA DE ESQUINA
Es una grieta que intercepta las juntas a una distancia menor o igual que la mitad de la longitud de la losa en ambos lados. Generalmente, la repetición de cargas combinadas con la pérdida de soporte y los esfuerzos de alabeo originan este tipo de daños en los pavimentos en concreto de cemento Pórtland. • Niveles de severidad L: la grieta está definida por una grieta de baja severidad y el área entre la grieta y las juntas está ligeramente agrietada o no presenta grieta alguna.
M. Se define por una grieta de severidad media y/o el área entre la grieta y las juntas tiene una grieta de severidad media (M)
H: Se define por una grieta de severidad alta y/o el área entre la junta y las grietas está muy agrietada • Medida La losa dañada se registra como una losa sí:
1. Solo tiene una grieta de esquina. 2. Contiene más de una grieta de una severidad particular. 3. contiene dos o más grietas de severidades diferentes.
CONTENIDO
Para dos o más grietas se registrará el mayor nivel de severidad. Por ejemplo, una losa tiene una grieta de esquina de severidad baja y una de severidad media, deberá contabilizarse como una losa con una grieta de esquina media • Opciones de reparación L: No se hace nada: Sellado de grietas de más de 3mm. M: Sellado de grietas. Parcheo profundo. H: Parcheo profundo.
LOSA DIVIDIDA
La losa está dividida por grietas en cuatro o más pedazos debido a la sobrecarga y/o al soporte inadecuado. Si todos los pedazos o grietas están contenidos en una grieta de esquina, el daño se clasifica como una grieta de esquina severa. • Niveles de severidad
Severidad de la
4 a 5 pedazos
6 a 8 pedazos
8 o más
mayoría de las
en la losa
en la losa
pedazos en la
grietas
agrietada
agrietada
losa agrietada
L
L
L
M
M
M
M
H
H
M
M
H
CONTENIDO
• Medida Si la losa dividida es de severidad media o alta, no se contabiliza otro tipo de daño. • Opciones de reparación L: No se hace nada. Sella do de grietas de ancho mayor de 3 mm. M: Reemplazo de la losa. H: Reemplazo de la losa.
DAÑO DEL SELLO DE LA JUNTA
Es cualquier condición que permite que el suelo o roca se acumule en las juntas, o que permite la infiltración de agua en forma importante. La acumulación de material incompresible impide que la losa se expanda y puede resultar en fragmentación, levantamiento o descascaramiento de los bordes de la junta. Un sellante adecuado impide que ocurra lo anterior.
Los tipos típicos del daño de junta son:
1. Desprendimiento del sellante de junta 2. Extrusión del sellante. 3. crecimiento de vegetación. 4. Endurecimiento del llenante (oxidación) 5. Pérdida de adherencia a los bordes de la losa. 6. falta o ausencia del sellante de la junta.
CONTENIDO
• Niveles de severidad L: El sellante está en una condición buena en forma general en toda la sección. Se comporta bien, con solo daño menor.
M: Está en condición regular en toda la sección, con uno o más tipos de daño que ocurren en una grado moderado. El sellante requiere reemplazo en dos años.
H: Está en condición generalmente buena en toda la sección, con uno o más de los daños mencionados arriba, los cuales ocurren en un grado severo. El sellante requiere reemplazo inmediato. • Medida No se registra losa por losa sino que se evalúa con base en la condición total del sellante en toda el área.
Opciones de reparación
L: No se hace nada. M: Resellado de juntas. H: Resellado de juntas.
CONTENIDO
GRIETAS LINEALES
Estas grietas, que dividen la losa en dos o tres pedazos, son usualmente causadas por una combinación de la repetición de las cargas de tránsito, el alabeo por gradiente térmico y/o humedad. Las losas divididas en cuatro o más pedazos se contabilizan como losas divididas. Usualmente, las grietas de baja severidad están relacionadas con el alabeo o la fricción y no se consideran daños estructurales importantes. Las grietas capilares, de pocos pies de longitud y que no se propagan en toda la extensión de la losa, se contabilizan como grietas de retracción. • Niveles de severidad Losas sin esfuerzo
L: Grietas no selladas, sin relleno o con relleno en condición no satisfactoria, de ancho menor o igual que 12 mm, o grietas de cualquier ancho con el sellante en condición satisfactoria. No existe escala.
M: Existe una de las siguientes condiciones. 1. Grieta no sellada con ancho entre 12 y 51 mm. 2. Grieta no sellada de cualquier ancho hasta 51 mm con escala menor que 10 mm. 3. Grieta sellada de cualquier ancho con escala menor que 10 mm.
H: Existe una de las siguientes condiciones: 1. Grieta no sellada con ancho mayor que 51 mm. 2. Grieta sellada o no de cualquier ancho con escala mayor que 10 mm.
CONTENIDO
• Medida Una vez se ha establecido la severidad, el daño se registra como una losa. Si dos grietas de severidad media se presentan en una losa, se cuenta dicha losa como una poseedora de grietas de alta severidad. Las losas divididas en cuatro o más pedazos se cuentan como losas divididas. Las losas de longitud mayor de 9.1 m se dividen en losas de aproximadamente igual longitud y que tienen juntas imaginarias, las cuales se asumen están en perfecta condición. • Opciones de reparación L: No se hace nada. Sellado de grietas más anchas que 3 mm. M: Sellado de grietas. H: Sellado de grietas. Parcheo profundo. Reemplazo de la losa.
PULIMENTO DE AGREGADOS
Este daño se causa por aplicaciones repetidas de cargas de tránsito. Cuando los agregados en la superficie se vuelven suaves al tacto, se reduce considerablemente la adherencia con las llantas. Cuando la porción del agregado que se extiende sobre la superficie es pequeña, la textura del pavimento no contribuye significativamente a reducir la velocidad del vehículo. El pulimento de agregados que se extiende sobre el concreto es despreciable y suave al tacto. Este tipo de daño se reporta, cuando el resultado de un ensayo
de
resistencia
al
deslizamiento
es
significativamente respecto a evaluaciones previas.
bajo
o
ha
disminuido
CONTENIDO
• Niveles de severidad No se definen grados de severidad. Sin embargo, el grado de pulimento deberá ser significativo antes de incluirlo en un inventario de la condición y calificarlo como un defecto. • Medida Una losa con agregado pulido se cuenta como una losa • Opciones de reparación L,M y H: Rasurado de la superficie. Sobrecarpeta
DESCASCARAMIENTO DE JUNTA
Es la rotura de los bordes de la losa en los 0.6 m de la junta. Generalmente no se extiende verticalmente a través de la losa sino que intercepta la junta en ángulo. Se origina por:
1. Esfuerzos excesivos en la junta causados por las cargas de tránsito o por la infiltración de materiales incompresibles.
2. Concreto débil en la junta por exceso de manipulación.
CONTENIDO
• Niveles de severidad
Fragmentos del
Ancho del
Long.
Long.
descascaramiento
descascarami
Descascarami
Descasacarami
ento
ento < 0.6 m
ento > 0.6 m
puede
< 102 mm
L
L
fácilmente
> 102 mm
L
L
Pueden
< 102 mm
L
M
algunos
> 102 mm
L
M
Duros.
No
removerse
(pueden faltar algunos pocos fragmentos) Sueltos. removerse
y
fragmentos
pueden
faltar. Si la mayoría o todos
los
fragmentos
faltan,
el
descascaramiento
es
superficial,
de
menos
25 mm Desaparecidos.
La
< 102 mm
L
M
mayoría
los
> 102 mm
M
H
o
fragmentos
todos han
sido
removidos • Medida Si el descascaramiento se presenta a lo largo del borde de una losa, esta se cuenta como una losa con descascaramiento de junta. Si está sobre más de un borde de la misma losa, el borde que tenga la mayor severidad se cuenta y
CONTENIDO
se registra como una losa. El descascaramiento de junta también puede ocurrir a lo largo de los bordes de dos losas adyacentes. Si este es el caso, cada losa se contabiliza con descascaramiento de junta.
Opciones de reparación
L: no se hace nada. M: Parcheo parcial. H: Parcheo parcial. Reconstrucción de la junta
CONTENIDO
Tabla No 1. Resultado obtenidos de l Inventario de la Malla vial
RANGO DE VALORES PARA EL MUESTREO
No MUESTRAS
i
RANGOS DEL MUESTREO
PCI POR UNIDAD DE MUESTREO
1
K 00 + 000
----------
K 00 + 061
70
2
K 00 + 061
----------
K 00 + 122
69
3
K 00 + 122
----------
K 00 + 183
73
4
K 00 + 183
----------
K 00 + 244
96
5
K 00 + 244
----------
K 00 + 305
86
6
K 00 + 305
----------
K 00 + 366
98
7
K 00 + 366
----------
K 00 + 427
100
8
K 00 + 427
----------
K 00 + 488
90
9
K 00 + 488
----------
K 00 + 549
86
10
K 00 + 549
----------
K 00 + 610
100
11
K 00 + 610
----------
K 00 + 671
100
12
K 00 + 671
----------
K 00 + 732
84
13
K 00 + 732
----------
K 00 + 793
96
14
K 00 + 793
----------
K 00 + 854
92
15
K 00 + 854
----------
K 00 + 915
99
16
K 00 + 915
----------
K 00 + 976
92
17
K 00 + 976
----------
K 01+ 037
91
18
K 01+ 037
----------
K 01+ 098
100
19
K 01+ 098
----------
K 01+ 159
70
20
K 01+ 159
----------
K 01+ 220
98
21
K 01+ 220
----------
K 01+ 281
100
22
K 01+ 281
----------
K 01+ 342
90
23
K 01+ 342
----------
K 01+ 403
80
24
K 01+ 403
----------
K 01+ 464
100
25
K 01+ 464
----------
K 01+ 525
86
26
K 01+ 525
----------
K 01+ 586
98
27
K 01+ 586
----------
K 01+ 647
90
28
K 01+ 647
----------
K 01+ 708
94
29
K 01+ 708
----------
K 01+ 769
100
30
K 01+ 769
----------
K 01+ 800
84
VALOR DE PCI PROMEDIO
90
CONTENIDO
Los formatos de recolección o inspección visual realizados del pavimento de la zona en estudio que sustenta la tabla No 02. “Resultados obtenidos inspección visual” se encuentran en el Anexo A del presenta proyecto.
Según la información contenida en la Tabla No 02., donde se evidencia la obtención de (30) unidades de muestreo para la inspección visual de la vía en estudio. Después de haber definido de acuerdo al número de losas, las unidades de muestreo, se procedió a el cálculo del Índice de Condición de l Pavimento - PCI, para cada unidad, lo que conllevo a
elaborar en
forma
posterior un promedio (? de unidades de muestreo / el numero de unidades), para así obtener el índice de condición del pavimento - PCI general que correspondía a la vía de acceso al Parque Industrial o Ciudadela del Café en el Municipio de Pereira cuya longitud aproximada es de1.8 Km. Lo que arrojo como resultado fue un Índice de Condición del Pavimento (PCI) igual a 90, lo que nos indica, según el rango de calificación expuesto en el Cuadro No 001 “Rangos de calificación PCI”. Que lo que nos permite concluir, que la vía presenta una excelente calidad tanto su capacidad estructural como en nivel de servicio de la superficie de rodadura y que solo son necesarias unas acciones correctivas y preventivas para seguir garantizando su correcta operación.
En dicho diagnostico visual se evidenciaron una serie de fallas en la superficie de rodadura,
los cuales se muestran en las hojas de inspección (Ver Anexo
A), los cuales se considera por los autores importantes enunciar:
•
Ausencia parcial o total del material de sello en algunas de las juntas.
CONTENIDO
• Falla de esquina probablemente inducida por el fenómeno del bombeo. • Fisuras y grietas en el pavimento. • Ausencia de estructuras de alivio para la precipitación pluvial. • Dilataciones exageradamente anchas. • Aparente deficiencia en la colocación del refuerzo evidenciada en una mala transmisión de cargas a losas adyacentes. • Superficie con abrasión severa. Por lo anteriormente expuesto, se recomienda la demolición y reposición de las placas de concreto que presenta niveles de severidad M, en relación con la abrasión o pulimento de la estructura en algunos de los tramos y las grietas lineales presentadas.
CALIFICACION Y CUANTIFICACION DE LAS DEGRADACIONES EN EL METODO VIZIR.
Es te método clasifica los deterioros de los pavimentos asfálticos en dos grandes categorías, A y B, cuya identificación y niveles de gravedad se presentan en el Anexo B Tablas 3.1.3 y 3.1.4 anexas a este capitulo.
Las características del tipo A caracterizan una condición estructural del pavimento, sea que ella este ligada a las condiciones de las diversas capas y el suelo de la subrasante o simplemente a las capas asfálticas. Se trata de degradaciones debidas a insuficiencias en la capacidad estructural de la calzada cuyo remedio suele requerir el conocimiento de otros criterios de valoración
(ensayos
de
resistencia,
deflexiones,
etc.).
Estos
daños
CONTENIDO
comprenden las deformaciones y los agrietamientos ligados a la fatiga del pavimento.
Las degradaciones del tipo B, en su mayor a de tipo funcional, dan lugar a reparaciones que generalmente no están ligadas a la capacidad estructural de la calzada. Su origen se encuentra mas bien en deficiencias constructivas y condiciones locales particulares que el transito ayuda a poner en evidencia. Entre los deterioros de tipo B se pueden citar los agrietamientos motivados por asuntos distintos a la fatiga, los ojos de pescado, los desprendimientos y los afloramientos.
Para los estudios destinados al diseño de obras de mantenimiento, inventario o rehabilitación de los pavimentos, cada zona de análisis debe tener una longitud de 100 mts. En el caso de carreteras de doble calzada, se efectuaran evaluaciones independientes para cada calzada.
Por
Tal
motivo,
y
considerando
los
conceptos
técnicos
básicos
del
procedimiento anteriormente expuesto, para el proyecto en referencia no se podrán aplicar dicha metodología, ya que esta solo es aplicable, para el inventario de pavimentos cuya carpeta sea en concreto asfáltico.
En anexo B se adjunta la información correspondiente al procedimiento para la determinación de las degradaciones y las tablas para el cálculo de los índices de deterioro
y los niveles de gravedad para las dos categorías enunciadas
con anterioridad (Tipo Ay B), con el fin de que este trabajo sirva como elemento de consulta para Estudiantes de pregrado o posgrado.
CONTENIDO
CAPITULO IV 4. INFORMACION RECOLECTADA, PROCESAMIENTO Y ANALISIS PARA EL DISEÑO DE LAS ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS POR DIFERENTES METODOS
4.1
NORMATIVIDAD
4.1.1 PLAN DE ORDENAMIENTOTERRITORIAL
En el plan de ordenamiento territorial del municipio de Pereira, define en el Titulo V. Capitulo XIII SISTEMA VIAL Y TRANSPORTE DEL COMPONENTE URBANO, CONSTITUCIÓN, CARACTERÍSTICAS BÁSICAS, DIMENSIONES, LOCALIZACIÓN, 17(Anexo C)
PLANES
Y
PROGRAMAS
apoyados en el Plano No.
del componente urbano que el sistema vial que se debe
implementar en la zona corresponde a una VÍA COLECTORA TIPO I las cuales une vías del plan vial con las vías propuestas por el urbanizador.
La sección de esta vía esta propuesta a continuación: • Una calzada de 7.2 metros. • Dos (2) zonas verdes de 2 metros cada una. • Dos (2) andenes de 2 metros cada uno. • Dos (2) antejardines de 3 metros cada uno
CONTENIDO
Para refuerzo de esta condición de diseño se presenta la Figura No. 1 LOCALIZACION DEL PROYECTO (Anexo C), la cual se extracto del POT (plan de Ordenamiento Territorial).
4.2
TIPO DE TERRENO
De acuerdo con el estudios geotécnico realizado por la Firma consultora CONSORCIO CONDICAFE, en el sector Pedregales – Ciudadela del Café, la morfología presente, se clasifica como montañosa con pendientes entre el 3% y el 11%.
La pendiente máxima del terreno es del 7%
con una superficie
existente en pavimento rígido en regular estado. El trayecto tiene una longitud aproximada de 1700 metros de longitud. Para este proyecto se contempla proyectar una vía paralela a la existente, con el fin de cumplir con las proyecciones contempladas en el POT.
4.3
RADIO MINIMO
De acuerdo
con las normas de diseño geométrico del INVIAS, para una
velocidad especifica de 30km/h, el peralte máximo recomendado a emplear es del 8% y al considerar un coeficiente de fricción en pavimento de 0.180, el radio mínimo calculado es de 27.26m.
CONTENIDO
4.4
ANCHO DE CALZADA.
El tramo actual de acceso al Barrio Ciudadela del Café o Parque Industrial, esta compuesto por un pavimento en concreto rígido de dos carriles, con un ancho de calzada de 6 metros.
4.5
ASPECTOS GEOLOGICOS Y GEOTECNICOS.
4.5.1 Marco Geológico General Desde el punto de vista geológico la zona de interés se localiza sobre un gran deposito
Vulcano-sedimentario,
constituido
por
numerosas
intercalaciones
lenticulares donde alternan flujos piroclásticos y laháricos, y en menos proporción materiales fluviotorrenciales, aluviales y glaciales. Los materiales que lo conforman provienen de la cordillera central, ubicada al oriente de la zona de interés. Estos depósitos en su mayoría son producto de la actividad de los volcanes Nevado del Ruiz, Santa Isabel y cerro Santa Rosa.
CONTENIDO
Las erupciones volcánicas generaron flujos piroclásticos e indujeron lahares por deshielo de los glaciares, descendiendo su carga en valles intracordillera (INGEOMINAS,
1992);
finalmente
erupciones
volcánicas
aportaron
gran
cantidad de material piroclástico de caída, de tamaño cenizas y lapillo que cubrieron la región con una capa de 10 a 12 metros de espesor, cubriendo las geoformas de los flujos mencionados. La estratigrafía esta definida por materiales relacionados con depósitos volcánicos, diferenciados entre sí por su textura, grado de consolidación y origen, una descripción general de los diferentes niveles estratigráficos es. Ø Nivel
superior:
Compuesto
por
depósitos
fluvio
volcánicos.
Estrato en el cual se desarrollará el 100% del proyecto. Ø Nivel
intermedio:
Compuesto
por
arenas,
tobas
y
bloques
arenas,
tobas
y
bloques
embebidos en una matriz limo-arcillosa. Ø Nivel
intermedio:
Compuesto
por
embebidos en una matriz limo-arcillosa.
4.5.2 Geomorfología. Geomorfológicamente, el territorio del Departamento de Risaralda presenta tres (3) sectores bien definidos, a saber: El primero: Corresponde a la Zona Montañosa de relieve muy escarpado y ligeramente ondulado con alturas que van desde los 1.000 a los 4.800 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m)
CONTENIDO
El segundo: sector lo constituye la Zona de Piedemonte, con un relieve escarpado a ligeramente plano, con alturas que oscilan entre los 1.000 y los 2.200 m.s.n.m. Por último, el tercer sector es el correspondiente a la Zona de Valle al occidente del Departamento, con alturas que van desde los 1.000 y 1.200 m.s.n.m. Nota: La zona en estudio, pertenece a la zona de piedemonte, referida con una altitud aproximada a los 1.530 m.s.n.m y su temperatura promedio es de 18°C – 21°C.
4.5.3 Geolomorfología. A lo largo del corredor se pueden distinguir las siguientes unidades litológicas. • Piroclastos delgados sobre rocas antiguas: Esta unidad comprende la vertiente Nororiental de la Quebrada Dosquebradas y se desarrolla, predominantemente, entre las cotas 1450 y 1800 MSNM una superficie casi plana inclinada hacia el sur, cruzada por numerosas corrientes de poca longitud y en general orientadas hacia el sur.
• Intercalaciones de mantos de gravas y de arcillas: Esta unidad corresponde a la zona localizada a ambos lados de la Quebrada Dosquebradas, al norte del tramo inicial del proyecto en el sector de Pedregales [K0 + 000 a K0 + 600] entre cotas 1450 y 1500 MSNM y proyectándose hasta el Municipio de Dosquebradas.
CONTENIDO
• Limonitas verdes azuladas o sobre sus suelos residuales: Esta unidad corresponde a la zona desde ondulada hasta montañosa que se extiende al norte de la Quebrada Dosquebradas entre las Quebradas Tominejo y La Cristalina, donde se ha formado una cuchilla alargada con dirección norte – sur entre 1400 y 1800 m de altura y sobre Hacia el sur forma una ladera inclinada entre 30 y 40º, cortada en su base por la quebrada Dosquebradas, actualmente rectificada.
Esta unidad no
afecta al corredor vial objeto del presente estudio.
• Tobas y aglomerados volcánicos: Esta unidad típica de las laderas de la Quebrada Dosquebradas y del Río Otún, da lugar a extensas superficies desde planas hasta onduladas entre 1250 y 1350 m de altitud, formando laderas desde empinadas hasta verticales, las cuales limitan lateralmente las zonas planas, afecta al Sur al trazado de la vía, especialmente en el primer kilómetro.
• Rocas volcánicas muy fracturadas de edad cretácea: Esta unidad corresponde a la zona montañosa hasta escarpada conformada entre altitudes 1250 y 1700 MSNM, que se localiza al Norte del Municipio de Dosquebradas. presente estudio.
Esta unidad no afecta al corredor vial objeto del
CONTENIDO
• Estratigrafía: A lo largo del trazado de la vía objeto de estudio, se presentan extensos depósitos no consolidados, los cuales cubren casi en su totalidad las rocas del Cretáceo; afloran unidades estratigráficas que se describen a continuación, comenzando por la más antigua hasta la más reciente, según su edad cronológica.
ü Unidad de Basaltos [Kv]: En los afloramientos observados en el lecho de las quebradas Dosquebradas y Pedregales; estas rocas se encuentran muy fracturadas y frecuentemente milonitizadas, por lo cual se asume que todo el paquete de rocas verdes cizalladas que afloran en el área correspondiente a la zona de falla de Romeral.
Esta unidad está formada por rocas volcánicas
cretáceas del complejo de rocas verdes predominantes en la Cordillera Occidental, y consta de basaltos y diabasas verdes hasta grises, muy duras y con abundantes venillas de calcita. ü Unidad
de
sedimentarias
Limolitas con
grises
ligero
[Ks]:
Esta unidad de rocas
metamorfismo
está
constituida
por
limonitas grises, duras y ligeramente silíceas, con facilidad poco desarrollada y con un tenue lustre seroso en las caras de las láminas, lo cual les imprime un aspecto de filitas. ü Unidad de Limolitas Arcillosas [Tsv]: En los cauces de las Quebradas de la zona, donde la roca se encuentra libre de suelo residual,
la
unidad
está
constituida
por
limonitas
arcillosas
masivas y blandas de color verde azuloso, formados por las mitificaciones de materiales volcánicos finos. Estas rocas se encuentran muy diaclasadas y teñidas por película de óxidos de hierro.
CONTENIDO
ü Unidad de Aglomerados y tobas [TQv]: Unidad típica de la zona, está formada por materiales piroclásticos, depositados durante
el
Cuaternario
y
posiblemente
durante
el
Terciario
Superior, como productos de la actividad volcánica de la cadena de volcanes Ruiz – Tolima. Estratigráficamente la unidad está compuesta por dos miembros a saber: v Un miembro inferior formado por un aglomerado volcánico duro de
fragmentos de basaltos y andesitas, aglutinados
por una matriz
Tobácea. Esta unidad aflora, en la zona
de estudio, en la margen
derecha del Río Otún hasta la
desembocadura de la Quebrada
Dosquebradas
prolonga a algunos sitios a lo largo de la
y
se
quebrada
Dosquebradas. v Un miembro superior formado por materiales piroclásticos, los cuales en algunos sitios descansan sobre el aglomerado basal y en otros directamente sobre los basaltos y diabasas de la unidad de Basaltos. Este miembro aflora en un gran porcentaje de la zona de estudio y está constituido principalmente
por
tobas,
entre
las
cuales
ocurren
numerosas intercalaciones lenticulares de aglomerados y también grandes bloques grandes rocosos o bombas.
Los
materiales de este miembro son blandos y en general se encuentran
saprolitizados.
En
muchos
sitios
estos
depósitos piroclásticos forman extensas superficies planas o terrazas, esculpidas por la erosión de las corrientes que drenan el área.
CONTENIDO
ü Unidad de Gravas y Cenizas [Qval]: Ubicada principalmente sobre la cabecera del Municipio de Dosquebradas, esta Unidad está
constituida
por
intercalaciones
de
gravas
y
cenizas
expuestas a lo lago de las quebradas y sus afluentes principales. Sobre estos materiales se ha desarrollado una topografía plana muy amplia.
Esta alternancia parece indicar una actividad
volcánica reciente, la cual suministró la abundante cantidad de cenizas presentes en la unidad. ü Unidad de Gravas y Arenas Aluviales [Qal]: Localizada cerca del cauce de la Quebrada Dosquebradas y de algunos de sus tributarios; así como en las terrazas aluviales del Río Otún; esta Unidad
está
constituida
por
depósitos
compuestos principalmente por gravas y arenas.
aluviales
recientes,
CONTENIDO
CAPITULO V 5. TRANSITO
5.1 OBJETIVO GENERAL El objetivo general del presente capitulo, es el de presentar la magnitud de la demanda durante la vida útil del proyecto, es decir, el número de vehículos que circulará por el sector, para con base en él y en las características de la vía proyectada, determinar las condiciones imperantes de operación vehicular, nivel de servicio, comodidad y seguridad que presentará el proyecto a lo largo de su vida útil y establecer si su capacidad será alcanzada en el transcurso de la misma. Igualmente, presentar los estudios realizados al calcular dicha demanda.
Para el proyecto se han identificado tres tipos posibles de tránsito,
para los
cuales se hace el correspondiente análisis: el normal, el atraído y el generado.
El primero es el que actualmente circula por la vía y que continuará circulando, con un crecimiento similar (al que traía), a través del tiempo.
El segundo es el que se vincula de las vías cercanas y que por mejores condiciones de la vía del proyecto, cambiaría de ruta,
y el tercero el que se generará por efectos del desarrollo propio de la zona de influencia de la vía.
CONTENIDO
5.2 SELECCIÓN DEL PERÍODO DE ANÁLISIS Y DEL PERÍODO DE DISEÑO ESTRUCTURAL.
Para la selección de períodos de análisis y diseño, las vías se clasifican como sigue: Tabla 2. Categorías de las Vías
CATEGORIA DE LA VIA I Autopistas interurbanas, Descripción
caminos interurbanos principales
Importancia
Muy importante
II
III
Colectoras
Caminos
interurbanas,
rurales con
caminos
tránsito
rurales e
mediano,
industriales
caminos
principales
estratégicos
Importante
Poco importante
Especial
Pavimentos especiales e innovaciones
Importante a poco importante
Tránsito promedio
> 5000
1000 - 10000
< 1000
diario Periodo de
15 a 30 años
análisis
15 a 30 años
Periodo de diseño estructural PDE
15 años
5 años
< 10000
CONTENIDO
El sector de la vía Pedregales – Ciudad del Café se clasifica como una colectora interurbana con volúmenes de tránsito Medios CATEGORÍA II.
Para las carreteras de la categoría II, el período de diseño puede variar entre 15 y 20 años. En este caso el período de diseño será de Quince (15) Años, contados a partir del año en que se dé en servicio la vía, estimado en el año 2005.
5.3 CONTEOS VEHICULARES.
El trabajo del conteo manual de transito se realizó por la firma consultora CONSORCIO CONDICAFE, en el período comprendido entre el 26 de enero y el 2 de febrero del año 2005, en jornadas de 24 horas, información que nos ayudara a determinar la cantidad, tipo y clase de vehículos que pasan en ambos sentidos, por el sitio del intercambio en Pedregales durante cada una de las horas que conforman el conteo, con la confiabilidad de los datos recolectados por la firma consultora, se procederá con el diseño de la vía, por el método del
Ministerio de Obras Públicas y Transporte de Colombia
(MOPT), por el método de la AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), por el método de la ROAD NOTE 31 de 1993, por el método Shell, por el método del Instituto Nacional de Vías para carreteras con bajos volúmenes de tránsito, por el programa DEPAV – WESLEA y por el programa UNALCAPA, con el fin de generar las recomendaciones y conclusiones que al respecto tenga lugar, de acuerdo a los resultados que los métodos en referencia arrojen.
CONTENIDO
En este capitulo en Anexo D e incluirá el análisis detallado del conteo realizado por la firma consultora CONDICAFE dentro del área de influencia, información útil para establecer la magnitud de los volúmenes y los patrones de operación
del transito, teniendo en cuenta las variaciones
ocurridas
durante la semana y el día.
En forma adicional en dicho capitulo se presentara las proyecciones del tránsito normal atraído, generado y consolidado.
5.4 COMPOSICION VEHICULAR.
La información recolectada con relación al conteo vehicular y el análisis en forma precisa y detallada permitió evidenciar, la composición del tránsito en la red vial del proyecto, lo que nos proporciona una idea del tipo de vehículo que predomina en el sector. • Los volúmenes de autos presentan una participación del 80.8 % del TPD. • Los volúmenes de buses por su parte, disminuyen sustancialmente y solo representan el 17.6% del TPD. • En cuanto a los volúmenes de camiones, su tendencia es muy baja y solo representan el 1.6 % del TPD.
En síntesis se puede concluir que el comportamiento en la zona se encuentra bien definido, en el cual la proporción de vehículos livianos es significativa y la participación de buses refleja la presencia de asentamientos urbanos, cuya
CONTENIDO
localización y tamaño están asociados al carácter del sector, se aprecia además que la participación de camiones es muy baja.
5.5 VARIACION EN EL FLUJO DE TRANSITO Apoyados en el procesamiento y análisis de la información recolectada por la firma consultora el CONSORCIO CONDICAFE, sobre los volúmenes de transito, se estableció el comportamiento diario y horario de los flujos vehiculares, de los cuales se describen con detalle a continuación.
5.5.1 Variaciones Diarias. En la Tabla 03 y en la Grafica No 1 se sintetiza la información registrada en los conteos vehiculares, durante cada día de la semana, expresada en vehículos por día y como porcentaje respecto al TPD.
Del volumen total observamos que durante la semana varían el flujo vehicular así: el día Lunes en 6176 vpd equivalente a un 101.3% del TPD; el volumen disminuye el día Martes en 5876 vpd equivalente a un 96.4% del TPD; para el día Miércoles aumenta en 5997 vpd equivalente a un 98.4% del TPD; siguiendo su aumento para el día Jueves en 6068 equivalente en
99.5% del
TPD; para el día Viernes disminuye el flujo vehicular en 5790 vpd equivalente a un 95.0% del TPD, siendo este la menor representación vehicular; aumentando nuevamente para el día Sábado en 6459 vpd equivalente a un 106.0% del TPD, siendo el mayor flujo vehicular durante la semana y finalmente vuelve a disminuir en el ultimo día de la semana en 6304 vpd equivalente a un103.4% con respecto al TPD.
CONTENIDO
VOLUMES DIARIOS Y HORARIOS - AÑO 2005 ESTACION PEDREGALES - CIUDADELA DEL CAFÉ TABLA 1 PROMEDIO HORA HORA
LUNES
MARTES
M/COLES
JUEVES
VIERNES SABADO DOMINGO
00 - 01
85
101
105
108
87
01 - 02
82
88
54
52
02 - 03 03 - 04
92 113
42 48
49 36
44 36
04 - 05
59
61
35
05 - 06 06 - 07
90 226
139 205
07 - 08
355
08 - 09 09 - 10
270 264
10 - 11
vph
%TPD
130
199
116
1,9
68
94
140
83
1,4
26 37
108 67
274 130
91 67
1,5 1,1
34
58
56
97
57
0,9
125 323
111 318
177 179
139 112
81 150
123 216
2,0 3,5
294
319
393
187
307
291
307
5,0
317 226
303 260
370 275
260 228
305 326
237 207
295 255
4,8 4,2
217
211
239
209
212
259
287
233
3,8
11 - 12 12 - 13
238 311
264 266
294 361
252 338
300 339
226 266
382 292
279 310
4,6 5,1
13 - 14
337
262
322
307
245
269
272
288
4,7
14 - 15 15 - 16
330 286
292 271
326 294
295 305
285 304
295 306
365 235
313 286
5,1 4,7
16 - 17
273
358
239
352
340
381
261
315
5,2
17 - 18
414
364
338
360
340
386
423
375
6,2
18 - 19 19 - 20
382 533
423 510
430 451
325 524
293 526
480 411
307 416
377 482
6,2 7,9
20 - 21
402
423
412
485
430
563
469
455
7,5
21 - 22 22 - 23
398 274
365 290
345 225
196 199
357 317
366 361
335 258
337 275
5,5 4,5
23 - 24
145
56
112
180
195
246
196
161
2,6
6176
5876
5997
6068
5790
6459
6304
6095,714
100,0
101,3
96,4
98,4
99,5
95,0
106,0
103,4
100,0
TOTAL DIA
(1) Volumen diario expresado en vehículos por día. (2) Volumen diario expresado como porcentaje del TPD
CONTENIDO
PEDREGALES -CIUDADELA DEL CAFE GRAFICA No 1 6600
VEHICULOS POR DIA
6400
6200
6000
5800
5600
5400
5200 LUNES
MARTES
M/COLES
JUEVES
VIERNES
SABADO
DOMINGO
DIAS CONTEO MANUAL
Con base en la grafica No 1, se puede establecer que porcentualmente existe un estrecho rango de variación de los registros durante la semana, con volúmenes relativamente cercanos a los valores medios, registrando el valor máximo el día Sábado en que se presenta un incremento de los flujos vehiculares en un 106.0% del promedio de la semana.
5.5.2 Variaciones Horarias.
Las variaciones del volumen vehicular registrados durante las 24 horas del día se sintetizan en la tabla 3.
CONTENIDO
En la grafica No 2 ilustra los patrones de comportamiento de los volúmenes horarios calculados como el promedio de los siete días de la semana, expresados en vehículos por hora, registrados en cada sector.
PEDREGALES - CIUDADELA DEL CAFE GRAFICA 2
VEHICULOS POR HORA
600
500
400
300
200
100
0 00 - 01 - 02 - 03 - 04 - 05 - 06 - 07 - 08 - 09 - 10 - 11 - 12 - 13 - 14 - 15 - 16 - 17 - 18 - 19 - 20 - 21 - 22 - 23 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
HORAS DEL DIA CONTEO MANUAL
En la grafica No 3 ilustra los patrones de comportamiento de los volúmenes horarios calculados como el promedio de los siete días de la semana, expresados en porcentaje de vehículos por hora, registrados en cada sector.
CONTENIDO PEDREGALES - CIUDADELA DEL CAFE GRAFICA 3
VEHICULOS POR HORA
9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
HORAS DEL DIA CONTEO MANUAL
Para el sector se aprecian volúmenes con variaciones durante el día representado en cada caso así: desde las 00:00am a 6:00 am se presenta un flujo vehicular que no supera el 2% del TPD, aumentando en el rango de las 6:00am hasta las8;00 am en un 5.1% del TPD; conservándose hasta las 12:00 am, posteriormente aumenta desde las 18:00 horas hasta las
20:00 horas
presentando un pico vehicular de 7.9% del TPD y finalmente desciende a las 24:00 en un 2.9% del TPD; con los siguientes registros vehiculares nos determina que hay mayor numero de vehículos transitando por el tramo en las horas de las mañana entre 6:00 y 12:00 y entre las 18:00 y 20:00 horas del día.
CONTENIDO
5.6 ANÁLISIS
DE
LOS
VOLÚMENES
MÁXIMOS
HORARIOS
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN HORARIO DEL PROYECTO
Se adoptó como volumen horario para el siguiente proyecto, el promedio de los volúmenes más altos registrados en los conteos vehiculares realizados, en los siete días, expresados como porcentaje del volumen diario TPD, utilizando la distribución horaria suministrada por la Oficina de Programación de Carreteras.
El volumen determinado de esta forma, tiene la posibilidad de repetirse durante 52 semanas, de acuerdo a experiencias suministradas por diferentes especialistas y consultores viales del Departamento de Risaralda, y estas corresponden al volumen comprendido entre la hora 50 y
la hora 150, para
una distribución de volúmenes horarios a través de las 8760 horas del año, de acuerdo con los volúmenes horarios registrados simultáneamente en las estaciones automáticas operadas hasta hace algunos años por el MOPT y las estaciones de conteo manual.
Tabla No 4. podemos apreciar el volumen horario diario en el sector Pedregales - Ciudadela del Café
Tabla 3 FECHA 29/01/2005 31/01/2005 28/01/2005 27/01/2005
Horario Diario DIA DE LA SEMANA SABADO LUNES VIERNES JUEVES
HORA VMAX 20 - 21 19 - 20 19 - 20 19 - 20
VOLUMEN MAXIMO 563 533 526 524
VMAX TPD /V24H 6096 9,24 6096 8,74 6096 8,63 6096 8,60 PROMEDIO 8,80
Y
CONTENIDO
Una de las conclusiones finales de los autores de este proyecto, es que el día sábado
corresponde
al
día
donde
se
evidencia
más
flujo
vehicular,
confirmando lo anteriormente mencionado y que estos se registran entre las 19:00 y 21:00 horas.
En estas condiciones, el volumen de horario de máxima demanda corresponde al 8.8% del volumen diario para el sector Pedregales – Ciudadela del Café
5.7 PROYECCIONES DEL TRANSITO.
5.7.1 Crecimiento Normal del Tránsito:
El estudio y análisis del crecimiento normal del tránsito en la vía Pedregales – Ciudadela del Café, se efectuó a través de los conteos realizados por la Firma consultora CONSORCIO CONDICAFE.
5.7.2 Transito Atraído:
Teniendo en cuenta el mejoramiento del sector Pedregales – Ciudadela del Café, en el presente se puede predecir una posible atracción de vehículos que circulan por el sector de la variante La Romelia el Pollo y Turín – sector de Combia; esta atracción vehicular seria en gran parte de vehículos livianos y buses en general. Se estima que el tránsito atraído representa el 30.0% del TPD.(Ver tabla 5).
CONTENIDO
5.7.3 Transito Generado:
Considerando las características especiales de la zona de influencia del sector como desarrollo urbano y como resultado del reconocimiento detallado efectuado por los Consultores durante el periodo de trabajos de campo, se concluye que el transito generado por el proyecto en consideración es bajo.
Con
base en el análisis anteriormente expuesto por los autores de este
proyecto, la construcción de una vía en el sector de Pedregales – Ciudadela del Café, se estima inducirá un incremento en el flujo vehicular. En consecuencia se opto en cuantificar un transito generado del 5% sobre el TPD. (Ver tabla 5).
5.7.4 Otros Tránsitos:
Durante la vida presentaran
útil de la ampliación y pavimentación del
volúmenes
de
transito
que
pueden
ser
muy
sector se importantes,
originados durante los procesos de construcción y además como el resultado del desarrollo urbanístico y turístico del sector. Para este transito se estima un incremento del 20% del volumen normal del transito. (Ver tabla 5)
TABLA 5. Proyecciones de Transito
AÑO 2005
TRANSITO
ATRAIDO GENERADO OTROS
NORMAL
30%
5%
20%
6096
1829
305
1219
TOTAL AUTOS 9449
7630
BUSES 1665
CAMIONES 154
CONTENIDO
5.7.5 Cálculo Numero de Ejes Acumulados Equivalentes a 8.2 Ton.
Este cálculo tiene como objetivo, la cuantificación del número acumulado de ejes simples equivalentes de 8.2 toneladas (N), que circulan por el carril de diseño durante un determinado período (15 años).
Para el cálculo del número de ejes equivalentes de 8.2 Ton, en el carril de diseño para el período de diseño, se empleo la siguiente expresión:
N = TPD
A B (1+ r ) n −1 x x 365 x FC 100 100 Ln (1+ r )
Donde: N:
Número de ejes equivalentes de 8.2 ton en el carril de diseño.
TPD: Transito promedio diario durante el primer año de servicio del pavimento A:
Porcentaje de buses y camiones
B:
Porcentaje de empleo, de acuerdo con el método para una calzada con dos carriles.
r:
Rata anual de crecimiento de tránsito
FC:
Factor camión de diseño.
Los factores de daño tomados para el cálculo del factor camión de diseño son los recomendados por el Instituto Nacional de Vías.
CONTENIDO
Tabla 6. Factores de daño
Tipo de Vehículo
Fd
Autos
0.00
Buses
0.92
Camiones C2-G
2.16
Camiones C2-P
0.18
Camiones C3-C4
4.39
Camiones C3-C2
4.21
Camiones C5
4.42
Camiones MAYOR C5
4.42
El porcentaje de camiones se distribuyó de acuerdo con los resultados de los conteos vehiculares realizado por la firma consultora.
Los resultados obtenidos por los autores de este proyecto, para los diferentes períodos son los siguientes:
Tabla 7. Horizonte de diseño AÑO
TIEMPO
N
2015
10 AÑOS
1.86 E +06
2020
15 AÑOS
4.23 E +06
2025
20 AÑOS
1.11 E +07
En total se tienen 4.23 E + 06 ejes de 8.2 toneladas en un periodo de 15 años.
CONTENIDO
5.8 CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO.
El estudio de la capacidad y los niveles de servicio se realizará con el objeto de determinar el nivel de utilización de la vía, y para de esta manera poder comparar la oferta (infraestructura) con la demanda (flujo vehicular o TPD) y medir la calidad del servicio que se le brinda al usuario en la actualidad.
Dicho estudio se realizará aplicando la metodología del manual de capacidad para carreteras de dos carriles del INVIAS.
Estos se considerarán en el tramo más crítico de la vía, según el criterio de los autores del proyecto, y el cual se definió que
correspondía al tramo
comprendido entre el K0+080 al K1+744 con una pendiente en el eje vertical de 8% para los años 2005 y 2020 con el objeto de determinar la capacidad inicial y final del período de evaluación.
El cálculo de la capacidad de niveles de servicio se hizo para una sección típica que a continuación se presenta. CARACTERÍSTICAS DE LA VÍA Ancho de carril:
3.00 m
Ancho de berma
0.00 m
Ancho de calzada:
6.00 m
Tipo de terreno y pendiente promedio
Montañoso 8%
Longitud del sector:
1,80 Km
Radio de la curva más cerrada:
32 m
Deflexión de la curva:
36 º
Estado de la superficie de rodadura:
IRI = 2.0 mm/m
CONTENIDO
CARACTERÍSTICAS DEL TRÁNSITO
Distribución por sentidos:
50/50
Porcentaje de zonas de no rebase:
60%
Composición vehicular % automóviles:
80.8%
% buses y camiones:
19.2%
Volumen horario total ambos sentidos (Q):
2005 = 225 VPH 2020 = 297 VPH
5.9 CÁLCULOS DE LA CAPACIDAD.
Capacidad en condiciones ideales (Ci) en ambos sentidos = 3.200 Veh/h
Factor de corrección a la capacidad por: Pendiente Fpe = 0.880 Distribución por sentidos Fd = 1.00
Efecto Combinado del ancho de carril y berma Fcb = 0.920
Presencia de Vehículos pesados en pendientes ascendentes Fp= 0.684
Capacidad del sector en vehículos mixtos por hora en ambos sentidos, sin tener en cuenta variaciones aleatorias (C60)
CONTENIDO
C60 = Ci *Fpe * Fd * Fcb * Fp
C60 = 3.200 * 0.88 * 1.00 * 0.92 * 0.684 = 1.774 Veh / h
Capacidad del sector en vehículos mixtos por hora en ambos sentidos, teniendo en cuenta las variaciones del volumen durante el período de cinco minutos de la hora pico (C5).
C5 = C60 * FPH
FPH = 0.917
C5 = 1.774 * 0.917 = 1.627 Veh/h
PARA EL PERIODO INICIAL
Q/C60 = 225 / 1.774 = 0.13
Q/C5 = 225 / 1.627 = 0.14
PARA EL PERIODO FINAL
Q/C60 = 297 / 1.774 = 0.17
Q/C5 = 297 / 1.627 = 0.18
CONTENIDO
5.10 CÁLCULOS DEL NIVEL DE SERVICIO
Velocidad ideal de automóviles a flujo libre Vi = 57.6 Km/h
Factor de corrección por utilización de la capacidad Fu = 0.975
Volumen total en ambos sentidos = 225 veh/h
Capacidad C60 = 1.774 veh/h
Q/c60 = 225 / 1.774 = 0.09
Velocidad de automóviles a flujo restringido V1 = Vi * fu
V1 = 57.6 * 0.975 = 56.18 km/h
Factor de corrección por el estado de superficie de rodadura Fsr = 0.988
Factor de corrección por efecto combinado de ancho de carril y berma Fcb = 0.73
Velocidad de automóviles a flujo restringido para las condiciones que se estudian V2 = 56.18 * 0.73 * 0.988 = 40.5 km/h
Factor de corrección por presencia de vehículos pesados Fp1 = 0.771
Factor de corrección por presencia de vehículos pesados Fp2 = 1.024
CONTENIDO
Factor de corrección por presencia de vehículos pesados total Fp = Fp1 * Fp2
Fp = 0.771 * 1.024 = 0.790
Velocidad de automóviles a flujo restringido para las condiciones estudiadas y en tangente V3 = V2 * Fp
V3 = 40.5 * 0.79 = 32 km/h
Velocidad máxima que permite la curva más cerrada del sector en estudio
Vc = 42.4 km/h menor V3
Velocidad media Vm = 32 km/h
Para Vm = 32 km/h y tipo de terreno montañoso el Nivel de servicio es E para el periodo de servicio inicial
Siguiendo en mismo procedimiento la Vm para el período de servicio final es de 32.5 km/h y el nivel de servicio también es E.
CONTENIDO
CAPITULO VI 6. CAPACIDAD PORTANTE DE LA SUBRASANTE.
CARACTERIZACIÓN PRELIMINAR DE SUBRASANTE. En proyectos recopilados del Banco e Proyectos del Área Metropolitana Centro Occidente, y en el Municipio de Pereira, se encontraron información, concerniente a la clasificación de los diferentes tipos de suelos en el Municipio de
Dosquebradas,
según
proyecciones
contenidas
en
el
Análisis
de
Conveniencia y Oportunidad que en dichas instituciones, los autores de este proyecto, apoyados en dicha recopilación de la información, y realizando un análisis detallado y concienzudo a esta, se pudo concluir, que en el sector en referencia se realizó, un numero estipulado de 17 apiques, los cuales se encontraban distanciados entre 50 y 100 metros, en los cuales en su momento fueron los utilizados para la clasificación de los suelos
en dicho sector,
posteriormente se realizo una correlación experimental con los resultados del penetrómetro dinámico de cono para determinar los valores de CBR en cada punto.
CARACTERIZACIÓN DEFINITIVA DE SUBRASANTE. Se tomaron en dicho informe 7 muestras inalteradas para hacer ensayos de CBR.
En le laboratorio se hicieron ensayos de CBR sobre probetas
compactadas
con
humedad
optima
de
proctor
modificado
y
saturadas
mediante inmersión en agua por cuatro días. Los cuales se complementaron
CONTENIDO
con la ejecución de 10 ensayos con el penetrómetro dinámico de cono para determinar el CBR por medio de correlaciones experimentales.
RESULTADOS DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE. Los ensayos de CBR sobre muestra inalterada y suturada en laboratorio arrojaron los resultados que a continuación se describen, y los cuales fueron retomados del estudio de consultaría 017 de 2003.(ver Tabla 8 y 9.)
Tabla 8. Valores de CBR en Condiciones de Saturación
ENSAYO
ABSCISA
% CBR
1
K0+600
7.28%
2
K0+700
7.81%
3
K1+100
8.99%
4
K1+250
5.81%
5
K1+500
4.97%
6
K1+650
6.55%
7
K1+800
6.25%
Con los ensayos de cono se establecieron algunos valores aproximados de CBR.
CONTENIDO
Tabla 9. Valores de CBR de Cono.
ENSAYO
ABSCISA
% CBR
1
K0+650
4.91%
2
K0+750
5.14%
3
K0+850
6.18%
4
K0+950
6.19%
5
K1+050
6.18%
6
K1+150
5.90%
7
K1+250
6.12%
8
K1+350
4.60%
9
K1+600
5.24%
10
K1+750
5.08%
El estudio geológico, permite definir todo el sector como zona homogénea de diseño.
SELECCIÓN DEL CBR DE DISEÑO. Teniendo en cuenta que el número de ejes equivalentes de 8.2 Ton. En el carril de diseño es se toma el percentil 87.5
como CBR de diseño,
considerando los valores de CBR y los valores de correlación del PDC. (ver Tabla 10 y 11)
CONTENIDO
Tabla 10. Valores de CBR y valores de correlación ENSAYO
ABSCISA
% CBR
1
K0+600
7.28%
2
K0+700
7.81%
3
K1+100
8.99%
4
K1+250
5.81%
5
K1+500
4.97%
6
K1+650
6.55%
7
K1+800
6.25%
8
K0+650
4.91%
9
K0+750
5.14%
10
K0+850
6.18%
11
K0+950
6.19%
12
K1+050
6.18%
13
K1+150
5.90%
14
K1+250
6.12%
15
K1+350
4.60%
16
K1+600
5.24%
17
K1+750
5.08%
Con los datos anteriores se obtiene que el CBR de diseño es de 5.10 %
CONTENIDO
Tabla 11. Low-Load Penetrometer Correlation
Penetration per Blow (in millimeters) - vs Equivalent CBR of Soil Material Tested
Cone Penetration
Cone Penetration
mm/blow
CBR pct
mm/blow
CBR pct
4
50+
16
13
5
50
18
12
6
40
19
11
7
33
20
10
8
29
23
9
9
25
25
8
10
22
28
7
11
20
33
6
12
19
38
5
13
17
45
4
14
16
60-70
3
15
14
80-90
2
100
1
CONTENIDO
CAPITULO VII 7. DISEÑO DE LAS ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO EN CONCRETO ASFALTICO.
Con base a los resultados obtenidos de la información recopilada de los ensayos de laboratorio realizados y el análisis detallado del transito, según los conteos vehiculares elaborados por el CONSORCIO CONDICAFE, se procede a realizar el diseño de las diferentes estructuras de pavimento según los métodos o programas propuestos en este proyecto, con el fin de definir cual es la estructura mas adecuada a construir en el tramo de la vía en estudio.
A continuación se muestra las memorias de cálculo para las diferentes metodologías y programas:
7.1 DISEÑO MÉTODO AASHTO.
VARIABLES DE DISEÑO.
CONFIABILIDAD (R):
Es la probabilidad que la serviciabilidad del pavimento sea mantenida a nivel aceptable para el usuario a través del periodo de análisis.
CONTENIDO
Está es función del tipo de vía, para vías arterias rurales entre 80 y 99%, en este caso se eligió el 95%.
DESVIACIÓN ESTANDAR (So).
Variable que cubre el desempeño de cualquier estructura de pavimento y es función del tipo de este. Para pavimentos flexibles AASHTO sugiere 0.45
CRITERIOS DE DESEMPEÑO.
SERVICIABILIDAD FINAL (Pt).
El concepto de serviciabilidad se refiere a la capacidad de servir al tránsito que rodará sobre el pavimento.
Esta capacidad de servicio se mide con el índice
presente de serviciabilidad (PSI), que oscila de 1 a 5, siendo 1 el camino imposible y 5 el camino perfecto.
La serviciabilidad final es el mínimo índice que podrá ser tolerado antes de la rehabilitación de la vía. En este caso se tomará como serviciabilidad final 2.0
CONTENIDO
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.
MODULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE.
La resistencia mecánica de la subrasante se mide con su modulo de resiliencia, el cual a su vez puede estimarse con base en el resultado del ensayo de valor soporte relativo de California (CBR). Para el valor medio del CBR se eligió un modulo, el cual se reviso con los nomogramas de materiales componentes de la estructura del pavimento.
Nótese que el valor representativo de la resistencia de la subrasante es el promedio de los datos obtenidos durante la exploración.
No se eligen valores
conservadores o el valor correspondiente a un percentil dado, pues la variación de los resultados se cubre con la confiabilidad para la que se diseña el pavimento.
Se eligió como Modulo Resiliente de la subrasante 7650 PSI. Con base en la ecuación:
MR (PSI) = 1.500 x CBR
CONTENIDO
COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE LA BASE (a2) Y SUBBASE (a3).
El coeficiente estructural es una característica propia de cada uno de los posibles materiales dentro de la estructura de pavimento para una capa de base granular con CBR mínimo de 80% (INV300-INV330), se debe esperar un coeficiente de capa de 0.14.
Si es una capa de subbase granular de CBR
mínimo 30% (INV300-INV320) entonces el coeficiente de capa esperado es de 0.11. En el caso de emplearse capas con afirmado de CBR mínimo de 10% (INV300-INV311), el coeficiente de capa es de 0.08.
COEFICENTE ESTRUCTURAL DE CONCRETO ASFALTICO.
El coeficiente estructural de una capa densa de concreto asfáltico esta dado por su modulo de Resiliencia, e indirectamente por la estabilidad marshall (AASHTO T245 o ASTM D1633), el coeficiente estructural para este tipo de capa es 0.39, si el modulo de elasticidad de la mezcla es superior a 350.000 PSI, valor aceptable para una mezcla de concreto asfáltico en caliente conforme con las especificaciones técnicas del INVIAS.
DETERMINACIÓN DEL NÚMERO ESTRUCTURAL.
El numero estructural es la variable que le método AASHTO emplea para definir las características propias de cada proyecto, en otras palabras, es la
CONTENIDO
medida a satisfacer con cualquiera de las alternativas de pavimento que se postulen para el proyecto.
En la figura No 3 Anexo E, se ilustra la forma de obtener el número estructural con el método grafico, el esquema es meramente explicativo y traza en forma aproximada la verdadera respuesta al problema.
De un nomograma similar al de la figura No 3, Anexo E se elige un número estructural con base en los siguientes datos:
Número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas (W18):
4230000
Confiabilidad (R):
0.95
Desviación Estándar (So):
0.45
∆PSI:
2
Numero Estructural (SN):
4.4
Para el cálculo del número estructural se utilizó el programa desarrollado por el Ing. Luís Ricardo Vázquez Varela.
CÁLCULO DE ESPESORES.
Para el cálculo de los espesores se debe tener en cuenta los siguientes mínimos: (Ver Tabla 12)
CONTENIDO
Tabla No 12. Espesores mínimos (pulgadas)
TRANSITO, ESAL
CONCRETO ASFALTICO
BASE GRANULAR
Menos de 50.000
1.0 o Tratamiento Superficial
4
50.001 – 150.000
2.0
4
150.001 – 500.000
2.5
4
500.001 – 2.000.000
3.0
6
2.000.001 – 7.000.000
3.5
6
Más de 7.000.000
4.0
6
SN1 = 2.7 Con Eb = 30000 PSI D1= 2.7 / 0.39 = 6.92 > 3.5 Ok
(Tabla No 12)
D1* =: 7 plg SN1* = (D1*) * a1 = 7 * 0.39 = 2.73
SN2 = 3.5 con Esb = 15000 PSI D2 = (SN2 – SN1*) / (a2 * m2) D2 = (3.5 – 2.73) / (0.14 * 0.1) = 5.5 < 6 (Tabla No 13), entonces D2* = 6 plg SN2* = (D2*) * (a2 * m2) = 6 * 0.14 * 1.0 = 0.84
D3 = (SN – (SN1* + SN2*)) / (a3 * m3) = (4.4-(2.73+0.84)) / (0.11 * 1.0) D3 =7.54 ----- D3* = 8 plg
SN3* = (D3*) * (0.11 * 1.0) = 8 * 0.11 * 1 = 0.88 SN1* + SN2* + SN3* = 2.73 + 0.84 + 0.88 = 4.45 > 4.4 Ok
CONTENIDO
La estructura calculada es la siguiente:
Concreto Asfáltico: 18 cm. Base Granular: 20 cm. Subbase Granular: 25 cm.
7.2.
MÉTODO DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS PARA VÍAS DE MEDIOS Y ALTOS VOLÚMENES DE TRANSITO.
GENERALIDADES
En la propuesta del proyecto, se había planteado la elaboración de un diseño de la estructura de pavimento, mediante el método de instituto nacional de vías para bajos volúmenes, el cual no es aplicable por las condiciones del transito de la zona en estudio y
las proyecciones realizadas de este, por tal
motivo definió por parte de los autores del proyecto realizar el análisis
de
acuerdo con las exigencias y características particulares de la vía en estudio.
Según la metodología del INVIAS esta corresponde a la categoría II, colectoras interurbanas, caminos rurales e industriales principales. (TPD: 6096)
CONTENIDO
• Selección del periodo de diseño estructural Los períodos de diseño estructural pueden variar entre diez y veinte años. Normalmente se usa quince años.
El tránsito corresponde a la categoría T4, entre 4 y 6 millones de ejes equivalentes de 8.2 toneladas.
La tasa de crecimiento del tránsito es de 5 %.
Para una confiabilidad del 90 %, el número de ejes equivalentes corregido (N’) es de 4.900.000
La zona se encuentra en una zona climática “Templado-Húmedo”.
Según la clasificación por humedad y temperatura se trata de una vía tipo R4, con temperaturas entre 13 y 20 ? c y precipitación media anual entre 2000 y 4000 mm.
La subrasante corresponde al tipo S2, con CBR entre 5 y 7.
Con base en estos supuestos la estructura recomendada es:
Concreto Asfáltico: 15 cm. Base Granular: 25 cm. Subbase Granular: 25 cm.
CONTENIDO
7.3.METODO DE DISEÑO MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS DE COLOMBIA
Este Ministerio en colaboración con la sección tropical del laboratorio de investigación de Carreteras de la Gran Bretaña, estableció un método de diseño para pavimentos flexibles en Colombia, basado en la medida de la resistencia del suelo de la subrasante
por el método del CBR ( Instituto del
Asfalto).
Con respecto al tránsito este se analiza mediante el número de repeticiones esperadas de ejes sencillos equivalentes de 8.2 toneladas durante el periodo de diseño. En este método se usan curvas con las cuales se halla el espesor necesario de subbase granular en función del transito esperado y del valor del CBR de la subrasante.
A continuación se presenta la curva utilizada para calcular subbase con los siguientes datos:
CBR = 5.1 N= 4230000 ejes sencillos de 8.2 tn
el espesor de la
CONTENIDO
Para los espesores de base granular y capa de rodadura se utiliza la siguiente tabla donde se indican estos valores de acuerdo al transito calculado para el periodo de diseño del pavimento.
CONTENIDO
CARTA DE DISEÑO MOPT TRANSITO < 0.5 *10 E 6 0.5 * 10 E 6 a 2.5 * 10 E 6 2.5 * 10 E 6 a 5.0 * 10 E 6
CAPA RODADURA T.S.D T.S.D 5 cm 7.5 cm 5 cm
DE BASE GRANULAR 15 20 15 15 20
cm cm cm cm cm
Los diseños obtenidos a partir de este método son los siguientes: Con 4.23 * 10 E 6 de ejes de 8.2 toneladas y CBR de 5.1
CARPETA ASFALTICA 7.5 cm BASE GRANULAR 15 cm SUBBASE GRANULAR 32 cm
CONTENIDO
7.4.METODO DEL TRL PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS EN PAISES TROPICALES Y SUBTROPICALES (ROAD NOTE 31 DE 1993 DEL TRANSPORT AND ROAD RESEARCH LABORATORY DEL REINO UNIDO) Este método está basado esencialmente en resultados de experimentos a gran escala en los cuales se han medido con precisión todos los factores que afectan el comportamiento del pavimento, cuantificando su variabilidad, y en estudios de comportamiento de redes de carreteras existentes. Este método se usa para el diseño estructural de carreteras en climas tropicales y subtropicales. Para determinar los espesores de las capas del pavimento se usan los valores de resistencia del suelo de la subrasante obtenidos por medio de los ensayos de la relación de soporte de California (Instituto del asfalto), también se tienen e cuenta la cantidad de tránsito, que se determina por medio del número de repeticiones esperadas de ejes de 8.2 toneladas en el carril de diseño, clasificados de acuerdo con las siguientes tablas: Clasificación del Trànsito CLASE T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
INTERVALO(10 E 6 ejes equivalentes) < 0.3 0.3 – 0.7 0.7 – 1.5 1.5 – 3.0 3.0 – 6.0 6.0 – 10 10 – 17 17 - 30
Clasificación de La Subrasante
CLASE S1 S2 S3 S4 S5 S6
INTERVALO (CBR %) 2 3–4 5–7 8 – 14 15 – 29 30
CONTENIDO
Con estos dos valores se utiliza las cartas de diseño que aparecen a continuación:
CONTENIDO
CONTENIDO
CONTENIDO
Basados en las cartas anteriores se tienen las siguientes alternativas:
ALTERNATIVA 1 RODADURA 5 CMS BASE GRANULAR 17.5 CMS SUBBASE GRANULAR 32.5 CMS ALTERNATIVA 2 RODADURA 5 CMS BASE GRANULAR 15 CMS BASE ESTABILIZADA CON CEMENTO O CAL 20 CMS AFIRMADO GRANULAR O RELLENO SELECCIONADO 15 CMS ALTERNATIVA 3 RODADURA 5 CMS BASE ASFALTICA 12.5 CMS SUBBASE GRANULAR 25 CMS
NOTA: Es necesario anotar que no se utilizaron las cartas donde aparecen los tratamientos superficiales, ya que este sistema constructivo no es utilizado en la zona
CONTENIDO
7.5.METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO El método utiliza 10 cartas de diseño basadas en que los espesores de diseño deben cumplir con dos solicitudes diferentes en lo referente a deformaciones: la vertical de compresión en la superficie de la subrasante y la horizontal de tensión en la parte inferior de las capas ligadas con material bituminoso. Las figuras presentadas a continuación representan el mayor valor de los espesores asociados con dichas solicitudes y suponen tránsito hasta cerca de 10 E 8 repeticiones de ejes simples equivalentes de 8.2 toneladas, por lo que se pueden emplear para los niveles de tránsito de diseño para las vías colombianas.. El procedimiento para el diseño del pavimento es el siguiente: - Se estima el número acumulado de ejes simples equivalentes de 8.2 toneladas, esperado en el carril de diseño durante el período de diseño. - Se determina la resistencia de diseño de los suelos de subrasante expresada por el módulo resiliente correspondiente. - Se elige el tipo de base. Para cada tipo de base elegida se obtiene de la gráfica de diseño correspondiente los espesores de las diferentes capas de pavimento. 1. Estimación del tránsito proyectado: 4.23 * 10 E 6 ejes equivalentes de 8.2 toneladas 2. CBR : 5.1 % Módulo resiliente. 510 Kg/cm2. 3. Alternativas de estructura ( De los gráficos de diseño) A continuación se presentan las cartas utilizadas para realizar el diseño, mostrando las diferentes alternativas:
CONTENIDO
CONTENIDO
CONTENIDO
CONTENIDO
Espesor en pleno concreto asfáltico Base estabilizada con emulsión Tipo I Base Estabilizada con emulsión Tipo II Base Estabilizada con emulsión Tipo III Base Granular de 10 cm. de espesor Base Granular de 15 cm. de espesor Base granular de 20 cm. de espesor Base Granular de 25 cm. de espesor Base Granular de 30 cm. de espesor Base Granular de 45 cm. De espesor
30
Espesor Total (cm)
Subbase Granular
Base Estabilizada Tipo I Base Estabilizada Tipo II Base Estabilizada Tipo III Base Granular
Tratamiento Superficial
Concreto Asfáltico
TIPO DE ESTRUCTUR A
Lectura Grafico (cm)
Estructuras calculadas para las diferentes cartas:
30
32.5
32.5
32.5
40
10
30
40
42.5
10
30
30
10
40
30
30
15
45
30
30
20
50
27.5
27.5
25
52.5
25
25
15
15
55
25
25
15
30
70
32.5
42.5
CONTENIDO
7.6.REVISION DE ESFUERZOS POR EL PROGRAMA DEPAV El programa DEPAV, preparado por la Universidad del Cauca, calcula los esfuerzos y las deformaciones máximas que una rueda doble colocada en la superficie del pavimento produce en los niveles de interfase de un sistema elástico multicapa, constituido de dos a seis capas caracterizadas por los espesores, módulos de elasticidad y relaciones de Poisson. Además calcula la deflexión y el radio de curvatura al centro de la rueda doble. Los parámetros usados en el proceso son: -
Radio de curvatura: 10.78 cm Presión de contacto: 5.61 Kg/cm2 Distancia entre llantas: 32.41 cm Módulos de elasticidad Ei en kilogramos por centímetro cuadrado de las distintas capas Relaciones de Poisson µi de las distintas capas Espesores de las capas Hi Tipo de interfase entre las capas
Las deformaciones y esfuerzos máximos calculados por el programa se comparan con los admisibles, los que se determinan por los diferentes métodos, los aquí utilizados son: Deformación específica horizontal de tracción admisible en la fibra inferior de la capa asfáltica: et = -0.00348 N-0.0204 ( Nottingham University) Deformación Vertical Admisible en la subrasante: ez = 0.0116 N-0.21 ( Kerhoven y Dormon) Esfuerzo vertical admisible en la superficie de la subrasante: Sz = 0.007 Esr / ( 1 + 0.07 log N) (Dormon y Metcalf) Se pueden encontrar múltiples soluciones.
CONTENIDO
A continuación se presenta el procedimiento de cálculo y se anexa la página de resultados del programa DEPAV correspondientes a la alternativa determinada por el método AASHTO: 18 cm de concreto asfáltico. 20 cm de base granular. 25 cm de subbase granular.
1. Solicitud de carga N = 4.23 E 6 ejes equivalentes simples de 8.2 tn 2. Características de las capas Se consideran cuatro capas: concreto asfàltico, base granular, subbase granular y subrasante. SUBRASANTE Esr = 130 CBR0.714 Esr = 130 (5.1) 0.714 = 416 Kg/cm2 Relación de Poisson µ = 0.45 (Asumido)
SUBBASE Esb = Esr * ( 5.35 * Log(Hsb) + 0.62 * Log (Esr) – 1.56 * Log (Hsb) * Log (Esr) – 1.13) Esb = 940 Kg/cm2 Relación de Poisson µ = 0.4 (Característico)
BASE Eb = Esb * (8.05 * Log(Hb) + 0.84 * Log(Esb) – 2.1 * Log(Hb) * Log(Esb) – 2.21) Eb = 2472 Kg/cm2 Relación de Poisson µ = 0.4 (Característico)
CONTENIDO
CARPETA ASFALTICA E = 20000 Kg/cm2 Relación de Poisson µ = 0.35 (Característico)
Esfuerzos y Deformaciones Deformación por tracción admisible et et = -00348 N
-0.0204
et = -2.549 E -3 Deformación Vertical Admisible ez ez = 0.0116 N-0.21 ez = 4.71 E -4 Esfuerzo Vertical Admisible s z s z = 0.007 Esr / (1+0.7 Log N) s z = 5.16 E -1
Chequeo de Estructura Concreto Asfàltico =18 cm Base Granular = 20 cm Subbase Granular = 25 cm Deforaciòn por tracciòn esperada et = -2.25 E -4, menor que la admisible Deformación vertical esperada ez = 7.83 E -5, menor que la admisible Esfuerzo vertical esperado s z = 2.24 E -1, menor que el admisible
CONTENIDO
CAPITULO VIII 8. PRESUPUESTO DE OBRA, CRONOGRAMA Y FLUJO DE INVERSIONES PRESUPUESTO DE OBRAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VÍA NUEVA EN PAVIMENTO EN CONCRETO ASFALTICO ITEM
ACTIVIDAD
UND
CANTIDAD
km
2
P/UNITARIO
VALOR
PRELIMINARES 1
2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13
LOCALIZACION Y REPLANTEO
EXPLANACIÓN DESMONTE Y LIMPIEZA EN ZONAS NO BOSCOSAS ha DEMOLICION DE PUENTES Y ESTRUCTURAS EN CONCRETO m3 EXCAVACIÓN EN ROCA DE LA EXPLANACIÓN, CANALES Y PRÉSTAMOS m3 EXCAVACIÓN EN MATERIAL COMUN DE LA EXPLANACIÓN, CANALES Y m3 PRÉSTAMOS DESCAPOTE m3 REMOCION DE DERRUMBES m3 TERRAPLENES m3 TRANSPORTE DE MATERIALES PROVENIENTES DE LA EXCAVACIÓN DE LA EXPLANACIÓN, CANALES Y PRÉSTAMOS, ENTRE CIEN METROS (100 M) Y m3-E MIL METROS (1.000 M) TRANSPORTE DE MATERIALES PROVENIENTES DE LA EXCAVACIÓN DE LA EXPLANACIÓN, CANALES Y PRÉSTAMOS PARA DISTANCIAS MAYORES DE MIL m3-km METROS (1.000 M) TRANSPORTE DE MATERIALES PROVENIENTES DE DERRUMBES m3-km CONFORMACION DE CALZADA EXISTENTE m2 AFIRMADO m3
$ 612.756 SUBTOTAL PRELIMINARES:
$ 1.225.512 $ 1.225.512
1,0 149,0 15.180,0
$ 1.812.153 $ 63.506 $ 26.383
$ 1.812.153 $ 9.462.394 $ 400.493.940
28.842,0
$ 7.461
$ 215.190.162
5.060,0 1.518,0 11.800,0
$ 7.779 $ 4.590 $ 4.484
$ 39.361.740 $ 6.967.620 $ 52.911.200
8.000,0
$ 855
$ 6.840.000
490.820,0
$ 555
$ 272.405.100
15.180,0 $ 555 11.700,0 $ 2.476 1.500,0 $ 41.160 SUBTOTAL EXPLANACIÓN
$ 8.424.900 $ 28.969.200 $ 61.740.000 $ 1.104.578.409
14 14 A 14 B
ESTRUCTURA SOPORTE PAVIMENTO SUBBASE GRANULAR - TIPO INVIAS BASE GRANULAR - TIPO INVIAS IMPRIMACION
m3 m3 m2
3.216,0 $ 54.879 2.394,0 $ 61.379 11.968,0 $ 2.693 SUBTOTAL EXPLANACIÓN
$ 176.490.864 $ 146.941.326 $ 32.229.824 $ 355.662.014
15 A
PAVIMENTO PAVIMENTO EN ASFALTO MDC 2 - H= 0.15 m prom.
m3
1.197,0 $ 413.933 SUBTOTAL PAVIMENTO
$ 495.477.801 $ 495.477.801
96,0 576,0 300,0 50,0 64,0 534,0 1.220,0 2.300,0 142,0 67,0 110,0 132,0
$ 40.112 $ 46.600 $ 14.494 $ 18.637 $ 31.541 $ 48.004 $ 316.999 $ 402.841 $ 292.642 $ 295.578 $ 464.931 $ 430.784
$ 3.850.752 $ 26.841.600 $ 4.348.200 $ 931.850 $ 2.018.624 $ 25.634.136 $ 386.738.780 $ 926.534.300 $ 41.555.164 $ 19.803.726 $ 51.142.410 $ 56.863.488
429,0
$ 384.873
$ 165.110.517
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 37 A
OBRAS DE ARTE EXCAVACIONES VARIAS EN ROCA EN SECO m3 EXCAVACIONES VARIAS EN ROCA BAJO AGUA m3 EXCAVACIONES VARIAS EN MATERIAL COMÚN EN SECO m3 EXCAVACIONES VARIAS EN MATERIAL COMÚN BAJO AGUA m3 RELLENOS PARA ESTRUCTURAS m3 MATERIAL FILTRANTE m3 CONCRETO CLASE D (210 KG/CM2) EN FUNDACIONES m3 CONCRETO CLASE D (140 KG/CM2) EN MUROS m3 CONCRETO CLASE D (210 KG/CM2) EN SEPARADOR m3 CONCRETO CLASE D EN BORDILLO m3 CONCRETO CLASE A (350 KG/CM2) PARA VIGAS m3 CONCRETO CLASE C (280 KG/CM2) PARA TABLERO Y RIOSTRA m3 CONCRETO CLASE D (210 KG/CM2) PARA CABEZOTES, CUNETAS, POCETAS DE ALCANTARILLAS, CAMARAS DE INSPECCIÓN, CANALES DISCIPADORES Y m3 CAJAS DE CAPTACION CONCRETO CLASE F (140 KG/CM2) PARA ANDENS, SOLADOS Y OBRAS DE m3 PROTECCION. ACERO DE REFUERZO GRADO 60 kg APOYOS ELASTOMERICOS TIPO 1 un JUNTAS DE EXPANSION PARA PISOS DE PUENTES, TIPO 1. ml ACERO DE PRE - ESFUERZO ton - m BARANDA METALICA PEATONAL h=1,0 m. ml TUBERÍA DE CONCRETO REFORZADO DE 900 MM DIÁMETRO INTERIOR ml GEOTEXTIL TIPO NT 3.000 m2 SUB DRENES HORIZONTALES EN ROCA MEDIA Y DURA - D=4" ml SUB DRENES HORIZONTALES EN SUELOS DUROS Y ROCA BLANDA - D=4"
ml
200,0
$ 292.358
$ 58.471.600
248.382,0 12,0 36,0 88.056,0 124,0 120,0 1.426,0 160,0
$ 2.661 $ 315.325 $ 288.331 $ 656 $ 218.686 $ 323.922 $ 3.112 $ 92.284
$ 660.944.502 $ 3.783.900 $ 10.379.916 $ 57.764.736 $ 27.117.064 $ 38.870.640 $ 4.437.712 $ 14.765.440
1.012,0
$ 66.544
$ 67.342.528
SUBTOTAL OBRAS DE ARTE
$ 2.655.251.585
CONTENIDO 38 39 40 41 42 43
OBRAS DE CONSERVACION LINEAS DE DEMARCACION TACHA REFLECTIVA SEÑAL DE TRÁNSITO GRUPO I SEÑAL DE TRÁNSITO GRUPO IV DEFENSA METALICA SECCION FINAL
44 45 46
OBRAS DE COMPLEMENTARIAS CONFORMACIÓN Y COMPACTACION DE ZONAS DE DEPÓSITO CERCA DE ALAMBRE DE PUA CON POSTES DE MADERA EMPRADIZACIÓN DE TALUDES CON TIERRA ORGÁNICA Y SEMILLAS
47
48 49 50 51 52 53
OBRAS ELECTRICAS SUMINISTRO E INSTALACION DE LUMINARIA DE 150 W, DE SODIO, ROY ALPHA, CALIMA 2, INCLUYE BOMBILLO, FOTOCELDA, BRAZO, COLLARIN, 4 MTS DE ALAMBRE No. 12 y 2 CONECTORES DE PERFORACION DE AISLAMIENTO SUMINISTRO E INSTALACION DE LUMINARIA DE 250 W, DE SODIO, ROY ALPHA, CALIMA 2, INCLUYE BOMBILLO, FOTOCELDA, BRAZO, COLLARIN, CONECTORES DE PERFORACION DE AISLAMIENTO DER No. 6 A No. 12 SUMINISTRO E INSTALACION DE POSTE DE FERROCONCRETO 12 M. PARA ALUMBRADO PUBLICO. INCLUYE INSTALACION DE PERCHA SUMINISTRO E INSTALACION DE TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION DE 30 KVA MONOFASICO TRIFILAR, INCLUYE VESTIDA Y ACCESORIOS SUMINISTRO, TENDIDO E INSTALACION DE CABLE COBRE 2 No. 6 AWG THW SUMINISTRO E INSTALACION DE POSTE PRIMARIO DE FERROCONCRETO 14 M. SUMINISTRO, TENDIDO E INSTALACION DE CABLE RETENIDA 1/4, INCLUYE VARILLA DE ANCLAJE DE 5/8" x 1,5 M, GUARDACABO DE 1/2", BLOQUE DE CONCRETO DE 30CM DE DIAMETRO
ml un un un ml un
3.400,0 $ 2.472 300,0 $ 22.070 10,0 $ 163.002 4,0 $ 200.755 400,0 $ 147.176 8,0 $ 87.555 SUBTOTAL OBRAS DE CONSERVACION
$ 8.404.800 $ 6.621.120 $ 1.630.020 $ 803.020 $ 58.870.400 $ 700.440 $ 77.029.800
m3 50.600,0 $ 876 ml 1.160,0 $ 5.856 m2 7.265,0 $ 3.450 SUBTOTAL OBRAS COMPLEMENTARIAS
$ 44.325.600 $ 6.792.960 $ 25.064.250 $ 76.182.810
UN
48,0
$ 450.000
$ 21.600.000
UN
76,0
$ 500.000
$ 38.000.000
UN
124,0
$ 400.000
$ 49.600.000
UN
1,0
$ 7.700.000
$ 7.700.000
UN
5.000,0
$ 1.500
$ 7.500.000
UN
1,0
$ 550.000
$ 550.000
UN
7
$ 40.000
$ 280.000
SUBTOTAL OBRAS ELECTRICAS
$ 125.230.000
COSTO DIRECTO DE LAS OBRAS DE PAVIMENTACION AIU UTILIDAD
25% 5%
IVA VALOR TOTAL DE OBRAS
$ 4.890.637.931 $ 1.222.659.483 $ 244.531.897 $ 39.125.104 $ 6.152.422.518
A continuación se describen las actividades, que según a criterio de los autores del siguiente trabajo deben considerarse para la construcción de la vía nueva de acceso al Barrio Ciudadela del Café o Parque Industrial en el Municipio de Pereira. En la elaboración de l presupuesto de obra, se considero un A.I.U y precios unitarios de actividades de acuerdo a los porcentajes y rangos del mercado que en la actualidad están vigentes, estos de acuerdo a información suministradas
por las
entidades Municipales, Departamentales y la Asociación de Ingenieros del Risaralda, los precios.
En el
Anexo F, se expone al detalle el cronograma de actividades, el flujo de
inversiones y el análisis de precios unitarios de cada una de las actividades o ítems y se incluye el presupuesto de ejecución de obras para la vía de acceso planteada de acceso al parque industrial, el cual se elaboro dicho de acuerdo a la siguiente
CONTENIDO
estructura de pavimento planteada por los autores del proyecto según diseño de la estructura.
• Concreto Asfáltico: 15 cm. • Base Granular: 20 cm. • Subbase Granular: 25 cm.
CONTENIDO
CAPITULO IX 9. OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Ø Teniendo
en cuenta los conteos realizados por la firma consultora en el
sector Pedregales – Ciudadela del Café entre el 26 de enero y el 2
de
febrero del año 2005, se obtuvo por los autores del proyecto un TPD igual a 6.096 vehículos por día.
Ø La
proyección del transito normal que circula por la zona se proyectó a 15
años utilizando los datos de transito recolectados por la firma consultora en la zona.
Ø Se
determino que el trafico atraído en el sector representa un 30% del TPD
normal
Ø El
transito generado se estimo en un volumen mínimo del 5% del trafico
normal
Ø Otros
Ø Se
tránsitos representan el 20% del tráfico normal.
adoptó como volumen horario para el siguiente proyecto, el promedio de
los volúmenes más altos registrados en los conteos
Ø La
consolidación de los datos de tráfico normal, atraído y generado al año
2005 da como resultado un TPD igual a 6.096 vhd con una distribución de Autos = 80.8%, Buses = 17.6% y Camiones = 1.6%. Los anteriores datos
CONTENIDO
generan un equivalente de ejes acumulados de 8.2 Ton de 423*106 ejes en el carril de diseño.
Ø En
cuanto a la capacidad de la vía, presenta un 14% de ocupación en el
período inicial y esta se ocupara en un 18 % como máximo para el año horizonte 2015, esto nos da a entender que geométricamente la vía goza de unas dimensiones amplias en su sección transversal para atender el flujo vehicular de la zona.
Ø También
se pudo concluir por los autores de este proyecto, es que el día
sábado corresponde al día donde se evidencia más flujo vehicular y que estos se registran entre las 19:00 y 21:00 horas
En
estas
condiciones, el volumen de horario de máxima demanda
corresponde al 8.8% del volumen diario para el sector Pedregales – Ciudadela del Café
Ø Se
concluye que el comportamiento en la zona se encuentra bien definido,
en el cual la proporción de vehículos livianos es significativa y la participación de buses refleja la presencia de asentamientos urbanos, cuya localización y tamaño están asociados al carácter del sector, se aprecia además que la participación de camiones es muy baja.
Ø En
lo que respecta a nivel de servicio, la velocidad de diseño se mantiene
en el tiempo hasta el año horizonte manteniendo un nivel de servicio constante de clasificación E; esto en parte se debe a la pendiente longitudinal de la zona critica, ya que se desarrolla en una gran longitud, y a los radios de curvatura que hacen que se castigue fuertemente los factores
CONTENIDO
de reducción utilizados en el calculo de la calidad del servicio. Se presentarán velocidades bajas de circulación pero el tránsito fluye sin restricciones. La maniobra de adelantamiento es difícil por lo que los niveles de libertad y comodidad son muy bajos. (Condiciones actuales de la vía)
Ø
Con relación al diagnostico vial realizado mediante el procedimiento de
Índice de Condición del Pavimento – PCI, a la zona en estudio se concluye que la vía presenta en la actualidad una excelente condición de su estructura de pavimento y en su superficie de rodadura de acuerdo con los criterios rangos de clasificación plateados en este. Se recomienda a la vía que se realice
Ø En
inspección visual y diagnostico vial realizado al tramo en
estudio,
mediante el procedimiento PCI (Índice de condición del Pavimento), se concluyo que el estado actual del pavimento en el acceso al barrio Ciudadela del Café se encuentra en un excelente estado, según los rangos de clasificación anteriormente enunciados
y confirmados al realizar un
recorrido por la vía, sin embargo se evidenciaron una serie de fallas en la superficie de rodadura,
los cuales se muestran en las hojas de inspección
(Ver Anexo A). A continuación se enunciarán:
•
Ausencia parcial o total del material de sello en algunas de las juntas.
• Falla de esquina probablemente inducida por el fenómeno del bombeo. • Fisuras y grietas en el pavimento. • Ausencia de estructuras de alivio para la precipitación pluvial. • Dilataciones exageradamente anchas.
CONTENIDO
• Aparente deficiencia en la colocación del refuerzo evidenciada en una mala transmisión de cargas a losas adyacentes. • Superficie con abrasión severa. Por lo anteriormente expuesto, se recomienda por los autores del proyecto la demolición y reposición de las placas de concreto que presenta niveles de severidad M, en relación con la abrasión o pulimento de la estructura en algunos de los tramos y las grietas lineales presentadas.
Ø
Con relación a los presupuestos elaborados en el presente proyecto, se
indica que estos corresponden a los precios entregados por el Municipio de Pereira y el Departamento de Risaralda y a investigaciones de mercado realizadas a los establecimientos de comercio, y que el análisis unitario ver Anexo F, se apoya en valores obtenidos de la investigación de mercados.
Ø También
se puede concluir que por el valor tomado de la subrasante, es
recomendable la presencia de un material de subbase que mejore la interacción entre la carpeta de rodadura y la subrasante en cuanto a transmisión de las cargas; la presencia de la capa granular de subbase permite mejorar el módulo de reacción de la subrasante.
Ø
Las
diferentes
estructuras
encontradas
en
los
diferentes
métodos
presentan mucha variabilidad en cuanto a sus valores.
Ø
El método AASHTO es el que presenta el mayor valor de carpeta asfáltica
con un valor de 18 cm, en contraste a la Nota Vial 31 que presenta un valor
CONTENIDO
de 5 cm. Por las condiciones de tránsito se decidió tomar el valor de 18 cm como valor para el diseño.
Ø
La gran diferencia de los métodos de diseño se presenta en el espesor de
la carpeta asfáltica, la cual varía considerablemente para cada uno de ellos; en cuanto las capas granulares los espesores encontrados presentan valores un poco similares.
Ø
El método de revisión de esfuerzos por medio del programa DEPAV,
permite realizar simplificaciones, explorando diferentes alternativas y asì encontrar una que permita optimizar los materiales con muestreos muy sencillos.
CONTENIDO
BIBLIOGRAFIA
AASHTO, Guide for desing of Paviment Structures. Washington, D.C,: American Association of State highway and Transportation Officials, 1993.
ANALISIS COMPARATIVO DE METODO DE DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE, Tesis de grado desarrollada por Alberto Cardona Botero y Alvaro Ramirez Roa, Universidad Nacional de Colombia, 1999
BENAVIDES, Carlos Alberto; MURGUEITIO, Alfonso y Solano, Efraín. Diseño Estructural de Pavimentos, DEPAV. Popayán: Universidad del Cauca, 1994.
EJERCICIOS
ACADEMICOS
DE
DISEÑO
DE
PAVIMENTOS
CON
PARAMETROS OBTENIDOS DE LA VIA MARQUETALIA VICTORIA, Tesis de Grado desarrollada por Lina Maria Suarez y Maribel Rojas Campos, Universidad Nacional de Colombia, 2000.
MANUAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS EN VIAS CON ALTOS Y MEDIOS VOLUMENES DE TRANSITO. Instituto Nacional de Vìas, 1997.
VASQUEZ flexibles
VARELA, Luis Ricardo, Notas sobre diseños de pavimentos
