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TUNJA, SEPTIEMBRE 2010

.",

METODO DE DISENO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO RIGIDO DE LAAASHTO PARA CALLES SAN MATEO.

PROPIETARIO: MUNICIPIO DE SAN MATEO



INTRODUCCION

EI diserio estructural del pavimento fue realizado por el Ing. MANUEL ALEJANDRO

LOPEZ a solicitud del Municipio de San Mateo, para el proyecto "REHABILITACION

DE LAS CALLES: CALLE 2 ENTRE CARRERA 2 A 5; CARRERA 2 ENTRE CALLES 2

Y 3 Y ENTRE CALLES 4 Y 5; CALLE 5 ENTRE CARRERAS 2 Y 3; CALLE 4 ENTRE

CARRERAS 2 Y 3; CARRERA 3 ENTRE CALLES 2 Y 3; CARRERA 4 ENTRE

CALLES 2 Y 3 DEL MUNICIPIO DE SAN MATEO BOYACA".

La incidencia de factores de diverse origen, determinan alteraciones de la superficie de

rodamiento de los pavimentos, afectando la seguridad, comodidad y la velocidad con

que debe circular el translto vehicular presente y futuro. La finalidad de todo proceso

de mantenimiento 0 refuerzo de los pavimentos en servicio, es corregir los defectos

mencionados para alcanzar un grado de transitabilidad adecuado durante un perlodo

de tiempo suficientemente prolongado que justifique la inversion necesaria.

EI presente informe contiene el anallsis del pavimento actual y diserio de la estructura

del pavimento flexible del sector CALLE 2 ENTRE CARRERA 2 A 5; CARRERA 2

ENTRE CALLES 2 Y 3 Y ENTRE CALLES 4 Y 5; CALLE 5 ENTRE CARRERAS 2 Y 3;

CALLE 4 ENTRE CARRERAS 2 Y 3; CARRERA 3 ENTRE CALLES 2 Y 3; CARRERA

4 ENTRE CALLES 2 Y 3 DEL MUNICIPIO DE SAN MATEO BOYACA, realizado con

base en los resultados del en la informacion recolectada, condiciones climaticas, las

condiciones de resistencia de los sue los de la subrasante y las caracterfsticas de losmateriales definidos para cada una de las capas.

EI anal isis para el diserio del pavimento flexible, se realiza mediante el METODO

AASHTO PARA DISENO DE PAVIMENTOS RIGIDOS. Con el fin de verificar la

estructura a diseriar, se utiliza el rnetodo racional (BS-PCA-UCAUCA), para realizar un

analisis de la estructura, y de esta manera verificar las deformaciones admisibles, de

las capas de la estructura.

EI informe presenta detalladamente los resultados de cada uno de los metod os, lasmemorias de calculo correspondientes, las conclusiones y recomendaciones que se

deben tener en cuenta para el diserio y construcci6n del pavimento mas conveniente,•

desde el punto de vista tecnlco y econ6mico.



Proyecto: "REHABILITACION DE LAS CALLES: CALLE 2 ENTRE CARRERA 2 A 5;

CARRERA 2 ENTRE CALLES 2 Y 3 Y ENTRE CALLES 4 Y 5; CALLE 5 ENTRE

CARRERAS 2 Y 3; CALLE 4 ENTRE CARRERAS 2 Y 3; CARRERA 3 ENTRE

CALLES 2 Y 3; CARRERA 4 ENTRE CALLES 2 Y 3 DEL MUNICIPIO DE SAN

MATEO BOYACA"-...

1. ANALISIS ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

De acuerdo con informaci6n recolectada para este punto sobre la subrasante 0 suelonatural(es recomendable realizar una nueva toma de informacion y ensayos para

determinar con exactitud el valor del CBR), el cual tiene un CBR minima de 7%

medido en una muestra sometida a cuatro dias de inrnersion.

La incidencia de factores de diverso origen, son causas de las alteraciones de la

superficie de rodamiento del pavimento, afectando la seguridad, comodidad y la

velocidad con que debe circular el translto vehicular presente y futuro. La finalidad del

proceso de mantenimiento 0 mejoramiento del pavimento en servicio, es corregir los

defectos mencionados para alcanzar un grado de transitabilidad adecuado durante un

periodo de tiempo suficientemente prolongado que justifique la inversion necesaria.

Por tal razon se efectuo una recopllacion de toda la informacion que es de utilidad para

el proyecto y en especial para el diaqnostico sobre el estado actual de la estructura del

pavimento, el estudio de suelos, las fuentes de materiales, los espesores y la calidadde cada una de las capas del pavimento existente, el drenaje, el transite y las

condiciones ambientales, que nos permite dar una definicion exacta del estado de la

via en cada uno de los tramos, para de esta manera definir el tipo de refuerzo de laszonas puntuales que necesitan reparaclontla informacion se debe actualizar ya que

puede tener sesgos que afectan el diserio).

1.1 DESCRIPCI6N GENERAL DEL ESTUDIO

1.1.1 INFORMACI6N DEL PROYECTO

1.1.2 PERIODO DE DISENO: La estructura del pavimento de la via, tendra un .

Periodo de diserio de 10 arios, de acuerdo a las condiciones actuales del trafico;

periodo en el cual no se requerlra nlnqun mantenimiento estructural.

. .IN = 10 arios

I"""



•

1.1.3 TRANS ITO: La variable transite necesaria para determinar la estructura del

pavimento, es el nurnero de ejes equivalentes a 8,2 toneladas que circularan por el

carril de diserio y que se esperan durante el periodo de diserio. EI nurnero de ejes

equivalentes a 10 arios (Ver estudio anexo):

Nurnero de ejes equivalentes a 8,2 t en 10 arios ... N' = E +0 ejes.

1.1.4 CONDICIONES ATMOSFERICAS: La temperatura y la precipltacion, son

variables que influyen de manera significativa en la durabilidad de los materiales que

conforman las capas del pavimento y se definieron de acuerdo a la informacion

disponible en el IDEAM.

Temperatura media anual ponderada (w-MAAT °C)

Precipitacion media anual (mm)

w-MAAT = 13°C

P(mm) = 676.9

1.1.5 CARACTERfsTICAS DE LA SUBRASANTE: De acuerdo con las condiciones

actuales de la via se debe determinar las caracterlsticas actuales de la subrasante.

Los resultados de los estudios de suelos, de transite, el clima de la zona, las

condiciones topoqraficas del area de trabajo y los resultados del laboratorio,

permitieran definir dos zonas hornoqeneas se asumen las siguientes caracterlsticas:

Tabla 1.1 Caracteristicas de la Subrasante

ZONA CBR%

TRAMO

HOMOGENEA Subrasante

CALLE 2 ENTRE CARRERA 2 A 5; CARRERA 2

ENTRE CALLES 2 Y 3 Y ENTRE CALLES 4 Y 5;

1 CALLE 5 ENTRE CARRERAS 2 Y 3; CALLE 4 10 %

ENTRE CARRERAS 2 Y 3; CARRERA 3 ENTRE

CALLES 2 Y 3; CARRERA 4 ENTRE CALLES 2 Y 3

1.1.6 CARACTERfsTICAS DE LOS MATERIALES: La selecclon de los materiales

para el diserio del pavimento esta basado en una cornbinacion de factores como la

calidad, economia, experiencia previa de uso, varias fuentes de materiales en lei zona,y que estos materiales se adaptan a las condiciones del proyecto:

'_.



METODO AASHTO PARA DISENO DE PAVIMENTOS RIGIDOS

"

1.1.7 CARACTERIsTICAS DE LOS MATERIALES: La selecci6n de los materiales

para el diserio del pavimento esta basado en una combinaci6n de factores como lacalidad, economla, experiencia previa de usc, varias fuentes de materiales en la zona,

estos materiales se adaptan a las condiciones del proyecto y las especificaciones delINVIAS (se toman las normas del INVIAS para unificar criterios de selecci6n de

materiales):

SIMBOLO CODIGO MATERIAL ESPECIFICACI6N

Sub-baseTMAX 50 mm, % Pasa #4 - 30 a 70%, Pasa #200 =4 a 20%

IIS8G-1

0<=50%, P<=12%-18%, EA>=25%, IP<=6, CBR>30, 95% deINV320

Proctor Modificado.

1.1.8 METODOS DE DISENO:

Los procedimientos para el diserio estructural del pavimento presentado en esteestudio, son aplicables en este tipo de carreteras. Con el fin de encontrar la soluci6nmas favorable para el proyecto, se realiza un analisis detallado por diferentes rnetodos

de dlseno, que nos permita concluir con la estructura del pavimento que debe alcanzar

el nivel de servicio deseado. A continuaci6n se presenta los metodos de diserio

desarrollados en el presente estudio:

1.2 ANALISIS DEL TRANSITO

Se determina el nurnero de ejes equivalentes a 8,2 toneladas que circularan por el

carril de dlseno y que se esperan durante el periodo de diserio de 10 arios.

Tabla 1.3

T RA N SITO P R OM ED IO D IA RIO S EM AN AL A S UM ID O

S A N M ATE O - B OY AC A

T IP 0 D E V EH IC U LO

T R AN S rr oA U T O S B U S E S C 2· P C 2· (J C 3 C 5 C >5

P R O M E D I OT O T A L

D IA RIO S EM AN A L

~ c J ' : ! " ' ' J ' ~ ~ ..:dI .~ l ' ! T

S O BR E L A v lo .1'0-00''-''00

--. . . .

.

~ '~~~".~ ~~~

T P D S l D D 2 D 5 15 ·7 2 2 16 1

. .'4 T IP O D E

1 2. 4" 9 . 3 " 4.3 'it 100'4VEHlcULO 62.1 " 9.3" 1 .3 0 ' 4 1 .3 0 '4



Factor de distribuci6n por

carril, Fca =Dia u rb an a d e d os ca rrile s, u no p or c ad a s en tid o.

METODO DE DISENO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO RIGIDO DE LA

AASHTO.

TRANSITO:

Periodo de diseno, n = 10 aiios

Tabla 6. Resumen del calculo del transite equivalente normal con nivel de

confianza.

12. Calculo del transite equivalente en el carril de diseno durante el periodo de dlsefio

para las condiciones normales, sera igual a la sumatoria anterior, multiplicada por 365

dias de cada ana y por los correspondientes factores de distribuci6n direccional (Fd) y

por carril (Fca).

Factor de distribuci6n

direccional, Fd =

N = 8345 x 365 x 0,50 x 1,0 ~ Ejes equivalentes de 8,2 ten el carril de dlsefio durante el

= L::Jperiodo de disefio,

Transito atraido (Ta) = 2% x ~

N = ~ Ejes equivalentes de 8,2 toneladas.

Transite generado (Tg) = 1% ~

x N = ~ Ejes equivalentes de 8,2 toneladas.

Transite de disefio (Ndls) = N ~ Ejes equivalentes de 8,2 t en el carril de disefio durante

+ Ta + Tg = L . : . . : : J el periodo de disefio.

Serviciabilidad

- Serviciabilidad inicial, Po = 4.5



Serviciabilidad- Serviciabilidad inicial, Po = 4.5- Serviciabilidad final, pt = 2.0- Diferencia de serviciabilidad, IPS = 4.5 - 2.0= 2.5

TIEMPO .

Confiabilidad del diseno

Nivel de confianza, R = 95%,1.645,

Desviaci6n normal estandar, Zr = •

Desviaci6n estandar, So = 0.36



, 1 " , . , . . .

I

Tlpa de AgregadoM6dula de8astlcldad, Ec

M P a . kg/cmZ

G ru eso ig ne o 5,500 ( f · C ) O . 5 17~500( f C ) O . 5

G ru es o m e ta m 6 rf ic o 4,100 ( f C ) D . 5 15.000 (fct·5

G r ue s o s e dim e n t a rio 3,600 ( f C ) O . 5 11.500 ( f C ) O . 5

S i n in fo rm a c ib n 3,900 ( f C } D . 5 12t500 (fc)o.s

Desvfacl6n estandar. s;Proyecto de pav.mento Flexible Rfaido

0.40-0.50 0.30-0.40

Construcd6n nueva 0.45 0.35 "'Sobrecapas 0.50 0.40

Transferencia de cargas, JTipo de berma: De concreto

Dispositivos de transmisi6n de cargas: SI

Tipo de pavimento: No reforzado

Senna Deasfalto De concre to

D is po si tlv os d e t ra ns m l$ lO n de carga 81 N O 81 NO

P a vim e nto n o re fo rz ad o 0 re fo rz ad o c on j un ta s 3.2 3.8-4.4 2.5- 3.1 3.6 -4.2

P a vim e nto re fo rz ad o c on tin uo 2.9-3.2 - 2.3-2.9 -

Caracteristicas del concretoResistencia del concreto a cornpresion, f'c = 245 Kg/cm2

M6dulo de ruotura del concreto,

Sc = 2.2 (fC)O.5 = 2.2x(350 Kg / cm 2)o.5

Sc = 34.4 Kg/cm2 = 3.37 MPa = 491.31 Lb/pulg2

M6dulo de elasticidad del concreto, Ec. No se tiene informaci6n del tipo de

agregado por 1 0 tanto utilizo la ecuaci6n:Ec = 12500(fc)O.5

Ec = 12500(245 Kg / cm2 )o .5

Ec = 195656 Kg/cm2 = 19193 MPa =2798147 Lb/pulg2

MODULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO, Ec.

Resistencia de la fundaci6n del pavimento

Capacidad de soporte, CBR = 10%

M6dulo de reacci6n de la subrasante, kK = 0.25 + 5.15 Log (CBR%)

K = 0.25 + 5.15 Log (10)

K = 5.4 Kg/cm3 = 54 MPa/m = 198 Lb/pulg3



,~~

, ;

CORRELACION ENTRE EL VALOR DE K Y CBR

C a p ac id a d d e so po rte ce la G ub ra sa ~, C B R f.t)

M6dulo resiliente de la subrasante, MrMr= 100xCBR

Mr= 100 x 10 = 1000 Kg/cm2 = 98.1 Mpa = 14224.5 Lb/pulg2

Espesor de la subbase granular

Hsbg = 200 mm

M6dulo resiliente de la subbase granular, Esbg: Se deterrnina con base a lametodologla de la Shell.Esgb = 0.206 x Hsbg°.45x Mr subrasanteEsgb = 0.206 x (200mm)O.45x 700 Kg/cm2

Esbg = 1564 Kglcm2 = 153 Mpa = 22353 Lb/pulg2

Factor de perdida de soporte, Ls

Tipo debase 0subbase Factor<le perdida desoporte, Ls

Bases eranuares t ca ta d as e o n cem ent a (E '" 7 ,0 0G a 14,000 M P a ) 0.0-1_0

S ub ba se s tra ta ca s c on c em e nto (E '" 3 .5 00 E l 7 .0 00 M P . a ) 0.0-1.0

B ase s a sta tu ca s IE = 2.500 a 7 .000 M P a) 0.0- 1.0,.

S u b b a s es e . st a bi li za d a s c o n as ta lt o I E = 3 0( :) a 2 ,0 00 M P a ) 0,0-1.0

Eslabi l izacloh co n c al {E = 1 50 a 1 ,0 00 M P a ) 1.0-3.0

-aterlales granlllar~ s in tra ta r (E ;;; 1 00 a 300 M P a) 1.0- 3.0

S ue lc s fm o s y s ub ra sa nte s n atu ra le s (E ::; 2 0 a 3 00 M P a) 2.0-3.0



Ls= 1.5

.

Kcc= 30 Mpa/m

D a no re la tivo , U rA dop tando un espesor de losa de 1 8 0 m m .



<=.''''- ~

." §..3- - , I ·

~ {!l

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'g ~W :0

"".,.

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Drenaje

CBR 10

K 20 Ur 295

Kc 30 Ur 275

Kcc 25 Ur 290

KCc 25 u r 286

Kefectivo 9 .5 M pa lm

Calidad de drenaje: Bueno

Coeficiente de drenaje, Cd = 1.0

Condiciones de drenaje

Temperatura media anual ponderada del aire (TMAP): 13.2 "C

Preclpltacton media anual (Pre): 676.9 mm 50 dias at ano

Promedio de lIuvias en dias al mes, (P): 4.17

% de tiempo que la estructura del pavimento esta sometida a grados dehumedad proxlmos a la saturacton.%tws=7.3%

Caracteristicas delPoreentaje del tiempo que la estructura del pavimento esta expuestaa grados

drenajede humedad pr~xima.a la seturaclon

•Menos del 1% 1-5% 5-25% Mas de 25%

Excelente 1.25-1.20 1.20-1.15 1.15-1.10 1.10

~8ueno 1.20-1.15 1.15-1.10 1.10 - 1,00 1.00

Regular 1.15-1.10 1.10 :"'1.00 1:00- 0.90 0.90

Pobre 1.10- 1.00 1.00- 0.90 0:90- 0.80 0.80

Mwymalo 1.00-0.90 0.90- 0.80 0.80- 0.70 0.70

c



")

''''1 ,- " ,"\'1}~~' 1II 4 2..,;.' . ).\.~-' • ~ " -~ ,," _, "H.!..Ii

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ECUACION BASICA DE DISENO DEL METODO AASHTO - PAVIMENTO

RIGIDO

- I

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jl~'_' ( 'I ) '_ 1) . (,i,06 -l- ,:=, -L 5 _, 15 ~ ,I, . ( ' " f "'1 -. 1'1:;-. l' )" 10 "_ 'I (, " > I " 1(,,7 ._ - ' .. . - , .. , e

I , __t,

.. (DII)"""

Remplazando las variables de la eeuaei6n baslca anterior se obtiene un

espesor de ta losa de D= 210 mm=210 mm para la unidad de diseoo de

CBR=10%.

\,.1

DIMENSIONES DE LA LOSA:Espesor de la losa = 21 em ~ 20 em por faeilidad en construcci6n

• Aneho del carril = 3.00 m

• Longltud maxima de la losa de concreto:• Criterios: Considerando losas rectanqulares• Longitud de la losa = 25 D = 25 x 21 em = 525 em = 5.25 m

• Longitud de la losa = aneho del earril x 1.25 = 3.0 m x 1.25 = 3.75 m

Relaci6n de esbeltez:

Relaci6n de esbeltez: = largo/ancho= 3.7513= 1.25 S1.25

r - ' ' - ~ - - - - ~ - - " - - "1!f

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15 .0 lUll) 0.75 OJIS 1.20 1.20 * . . 2 0 1.20 '-20 1.20

17,5 0.70 0,110 0-" 1.2(J 1.10 t O O 1.20 1.20 1.at20.0 4 1 5 0 0.80 OM O.tiO e o o HI~ 1.00 0.90 70 0 1.20 t .20 1.20

22:.~ OM UO 0.46 0'" 0,0$ 0.80 t.20 1.20 1.at2 l l > . O 0.45 0A5 0.40 0 ; . & : 1 · O.~ 0.10 1.20 \.20 1.10

N:I i1Odt , , - UO\1k_(eCl.OOC)l~'~1 15 .0 1.20 f.l0 1 ; ( ) O 1.20 1.20 t . . 2 O 1.20 1 . . 2 0 1 . 2 0. ,I

~ t7.5 1.0$ 0.95 1 1 ' . 1 1 5 uo: 1.20· 1.20 1.:20 t.20 1 . 2 0

20.0 e s o I I . Q O OM lI'.i5 MO UO 1.20' 1.20 1000 1.20 , . 2 0 1 . 2 0

2 , 7 . $ . 0.80 0.7& o . UO 1.20 t . . 2 0 uo 1.20 1.20. . : ' 25 .0 ' 0 .70 O~ 0 ' . : 1 1 4 1 1.20 1.15 UO '-20 UO 1.20

lla m as • • 117 -11t2.")

catcuto de los pasadores y de las barras de anclaje:

• Pasadores:• Espesor de la losa: 180 mm. Entrando con este valor a la Tabla 64 se tiene:

• Diarnetro del pasador = 1 1 / 8 " 29 mm

• Longitud del pasador = 400 mm

• Separaci6n entre centres = 300 mm

fsp es ord il P av im ento , Dl imet ro de l Pnador ong lt ud tot al . (mmS e p a ra c 1 6 n e n tr & cenb'ot.;

(rom) 11m Pulgadas (mm)

0-100 1 3 1 2 25 0 300.... ..

110-130 16 5 J e 30 0 3 00

140-150 19 % 3 50 300

~160-180 22 7/6 350 3 0 0190-~OO Z 5 1 3 5 0 , 3 0 0

, - . . ,

210-230 29 '1 X 4 0 0 · 3 00

240-250 32 '1 X 450· 3 00

260-280 35 1318 4 5 0 300

290-300 3 8 '1 )2 500 3 0 0

Barras de anclaje:Espesor de la losa: 210 mm. Entrando con este valor a la Tabla 67se tiene:Diametro de la barra, se adoptan de 1 /2 " 6 12.7 mm

Ancho del carril = 3.0 m

Acero de Fy = 60000 Lb/pulg2Longitud de la barra = 850 mm

Separaci6n entre centres = 1.20 m

•



'"h

"

CHEQUEO DE LOS ESFUERZOS Y DEFLEXIONES DE LA LOSA

E s q u e m a genera:l:



Con los 17 em, el cual es el espesor mfnimo para este tipo de estrueturas no

cumple, ya que para el periodo de disef'lo la estructura estarfa deteriorada.

Para un espesor de 20 em no nos eumple.

Para un espesor de 21 em. la estructura eumple. La dificultad radica en la.etapaconstructiva para poder mantener este espesor, pero es necesario.



-

") -

DIAGRAMA DEL MODELO ESTRUCTURAL DISENADO DE PAVIMENTO

RIGIDO

CHEQUEO DE LOS ESFUERZOS Y DEFLEXIONES DE LA LOSA -

PARAMETROS DE CALCULO

Los parametros de calculo son los siguientes:

- Carga apJicada, P = 40 KN = 4100 Kg = 9000 Lb

- Radio de carga, a = 15.27 em = 6 Pulg

- Espesor de la losa, h = 18 em = 7.09 Pulg

- M6dulo de reacci6n del conjunto, K = 0.54 Kg/cm3 = 19.8 Lb/pulg3 =5.4Mpalm

- M6dulo de elasticidad del concreto, Ec = 195656 Kg/cm2 = 19193 MPa

=2798147 Lb/pulg2

- Relaci6n de Poisson del concreto, IJ = 0.15

Utilizando al programa de calculo de la universidad del cauca BS-PCA, se

obtienen espesores para utilizar segun las caracterfsticas como el trans ito y

materiales como base y concreto a emplear.



T o l e r a n o i a s granulometrfcas

±6%

% ±3%

Adernas de cumplir, 10establecido en relaci6n a la preparaci6n de la superficie

existente transporte, almacenamiento y colocaci6n del material, extension y

conformaci6n del material, compactacion, terminado Construccion de la

subbase granular sobre un afirmado existente y la apertura al translto.

Ing. MANUEL ALEJANDRO LOPEZ UMANA

Especialista en Geotecnia

Vial y Pavimentos

M.P. 01108-0959 CPITVC

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