estudiopavimentossantarosaver01ok1 141126124024 conversion gate02

ESTUDIO DE ESTUDIO DE ESTUDIO DE

DISEO DE PAVIMENTOS

ESTUDIOS TECNICOS Y DISENOS PARA

COMPLEMENTAR LOS DOCUMENTOS TECNICOS

DEL PROYECTO PARA LA PAVIMENTACION DE LA

VIA URBANA EN EL SECTOR BARRO BLANCO EN

EL MUNICIPIO DE SANTA ROSA DE OSOS

MUNICIPIO DE SANTA ROSA DE OSOS DE OSOS (ANTIOQUIA)

SECTOR BARRO BLANCO CARRERA 28 DVPTRASAR 001- 2014 VER01

ESTUDIO DE PAVIMENTO

DE LA VIA URBANA EN EL SECTOR BARRO BLANCO EN EL

MUNICIPIO DE SANTA ROSA DE OSOS

1-1

NDICE DE MODIFICACIONES

REVISIN SECCIN

MODIFICADA

FECHA

MODIFICACIN

DESCRIPCIN




1-2

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIN ................................................................................................................................................. 1-5 2. ALCANCES Y OBJETIVOS .................................................................................................................................... 2-1

2.1 ALCANCE .................................................................................................................................................. 2-1 2.2 OBJETIVOS ............................................................................................................................................... 2-1

2.2.1 Objetivo General ................................................................................................................................. 2-1 2.2.2 Objetivos Especficos ........................................................................................................................... 2-1

3. TRABAJOS DE CAMPO ....................................................................................................................................... 3-2 3.1 TOMA DE LA INFORMACION PRIMARIA .................................................................................................. 3-2

4. ESTUDIO DE TRANSITO...................................................................................................................................... 4-2 4.1 NUMERO DE EJES EQUILAENTES DE 8.2 TON .......................................................................................... 4-2

5. GENERALIDADES ............................................................................................................................................... 5-3 5.1 LOCALIZACIN GENERAL DEL PROYECTOS .............................................................................................. 5-3

5.1.1 Localizacin del Proyecto .................................................................................................................... 5-4 5.1.2 Aspectos Poblacionales ....................................................................................................................... 5-5

6. CARACTERIZACION VIAL .................................................................................................................................. 6-14 6.1 ESTADO ACTUAL DE LA VIA. .................................................................................................................. 6-14

7. GEOTECNIA PARA PAVIMENTOS ..................................................................................................................... 7-17 7.1 EXPLORACIN GEOTCNICA .................................................................................................................. 7-17 7.2 CLASIFICACIN DE LOS SUELOS DE LA SUBRASANTE - SECTORIZACIN ................................................. 7-2

7.2.1 Caractersticas cualitativas .................................................................................................................. 7-2 7.2.2 Caractersticas de soporte ................................................................................................................... 7-6 7.2.3 Materiales viales Fuente de Materiales ........................................................................................... 7-6 7.2.4 Modulo Mezcla Asfltica. .................................................................................................................... 7-7

8. DISEO ESTRUCTURA PAVIMENTO ................................................................................................................. 8-15 8.1 METODOLOGIA ...................................................................................................................................... 8-15

8.1.1 Procedimiento General ..................................................................................................................... 8-15 8.1.2 Parmetros de diseo ....................................................................................................................... 8-17 8.1.3 Estructura de Diseo. ........................................................................................................................ 8-27

9. SUDRENAJES ................................................................................................................................................... 9-39 10. DISEO ESTRUCTURA EN PAVIMENTO DE HORMIGON ........................................................................... 10-41

10.1 CARACTERIZACION POR TRANSITO ..................................................................................................... 10-42 10.2 CARACTERIZACION POR CAPACIDAD DE SOPORTE ............................................................................. 10-42 10.3 CARACTERIZACION POR MATERIALES ................................................................................................. 10-42 10.4 TRASFERENCIA DE CARGA CONFINAMIENTO ................................................................................... 10-43 10.5 ESPESOR DE LA LOSA DE CONCRETO ................................................................................................... 10-43 10.6 JUNTAS ................................................................................................................................................ 10-45

10.6.1 Juntas Longitudinales ................................................................................................................. 10-45 10.6.2 Junta transversales ..................................................................................................................... 10-46 10.6.3 Sellado de Junta .......................................................................................................................... 10-47

10.7 VERIFICACION WINPAS ........................................................................................................................ 10-50 11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................................................................................... 11-53




1-3

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 Nmero total de vehculos y ejes en el periodo de diseo ......................................................................... 4-2 Tabla 2 Poblacin de Antioquia, segn censo ........................................................................................................ 5-11 Tabla 3 Poblacin de Antioquia con respecto a la poblacin Nacional. ................................................................. 5-11 Tabla 4 Poblacin total Censada, por rea y sexo, segn departamento y municipio (Santa Rosa de Osos) ......... 5-12 Tabla 5 Datos apiques .............................................................................................................................................. 7-1 Tabla 6 Compresibilidad de los suelos ...................................................................................................................... 7-1 Tabla 7 Plasticidad de los suelos ............................................................................................................................... 7-1 Tabla 8 Caracterstica del suelo de acuerdo a su plasticidad - complemento .......................................................... 7-2 Tabla 9 Caractersticas de los suelos segn clasificacin SUCS ................................................................................. 7-3 Tabla 10 Caractersticas de los suelos segn clasificacin AASHTO .......................................................................... 7-4 Tabla 11 Clasificacin de suelos para Infraestructura de Pavimentos ...................................................................... 7-4 Tabla 12 Caracterstica calificativas de los suelos de subrasante ............................................................................. 7-5 Tabla 13 Distribucin porcentual de clasificacin de los suelos de subrasante........................................................ 7-5 Tabla 14 Datos resumen de climatologa de la zona ............................................................................................... 7-11 Tabla 15 Modulo de mezcla asfltica con asfalto de penetracin 60 70 ............................................................. 7-14 Tabla 16 Modulo resiliente de diseo ..................................................................................................................... 8-19 Tabla 17 Calidad del drenaje en funcin del tiempo de remocin del agua ........................................................... 8-20 Tabla 18 Valores de coeficiente de drenaje en funcin de tiempo de exposicin prximos a la saturacin ......... 8-23 Tabla 19Modulo de elasticidad de mezcla asfltica a 20C..................................................................................... 8-24 Tabla 20 Coeficiente estructural AASHTO para subbase granular .......................................................................... 8-26 Tabla 21 Coeficiente estructural AASHTO para base granular ................................................................................ 8-26 Tabla 22 Diseo AASHTO -93 .................................................................................................................................. 8-28 Tabla 23 Sistema de falla por agrietamiento por tensin ....................................................................................... 8-30 Tabla 24 Deformacin unitaria admisible en la base carpeta asfltica ................................................................... 8-31 Tabla 25 Deformacin unitaria admisible en la subrasante .................................................................................... 8-32 Tabla 26 Deflexin Mxima Admisibles .................................................................................................................. 8-34 Tabla 27 Modulo elsticos de capas de materiales. ............................................................................................... 8-36 Tabla 28 Deformaciones actuante admisibles Consumo Modelo AASHTO - 93 ................................................ 8-37 Tabla 29 Modelo Pavimento asfltico .................................................................................................................... 8-38 Tabla 30 Clasificacin de va por transito ............................................................................................................. 10-42 Tabla 31 Tipo de subrasante ................................................................................................................................. 10-42 Tabla 32 Denominacin de la va por el tipo de soporte ...................................................................................... 10-43 Tabla 33 Descripcin del tipo de concreto hidrulico de acuerdo a la resistencia a flexo-traccin .................... 10-43 Tabla 34 Denominacin de la va por el sistema de transferencia de carga y por confinamiento ....................... 10-43 Tabla 35 Espesor de losa de concreto ................................................................................................................... 10-44 Tabla 36 Separacin mxima losas ....................................................................................................................... 10-45 Tabla 37 Barras Junta longitudinal ........................................................................................................................ 10-46 Tabla 38 Junta transversal - pasajuntas ................................................................................................................ 10-47 Tabla 39 Detalle de dimensin de corte de junta ................................................................................................. 10-47 Tabla 40 Determinacin tpica del mdulo de reaccin de la subrasante combinado. ........................................ 10-50 Tabla 41 Determinacin espesor de losa ............................................................................................................... 10-51




1-4

INDICE DE FOTOGRAFIAS

Fotografa 1 Estado actual de la va ........................................................................................................................ 5-13 Fotografa 2 Primer sector con pavimento rgido en mal estado ............................................................................. 6-15 Fotografa 3 Sector 2 en estado de superficie de rodadura a nivel de afirmado ...................................................... 6-15 Fotografa 4 Ancho de va existente ........................................................................................................................ 6-16 Fotografa 5 Apique para toma de muestras y caracterizacin de subrasante....................................................... 7-18

INDICE DE GRAFICAS

Grafica 1 Localizacin zona proyecto....................................................................................................................... 1-6 Grafica 2 Colombia en Suramrica ........................................................................................................................... 5-3 Grafica 3 Localizacin en Colombia ......................................................................................................................... 5-4 Grafica 4 Localizacin de Santa Rosa de Osos en el Departamento de Antioquia. .................................................. 5-4 Grafica 5 Antioquia en Colombia ............................................................................................................................. 5-6 Grafica 6 Mapa hidrolgico de Antioquia ................................................................................................................ 5-7 Grafica 7 Pluviografa mensual promedio ............................................................................................................... 7-10 Grafica 8 Comportamiento mensual de la temperatura en la zona ....................................................................... 7-11 Grafica 9 Esquema general de diseo ................................................................................................................... 8-16 Grafica 10 Geometra de seccin tpica .................................................................................................................. 8-21 Grafica 11 Caracterstica drenante de la base ........................................................................................................ 8-22 Grafica 12 Estructura de diseo AASHTO -93 ....................................................................................................... 8-29 Grafica 13 Puntos de control en diseo de pavimento asfltico ............................................................................ 8-35 Grafica 14 Modelo tpico de seccin de clculo ...................................................................................................... 8-37 Grafica 15 Estructura de diseo pavimento asfaltico ............................................................................................ 8-38 Grafica 16 Resultante del movimiento de agua en montaa ................................................................................. 9-40 Grafica 17 Ubicacin del dren y las capas estructurales ......................................................................................... 9-41 Grafica 18 Esquema de corte de junta transversal ............................................................................................... 10-48 Grafica 19 Esquema complementario ubicacin de pasajunta y corte de junta .................................................. 10-48 Grafica 20 Resumen diseo de pavimento rgido ................................................................................................. 10-49

TABLA DE ANEXOS

ANEXO 1 ................................................................................................................ CONTEO VEHICULAR




1-5

1. INTRODUCCIN

El municipio de Santa Rosa de Osos realiza la invitacin pblica No. 068 de 2014 la cual fue aceptada a

la empresa DISEOS, VAS Y PAVIMENTOS S.A.S., cuyo objeto es ELABORACION DE ESTUDIOS

TECNICOS Y DISENOS PARA COMPLEMENTAR LOS DOCUMENTOS TECNICOS DEL PROYECTO PARA LA

PAVIMENTACION DE LA VIA URBANA EN EL SECTOR BARRO BLANCO EN EL MUNICIPIO DE SANTA

ROSA DE OSOS.

El objetivo del municipio es a ampliacin y el mejoramiento del estado de las vas urbanas y rurales y

sus componentes estructurales.

La cabecera municipal de Santa Rosa de Osos cuenta con dos vas de acceso. Una de ellas es la va

circunvalar por la cual circulan la mayora de los vehculos pesados, y la otra es la va de acceso

principal (Carrera 28A) que comunica el sector de La Variante en la Troncal de Norte con el parque

principal del municipio y por la cual circula una muy variada composicin vehicular.

Estas dos vas han servido durante varias dcadas para atender el flujo de vehculos que entra y sale del

rea urbana del municipio. Sin embargo, el crecimiento de la poblacin y el aumento de la cantidad de

vehculos circulando han sacado a la luz la necesidad ampliar, mejorar o construir vas alternas de

acceso para descongestionar la red vial existente, proporcionar una mayor capacidad de transporte y

mejorar el nivel de servicio de la red vial en general.

Es as como desde hace varios aos, la comunidad ha planteado la posibilidad de pavimentar la Carrera

28, conocida popularmente como Barro Blanco o Calle Colombia. Esta va tiene gran potencial no

solo para ser una futura arteria de la ciudad sino tambin puede ser considerada como infraestructura

social y econmica debido a que con ella se mejora la calidad de vida de los habitantes de la zona de

influencia y se proporciona una ruta directa para el suministro de materias primas a las fbricas textiles

u otros establecimientos comerciales ubicados en el sector. La va est ubicada en el Barrio Colombia

(09 sector 2 segn la zonificacin del POT) y comprende toda la carrera 28 desde la calle 30B

continuando por la calle 31 hasta la 28 A acceso a la Terminal de Transporte del Municipio.




1-6

Grafica 1 Localizacin zona proyecto

FUENTE: MUNICPIO DE SANTA ROSA

Se presenta aqu el Estudio para el Diseo de la Estructura del Pavimento, en base a la exploracin

geotcnica y consideraciones de carga vehicular.




2-1

2. ALCANCES Y OBJETIVOS

2.1 ALCANCE

Como criterio general, se tratar de establecer y/o comprobar los parmetros de diseo para la

ejecucin de la obra en lo relativo a cargas vehiculares, considerando los factores que afecta esta

variable, en el sentido de las mejoras que involucra una va de altas especificacin y su atractivo a su

uso ya sea por necesidad, turismo, o por el incremento propio del parque automotor dadas las

condiciones socio econmica de un pas y una regin.

2.2 OBJETIVOS

2.2.1 Objetivo General

Ejecutar los Estudios para la definicin de los parmetros del trnsito, carga y medioambientales que

tienen incidencia en el diseo de pavimento de tal manera que se cumpla con lo establecido en los

trminos de referencia de la Pavimentacin de la Va en estudio. Proyectar una estructura de

pavimento competente para asumir las cargas de transito bajos las condiciones medioambientales

imperantes en el sector de estudio, establecer materiales viales adecuados a los parmetros

anteriormente sealados.

2.2.2 Objetivos Especficos

Recopilacin de informacin de estudios previos a nivel regional o nacional.

Analizar el efecto del trnsito en la zona.

Calculo del nmero de ejes equivalentes a 8.2 ton

Evaluacin de la estructura existente.

Determinar unidades homogneas en el aspecto geotcnico.

Definir caractersticas de los materiales viales.

Definir sistema de intervencin para la construccin de la va.

Definir el espesor de las distintas capas de la estructura del pavimento.




4-2

3. TRABAJOS DE CAMPO

3.1 TOMA DE LA INFORMACION PRIMARIA

Se hizo inspeccin de la zona del proyecto, con la finalidad de establecer algunos aspectos

topogrficos, ambientales y sociales. Los datos bsicos de conteo son suministrados de estudios

anteriores.

Se realiz prospeccin geotcnica con apique en la va a efecto de caracterizar los suelos de

subrasante.

4. ESTUDIO DE TRANSITO

4.1 NUMERO DE EJES EQUILAENTES DE 8.2 TON

Del volumen de Estudio de Transito se establece que:

Transito Total Proyectado en el Periodo de Diseo

Tabla 1 Nmero total de vehculos y ejes en el periodo de diseo

BUSETAS BUSES C2g C2G C3 BUSETAS BUSES C2g C2G C3 PARCIAL TOTAL

2014 9 3 22 4 2 657 547 5,902 2,109 1,693 10,908 10,908

2015 10 4 23 5 3 292 4,197 1,341 1,582 2,540 9,952 20,860

2016 11 5 24 6 4 365 4,380 1,609 2,109 3,387 11,850 32,710

2017 12 6 25 7 5 438 4,562 1,877 2,637 4,234 13,748 46,458

2018 13 7 26 8 6 511 4,745 2,146 3,164 5,080 15,646 62,104

2019 14 8 27 9 7 584 4,927 2,414 3,691 5,927 17,543 79,647

2020 15 9 28 10 8 657 5,110 2,682 4,219 6,774 19,442 99,089

2021 16 10 29 11 9 730 5,292 2,951 4,746 7,621 21,340 120,429

2022 17 11 30 12 10 803 5,475 3,219 5,274 8,468 23,239 143,668

2023 18 12 31 13 11 876 5,657 3,487 5,801 9,314 25,135 168,803

2024 19 13 32 14 12 949 5,840 3,755 6,329 10,161 27,034 195,837

2025 20 14 33 15 13 1,022 6,022 4,024 6,856 11,008 28,932 224,769

2026 21 15 34 16 14 1,095 6,205 4,292 7,383 11,855 30,830 255,599

2027 22 16 35 17 15 1,168 6,387 4,560 7,911 12,702 32,728 288,327

2028 23 17 36 18 16 1,241 6,570 4,828 8,438 13,548 34,625 322,952

2029 24 18 37 19 17 1,314 6,752 5,097 8,966 14,395 36,524 359,476

2030 25 19 38 20 18 1,387 6,935 5,365 9,493 15,242 38,422 397,898

2031 26 20 39 21 19 1,460 7,117 5,633 10,021 16,089 40,320 438,218

2032 27 21 40 22 20 1,533 7,300 5,902 10,548 16,936 42,219 480,437

2033 28 22 41 23 21 1,606 7,482 6,170 11,075 17,782 44,115 524,552

2034 29 23 42 24 22 1,679 7,665 6,438 11,603 18,629 46,014 570,566

19,710 118,620 77,790 211,692 570,566

Acumulado

TOTALES

TPDA EJES EQUIVALENTES A 8.2 tonAO

FUENTE: PROPIA




5-3

La mayor incidencia en efecto de carga para el pavimento lo representa los camiones clase C3.

El nmero total de ejes equivalentes a 8.2 ton es:

195,837 para 10 aos diseo pavimento asfaltico.

570,566 para 20aos diseo pavimento rgido.

5. GENERALIDADES

5.1 LOCALIZACIN GENERAL DEL PROYECTOS

El proyecto se localiza en la carrera 28 tambin conocida como barro blanco o calle Colombia. El tramo

directamente afectado tiene una longitud aproximada de 500 m. y est ubicada en la cabecera del municipio

de Santa Rosa de Osos Antioquia.

Localizacin en Suramrica

Grafica 2 Colombia en Suramrica

En la grfica No. 2 se muestra la localizacin de

Colombia en el mbito Suramericano.

Colombia, de 1.141.748 km2 de extensin, est

situada al Noroeste de Amrica del Sur, es el cuarto

pas en tamao de la regin, limita al norte con

aguas jurisdiccionales de Honduras, Jamaica y Hait,

al este con Venezuela y Brasil, al sur con Per y

Ecuador, al oeste con aguas jurisdiccionales de

Costa Rica y Panam, y al noroeste con Panam.

Las coordenadas geogrficas generales del Pas son: Latitud 4 35 56 al Norte y Longitud 72 04

51.30 al Oeste.




5-4

5.1.1 Localizacin del Proyecto

El proyecto est ubicado en la zona norte del Departamento de Antioquia, entre las coordenadas

geogrficas 063850N y 752738W.

Grafica 3 Localizacin en Colombia

Fuente: Wikipedia

5.1.1.1 Localizacin Departamental

Grafica 4 Localizacin de Santa Rosa de Osos en el Departamento de Antioquia.

Fuente: Wikipedia




5-5

5.1.2 Aspectos Poblacionales

5.1.2.1 DEPARTAMENTO DE ANTIOQUIA

Antioquia es un departamento de Colombia, localizado al noroeste del pas. Ocupa un territorio de

63.612 km que limita al norte con el mar Caribe y con el departamento de Crdoba; al occidente con

el departamento del Choc; al oriente con los departamentos de Bolvar, Santander y Boyac; y al sur

con los departamentos de Caldas y Risaralda. Es el 6 departamento ms extenso de Colombia, y el

ms poblado, si se tiene en cuenta que el distrito capital de Bogot es una entidad administrativa

especial. Su organizacin territorial comprende nueve subregiones y su capital es la ciudad de Medelln.

En el territorio antioqueo habitan actualmente 6.299.990 personas en un total de 125 municipios.

Ms de la mitad de la poblacin reside en el rea metropolitana del Valle de Aburr. Su economa

genera el 13% del PIB colombiano, ubicndose en segundo lugar tras Bogot.

Aunque antes de la conquista espaola ya haba asentamientos indgenas en el territorio, y

posteriormente con la llegada de aqullos se fundaron algunas poblaciones, la historia del

departamento como entidad territorial comienza en 1569 cuando se ordena su separacin de

la Gobernacin de Popayn. El 30 de octubre de 1584 Santa Fe de Antioquia, que antes dependa de

dicha gobernacin, se convierte en capital de la Provincia de Antioquia. En 1830, con la desintegracin

de la repblica de la Gran Colombia, vuelve a emerger como provincia hasta 1856, cuando se conform

en estado Soberano. En 1886 se convirti en el actual departamento con la desaparicin de los Estados

Unidos de Colombia.




5-6

Grafica 5 Antioquia en Colombia

. FUENTE: GOBERNACION DE ANTIOQUIA

5.1.2.2 HIDROGRAFA.

Antioquia est baada al norte, en sus COSTAS, por el MAR CARIBE. Al occidente recibe

la HUMEDAD del OCANO PACFICO, en la zona de sus SELVAS.

En cuanto a sus ros, son muy numerosos y establecen el origen de su

potencial HIDROGRFICO e HIDROELCTRICO, cuenta con varias fuentes; entre ellas, los ros ms

importantes son el ATRATO, que la separa del departamento del CHOC; el CAUCA, que la atraviesa

por el centro y separa la CORDILLERA OCCIDENTAL de la CENTRAL, en el corazn del departamento, y

el MAGDALENA, que le sirve de lmite con el departamento de SANTANDER, en el extremo oriente de la

regin.20




5-7

Otros ros de relativa importancia en el departamento son el Ro Medelln o Ro Porce (su nombre

cambia cuando termina de atravesar el valle de Aburr) y el Ro Nech, en cuyas aguas desemboca el

Porce. El ro Nare, que en su cuenca alta recibe el nombre de ro Negro, no es el ms caudaloso, ni el

ms largo, pero su cuenca es hoy la ms importante de Antioquia ya que aporta todo su caudal para

los embalses de Guatap y San Lorenzo, y parte de l para Playas y Punchin; el sistema interconectado

de embalses que origina su cuenca genera el 30% de la hidroelectricidad de Colombia. El ro San Juan,

el ro Penderisco y el ro Claro, tambin hacen parte de la hidrografa del departamento.

La riqueza hdrica del departamento tambin est representada en sus mltiples cinagas, como las

de Buchad, Los Medios, Tumarad, Caucasia, Nech, El Bagre, Yond y Puerto Berro.

Grafica 6 Mapa hidrolgico de Antioquia

FUENTE: GOBERNACION DE ANTIOQUIA




5-8

5.1.2.3 CLIMA.

Los principales factores geogrficos que condicionan el clima de Antioquia son: su localizacin en la

zona ecuatorial al noroeste de Colombia; la presencia de los ramales occidental y central de

la cordillera de los Andes que cruzan de sur a norte; su cercana a los ocanos Atlntico (mar Caribe)

y Pacfico; y por ltimo su vegetacin.

La localizacin de Antioquia en la zona ecuatorial de Amrica influye en las temperaturas promedio de

sus regiones, desde temperaturas muy altas en las tierras bajas de Urab y del Nordeste, as como en

las tierras bajas de los valles de los ros Magdalena, Cauca, Porce y Nech, hasta las muy fras de

los pramos de Sonsn y Belmira (cordillera central) y de Frontino (cordillera occidental).

La temperatura disminuye cuando aumenta la altura sobre el nivel del mar, ms o menos a una tasa de

5.3 grados centgrados por cada kilmetro de ascenso (5.3 C/km).

Otros factores que influyen sobre la temperatura son: el tipo de vegetacin dominante, por su efecto

de sombro y por el enfriamiento que resulta de la evaporacin y transpiracin del vapor de agua por

las plantas; la cercana a los ocanos por el influjo de las brisas marinas; y la posicin con respecto a los

valles interandinos por la direccin en la circulacin de los vientos hmedos, y por el efecto de recibir

la radiacin solar principalmente en la maana o en la tarde.

5.1.2.4 GEOGRAFA.

El territorio poltico del departamento de Antioquia est localizado al noroccidente de Colombia, con

dos tercios (2/3) de su rea en la Regin Andina, su zona noroccidental en el litoral Caribe y su rea

occidental en la llanura de la Regin Pacfica. Ocupa un rea total de 62.150 km, lo que corresponde al

5,44% del territorio nacional continental. El departamento est cruzado por las cordilleras Central y

Occidental y su relieve es uno de los ms escarpados del mundo. El mayor asentamiento humano se

presenta en el rea del valle de Aburr y sus regiones aledaas, es decir, el rea que rodea a la ciudad




5-9

de Medelln. Buena parte del territorio antioqueo son llanuras que se extienden al occidente, norte y

oriente. Los nicos lmites montaosos de Antioquia son aquellos del sur, con los departamentos

de Caldas, Risaralda y Choc, y un tramo de Bolvar, al nororiente. Tiene adems 240 kilmetros de

costa sobre el mar Caribe.

5.1.2.5 Santa Rosa de Osos

POSICIN GEOGRFICA

Santa Rosa de Osos es un municipio de Colombia, localizado en la subregin norte del departamento

de Antioquia. Limita por el norte con los municipios de San Andrs de

Cuerquia, Yarumal, Angostura y Carolina del Prncipe, por el este con los municipios de Carolina del

Prncipe y Guadalupe, por el sur con los municipios de Don Matas, San Pedro de los

Milagros y Entrerros y por el oeste con los municipios de Entrerros, Belmira y San Jos de la Montaa.

Su cabecera dista 74 kilmetros de la ciudad de Medelln, capital del departamento de Antioquia.

El municipio posee una extensin de 812 Km2, su cabecera est ubicada a 2.550 m.s.n.m con una

temperatura promedio de 13 C y alberga una poblacin de 42.589 habitantes (segn E.B.O.T.)

CLIMATOLOGA Y SUPERFICIE

El rea del Municipio de Santa Rosa de Osos se estima, segn los datos del anuario estadstico de

Antioquia, en 812 km2.

En trminos generales la zona registra un clima frio muy uniforme a travs del ao. La temperatura

promedio es de 14C, a una altitud promedio de 2.550 m.s.n.m de la cabecera municipal y est

conformada por vertientes fras.

ECOLOGA

El Municipio de Santa Rosa de Osos cuenta con un sistema hdrico bastante complejo, resaltando el

hecho de que la mayor parte su territorio est baado por las aguas de los ros Grande y Guadalupe,

otras zonas ms pequeas drenan a las subcuencas de los ros Concepcin, Tenche, Porce y San Andrs.

En cuanto a bosques, an persisten reas de bosque intervenido en la Reserva Natural Ecolgica

Protectora del Alto San Isidro, en la Reserva Natural Ecolgica Protectora La Sierra y en la Reserva




5-10

Natural Ecolgica Protectora del Cerro San Jos, sta ltima declarada por el Municipio como rea de

Manejo Especial. En estas zonas se conserva una buena cantidad de fauna nativa que se encuentra

protegida por normatividad ambiental.

ECONOMIA

Santa Rosa de Osos es un Municipio con grandes ventajas comparativas en cuanto a oferta territorial

se refiere, dado que se encuentra en una posicin geogrfica estratgica en el Departamento de

Antioquia, al ser paso obligado para los vehculos que transitan hacia la Costa Atlntica y hacer parte

del llamado anillo vial del Norte. Cuenta adems con un unas condiciones climticas propicias para

diversidad de actividades agropecuarias y se tiene una infraestructura vial en buen estado y con

buenas especificaciones tcnicas. Tambin se tiene un stock de recursos naturales que marca la

diferencia con respecto a lo ofrecido desde el punto de vista natural por otros territorios. La actividad

agrcola del Municipio de tipo comercial est sustentada en los cultivos de tomate de rbol, papa,

lulo, uchuva y frjol voluble en la zona del altiplano. La produccin en la zona de vertiente que posee

unas caractersticas climticas diferentes, est basada en los cultivos de frjol arbustivo (radical), caa

panelera, pltano asociado con caf, guayaba y yuca. La explotacin ganadera lechera es la actividad

econmica ms importante dadas las ventajas asociadas a la red vial y su localizacin cerca al rea

Metropolitana del Valle de Aburr. Otra explotacin pecuaria encontrada es la porcicultura, asociada

a la produccin de leche con la utilizacin de la porquinaza como abono de los pastizales. En lo que

respecta a las actividades econmicas de tipo industrial, comercial y de servicios, predominan las

industrias de procesamiento de productos lcteos con nuevos desarrollos en biotecnologa vegetal y

animal, sumado a un amplio potencial forestal y turstico, y con no pocas alternativas comerciales. Se

detecta un amplio intercambio de insumos y productos, necesarios para la actividad agropecuaria del

Municipio, por lo cual se puede establecer que el destino de la produccin tiene influencia local,

regional, nacional e internacional. Tambin ocupa un rengln importante de la economa de Santa

Rosa de Osos, la manufactura en donde hay 33 empresas de confeccin, muchas de las cuales le

confeccionan a grandes empresas y supermercados de cadena como el xito.

5.1.2.6 Condiciones demogrficas

En la siguiente tabla se muestran los datos de poblacin establecidos por el Dane, (en el ltimo

censo) en el Departamento de Antioquia.




5-11

Tabla 2 Poblacin de Antioquia, segn censo

Ao Poblacin

Total Hombres Mujeres

1985 4,118,938 2,052,974 2,065,964 1990 4,499,838 2,231,341 2,268,497 1995 4,892,418 2,409,128 2,483,290 2000 5,289,302 2,590,923 2,698,379 2005 5,682,276 2,778,262 2,904,014

FUENTE: DANE

Tabla 3 Poblacin de Antioquia con respecto a la poblacin Nacional.

FUENTE: DANE

Tabla 4 Tasa de crecimiento Nacional y Departamental

FUENTE: DANE




5-12

Tabla 4 Poblacin total Censada, por rea y sexo, segn departamento y municipio (Santa Rosa de Osos)

FUENTE: DANE

05 ANTIOQUIA




5-13

(DINMICA DEMOGRFICA

Grafica 5. Poblacin del Municipio de Santa Rosa de Osos

Fuente: Sisben 2011

La poblacin Santarrosana entre los aos 2006 y 2011 ha aumentado en 8640 habitantes.

Histricamente se puede observar una tendencia ascendente en el crecimiento poblacional del

Municipio (del 20,45% en los ltimos seis aos), producto de las actividades econmicas de alto

rendimiento (la agroindustria, oferta en educacin, el comercio y la minera en los ltimos aos), as

como de los fenmenos migratorios y de desplazamiento originados por el conflicto armado, lo cual

ocasiona el arribo de poblacin flotante en busca de mejores oportunidades socio econmicas.

Fotografa 1 Estado actual de la va

Fuente: Google Earth




6-14

Esta va tiene gran potencial no solo para ser una futura arteria de la ciudad sino tambin puede ser

considerada como infraestructura social y econmica debido a que con ella se mejora la calidad de vida

de los habitantes de la zona de influencia y se proporciona una ruta directa para el suministro de

materias primas a las fbricas textiles u otros establecimientos comerciales ubicados en el sector.

Esta va histricamente ha carecido de adecuaciones urbansticas que aporten al bienestar de la

comunidad y de una superficie de rodadura cmoda y segura para el trnsito vehicular. Esta situacin

plantea la necesidad de disear una infraestructura vial que optimice las exigencias presentadas por la

circulacin vehicular, teniendo como objetivo principal proporcionar un sistema que brinde eficiencia,

y sea a su vez seguro, econmico y durable en el tiempo.

6. CARACTERIZACION VIAL

6.1 ESTADO ACTUAL DE LA VIA.

La va a evaluar es una va que se encuentra en un primer tramo con un pavimento muy deteriorado y

un segn tramos sin ninguna intervencin, corresponde a un terreno ondulado con una capacidad de

soporte de la subrasante media. Nivel de trnsito vehicular es bajo.

El primer sector se encuentra en pavimento rgido en muy mal estado y las de la mitad de la zona del

proyecto se encuentra a nivel de afirmado, sin una adecuada estructura que permita la operacin

vehicular confortable y segura.




6-15

Fotografa 2 Primer sector con pavimento rgido en mal estado


Fotografa 3 Sector 2 en estado de superficie de rodadura a nivel de afirmado





6-16

Fotografa 4 Ancho de va existente


La va existente tiene un ancho irregular, pero sus dimensiones promedios se pueden establecer como:

Nmero de carriles: 2

Ancho de carriles: 2.90m

Ancho de andn: 1.40m

Debe haber restriccin de no parqueo, dado el ancho de la va y en caso de accesos a comercio se debe

implementar horarios de carga y descarga. Esta restriccin debe ser ms relevante si por la va se va a

implementar rutas regulares de buses o sistema pblico de transporte de pasajero o cuando se utilice

como va variante por eventos no previstos.

Segn el Plan Bsico de Ordenamiento territorial esta va est clasificada como residencial y el PLAN

VIAL (Articulo 26) establece que para vas nuevas, las dimensiones mnimas a establecer sern:

Calzada: 6.0m

Anden: 1.00m




7-17

Lo anterior determina carriles de 3.0m de anchos.

Como consecuencia de la caracterizacin vial se obtiene los siguientes parmetros de diseo mnimos

en los tramos nuevos a construir:

Tabla 5 PARAMETROS DE DISEO DE ACUERDO A LA CARACTERIZACION DE LA VIA

Parmetro Valor Parmetro Valor

Velocidad de diseo 40 km/h Ancho de zona 20 24 m

Ancho de calzada 6 m Ancho de Anden 1.0 m

Pendiente Transversal 2% Pendiente longitudinal

mxima 4%

Peralte mximo 6% Radio de curvatura 15m

Fuente: PROPIA

7. GEOTECNIA PARA PAVIMENTOS

7.1 EXPLORACIN GEOTCNICA

La exploracin de campo en el rea de la geotecnia vial consisti de apiques aproximadamente cada

130 m, hasta una profundidad de hasta 1.1 m, en donde se definieron los distintos estratos

constituyentes de la estructura actual del pavimento. De cada estrato se realizaron ensayos para

clasificacin de los suelos:

Gradacin

Limite liquido

Limite plstico

Igualmente a nivel de subrasante se realizaron CBR inalterados en el caso de suelos granulares se

realizaron CBR de laboratorio, densidad de campo y equivalentes de arena.

La estructura actual corresponde a suelos naturales, muy homogneos en vertical, hasta la profundidad

de anlisis.




7-18

Fotografa 5 Apique para toma de muestras y caracterizacin de subrasante

Fuente: PROPIA




7-1

Tabla 5 Datos apiques

Seccion ABSCISA PROFUNDIDAD (m)Humedad.

Natural (%)

%Pasa Tamiz

No 10

%Pasa

Tamiz No 40

%Pasa Tamiz

No 200

Limite

Liquido

Indice de

PlasticidadCBR

NEVEL

FREATICO

Indice de

GrupoA.A.S.H.T.O U.S.C

1 APIQUE 1 0.2 9.6 16.5 7.7 2.2 NL NP A-1-a GP

2 APIQUE 1 0.8 17.0 96.1 63.5 45.4 45.0 16.0 2.9 4 A-7-6 SM

3 APIQUE 2 0.3 19.3 23.0 14.4 8.2 37.0 8.0 0 A-2-4 GP GM

4 APIQUE 2 0.7 14.6 89.7 73.4 54.0 52.0 20.0 1.1 9 A-7-5 MH

5 APIQUE 3 0.4 13.9 92.8 66.4 22.0 45.0 18.0 1 A-2-7 SM

6 APIQUE 3 0.7 19.5 94.1 61.7 42.9 48.0 19.0 2.5 4 A-7-6 SM

7 APIQUE 4 0.5 19.7 61.3 38.3 19.2 37.0 11.0 0 A-2-6 SM

8 APIQUE 4 0.9 19.8 98.0 77.4 55.9 49.0 17.0 1.2 8 A-7-5 ML

LOCALIZACION CARACTERIZACION CLASIFICACION

DESCRIPCION

Arena limosa

Limo de baja plasticidad

Grava pobremente gradada

Limo arenoso

Grava con limo pobremente grdada

Limo de alta pplasticidad

Arena limosa

Arena limosa

Fuente: PROPIA




7-1

Anlisis de las condiciones de humedades de la subrasante.

Las humedades naturales reportadas estn en el rango de 9% al 20%.

Un alto porcentajes de suelos son preconsolidados, estimado de la correlacin existente este la

humedad natural y el lmite lquido).

Por correlacin1, se determina la compresibilidad de los suelos naturales as:

Tabla 6 Compresibilidad de los suelos

Trmino utilizado Limite Liquido (LL)

Ligera a baja compresibilidad 0 a 30

Moderada a intermedia 31 a 50

Alta compresibilidad 51 y mayor

Fuente: MECANICA DE SUELOS K. TERZAGI

Igualmente se determina la plasticidad y resistencia en estado seco:

Tabla 7 Plasticidad de los suelos

Trmino utilizado ndice de plasticidad (IP) Resistencia en estado seco

No plstico 0- 3 Muy baja

Ligeramente plstico 4-15 Ligera

Medianamente plstico 15 30 Mediana

Muy plstico 31 o mayor Alta


Otros trminos utilizado comnmente para determinar el grado de actividad del suelo es con respecto

al contenido de arcillas2, como se muestra en la tabla siguiente:

1 K. Terzaghi, Teoretical Soil Mechanic, John Wiley & Son, 1943

2 Manual para el diseo de carreteras pavimentadas de bajo volumen de transito Ministerio de Transporte y

comunicaciones del Per - 2007




7-2

Tabla 8 Caracterstica del suelo de acuerdo a su plasticidad - complemento


En un alto porcentaje de las muestras ensayadas presentan compresibilidad baja a intermedia y

plasticidad baja a media y caracterizndose por ser suelos arcillosos.

7.2 CLASIFICACIN DE LOS SUELOS DE LA SUBRASANTE - SECTORIZACIN

7.2.1 Caractersticas cualitativas

Las gravas y las arenas se clasifican como limpias o con finos cuando el porcentaje de estos es inferior

al 5% o superior al 12% respectivamente.

Por condiciones de drenaje y comportamiento mecnico se acepta, normalmente, lo establecido en la

tabla9.




7-3

Tabla 9 Caractersticas de los suelos segn clasificacin SUCS

Fuente: INGENIERIIA GEOLOGICA

La AASHTO establece condiciones de tipologa y calidad como subrasante de los suelos como se

observa en la tabla No. 10.




7-4

Tabla 10 Caractersticas de los suelos segn clasificacin AASHTO


Adems, se establece en la clasificacin AASHTO que a mayor ndice de grupo el suelo es menos

satisfactoria

El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relacin entre el comportamiento de los suelos

principalmente utilizados como bases y subrasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas3, la

tabla No. 911 da una clasificacin tpica:

Tabla 11 Clasificacin de suelos para Infraestructura de Pavimentos


3 Mecnica de suelos Universidad Catlica de Chile - 2008

CBR CLASIFICACION

0 3 Subrasante muy mala

3 7 Subrasante mala

7 20 Subrasante regular a buena

20 30 Subrasante muy buena

80 100 Base muy buena




7-5

En base a los resultados de la exploracin geotcnica y a las correlaciones arriba mencionadas, se

presenta un resumen de las caractersticas geomecnicas esperada de los suelos de subrasante

estudiados en el corredor vial.

Tabla 12 Caracterstica calificativas de los suelos de subrasante

RESISTENCIA

Seccion ABSCISA PROFUNDIDAD (m)Humedad.

Natural (%)

Limite

Liquido

Indice de

Plasticidad

Indice de

GrupoA.A.S.H.T.O U.S.C CBR PLASTICIDAD COMPRESIBILIDAD

RESITENCIA SUELO

SECO

CAPACIDAD DE

SOPORTE

1 APIQUE 1 0.2 9.6 NL NP A-1-a GPNo arcilloso Ligera Baja

2 APIQUE 1 0.8 17.0 45.0 16.0 4 A-7-6 SM 2.9Arcillososo Intermedia Media Muy mala

3 APIQUE 2 0.3 19.3 37.0 8.0 0 A-2-4 GP GMPoco arcilloso Moderada Ligera

4 APIQUE 2 0.7 14.6 52.0 20.0 9 A-7-5 MH 1.1Arcilloso Alta Media

5 APIQUE 3 0.4 13.9 45.0 18.0 1 A-2-7 SMArcilloso Intermedia Mediana Muy mala

6 APIQUE 3 0.7 19.5 48.0 19.0 4 A-7-6 SM 2.5Arcilloso Intermedia Mediana

7 APIQUE 4 0.5 19.7 37.0 11.0 0 A-2-6 SMArcilloso Intermedia Ligera

8 APIQUE 4 0.9 19.8 49.0 17.0 8 A-7-5 ML 1.2 Poco arcilloso Intermedia Ligera Muy mala

LOCALIZACION HUMEDAD CLASIFICACION CARACTERISTICA

Fuente: PROPIA

Tabla 13 Distribucin porcentual de clasificacin de los suelos de subrasante

Fuente: PROPIA




7-6

De lo anterior se deduce que existe un alto porcentaje de suelos son tipo finos limo - arenosos (SM)

que corresponden a suelos lateriticos (rojos) especialmente en la subrasante; pero se identifican suelos

problemticos de muy baja capacidad portante, alta expansibilidad y plasticidad, baja capacidad

drenante como los MH.

7.2.2 Caractersticas de soporte

Los valores de los CBR se encuentran entre 1.1% y 2.9%, lo cual significa muy baja capacidad de soporte

y todo los sistemas de diseo considerar que en la presencia de estos tipos de suelos se deben realizar

reemplazos o mejoramientos, a efecto de obtener mdulos combinados de la subrasante de mejores

caractersticas.

Debido a que el sector es poca longitud a que los suelos son homogneos en cuanto a su calificacin

(particularmente en la subrasante natural) y por facilidades constructivas se determina un solo tramo

homogneo, a efecto de obtener las caractersticas de resistencia de a subrasante. No se considera los

rellenos, aproximadamente 35 cm en el pavimento deteriorado y 10 cm en afirmado, dado su pobre

condicin en cuanto al cumplimiento de especificaciones y condiciones ptimas de aporte estructural.

7.2.3 Materiales viales Fuente de Materiales Subrasante: Los suelos reportados se consideran poco competentes en cuanto a la calidad como

subrasante, en este caso dado su alto contenido de materiales arcillosos. Subrasantes con CBR menor a

3%, deben ser modificadas o reemplazadas hasta obtener un valor mnimo de del 3%, preferiblemente

5%, como CBR de la combinacin del sistema.

Afirmado o rellenos: El material de rellenos debe cumplir lo dispuesto en los artculos 300 - 07 y 311 -

07 de las especificaciones generales de construccin, adems este material debe tener como mnimo

un CBR de 10%.




7-7

Subbase: El material de subbase debe cumplir todo lo dispuesto en los artculos 300 - 07 y 320 - 07 de

las especificaciones INVIAS y el CBR a una densidad del 95 % del Proctor modificado deber ser

mnimo 30%.

Base granular: Este material deber cumplir todo lo establecido en los artculos 300 - 07 y 330-07, de

las especificaciones INVIAS actualizadas, el CBR a una densidad del 95 del Proctor modificado deber

ser mnimo del 100%.

Carpeta asfltica: dada las condiciones climticas y de trnsito de la regin se debe garantizar un

adecuado comportamiento de la carpeta asfltica, y cumplir con lo establecido en la especificacin

450-07 del INVIAS.

Concreto para losas de pavimento: el hormign de las losas para estructura de pavimento deber

cumplir mnimo con un mdulo de rotura de 3.9 MPa, a los 28 das de colocado y bajo condiciones

controladas de curado.

Acero de refuerzo: Los pasadores de cargas ser sin estras o corrugaciones, los refuerzos de amarre

lateral debern ser corrugados; la resistencia a la fluencia ser de 420 MPa.

La caracterstica de la mezcla asfltica a utilizar se resume a continuacin.

7.2.4 Modulo Mezcla Asfltica.

La rigidez de la mezcla asfltica es de primordial importancia al determinar que tan bien se comporta

un pavimento y es esencial para el anlisis de la respuesta del pavimento a las cargas vehiculares.

El mdulo dinmico de la mezcla lo afectan los siguientes factores:

Nivel de esfuerzos

Frecuencia de carga




7-8

Tipo de cemento asfltico

Contenido de cemento asfltico

Tipo de agregado

Contenido de vacos de la mezcla

Tipo y contenido de modificadores

Procedimiento y tipo de la prueba o test

Temperatura de la mezcla.

Los diversos estudios sobre pruebas diametrales y pruebas axiales muestran que existe poca influencia

del nivel de esfuerzos y de la frecuencia de carga sobre el mdulo de la mezcla; se observa un ligero

incremento del valor del mdulo al aumentar la frecuencia de la carga. Por otro lado, se observa que

las pruebas diametrales dan resultados mayores de mdulos a los obtenidos por ensayos axiales. Los

mdulos de las mezclas asflticas son mayores para bajos niveles de carga y decrecen con incrementos

en el contenido de asfalto y con altos contenidos de vacos.

El mdulo de la mezcla asfltica depende considerablemente de la temperatura a la cual se realiza la

prueba o a la cual opera la va. Se ha determinado que con un incremento en la temperatura se

produce un decremento notable en los valores de los mdulos de la mezcla. Investigadores han

observado que al aumentar la temperatura de 0 a 20C, se tiene un decremento del 60 al 70% en los

valores del mdulo y alrededor del 90% de disminucin de los valores, cuando se incrementa la

temperatura de la prueba de 20 a 40C.

Existen diversos mtodos de laboratorio para determinar el valor del mdulo de la mezcla asfltica.

Para efecto de este diseo se establece el valor del mdulo de la mezcla asfltica en base a

correlaciones aceptadas a este nivel de los estudios. Este valor de mdulo se debe comprobar con

ensayos dinmicos sobre la mezcla fabricada en la regin, y hacer los ajustes correspondientes al

diseo.

Para efecto del presente estudio se consideran asfaltos de penetracin 60 70, considerando su mejor

desempeo para control de roderas.




7-9

Frecuencia de aplicacin de la carga

La velocidad de operacin normal para vehculos pesados en este tipo de vas es de 45km/h,

desarrollada ms por la falta de ocupacin real de la va, que por las caractersticas geomtricas de la

misma.

El tiempo de aplicacin de la carga se determina en base al espesor de la mezcla y de la velocidad de

operacin de los vehculos pesados.

Dnde:

t: tiempo de aplicacin de la carga en seg

h: espesor de la capa de pavimento

V: velocidad de operacin vehculos pesados (km/h)

La frecuencia se determina en base a la siguiente formula:

Con los datos de diseo tenemos que la frecuencia de aplicacin de carga es de 8.04 Hz y un tiempo de

aplicacin de la carga 0.02 seg.

Temperatura de la mezcla asfltica Tmix

El asfalto es un material que se considera elstico lineal a temperaturas bajas y frecuencias de carga

altas, pero muestra propiedades viscosas y plsticas a temperaturas altas. Debido a este




7-10

comportamiento, las cargas de transito generan deformaciones permanentes en las capas asflticas,

especialmente durante los periodos clidos o calientes.

Se considera que las variaciones de la temperatura de la zona del proyecto tienen influencia directa

sobre las caractersticas mecnicas y dinmicas de los materiales asflticos (mdulo de elasticidad

dinmico).

Datos de Temperatura y Precipitacin (Medioambiente)

El clima es templado y clido en Santa Rosa de Osos. Hay precipitaciones durante todo el ao en Santa

Rosa de Osos. Hasta el mes ms seco an tiene mucha lluvia. La clasificacin del clima de Kppen-

Geiger es Cfb. La temperatura media anual en Santa Rosa de Osos se encuentra a 15 C. Hay alrededor

de precipitaciones de 2083 mm4.

Grafica 7 Pluviografa mensual promedio

Fuente: ES.CLIMATE-DATA.ORG

4 es.climate-data.org




7-11

Grafica 8 Comportamiento mensual de la temperatura en la zona


Tabla 14 Datos resumen de climatologa de la zona





7-12

La temperatura media ms probable de la mezcla de acuerdo a las caractersticas del sector (Tmix) es

determinada por la expresin desarrollada por Witczak:

64

34

4

11

ZZTT aMIX

Ta: temperatura media anual en F

Z: altura de medicin de la temperatura en pulgada (se considera un tercio del espesor de la carpeta

asfltica)

De acuerdo a lo anterior Tmix = 24C

ndice de penetracin y temperatura T800 del asfalto

Para los asfaltos de penetracin 60 70, de acuerdo a registro anexo se tiene:

Penetracin: 62 0.01 mm

Penetracin asfalto envejecido: 40 0.01 mm

Punto de ablandamiento: 51.2C

ndice de penetracin: -1.1

Para las mezclas de la planta de produccin de regin tenemos:

Peso unitario del asfalto (kg/cm3): 1.030

Volumen de agregados (Vg): 84.0%

Volumen de asfalto (Vb): 10.5%

Volumen vacos con aire (Va): 4.9 %

Pasa tamiz No. 200: 6%




7-13

Mdulo de la mezcla asfltica Metodologa Instituto del Asfalto Modificada por Miller

Se adopta la metodologa propuesta por el Instituto del Asfalto modificado por Miller para determinar

el valor del mdulo elstico de la mezcla a la temperatura de operacin de la va.

Dnde:

|E*| = Modulo dinmico (105 psi)

f: frecuencia en Hz

T: es la temperatura del pavimento en F

h (106,70): es la viscosidad del asfaltos a 70F (megapoise)

P77F: Penetracin en asfalto original a 77F

P200: es el pasa 200 de la gradacin de la mezcla.

Va: es el volumen de los huecos con aire.

Vb: es el volumen de asfalto

Pac: porcentaje de cemento asfaltico por peso.

Popt: porcentaje ptimo de asfalto.

Temperatura de las mezclas asflticas (Tmix): se considera que las variaciones de la temperatura de la

zona del proyecto tienen influencia directa sobre las caractersticas mecnicas y dinmicas de los

materiales asflticos (mdulo de elasticidad dinmico).




7-14

Tabla 15 Modulo de mezcla asfltica con asfalto de penetracin 60 70

PARAMETRO VALOR

Frecuencia (Hz) 9.95

Temperatura del pavimento (F) 75.81

P200 (pasa 200 de la mezcla) 6.00

Vv(% del volumen de vacios con aire) 4.90

Vb (% de volumen de asfalto) 10.50

Penetracion a 77F (25C) 62.00

h(106,70F) - Viscocidad a 70F en 106 poise

h(106,70F) - Viscocidad a 70F en 106 poise 3.448

Beta 1 0.832

Beta 2 5,378.345

Beta 3 1.617

Beta 4 5.072

Beta 5 1.797

Modulo dinamico (psi) 679,407.75

RESULTADOS

Fuente: PROPIA

Mdulo dinmico de la mezcla asfltica a 23C y 8 Hz y asfalto de penetracin 60 - 70: 47,500 kg/cm2

(4,658 MPa), a efecto de este diseo se toma como valor del mdulo de la mezcla asfltica el 80% del

valor obtenido por correlacin (esto por el muy alto valor para asfaltos convencionales y que adems

se reportan mximas en temperatura de hasta 20C, lo que baja el mdulo de la mezcla a un valor

prximo a los 16,000 kg/cm2).

Mdulo de diseo mezcla asfltica: 38,046 kg/cm2 (3,731 MPa)




8-15

8. DISEO ESTRUCTURA PAVIMENTO

8.1 METODOLOGIA

Actualmente existen un sinnmero de metodologa de diseos dentro de las cuales se califican como

empricas o mecanicistas, dependiendo de los insumos que utilizan para establecer algunas variables

de diseo y de la forma como se obtiene el resultado final de los espesores de la estructura y de su

caractersticas de comportamiento mecnico, cuando estas se pueden establecer.

En el pas el INVIAS ha establecido Manuales de Diseo para pavimentos, distinguiendo el rango de

carga esperado en el periodo de diseo, estos tienen como plataforma el mtodo AASHTO 93 y las

condiciones regionales de clima, carga y tipo de materiales viales. La tendencia moderna es a utilizar

mtodos mecanicistas y sistemas de diseos como el AASHTO 2002, donde, dependiendo del nivel de

detalle de la informacin primaria, se utilizan sistemas mecnicos multicapas basados en las

ecuaciones de Boussinesq de 1885 y refinadas las soluciones posteriormente por Burmister en 1945.

La metodologa a utilizar en este diseo corresponde a la establecida por la AASTHO -93 y actualizada o

complementada en el ao de 1998. Posteriormente se hace un anlisis mecnico de la estructura

diseada, para determinar si cumple con los esfuerzos y deformaciones admisibles de las funciones de

transferencias como la de la Shell de acuerdo a consideraciones medioambientales predominantes en

la zona del proyecto. Adems se chequera la deflexiones mximas en base a datos tomados en forma

experimental y reseada en la literatura tcnica.

8.1.1 Procedimiento General El diseo estructural se basa en la determinacin de los nmeros estructurales de las distintas capas

del pavimento, considerando las condiciones de drenaje (coeficiente mi, el aporte estructural de los

materiales (coeficiente ai) y los espesores de las capas estructurales (Di).

SN=a1*D1+a2*m2*D2+a3*m3*D3+a4*m4*D4




8-16

SN = SN1+SN2+SN3+SN4

Donde SN1 corresponde a la carpeta asfltica, SN2 a la base granular, SN3 a subbase granular y SN4 a los

materiales granulares remanentes u otra capa de material de aporte. La ecuacin anterior no

determina una solucin nica; de las posibles combinaciones de espesores se debe escoger la solucin

ms viable desde el punto de vista tcnico y econmico.

El nmero estructural SN se debe calcular con la ecuacin modificada de la AASTHO:

07.8log32.2)1/(10944.0

))5.12.4/(log(20.0)1log(36.9log

19.5018

RR M

SN

PSISNSZW

El procedimiento para determinar los espesores de diseo, usualmente, inicia con las capas superiores.

Grafica 9 Esquema general de diseo

Fuente: elaboracin propia 1.0 Usando E2 como MR se determina el SN1, necesario sobre la base granular y se calcula el espesor

de la carpeta asfltica.

1

11

a

SND

2.0 Usando E3 como MR se determina el SN2, necesario sobre la subbase granular y se calcula el




8-17

espesor de base granular.

22

1122

ma

DaSND

3.0 En base al mdulo resiliente de la subrasante MR, se resuelve la ecuacin de la AASHTO y se

determina SN3 y con esto el espesor de la capa de subbase.

33

2221133

ma

mDaDaSND

Anotamos aqu, que es tcnicamente inadecuado, cuando al utilizar el proceso de diseo, disminuir o

modificar los espesores de la estructura obtenida en el diseo, por consideraciones de anlisis con

otros sistemas de diseo o de comprobacin. Se aceptan ajustes de espesores en base a redondeo de

los espesores de acuerdo a secciones tcnicamente construibles. Los espesores obtenidos por el

mtodo AASHTO son llamados por algunos diseadores econmicamente desbalanceados, por lo

cual manipulan el espesor del concreto asfltico a valores mnimos, lo cual es violatorio del anlisis de

capas y constituye un diseo viciado en lo que respecta a la metodologa AASHTO - 93. Esto se

encuentra con frecuencia en publicaciones publicitarias sobre productos para la estabilizacin o el

refuerzo de algunos componentes de los pavimentos5.

8.1.2 Parmetros de diseo

8.1.2.1 CBR de diseo Modulo resiliente de la subrasante

El mtodo AASHTO se basa, en parte, por determinaciones probabilsticas de las condiciones de

resistencia de la subrasante y el trnsito, igualmente el sistema establece que las condiciones de la

resistencia de la subrasante corresponden al promedio ponderado y de acuerdo a las variacin

estacional del valor del parmetro que mide la resistencia de la subrasante, que en este caso es el

mdulo resiliente de la subrasante o modulo recuperable. En nuestro medio se utiliza, normalmente, el




8-18

CBR, ensayo monotnico, para correlacionar posteriormente el mdulo resiliente del suelo de

subrasante. Esta es una aproximacin burda de estimacin de las condiciones de soporte del suelo bajo

cargas cclicas o mviles, ya que realmente el mdulo resiliente de la subrasante depende de muchos

factores, entre los que se cuenta el estado de tensiones, las condiciones de humedad y de

compactacin; lo que quiere decir que el mdulo de resiliencia de un suelo real adopta infinitos valores

en su vida de carga. A falta de mayor y mejores datos se utiliza las correlaciones conocidas para

determinar el valor del mdulo resiliente del suelo de diseo.

La Gua AASHTO propone la siguiente ecuacin para correlacionar el CBR con el mdulo resiliente de la

subrasante:

Ecuacin 1

Esto para suelos finos y con CBR menor a 10%. Tambin es utilizada la ecuacin la siguiente,

particularmente para suelos menos finos:

(Ecuacin 2)

Para suelos granulares. En Sudfrica se desarrolla la Ecuacin 3, que tiene valides para CBR mayores al

7.2% y menor al 20%

(Ecuacin 3) La Gua AASHTO 2002, propone la siguiente ecuacin:

(Ecuacin 4) Para el presente estudio se utilizara la ecuacin No. 4

5 Curso de Actualizacin en Pavimentos Ing. Luis Ricardo Vasquez Varela - 2002.




8-19

En la tabla 16 se presentan los mdulos resiliente de diseo en cada tramo homogneo. Adems se

muestra el modulo para el CBR de percentil 75%, normalmente utilizado para diseos o verificaciones

por mtodos mecanicistas, a este nivel de trnsito.

Tabla 16 Modulo resiliente de diseo

Apique CBR (%) Mr (psi)

1 2.90 5050.40

2 1.10 2715.70

3 2.50 4592.75

4 1.20 2871.22

Promedio 1.93 3807.52

Percentil 75% 1.175 2832.34 Fuente: PROPIA

El mdulo resiliente de la subrasante promedio es de 268 kg/cm2 y el percentil 75% es de 199 kg/cm2. Los valores de mdulos resilientes son inferiores a 300 kg/cm2, por lo que los suelos son poco

adecuado como subrasante.

8.1.2.2 Coeficiente de drenaje

La zona de estudio coincide aproximadamente con la posicin media de la zona de convergencia

intertropical (CIT) y esto determina algunas de las caractersticas principales como lluvias abundantes,

rgimen de distribucin bimodal, alto contenido de humedad del aire, estas caractersticas lo definen

como un clima ecuatorial tpico.

La distribucin anual de la precipitacin presenta un rgimen bimodal con dos periodos lluviosos: el

primero, de marzo a junio, con lluvias mximas en abril y mayo, y el segundo, de septiembre a

noviembre, con lluvias mximas generalmente en octubre. Estos perodos estn separados por otros

dos menos hmedos, de diciembre a febrero y de julio a agosto.




8-20

La condicin de drenaje es determinada segn el valor del Coeficiente de Drenaje (m), este depende

de la calidad del drenaje y del porcentaje de tiempo en el que el material de la estructura va estar

expuesto a niveles de humedad cercanos a la saturacin.

El valor de este coeficiente vara de 0.4 a 1.4. El valor de 0.4 corresponde a malas condiciones de

drenaje y 1.4 el valor correspondiente a excelentes condiciones de drenaje.

Se estima como tiempo mximo para la remocin del agua, en la zona del proyecto, en un da, esto

considerando el tipo de materiales de las subrasante y de las capas estructurales.

Tabla 17 Calidad del drenaje en funcin del tiempo de remocin del agua

Fuente: MANUAL AASHTO -93

Asistido por el programa DRIP se determina, en base a las condiciones geomtricas de la va y la pluviografa de la zona, el valor del coeficiente de drenaje AASHTO 93.




8-21

Grafica 10 Geometra de seccin tpica

Fuente: PROPIA PROGRAMA DRIP




8-22

Grafica 11 Caracterstica drenante de la base

Fuente: PROPIA PROGRAMA DRIP

Las caractersticas de drenaje son tolerables o aceptables.

Se determina el porcentaje de tiempo que la estructura estar expuesta a niveles de humedad

cercanos a la saturacin. De acuerdo a la pluviografa de la zona existen siete (8) meses de alta

pluviosidad en la regin.

12

max%

tacionimaprecipiMesesdeTiempo




8-23

%6612

100*8% T

De la tabla 18, se determina que el coeficiente de drenaje para bases granulares es de 0.80 y para

subbases granulares de 0.80, considerando que las caractersticas de drenaje de acuerdo al tipo de

materiales es aceptables.

Tabla 18 Valores de coeficiente de drenaje en funcin de tiempo de exposicin prximos a la saturacin


8.1.2.3 Numero de ejes equivalentes a 8.2 ton.

El sistema de diseo establece que se determine el nmero de ejes equivalentes a 8.2 ton, en el

periodo de diseo y en carril de diseo.

Los sistemas modernos de determinacin del nmero de ejes equivalentes a 8.2 estn basados en

espectro de carga, siempre y cuando haya estaciones de pesaje, situacin que no es la correspondiente




8-24

a este proyecto. Adems, estos mismos sistemas consideran que el factor daos es propio de cada

estructura y de su sistema de cargas, daos que se debe establecer en base a la acumulacin de los

mismos (teora de Miner) con el efecto de las cargas. En este caso particular y a falta de ms datos se

tom (ver estudio de trnsito) los factores daos del INVIAS.

Tomado del estudio de transito el nmero de ejes equivalentes a 8.2 ton es de 195,837 para 10 aos

diseo pavimento asfaltico y 570,566 para 20 aos diseo pavimento rgido.

8.1.2.4 Mdulo de la mezcla asfltica coeficiente estructural

Para determinar el nmero estructural de la mezcla asfltica se requiere conocer el modulo elstico de

la carpeta asfltica a 20C.

Tabla 19Modulo de elasticidad de mezcla asfltica a 20C

Parametro Descripcion Valor

PacPorcentaje de cemento asfaltico

por peso de la mezcla5.0715

VbContenido optimo de asfalto en

volumen 10.50

P200 Porcentaje pasa tamiz No. 200 6.00

f Frecuencia de carga (Hz) 8.00

Vv Volumen de vacios 4.90

h(106,70)Viscosidad del cemento asfaltico en

megapoise a 70F

T Temperatura de la mezcla en F 68.00

P77F Penetracion del asfalto a 77F (25C) 62.00

h(106,70)Viscosidad del cemento asfaltico en

megapoise a 70F3.45

C1 Constante 1 1.627

Cx Constante exponente 1.750

C2 Constante 1 -0.228

E (psi) Modulo de la mezcla asfaltica (psi) 842,636.32

DATOS

RESULTADOS

Fuente: PROPIA




8-25

La Gua AASHTO 93 establece el valor del mdulo a una temperatura de 20C, con lo cual se obtiene

alto valor de mdulos de la mezcla a las frecuencias normales de operacin vehicular; la zona de

proyecto presenta una temperatura media de 33C y mdulo de la mezcla asfltica de 254,000; se

utilizara este ltimo valor para determinar el coeficiente estructural de la mezcla asfltica.

Donde Eca, es el modulo elstico de la mezcla asfltica en ksi y el coeficiente estructural de esta debe

ser mayor a 0.20 y menor a 0.44.

a1= 0.40

8.1.2.5 Coeficiente estructural subbase y base granular

La subbase granular a utilizar debe tener un CBR de 30% a lo que le corresponde un coeficiente

estructural de 0.11 y la base granular ser de CBR mnimo del 100%, a lo que le corresponde un

coeficiente estructural de 0.14.




8-26

Tabla 20 Coeficiente estructural AASHTO para subbase granular


Tabla 21 Coeficiente estructural AASHTO para base granular





8-27

8.1.2.6 Parmetro de serviciabilidad y de confiabilidad

En esta metodologa, se considera como factor importante de diseo el ndice de serviciabilidad y la

prdida de serviciabilidad en el transcurso de la vida til del pavimento. Para efecto de este diseo se

considera un ndice inicial de 4.1 y un ndice final de 2.2. Se anota que el ndice de serviciabilidad inicial

del ensayo AASHO fue de 4.2 y que para vas secundarias se recomienda utilizar una serviciabilidad final

de 2.1, con lo cual se tiene

9.12.21.4 PSI

La confiabilidad de un proceso de diseo desempeo de un pavimento es la probabilidad de que una seccin de pavimento, diseada mediante ese proceso, se desempee de forma satisfactoria para las condiciones de trnsito y medio ambiente imperantes durante el perodo de diseo. El perodo de diseo corresponde al lapso de tiempo transcurrido en el cual el pavimento se deteriora y pasa de una serviciabilidad inicial a una terminal. La confiabilidad asumida debido al tipo de va (rural - secundaria) es de 90%, con un error estndar de

0.44 y una desviacin estndar de -1.282

8.1.3 Estructura de Diseo.

8.1.3.1 Espesores mnimos

La Gua de diseo de AASHTO6 recomienda los siguientes espesores mnimos para carpeta asfltica y

base granular de acuerdo al nivel de trnsito del proyecto.

Tabla 21 Espesores mnimos AASHTO

Capa Espesor pulg

Espesor cm

Carpeta asfltica 2.5 6.0

Base granular 4.0 10.0 Fuente: MANUAL AASHTO -93

6 Aashto Guide for Design of Pavement Structures Pag II-35 Table Minimum Thickness (inch)




8-28

8.1.3.2 Espesores de diseo

Basado en los datos anteriores y utilizando una rutina que resuelve la ecuacin AASHTO - 93 se

muestra los clculos correspondientes a los espesores de diseo.

Tabla 22 Diseo AASHTO -93 Ecuacin AASHTO - 93 Pavimentos Flexibles Sistema Ingles S.I. (cm)

Numero de ejes equivalentes de 8.2 ton 195,837.00

Serviciabilidad inicial 4.10

Serviciabilidad final 2.20

Modulo resiliente de la subrasante (psi) 3,807.50

Confiabilidad 90.00

Desviacin estndar del error (So) 0.44

Modulo mezcla densa en caliente (psi) 364,000.00

Modulo base granular (psi) 31,000.00

Modulo subbase granular (psi) 15,500.00

Coeficiente de drenaje base granular 0.80

Coeficiente de drenaje subbase granular 0.90

Desviacin normal para la servicibilidad (Zr) -1.282

Coeficiente estructural mezcla densa 0.400

Coeficiente estructural base granular 0.141

Coeficiente estructural subbase granular 0.112

Coeficiente estructural mezcla densa 0.400

Coeficiente estructural base granular 0.140

Coeficiente estructural subbase granular 0.110

Numero estructural requerido

Espesor mezcla densa en caliente (pulg) 3.75 9.52

Espesor base granular (pulg) 4.28 10.86

Espesor subase granular (pulg) 13.63 34.62

Espesor mezcla densa en caliente (pulg) 2.95 7.5

Espesor base granular (pulg) 7.87 20

Espesor subase granular (pulg) 13.78 35

Numero estructural diseo

Numero de ejes equivalentes de 8.2 ton diseo

Coeficientes estructurales asumidos

Resultado de calculo coeficientes estructurales

Calculos teorico de diseo

Espesores asumidos diseo

3.358

3.427

222,985 Fuente: PROPIA




8-29

Grafica 12 Estructura de diseo AASHTO -93

Fuente: PROPIA

8.1.3.3 Verificacin analtica

A modo de chequeo o ajustes se presenta el anlisis mecnico de cada uno de los sectores, y se verifica

que cumplan con las funciones de transferencias que regulan los esfuerzos de traccin en la fibra

inferior de las capas con ligantes y los esfuerzos de compresin en la fibra superior de la subrasante, as

como el control de la deflexin mxima.

8.1.3.3.1 Funciones de transferencia valores admisibles

En pavimentos asflticos, los principales deterioros se asocian a fenmenos de agrietamiento por

tensin en la fibra inferior de la mezcla asfltica y deformacin permanente por compresin de la fibra

superior de la subrasante.

Los orgenes del agrietamiento ms considerado es el generado por la aplicacin de cargas repetidas

que induce la fatiga del material, donde la carga repetida la puede inducir el trnsito vehicular

(propagacin ascendente), o los ciclos de temperatura existentes en el sitio (propagacin

descendente).




8-30

Tabla 23 Sistema de falla por agrietamiento por tensin

Fuente: Concepto mecanicista de pavimentos SCT.

Las deformaciones permanentes se originan por la compresin y consolidacin del material ante la

accin de los esfuerzos normales y cortantes, transmitidos por el flujo vehicular.

La deformacin permanente que observamos en la superficie de rodamiento, es la suma acumulada de

la contribucin de todas las capas de la seccin estructural en un pavimento. Sin embargo, es prctica

comn para fines de diseo, que la componente principal se debe al terreno de cimentacin, y que la

que resulta de las otras capas se puede controlar con una buena seleccin de materiales y prcticas

constructivas adecuadas.

Deformacin mxima admisible a traccin en la carpeta asfltica

Para efecto de los diseos se utilizaran las expresiones matemticas resultante de los ensayos de la

Shell (basados, principalmente, de los resultados de la pista de la AASHTO).




8-31

Formula Shell Modificada para confiabilidad del 95%

2.0

6

36.0

10

5

1011051004.2471.983.143.36

x

Nx

x

ExxVIPxVIP labmixbbt

Para ensayo a deformacin constante, en capas delgadas.

Dnde:

t: Deformacin unitaria admisible a traccin en la base de la carpeta asfltica.

IP: ndice de penetracin del asfalto utilizado

Emix : Modulo dinmico de la mezcla asfltica en N/m2

rShiftFacto

NfdiseoNfat

Vb: Volumen de asfalto en la mezcla asfltica: 10.5%

Shift Factor = K1xK2xK3

K1 = 10 por mezcla densa rica en asfalto

K2 = 2.5 por distribucin lateral de carga

K3 = 0.33 por espesor alto.

Shift Factor = 8.25

Tabla 24 Deformacin unitaria admisible en la base carpeta asfltica Vol aire % 4.9

Indice de Penetracin -1.1

Volumen de asfalto 10.5

Rigidez de la mezcla N/m2 3.73E+09

N laboratorio 2.37E+04

Ncampo 1.96E+05

Shif Factor 8.25

t a deformacin constante 3.17E-04

t a esfuerzo constante 1.35E-04 Fuente: PROPIA




8-32

t = -3.17x10-4

(mm/mm)

Deformacin mxima admisible en la subrasante:

Formula de la Shell confiabilidad del 95%

25.02 *10*8.1 Nz

z: Deformacin unitaria admisible a compresin en la subrasante.

Para los datos de diseo tenemos un valor de z = 8.51x10-4 (mm/mm)

A como de comparacin e informacin se muestra valores obtenidos por otras agencias.

Tabla 25 Deformacin unitaria admisible en la subrasante

Nmero de cargas 1.96E+05

Agencia Deformacion

Instituto del Asfalto 1.15E-03

SHELL 50% confiabilidad 1.33E-03



Univ Nottingham 7.12E-04

LCPC (nuevo) 1.13E-03

LCPC (refuerzo) 1.28E-03

CRR de Belgica 6.67E-04

Chevron 6.94E-04

Calcular el z admisible (mm/mm)

Fuente: PROPIA




8-33

Control de ahuellamiento esfuerzo vertical en subrasante:

Formula de Dormon y Kerhoven:

N

Ez

log*7.01

*007.0 3

E3 : Mdulo de la subrasante

cm

kgz 2295.0

Control de deflexin (deflexin mxima admisible)

Para efecto del control de la deformacin mxima se utiliza la siguiente ecuacin7

100/125

125.0

049.0

42

15.11

12

mmDadm

cmD

pulD

K

K

D

KN

adm

adm

K

adm

A modo de comparacin se calcula la deflexin mxima admisible por el mtodo Rumano8

7 Diseo y Evaluacin de Pavimentos Flexibles Ing. Jos Melchor A Per 2004.

8 Tendencias Modernas en el Dimensionamiento de Firmes K Kucera- 1970




8-34

100/84

))log(0275.0248.0(10

mmY

Np

Y

adm

adm

Donde p es la carga patrn, en toneladas y N, es el numero repeticiones esperadas en el periodo de

diseo.

A modo de referencia se presenta la tabla de deflexiones mximas admisibles del Manual de diseo de

Pavimentos de Centroamrica.

Tabla 26 Deflexin Mxima Admisibles

Fuente: MANUAL CENTROAMAERICA DE DISEO DE PAVIMENTOS

A efecto de este diseo se adopta el valor de 84.00 mm/100, como deflexin mxima admisible.

8.1.3.3.2 Esfuerzos y deformaciones actuantes.

Para el clculo de las respuestas estructurales (esfuerzos, deformaciones y deflexiones) en la seccin

estructural de un pavimento flexible, se considera una serie de puntos crticos a fin de calcular los

valores ms desfavorables. La prctica ms comn consiste en fijar un punto para estimar el

agrietamiento por fatiga de la mezcla asfltica en el contacto con la capa de base, y otro punto crtico

para el clculo de deformaciones permanentes situado en la parte superior del terreno de cimentacin.




8-35

Grafica 13 Puntos de control en diseo de pavimento asfltico

Fuente: Concepto mecanicista de pavimentos SCT

El clculo se realiza a travs de la teora de Burmister para medios elsticos estratificados, en donde el

material se caracteriza por su mdulo de elasticidad y por la relacin de Poisson. Para la mezcla

asfltica, el mdulo que se debe emplear es el dinmico, y para suelos y materiales granulares, el

mdulo resiliente.

La modelacin analtica se reali

estudiopavimentossantarosaver01ok1 141126124024 conversion gate02

Documents