2c pavimentos gamarra sarmiento camargo

UNIVERSIDAD DE CATAGENA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

DISEO DE UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE

TRABAJO PARCIAL

ANDRES CAMARGO BOCANEGRA JOSE GAMARRA TORRES FABIAN SARMIENTO OLIVEROS

03/10/2014

El presente documento consta del diseo de una estructura de pavimento tipo flexible y su proceso de clculo, para 20,5 kilmetros de va entre San Juan de Arama (Meta) y Baraya (Huila).

DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE

1. PERFIL ESTRATIGRFICO DE LA SUBRASANTE

De los estudios geotcnicos recopilados, se muestran en la siguiente tabla los datos necesarios para realizar un esquema

estratigrfico y graficar los lmites de Atterberg, todo con el fin de facilitar la eleccin de las unidades de diseo a

trabajar:

LL LP IP

1 1 SM 2,5 27 25 3

2 0,5 SC 6,4 34 15 19

1 0,6 GP-GM 2 31 28 3

1 0,3 SM 3 30 23 7

2 0,2 SP-SM 2,7 43 11 32

1 0,4 SC 4,8 24 13 11

2 1,1 CH 8,3 55 16 39

1 0,6 SC 5,6 27 11 16

2 0,9 CL 4,8 30 11 19

1 0,5 GP-GC 1,8 20 14 6

1 0,3 SC 4,5 21 11 10

2 1,2 CL 8,6 46 20 26

1 0,05 SM 3,9

2 0,5 SM 3 21 13 8

1 0,2 SM 3,1 25 13 12

2 1,3 SC 5,6

1 0,3 SM 4,5 31 26 5

2 0,2 SC 7,3 29 18 11

1 0,5 SC 2,6 20 10 10

1 0,15 SM 2,4 23 14 9

2 0,9 SC 6,5 26 11 15

1 0,5 SC 1,6 20 12 8

1 0,2 GC 4,6 24 12 12

2 1,3 CH 10,5 55 19 36

1 0,7 GC 4,9 29 11 18

1 0,2 SC 3,1 22 15 7

2 1,3 SC 5,9 26 14 12

1 0,2 SC 5,2 23 12 11

2 0,8 SC 4,8 22 15 7

1 0,8 SM 2,9 25 12 13

1 0,3 SC 4,4 21 16 5

2 1,2 SC 5 23 12 11

1 0,4 SC 4,6 22 16 6

2 0,75 SC 16,4 21 12 9

1 0,3 SC 7,1 24 18 6

2 1,2 SC 8,8 21 10 11

1 0,6 GC 5,7 26 16 10

1 0,4 SC 4,5 21 13 8

2 1,1 SC 9,8 35 17 18

21 K9+500

22 K9+700

23 K10+000

18 K8+000

19 K8+500

20 K9+000

15 K6+500

16 K7+000

17 K7+500

12 K5+000

13 K5+500

14 K6+000

9 K3+500

10 K4+000

11 K4+500

6 K2+000

7 K2+500

8 K3+000

3 K0+500

4 K1+000

5 K1+500

%

HUMEDAD

LIMITES DE CONSISTENCIA (%)

1 K0+000

2 K0+030

APIQUE ABSCISA CAPA ESPESORCLASIFICACION

(USCS)


Tabla 1-Informacion del estudio geotcnico

1 0,65 GC 5,6 30 13 17

1 0,5 SC 6,9 24 13 11

1 0,25 SC 10,2 28 14 14

2 0,45 CL 6,5 34 16 18

1 0,3 SC 7,4 35 16 19

2 0,2 SC 7,6 29 15 14

1 0,3 SM 4,1 17 13 4

1 0,5 SM 2,7

2 1 SC 8,7 39 16 23

1 0,3 SC 4,2 19 12 7

2 0,35 SC 4,8 21 14 7

1 0,3 SC 3,5 25 16 9

2 1,2 SC 20,4 32 15 17

1 0,1 GC 4,1 26 14 12

2 1,4 SC 6,8 30 12 18

1 0,4 SM 1,8 NL NP NP

2 0,35 CL 9,5 32 13 19

1 0,3 GC 2,2 23 15 8

2 1,2 GC 6,7 33 17 16

1 0,3 GC 2,8 24 13 11

2 1,2 SC 6,1 31 15 16

1 0,6 SC 4,9 31 16 15

1 0,6 GC 4,5 26 14 12

1 0,3 SC 3,3 24 13 11

2 1,2 ML 3 23 15 8

1 0,1 SM 2 32 13 19

2 1,4 ML 4,2 21 3 8

1 0,3 SC 8,3 28 19 9

2 1,2 CH 4,3 30 16 13

1 0,3 SC 3,1 22 10 12

2 1,2 SC 4,1 23 14 8

1 0,2 GP-GC 1,7 19 13 6

2 0,2 SC 3,8 20 13 7

3 0,2 SC 6,1 24 10 14

1 0,5 SC 1,9 19 11 8

2 1 SC 5 25 19 9

1 0,3 GP-GM 4,3 19 11 8

2 0,5 CL 6,2 23 14 9

1 0,2 SC 8,9 24 13 11

1 0,5 GM 0,6 23 16 7

2 1 SC 2,3 23 15 8

45 K20+000

46 K20+500

42 K19+000

43 K19+500

44 K19+700

39 K17+500

40 K18+000

41 K18+500

36 K16+000

37 K16+500

38 K17+000

33 K14+700

34 K15+000

35 K15+500

30 K13+500

31 K14+000

32 K14+500

27 K12+000

28 K12+500

29 K13+000

24 K10+500

25 K11+000

26 K11+500


Para el perfil estratigrfico se representan todos los apiques y los tipos de suelos de las capas encontradas a una

profundidad determinada:

Figura 1-Perfil estratigrfico

A partir del perfil estratigrfico se pudo encontrar, segn el estudio de suelos de la zona, que:

El tramo comprendido entre la abscisa K0+000 hasta la K4+000 hay predominancia de arcillas con arenas y grava en

matriz limosa.

En el tramo comprendido desde la abscisa K4+000 hasta la K11+000 se encontr que es predominante el afirmado,

arenas y gravas con compactacin media.

En el tramo comprendido entre la abscisa K11+000 hasta la K16+500 hay predominancia de limos y arcillas, con

arena y gravas en matriz arcillosa.

En el tramo que va desde la abscisa K16+500 hasta la K20+500 se encontr predominancia de arcillas y limos

arenosos.

2. VARIACIN DE LOS IMITES DE ATTERBERG Y HUMEDADES

Para los lmites de Atterberg y la elaboracin de su grafica asociada se tomaron las capas de suelo con mayor espesor

debido a que consideramos que esta representa, de la mejor manera y a mayor capacidad, las caractersticas de los

apiques estudiados.


APIQUE CLASIFICACION

(USCS) ESPESOR Wn(%) LL(%) LP(%)

1 SM 0,5 6,4 34 15

2 SM 0,3 3 30 23

3 CH 1,1 8,3 55 16

4 GP-GM 0,6 2 31 28

5 CL 0,9 4,8 30 11

6 GP-GC 0,5 1,8 20 14

7 CL 1,2 8,6 46 20

8 SM 0,5 3 21 13

9 SM 0,2 3,1 25 13

10 SM 0,3 4,5 31 26

11 SC 0,5 2,6 20 10

12 SC 0,9 6,5 26 11

13 SC 0,5 1,6 20 12

14 CH 1,3 10,5 55 19

15 GC 0,7 4,9 29 11

16 SC 1,3 5,9 26 14

17 SC 0,2 5,2 23 12

18 SM 0,8 2,9 25 12

19 SC 1,2 5 23 12

20 SC 0,75 16,4 21 12

21 SC 1,2 8,8 21 10

22 SC 1,1 9,8 35 17

23 GC 0,6 5,7 26 16

24 GC 0,65 5,6 30 13

25 SC 0,5 6,9 24 13

26 CL 0,45 6,5 34 16

27 SC 0,3 7,4 35 16

28 SM 0,3 4,1 17 13

29 SM 0,5 2,7 39 16

30 SC 0,35 4,8 21 14

31 SC 1,2 20,4 32 15

32 SC 1,4 6,8 30 12

33 GC 1,2 6,7 33 17

34 CL 0,35 9,5 32 13

35 GC 0,3 2,8 24 13

36 SC 0,6 4,9 31 16

37 GC 0,6 4,5 26 14

38 ML 1,2 3 23 15


39 ML 1,4 4,2 21 3

40 CH 1,2 4,3 30 16

41 SC 1,2 4,1 23 14

42 SC 0,2 6,1 24 10

43 SC 0,5 1,9 19 11

44 CL 0,5 6,2 23 14

45 SC 0,2 8,9 24 13

46 SC 1 2,3 23 15

Tabla 2-Lmites y humedades por apique

Grafica 1- Informacin de la subrasante

0

10

20

30

40

50

60

K0

+00

0

K0

+03

0

K0

+50

0

K1

+00

0

K1

+50

0

K2

+00

0

K2

+50

0

K3

+00

0

K3

+50

0

K4

+00

0

K4

+50

0

K5

+00

0

K5

+50

0

K6

+00

0

K6

+50

0

K7

+00

0

K7

+50

0

K8

+00

0

K8

+50

0

K9

+00

0

K9

+50

0

K9

+70

0

K1

0+0

00

Po

rce

nta

je %

Abscisa

Limites de Atterberg y Humedad natural - subrasante

Wn

LL

LP


Grafica 2- Informacin de la subrasante

Para verificar con mayor facilidad si a lo largo de la va resultaba alguna unidad de diseo donde los porcentajes de

humedad sobrepasan constante y significativamente a los lmites lquidos y plsticos, analizamos las siguientes graficas

donde nos podemos dar cuenta que los valores de humedad no son un problema que condicione la eleccin de las

unidades de diseo pues sus valores se encuentran por debajo de los lmites de Atterberg:

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

K1

0+5

00

K1

1+0

00

K1

1+5

00

K1

2+0

00

K1

2+5

00

K1

3+0

00

K1

3+5

00

K1

4+0

00

K1

4+5

00

K1

4+7

00

K1

5+0

00

K1

5+5

00

K1

6+0

00

K1

6+5

00

K1

7+0

00

K1

7+5

00

K1

8+0

00

K1

8+5

00

K1

9+0

00

K1

9+5

00

K1

9+7

00

K2

0+0

00

K2

0+5

00

Po

rce

nta

je %

Abscisa

Limites de Atterberg y Humedad natural - subrasante

Wn

LL

LP


Grafica 3-Limites y humedades

Grafica 4-Limites y humedades

Adems tuvimos en consideracin la concordancia con los apiques aledaos y la mayor proporcin de tipo de suelo con

relacin a las capas que se presentan. El tramo de va estudiado se dividi en los siguientes trechos:

En el tramo que abarca las abscisas desde la K0+000 hasta la K4+000 se encontr un estrato con un nivel plasticidad

de medio a bajo y en condiciones de drenaje aceptables y tolerable.

0

10

20

30

40

50

60

K0

+00

0

K0

+03

0

K0

+50

0

K1

+00

0

K1

+50

0

K2

+00

0

K2

+50

0

K3

+00

0

K3

+50

0

K4

+00

0

K4

+50

0

K5

+00

0

K5

+50

0

K6

+00

0

K6

+50

0

K7

+00

0

K7

+50

0

K8

+00

0

K8

+50

0

K9

+00

0

K9

+50

0

K9

+70

0

K1

0+0

00

po

rce

nta

je

Abscisas

Wn

LL

LP

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

K1

0+5

00

K1

1+0

00

K1

1+5

00

K1

2+0

00

K1

2+5

00

K1

3+0

00

K1

3+5

00

K1

4+0

00

K1

4+5

00

K1

4+7

00

K1

5+0

00

K1

5+5

00

K1

6+0

00

K1

6+5

00

K1

7+0

00

K1

7+5

00

K1

8+0

00

K1

8+5

00

K1

9+0

00

K1

9+5

00

K1

9+7

00

K2

0+0

00

K2

0+5

00

po

rce

nta

je

Abscisas

Wn

LL

LP


En el tramo que abarca las abscisas desde la K4+000 hasta la K11+000 se encontr un estrato con nivel de

plasticidad baja, en su mayor proporcin slido y una calidad de drenaje bueno y adecuado.

En el tramo que abarca las abscisas desde la K11+000 hasta la K16+500 se encontr suelo con nivel de plasticidad de

medio a bajo y en condiciones de drenaje aceptables y tolerable.

En el tramo que abarca las abscisas desde la K16+500 hasta la K20+500 se encontr un estrato con predominante

plasticidad de media a alta, con drenaje de condicin pobre.

3. UNIDADES DE DISEO

Las unidades de diseo especficamente se determinan porque son tramos de la va estudiada con

caractersticas similares y continuas con relacin al trnsito, topografa, geologa y condiciones de drenaje. Es

decir que anlogamente para obtener dichas unidades de diseo se debe tener en cuenta la estratigrafa, el

estudio del trnsito en la zona, el relieve que presenta y las condiciones de drenaje, estos parmetros no

pueden ser determinados si no se toman en cuenta los estudios de suelo, las variables del trnsito en la zona y

su composicin vehicular, la topografa y los estudios de los lmites de Atterber conjunto con la geografa del

terreno respectivamente. La geografa del terreno se estudi utilizando el programa Google Earth. Con

relacin a lo anteriormente establecido, al perfil estratigrfico y a las grficas de lmites y humedades se

determinaron las unidades de diseo y para mejor cobertura dichas caractersticas se resumieron por medio

de un perfil de la va como sigue a continuacin:

Figura 2-Unidades de diseo

Entre la abscisa K0+000 hasta la K4+000 se pudo determinar predominancia de arcillas con arenas y

grava en matriz limosa, trfico mixto, relieve plano y drenaje aceptable y tolerable.

CRITERIO

K0+000 K4+000 K11+000 K16+500 K20+500

ESTRATIGRAFIA Arcillas y limos arenososLimos y arcillas con arena y

grava en matriz arcillosa

Afirmado,arenas y grava con compactacion

media

Arcillas con arenas y

gravas en matriz limosa

MixtoMixtoMixtoTRAFICO Mixto

UNIDAD DE DISEO 1 UNIDAD DE DISEO 2 UNIDAD DE DISEO 3 UNIDAD DE DISEO 4

DRENAJE

TOPOGRAFIA

Aceptable Bueno Aceptable Aceptable

Plano Ondulado Ondulado Semi-ondulado

LONGITUD 4000 m 7000 m 5500 m 4000 m


En el tramo que abarca las abscisas desde la K4+000 hasta la K11+000 se encontr que es predominante

el afirmado: arenas y gravas con compactacin media, trfico mixto, relieve ondulado y drenaje bueno y

adecuado.

En el tramo comprendido entre la abscisa K11+000 hasta la K16+500 hay predominancia de limos y

arcillas, con arena y gravas en matriz arcillosa, trfico mixto, relieve ondulado y drenaje aceptable.

En el tramo que abarca las abscisas desde la K16+500 hasta la K20+500 se encontr predominancia de

arcillas y limos arenosos, trfico mixto, relieve semi-ondulado y drenaje de condicin aceptable.

4. CALCULO DE CBR DE DISEO

Para calcular el CBR de diseo de cada unidad, primero se ordenaron los CBR escogidos de menor a mayor, para

cada dato de CBR se establecieron el nmero de datos de CBR iguales o mayores, luego se pasaron estos ltimos

a porcentajes (ver tablas 3, 4, 5 y 6) para obtener las grficas que nos permitieron encontrar el valor del CBR de

diseo como se puede apreciar a continuacin (se escogi como valor de entrada para la grfica el 87,5% debido

a que en las proyecciones de transito que se realizan en el punto 5 del presente informe para 10 y 15 aos son

altas, es decir N>10^6):

Tabla 3- CBR de diseo para la unidad 1



Apique CBR(%) %CBR

4 4,37 100

5 49,22 80

7 46,03 60

8 35,11 40

10 27,9 20

UNIDAD 1

4,37

27,9

35,11

46,03

49,22

CBR por grafica

20

CBR(%) Ordenado No de CBR(%) iguales o mayores

5

4

3

2

1

Apique CBR(%) %CBR

14 16,05 100

23 12,7 66,6

26 14,1 33,3

UNIDAD 2

13,2

CBR por grafica

12,7


14,1

16,05

3

2

1

Apique CBR(%) %CBR

28 22,6 100

30 25 80

31 3,33 60

32 22,06 40

33 19 20

UNIDAD 3

3,33

19

22,06

CBR por grafica

14

22,6


5

4

3

2

1



Grafica 5- Grafico del CBR de diseo para unidad 1

Apique CBR(%) %CBR

40 9 100

42 19,5 75

43 17,4 50

44 7,7 25

17,4

19,5

CBR por grafica

UNIDAD 4

7,8

CBR(%) Ordenado

1

No de CBR(%) iguales o mayores

4

3

2

7,7

9

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

% d

e C

BR

may

or

o ig

ual

CBR

CBR para unidad 1 de diseo




20253035404550556065707580859095

100

10 11 12 13 14 15 16 17 18

% d

e C

BR

may

or

o ig

ual

CBR


30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

% d

e C

BR

igu

al o

may

or

CBR




Como se puede observar en la Grafica 8 el CBR de diseo resulta de aproximadamente 7,8%, lo cual nos sugiere que se

debe mejorar la subrasante para la unidad de diseo 4. Para realzar el mejoramiento se tuvo en cuenta el criterio de

Ivanov:

( ( ) (

) ( ))

Dnde:

: Mdulo de subrasante mejorada (kg/cm^2)

Mdulo de subrasante existente (kg/cm^2)

: Modulo del material de mejoramiento (kg/cm^2)

: Radio de carga (usualmente 107.6mm)

: Espesor del material de mejoramiento (cm)

(

)

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

% d

e C

BR

igu

al o

may

or

CBR



La aplicacin del anterior criterio y su resultado se resume en la siguiente tabla:

Tabla 7- CBR de subrasante mejorado para la unidad de diseo 4

5. PROYECCIN DEL TRNSITO PARA UN PERIODO DE DISEO DE 10 Y 15 AOS

Para realizar las proyecciones se tuvo en cuenta un periodo de 2 aos para la construccin material de la va a

pavimentar, partiendo de la suposicin de que se empieza ejecutar la obra en el ao actual 2014. Adems de los

siguientes factores de dao:

Tabla 8- factores de dao

Los pesajes y el nmero de repeticiones futuras de ejes de 8,2 toneladas (N) se obtiene en las tablas 9 y 10:

Tabla 9- Proyeccin del trnsito a 10 aos

0,38 1105,97 11,061,15 1,62 50 2,32 1,214 7,8 11 780 1100

1-(1/n^3,5)E cc

(kg/cm^2)

CBR subrasante

mejorada

MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTE

n n^3,5h

(cm)h/2a tan^-1(n*h/2a)

Unidad de

diseo

CBR

subrasante

CBR

material

E sub

(kg/cm^2)

E mej

(kg/cm^2)

VEHICULOS AUTOS BUSES C2P C2G C3-C4 C5 >C5

F.D 0 1 1,14 3,44 6,73 4,4 4,72

FACTORES DE DAO

AO AUTOS BUSES C2P C2G C3-C4 C5 >C5

2016 142 59 64 119 22 3 4

2017 143 60 66 121 22 3 4

2018 146 61 67 123 22 3 4

2019 148 62 68 125 23 3 4

2020 158 67 72 124 25 3 5

2021 161 67 74 136 26 3 5

2022 164 69 75 138 26 4 5

2023 166 70 76 140 27 4 5

2024 169 71 78 144 28 4 5

2025 178 76 83 153 31 4 5

2026 181 77 85 156 31 4 6

SUMATORIA 1756 739 808 1479 283 38 52

Factor dao 0 739 921,12 5087,76 1904,59 167,2 245,44

N 3308765,15

PERIODO DE DISEO 10 AOS

CALCULO DE N

N por

carril1654383


Tabla 10- Proyeccin del trnsito a 15 aos

6. DISEO DE ESPESORES DEL PAVIMENTO FLEXIBLE POR MTODO DE LA AASTHO 93

Para el diseo de la estructura del pavimento flexible se hizo uso del software de la AASTHO de 1993, con el cual se

obtuvieron los siguientes espesores que se muestran a manera de resumen y posteriormente se detallan los

procedimientos que se siguieron para el diseo en los puntos 6.1 y 6.2 .

AO AUTOS BUSES C2P C2G C3-C4 C5 >C5

2016 142 59 64 119 22 3 4

2017 143 60 66 121 22 3 4

2018 146 61 67 123 22 3 4

2019 148 62 68 125 23 3 4

2020 158 67 72 124 25 3 5

2021 161 67 74 136 26 3 5

2022 164 69 75 138 26 4 5

2023 166 70 76 140 27 4 5

2024 169 71 78 144 28 4 5

2025 178 76 83 153 31 4 5

2026 181 77 85 156 31 4 6

2027 184 79 86 159 32 4 6

2028 188 80 87 162 32 4 6

2029 191 81 89 165 33 4 6

2030 209 91 98 184 39 5 7

2031 212 93 100 189 39 5 7

SUMATORIA 2740 1163 1268 2338 458 60 84

factor dao 0 1163 1445,52 8042,72 3082,34 264 396,48

N 5253831,9

N por

carril2626916

CALCULO DE NPERIODO DE DISEO 15 AOS


Tabla 11- Resultados del diseo

6.1. Diseo para periodo de 10 aos

Unidad de diseo 1

Nmero estructural requerido:

, por tanto el Sn requerido ser de:

abscisa

abscisa

DISEO PARA PERIODO DE 15 AOS

DISEO PARA PERIODO DE 10 AOS

2 K4+000-K11+000

Sub-base granular

10

15

Unidad de diseo Capas

1 K0+000-K4+000

Espesores de las capas (cm)

Asfaltica

Base granular

Sub-base granular

Asfaltica

Base granular

Sub-base granular

3 K11+000-K16+500

4 K16+500-K20+500

24

11

19

24

19

11

19

24

11

19

Asfaltica

Base granular

Sub-base granular

Asfaltica

Base granular

Unidad de diseo Capas Espesores de las capas (cm)

1 K0+000-K4+000

Asfaltica 11

Base granular 20

Sub-base granular 24

2 K4+000-K11+000

Asfaltica 11

Base granular 25


3 K11+000-K16+500

Asfaltica 11

Base granular 25


4 K16+500-K20+500

Asfaltica 11

Base granular 25



Coeficientes estructurales y de drenaje:

Mezcla asfltica:

Base granular:

Se usa un material CBR del 100% lo que da un valor de a2=0,139


Sub-base granular:

Se usa un material de CBR de 30% lo que otorga un valor de a3=0,107

Coeficiente de drenaje: Aceptable en condiciones de saturacin entre el 1-5%. Mi= 1,05

Espesor de la carpeta asfltica:

Calculamos Sn1 considerando un mdulo resiliente de la base correspondiente a un CBR de 100% de 30000 psi


El nmero estructural Sn1 es de 2,23

SN1= a1*D1*mi= 0,29*D1*1,05, por tanto D1= 8,85 pulgadas= 22,5 cmsUsamos 22cms de asfalto.

D1 ajustado= 22/2,54= 8,6 pulgadas.

SN1 ajustado=8,6*0,29*1,05=2,17

Espesor de base granular:

Se calcula SN2 considerando un mdulo resiliente de la sub-base de 15000psi correspondiente a un CBR de

30%.

El nmero estructural SN2 es de 2,95.

SN2= SN1+ a2*D2*1,05.

2,95= 2,17 + 0,139*D2*1,05; por tanto D2=5,3 pulgadas= 13,5cmsUsar 15 cm de base granular.

SN2 ajustado= (15/2,54)*0,139*1,05= 0,86


Numero estructural de la estructura= 0,86+2,17=3,03

El nmero estructural supera al requerido por diseo que es de 2,23, por lo tanto la estructura puede trabajar

con una capa de base 15 cm sobre la subrasante y una carpeta de 22 cm.

Ajustando el espesor de la carpeta debido al costo de la misma cuidando que se cumpla el criterio del nmero

estructural encontramos que:

AJUSTE DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

Espesor (D) TIPO DE CAPA

Mdulos ai mi SN

mm pulgadas Mpa PSI

100 3,937007874 Carpeta asfaltica 0,943 136764 0,24 1,05 0,99212598

150 5,905511811 Base granular CBR= 100% 207 30000 0,139 1,05 0,86190945

190 7,480314961 Sub-base granular CBR=30% 103 15000 0,107 1,05 0,84041339

2,69444882

Nos queda un nmero estructural de 2,69 que supera al requerido y cumple las condiciones.

Unidad de diseo 2, 3 y 4

Debido a que los CBR de las unidades de diseo 2, 3 y 4 se encuentran en un intervalo muy cercano, se decidi

disear los tres tramos con el CBR ms crtico que sera en este caso el de la unidad de diseo 4 estableciendo

un CBR equivalente de 11,06%, esto con miras a otorgar mejores especificaciones a la hora de construccin

del diseo arrojado y obtener homogeneidad en el tramo con materiales que contribuyan la necesidad dada

sin modificar minuciosamente el diseo. Por tanto con lo establecido anteriormente tenemos:

Mdulo resiliente: 1500*11,06= 16590



Debido a que las condiciones de temperatura son las mismas y se escogieron para la base y sub-base granular

un CBR de 100% y 30% para el trnsito de 1,65e6 respectivamente se puede determinar que los coeficientes

son: a1=0,29; a2= 0,139; a3=0,107. El coeficiente de drenaje se escoge para una condicin entre aceptable y

buena con saturacin entre 1-5%, es decir mi=1,05.

Ahora procedemos a calcular los espesores previstos:

Espesor de la capa asfltica: Calculamos Sn1 considerando un mdulo resiliente de la base correspondiente a

un CBR de 100% de 30000 psi. En este caso se repite el procedimiento de la unidad de diseo 1 y obtendremos

un espesor de capa ajustado de 8,6 pulgadas y un SN1 ajustado de 2,17.

Espesor de base granular: Se calcula SN2 considerando un mdulo resiliente de la sub-base de 15000psi

correspondiente a un CBR de 30%. De nuevo tenemos que el espesor ajustado de la capa es de 5,9 pulgadas y

el SN2 ajustado es de 0,86; con lo cual obtenemos un numero estructural de la estructura de 3,03 que cumple

con el requerido y se procede a hacer el ajuste de las capas.




Modulos ai mi SN

mm pulgadas Mpa PSI




3,24466535

Nos resulta un nmero estructural de 3,24 que supera al requerido y cumple con las condiciones.

6.2. Diseo para periodo de diseo de 15 aos

Unidad de diseo 1

Mr=1500*20=30000



Se obtiene un numero estructural requerido de 2,42

Coeficientes estructurales y de drenaje:

Mezcla asfltica: a1= 0.7304- 0.1271Ln (30)=0,29

Base granular:

Se usa un material CBR del 100% lo que da un valor de a2=0,139.

Sub-base granular:

Se usa un material de CBR de 30% lo que otorga un valor de a3=0,107

Coeficiente de drenaje: Aceptable en condiciones de saturacin entre el 1-5%. Mi= 1,05

Espesor de la carpeta asfltica:

Calculamos Sn1 considerando un mdulo resiliente de la base correspondiente a un CBR de 100% de 30000

psi.


El numero estructural SN1 es de 2,42.

SN1= a1*D1*mi= 0,29*D1*1,05, por tanto D1= 9,6 pulgadas= 24,3 cmsUsamos 24cms de asfalto.

D1 ajustado= 24/2,54= 9,4 pulgadas.

SN1 ajustado=9,4*0,29*1,05=2,3

Espesor de base granular:

Se calcula SN2 considerando un mdulo resiliente de la sub-base de 15000psi correspondiente a un CBR de

30%.


El nmero estructural SN2 es de 3,19.

SN2= SN1+ a2*D2*1,05.

3,19= 2,3 + 0,139*D2*1,05; por tanto D2=6 pulgadas= 15,5cmsUsar 16 cm de base granular.

SN2 ajustado= (16/2,54)*0,139*1,05= 0,91

Numero estructural de la estructura= 0,91+2,3=3,21

El nmero estructural supera al requerido por diseo que es de 2,83, por lo tanto la estructura puede trabajar

con una capa de base 16 cm sobre la subrasante y una carpeta de 24 cm.

Ajustando el espesor de la carpeta debido al costo de la misma cuidando que se cumpla el criterio del nmero

estructural encontramos que:




Modulos ai mi SN

mm pulgadas Mpa PSI




3,30212598


Unidad de diseo 2, 3 y 4

Mdulo resiliente: 1500*11,06= 16590



Otorga un SN requerido de 3,06.

Debido a que las condiciones de temperatura son las mismas y se escogieron para la base y sub-base granular

un CBR de 100% y 30% para el trnsito de 2,62e6 respectivamente se puede determinar que los coeficientes

son: a1=0,29; a2= 0,139; a3=0,107. El coeficiente de drenaje se escoge para una condicin entre aceptable y

buena con saturacin entre 1-5%, es decir mi=1,05.

Ahora procedemos a calcular los espesores previstos:

Espesor de la capa asfltica: Calculamos Sn1 considerando un mdulo resiliente de la base correspondiente a

un CBR de 100% de 30000 psi. En este caso se repite el procedimiento de la unidad de diseo 1 y obtendremos

un espesor de capa ajustado de 9,4 pulgadas y un SN1 ajustado de 2,3.

Espesor de base granular: Se calcula SN2 considerando un mdulo resiliente de la sub-base de 15000psi

correspondiente a un CBR de 30%. De nuevo tenemos que el espesor ajustado de la capa es de 6,3 pulgadas y

el SN2 ajustado es de 0,91; con lo cual obtenemos un numero estructural de la estructura de 3,21 que cumple

con el requerido y se procede a hacer el ajuste de las capas.



Modulos ai mi SN

mm pulgadas Mpa PSI




3,81059055



7. ESFUERZOS Y DEFORMACIONES CRTICAS POR LOS MTODOS MECANICISTAS

Para rectificar el funcionamiento ideal del pavimento debemos chequear que este no presente fallas y para esto, de

acuerdo con la metodologa de SHELL se tienen en cuenta las siguientes consideraciones:

Que la deformacin horizontal por traccin ( T ) en la fibra inferior de las capas asflticas, supere cierto limite

admisible, se producira agrietamiento de dichas capas.

Que la deformacin vertical (v ) por compresin de la subrasante supere el limite admitido por ella, se

producira deformacin permanente del pavimento

Con base a esto se presentan a continuacin los pasos, consideraciones y resultados de la verificacin de los diseos

anteriores:

Uso del software BANDS 2.0 para determinar el Smix o Stifness


Luego

Ahora para el chequeo de las deformaciones y esfuerzos tenemos por el programa WINDEPAV que:

7.1. Revisin de la unidad de diseo 1 con periodo de 10 aos

Se tuvo en cuenta

N=1654383

T=30

CBR=20%

Datos de entrada:


Resultados:


Chequeo:

Graficas:

Esfuerzos por compresin

11,7

Smix = 1,76E+09 N/m2

N = 1654383 ejes de 8.2 Ton

K : factor de Calge = 10

Et = 4,68E-04

Et = -1.39x10^-4

Ez = 2.8-2x(N)-0.25

N = 1654383 ejes de 8.2 Ton

Ez 3,56E-03

Ez = 4.89*10^-5

sz = 0.007xEs/(1+0.7xLogN)

N = 1654383 ejes de 8.2 Ton

Esfuerzo de compresin admisible:

sz = 2,67 kg/cm2

Esfuerzo de compresin calculado:

Et = 1.07 Kg/cm2

CHEQUEO DEL ESFUERZO DE COMPRESION EN LA SUBRASANTE.

CUMPLE CON EL ADMISIBLE

Usando el Criterio de Dormon y Kerhoven

CHEQUEO DE FALLA POR DEFORMACION DE LA SUBRASANTE.

Usando el criterio de la Shell

Deformacin admisible:

Deformacion calculada

Deformacin calculada:



CHEQUEO DE FALLA DE CARPETA ASFALTICA POR DEFORMACION EN LA FIBRA INFERIOR.


Et = (0.85Vb+1.08)*Smix-0.36x(N/k)-0.2

Vb : volumen de asfalto en %



Esfuerzo por tensin

Deformacin por compresin


Deformacin por tensin

7.3. Revisin de la unidad de diseo 2, 3 Y 4 con periodo de 10 aos

Se tuvo en cuenta

N=1654383

T=30

CBR=11,06%

Datos de entrada:


Resultados:


Chequeo:

Graficas:

Et = (0.85Vb+1.08)*Smix-0.36x(N/k)-0.2

Vb : volumen de asfalto en % = 11,7

Smix = 1,76E+09 N/m2

N = 1654383 ejes de 8.2 Ton


Et = 4,68E-04

Et = -1.83x10^-4

Ez = 2.8-2x(N)-0.25

N = 1654383 ejes de 8.2 Ton

Ez 3,56E-03

Ez =58.50*10^-6

sz = 0.007xEs/(1+0.7xLogN)

N = 1654383 ejes de 8.2 Ton

sz = 2,67 kg/cm2

Et = 0,455 Kg/cm2






CHEQUEO DE FALLA DE CARPETA ASFALTICA POR DEFORMACION EN LA FIBRA INFERIOR


Deformacion calculada


CHEQUEO DE FALLA POR DEFORMACION DE LA SUBRASANTE. COMPRESION







Esfuerzos por compresin

Esfuerzos por tensin


7.3. REVISIN DE LA UNIDAD DE DISEO 1 PARA PERIODO DE 15 AOS

Se tuvo en cuenta

N=2626916

T=30

CBR=20%

Datos de entrada


Resultados:


Chequeo:

Graficas:

Esfuerzos de compresin

Et = (0.85Vb+1.08)*Smix-0.36x(N/k)-0.2


Smix = 1,76E+09 N/m2

N = 2626916 ejes de 8.2 Ton


Et = 4,27E-04

Et = -0.961x10^-4

Ez = 2.8-2x(N)-0.25

N = 2626916 ejes de 8.2 Ton

Ez 3,17E-03

Ez =33.7*10^-6

sz = 0.007xEs/(1+0.7xLogN)

N = 2626916 ejes de 8.2 Ton

sz = 2,60 kg/cm2

Et = 0,474 Kg/cm2










Deformacion calculada:

CHEQUEO DE FALLA POR DEFORMACION DE LA SUBRASANTE. COMPRESION






Esfuerzos por tensin




7.4. REVISIN DE LAS UNIDADES DE DISEO 2,3, Y 4PARA UN PERIODO DE 15 AOS

Se tuvo en cuenta:

N=2626916

T=30

CBR=11,06%

Datos de entrada:


Resultados:


Chequeo:

Et = (0.85Vb+1.08)*Smix-0.36x(N/k)-0.2


Smix = 1,76E+09 N/m2

N = 2626916 ejes de 8.2 Ton


Et = 4,27E-04

Et = -1.38x10^-4

Ez = 2.8-2x(N)-0.25

N = 2626916 ejes de 8.2 Ton

Ez 3,17E-03

Ez =41.2*10^-6

sz = 0.007xEs/(1+0.7xLogN)

N = 2626916 ejes de 8.2 Ton


sz = 2,60 kg/cm2


Et = 0,321 Kg/cm2





Defpracion calculada

CHEQUEO DE FALLA POR DEFORMACION DE LA SUBRASANTE




CHEQUEO DEL ESFUERZO DE COMPRESION EN LA SUBRASANTE





Graficas:

Esfuerzos de compresin

Esfuerzos de tensin


Deformaciones por compresin

Deformaciones por tensin

2c pavimentos gamarra sarmiento camargo

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