proyecto pavimentos

PAVIMENTOS ” Rehabilitación Vía Armenia - Cali”

Facultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería Civil

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FACULTAD DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA

INFORME FINAL DE DISEÑO Y REHABILITACION

DE PAVIMENTOS

VIVIANA ALEXANDRA BERMEO TISOY – 1094906450

JUAN SEBASTIAN VALENCIA MOLINA – 1094901254

CARLOS RESTREPO MONTOYA – 1097033846

HELBER GARCIA CAMACHO - 1097393163

REVISADO POR:

MARIA ROSA GUZMAN

INGENIERA CIVIL

TITULAR DE LA ASIGNATURA DE PAVIMENTOS

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

ARMENIA

19 de Diciembre de 2011




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TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1. INTRODUCCION .............................................................................................. 3 2. OBJETIVOS ...................................................................................................... 4

3. JUSTIFICACION ............................................................................................... 5 4. ALCANCE ......................................................................................................... 6 5. MARCO TEORICO ........................................................................................... 7

6.1 PAVIMENTO ..................................................................................................... 7 6.2 CLASES DE PAVIMENTOS .............................................................................. 7 6.2.1 FLEXIBLES .................................................................................................... 7

6.2.2 RIGIDOS O DE CONCRETO HIDRAULICO ................................................ 10 6.3 METODOS EMPLEADOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS .................. 14 6.3.1 DISEÑO MARSHALL ................................................................................... 14

6.3.2 MÉTODO AASHTO PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES ..... 14 6.3.3 MÉTODO RACIONAL PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE ...... 15

6.3.3 MÉTODO DE LA PCA (PÓRTLAND CEMENT ASSOCIATION) .................. 16 7 DESARROLLO PRÁCTICO ............................................................................ 17 7.1 LOCALIZACIÓN .............................................................................................. 17

7.2 CARACTERÍSTICAS ....................................................................................... 17 7.3 ESTUDIO DE INVENTARIO ............................................................................ 18

7.4 ESTUDIO DE TRANSITO .............................................................................. 21 7.5 ESTUDIO DE SUELOS .................................................................................. 29

7.5.1 VIGA BENKELMAN ...................................................................................... 31 7.6 CARACTERIZACIÓN DE CADA UNA DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO .... 35

7.6.1 SUBRASANTE ............................................................................................. 35 7.6.2 SUBBASE .................................................................................................... 35 7.6.3 BASE ............................................................................................................ 36 7.6.4 CARPETA ASFALTICA ................................................................................ 37

7.7 DISEÑO PAVIMENTO FLEXIBLE ................................................................... 42 7.7.1 METODO AASHTO ...................................................................................... 42 7.7.2 METODO RACIONAL .................................................................................. 48 7.7.2 SOFTWARE ................................................................................................. 50

7.8 DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO ................................................................. 54 7.8.1 METODOLOGÍA DE LA PCA ....................................................................... 54 7.8.2 SOFTWARE ................................................................................................. 55

8 PRESUPUESTO ............................................................................................. 58 9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................. 59 10 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................ 61




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1. INTRODUCCION

El departamento del Quindío se ha convertido en los últimos años en uno de los destinos turísticos más importantes del país, convirtiéndose de esta manera en una base importante de la economía tanto para su capital Armenia como para los demás municipios. Debido a la localización del tramo de vía el cual es de alta importancia por ser un punto de paso obligado que comunica el occidente con el centro del país, y el atractivo turístico que implica, causa como consecuencia un crecimiento elevado en la tasa de flujo de vehículos por sus vías; el presente informe estudia la rehabilitación de la vía Armenia - Cali, en el tramo comprendido entre las abscisa K0+528 y K1+050 el cual se recorre desde la glorieta Tres esquinas en el sentido de la vía hasta la siguiente glorieta (derecha hospital del sur, izquierda bosques de pinares) donde gira y sube en el sentido de la vía nuevamente hasta la glorieta Tres esquinas. La vía corresponde a una vía de primer orden doble sentido con dos carriles por sentido, se ejecutan estudios geotécnicos sobre el estado de la sub rasante in situ al igual que un ensayo a la carpeta asfáltica para conocer las deflexiones de la misma, que posteriormente se chequea, para definir el diseño y/o rehabilitación de la estructura del pavimento de la zona. Esto se realiza con la finalidad de conocer el estado actual de la estructura del pavimento e inferir si requiere o no una intervención, se comparan los resultados obtenidos para el diseño basado en la caracterización del suelo de apoyo y el estado actual de los elementos que la componen.




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2. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Diseñar la estructura del pavimento flexible y rígido, de un tramo de vía que comunica la ciudad de Armenia con la ciudad de Cali entre las abscisas K0+000 y K2+640.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar el Índice de condición del pavimento para el tramo de via objeto de

estudio, mediante la metodología de la PCI

Establecer el nivel de servicio de la vía.

Analizar el estado actual de la subrasante

Analizar los requerimientos de la vía para un periodo de diseño establecido.

Establecer el diseño de la estructura de pavimentos para la zona de estudio,

definiendo espesores y materiales para la misma.




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3. JUSTIFICACION

El estudio realizado al tramo de vía que comunica la ciudad de Armenia con la ciudad de Cali es justificable debido a la importancia que representa el sector en la economía del país, esto se debe, no solo a que es una vía de acceso a la ciudad de Armenia capital del Quindío, sino que además es un importante punto de paso que comunica el occidente con el centro del país, esto corresponde a una vía de primer orden, donde su nivel de servicio y condición de funcionamiento optimo se ven afectados, por lo que requieren especial atención.




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4. ALCANCE

El estudio de la condición actual del pavimento de la vía Armenia Cali en el tramo comprendido entre la abscisa K0+528 y K1+050:

- Evaluación del nivel de servicio del pavimento actual - Estudio geotécnico de la sub rasante - Diseño para un pavimento flexible - Diseño para un pavimento rígido

Los diseños implican el conocimiento de metodologías como el Método Marshall para pavimentos flexibles, y el Método de la PCA para pavimentos rígidos. No se incluye mejoramiento alguno de la geometría de la vía, se establece el nivel del servicio, la condición actual de la subrasante y las características de los materiales y los espesores para cada diseño, por separado.




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5. MARCO TEORICO

6.1 PAVIMENTO

El pavimento es una estructura construidas en capas de diversos materiales

previamente seleccionados, superpuestos, colocados y compactados sobre un

material de apoyo denominado sub rasante, esto con el fin de proteger el suelo, el

parque automotor y asi mejorar la condición del tránsito.

6.2 CLASES DE PAVIMENTOS

Hay tres clases de pavimentos, dependiendo del material de construcción y de la

forma como reciben y controlan las cargas de los vehículos:

6.2.1 FLEXIBLES

Constituido por 3 capas en la estructura, base, sub-base, y carpeta asfáltica;

ubicadas sobre la su-rasante. Este tipo de pavimento trabaja por disipación de

esfuerzos y proporcionan una superficie de rodadura muy confortable para el

usuario de la vía.

Ilustración 1: Estructura de Pavimento

Además de estas funciones específicas, el pavimento flexible debe cumplir con

otras características, que se pueden dividir en técnicas (propias del pavimento) de

seguridad y comodidad para el usuario de la vía.




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6.2.1.1 Características técnicas

Son todas aquellas que hacen que los pavimentos sean durables, económicos y

resistentes a los fenómenos climáticos y del tránsito.

6.2.1.2 Características de seguridad y comodidad

Los pavimentos flexibles deben ser drenantes, es decir, evacuar rápidamente el

agua lluvia, ser homogéneos en la superficie para que el tránsito sea cómodo. La

superficie debe ser capaz de absorber el ruido y tener el color adecuado para

evitar reflejos y deslumbramientos.

7Capa de rodadura

6.2.1.3 Partes del pavimento flexible

CARPETA DE RODADURA

Proporciona una superficie estable,

uniforme y antideslizante, todo lo cual

se traduce en comodidad para el

usuario de la vía. Soporta la mayor

parte de las cargas vehiculares y

efectos ambientales como la lluvia y

la radiación solar. Sirve como capa

impermeabilizante, impidiendo el

paso de agua al interior del

pavimento, y al mismo tiempo la

drena evitando el deslizamiento de

los vehículos.

Ilustración 2: Carpeta de Rodadura

MEZCLA ASFALTICA: La mezcla asfáltica es una combinación de y en

proporciones exactas y previamente especificadas, de cemento asfaltico y

agregado; estas se pueden fabricar en caliente o en frío, siendo más comunes las

primeras, por lo que se enfocará el estudio hacia las mezclas asfálticas en

caliente.

Metodologías para el diseño de la mezcla: Marshall, Hveem, que tienen una larga

trayectoria de uso a nivel mundial. Existe también uno denominado SUPERPAVE

(Superior Performing Asphalt Pavement), que es todo un sistema de nuevos

procedimientos en mezclas asfálticas, desarrollado en Estados Unidos por el

Programa Estratégico de Investigación de Carreteras (SHRP).




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CEMENTO ASFALTICO: El asfalto es un material que se puede encontrar en la

naturaleza en yacimientos naturales o puede ser obtenido como subproducto de la

destilación de determinados crudos de petróleo. Posee unas características muy

específicas que lo hacen ideal para los trabajos de pavimentación, principalmente

la cohesión y la adhesión con materiales granulares. Tiene una consistencia

sólida, al calentarlo se ablanda y se vuelve líquido, lo que le permite recubrir los

agregados durante el proceso de fabricación de la mezcla asfáltica en caliente.

LOS AGREGADOS PETREOS: Es material mineral duro e inerte, usado en forma

de partículas gradadas o fragmentos, como parte de un pavimento flexible. Los

agregados se usan tanto en las capas de base granular como para la elaboración

de la mezcla asfáltica. El agregado constituye entre el 90 y 95% en peso y entre el

75 y 85% en volumen en la mayoría de las estructuras de pavimento. Esto hace

que la calidad del agregado usado sea un factor determinante en el

comportamiento del pavimento.

BASE

Su función principal es resistir los esfuerzos inducidos por los vehículos y dar un

soporte homogéneo a la carpeta de rodadura, transmitiendo a las capas inferiores

que las soportan (sub-base y sub-rasante) una mínima porción de la carga. Es una

capa semirrígida, que puede ser granular, granular estabilizada o asfáltica.

SUBBASE

Se construye con materiales más económicos que las dos anteriores para que, a

su turno, los espesores de las dos capas anteriores sean menores. También

homogeniza la transferencia de carga a la subrasante.

TERRENO NATURAL O SUBRASANTE

Es la que soporta la estructura de pavimento. De la condición de esta, depende en

gran medida el espesor total de la estructura del pavimento, por lo que existen

técnicas de mejoramiento o estabilización del suelo que buscan mejorar las

características del terreno; se puede mejorar o estabilizar por medios mecánicos

(compactación) o con productos químicos como cal, cemento.




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Ilustración 3: Preparacion de subrasante

6.2.2 RIGIDOS O DE CONCRETO HIDRAULICO

Se componen de losas de concreto hidráulico colocadas sobre una sub-base

granular. Esta trabaja por absorción de esfuerzos por lo que la capacidad

estructural depende de la losa.

6.2.2.1 TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO

A) Pavimentos de concreto simple, sin varilla pasa juntas.

B) Pavimentos de concreto simple, con varilla pasa juntas.

C) Pavimentos de concreto reforzado (refuerzo continuo).

D) Pavimentos de concreto pre-esforzado.

E) Pavimentos de concreto reforzado con fibras cortas de acero.

Se deben modular y diseñar las juntas para controlar el impacto producido por los

cambios de volumen, inevitables, producto de loas delta de temperatura. Los

pavimentos de refuerzo continuo y los pre-esforzados, se diseñan y construyen

sin juntas transversales de contracción y expansión excepto al llegar a un

cruce o a una estructura fija. Sólo se construyen juntas de construcción. .

El diseño estructural de pavimentos de concreto es eminente racional, a diferencia

de los de tipo flexible, que es empírico. En los de concreto, se aplica la teoría de

elasticidad.

Técnicamente, los pavimentos de concreto deben diseñarse y controlarse para

una resistencia a la flexión del concreto usado. Se han obtenido en nuestro país




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algunas correlaciones entre las resistencias a la compresión y la resistencia a la

flexión.

Ilustración 4: Estructura de Pavimento Rigido




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FUNCIONES DE LOS PAVIMENTOS Vs PARÁMETROS QUE SE DEBEN

CUMPLIR

Tabla 1: Variables estructurales y funcionales de los Pavimentos ASOCRETO Bogota 2006

Los principales factores que se deben tener en cuenta para el diseño de los

pavimentos son:

El tránsito

La subrasante

El clima

Los materiales disponibles

El tránsito; esta variable es muy importante pues es la que define las cargas

que soportará la estructura de pavimento en un periodo de diseño

establecido.

TRANSITO > Un diseño de Pavimento requiere un análisis de transito, para

establecer el número de ejes equivalentes que pasaran durante su periodo de

diseño sin que este falle.




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SUBRASANTE > El estudio de la subrasante es de gran importancia, el

desconocimiento de sus características está supeditado al deterioro de la

estructura de pavimento ya que sobre ésta se lleva a cabo su construcción. Para

el estudio de la subrasante se deben tener en cuenta las tres diferentes unidades

de diseño que son:

Exploración: Reconocimiento del terreno, se pude basar en información

secundaria, pero segura que brinde la clasificación geológica, geotécnica, de

resistencia, condiciones de drenaje, estabilidad volumétrica y posibilidad de

mejoramiento.

Geotecnia preliminar: Se hace la clasificación de los materiales constitutivos de

la subrasante por medio de sondeos (para aeropuertos cada 50m, para calles

urbanas cada 80m, y para carreteras cada 200-500m), en estos se determina

para cada capa, el tipo de material, el NAF, el espesor de capas, el perfil

estratigráfico, los límites de Atterberg, las humedades aproximadamente cada

30cm, las densidades, granulometría y desgaste.

Geotecnia particular en esta se realizan apiques a 1,50m cada 500 o 1000 m

teniendo en cuenta la homogeneidad del suelo, se determinan espesores de

capa tipos de material, limites de Atterberg, humedades y densidades, además

se realizan también ensayos como CBR, de placa, módulo resiliente y ensayo

de módulo de elasticidad.

CLIMA > juega un papel importante en el diseño de nuevos pavimentos pues su

fluctuación constante de temperaturas bajas a altas o viceversa puede traer

consigo el deterioro de la carpeta de rodadura si esta es asfáltica, además de esto

en zonas con altos índices de precipitación pueden presentarse diferentes

problemas en las capas subyacentes de la estructura de pavimento si esta no

tiene un buen sistema de drenaje.

MATERIALES DISPONIBLES > Los materiales disponibles en el sitio donde se va

a llevar a cabo la construcción del pavimento deben estar plenamente

identificados pues pueden servir para la elaboración de éste lo que significa

incurrir en menos costos a la hora de su construcción.




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6.3 METODOS EMPLEADOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS

6.3.1 DISEÑO MARSHALL

Diseño de la Mezcla de Asfalto

EL diseño Marshall fue desarrollado a través de ensayos de laboratorio a los

agregados y el asfalto, ensayos como:

Densidad de agregado grueso (INV 176 223)

Granulometría de agregado grueso (INV E 213, E 723)

Densidad de arenas (INV 222)

Granulometría de arenas (INV E 213, E 732)

Caras fracturadas, alargadas y aplanadas (INV 230)

Equivalente de arenas (INV E 133)

Peso especifico de la mezcla asfáltica (INV 735)

Peso especifico del agregado (INV 133)

Al tener toda la información de laboratorio se procede a realizar la combinación de

los agregados y el asfalto en las proporciones que permitieran cumplir con las

especificaciones de los límites para una mezcla densa caliente MDC-2.

Al obtenerse la combinación, se realizan las briquetas para diferentes % de

asfaltos, arrojando información de estabilidad, flujo, y peso específico de la

mezcla. A partir de estos datos se obtienen los valores para comparar con los

criterios del INVIAS y así determinar posteriormente el diseño optimo de la mezcla

asfáltica.

6.3.2 MÉTODO AASHTO PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

Para realizar el diseño a través del método AASHTO se requiere conocer unos

datos iniciales a partir de las variables del diseño (transito, confiabilidad,

restricción del tiempo), las propiedades y características de los materiales.




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Esta información permite utilizar una ecuación que relaciona los coeficientes a1,2,3 ,

con sus respectivos números estructurales (SN), los cuales son calculados gracias

a la ayuda de la ecuación LA cual requiere informacion de entrada como son el

número equivalente de vehículos, el rango de serviciabilidad, la confiabilidad y el

modulo Resiliente de la capa sobre la cual se va analizar; esta ecuación se

relaciona a continuación:

SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3

Donde:

ai = coeficiente estructural de la capa i

Di = espesor, en pulgadas, de la capa i

mi = coeficiente de drenaje de la capa i

6.3.3 MÉTODO RACIONAL PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE

El método racional consiste en asumir unos espesores para las diferentes capas

de la estructura del pavimento, dando una caracterización a estas a partir de ese

espesor y del valor del modulo Resiliente obtenido en cada capa por una

correlación con la capa inmediatamente inferior.

Mr Subbase =0.206*(h0.45)*(Mr Subrasante)

Donde:

h = Espesor de la capa asumida

Mr= Modulo Resiliente de la capa inferior a la analizada

Este método racional al igual que el método AASHTO, se apoyan en otro

programa computacional para determinar las deformaciones obtenidas por la

estructura ante las cargas impuestas sobre ellas, este programa llamado DEPAV o

BISAR compara sus resultados con las leyes de fatiga.




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6.3.3 MÉTODO DE LA PCA (PÓRTLAND CEMENT ASSOCIATION)

Diseño de Pavimento Rígido

El propósito de este método al igual que el de los anteriores es determinar los

espesores mínimos de pavimento que permiten optimizar costos en una obra, sin

convertir los vehículos a ejes equivalentes, por lo que toma todo el flujo sin

importar su clasificación.

El método de la PCA establece su análisis tanto por erosión como por fatiga; en el

primero considera que el pavimentos falla por bombeo, erosión del soporte y

escalonamiento de las juntas; y el segundo debido a los esfuerzos producidos por

las cargas, por ejes en relación con el modulo de rotura del concreto.




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7 DESARROLLO PRÁCTICO

7.1 LOCALIZACIÓN

La vía objeto de estudio se localiza en la ciudad de Armenia departamento del Quindío; El tramo específicamente se encuentra ubicado al sur de la ciudad, en la salida que conduce a la capital del departamento del Valle (Cali). Esta sección de ruta se halla entre las abscisa K0+528 y K1+050, en un tramo que se recorre desde la glorieta Tres esquinas en el sentido de la vía hasta la siguiente glorieta (derecha hospital del sur, izquierda bosques de pinares) en los dos sentidos del flujo.

7.2 CARACTERÍSTICAS

La vía que conduce de la ciudad de Armenia a la ciudad de Cali corresponde a una vía Primaria dos calzadas una de salida y otra de llegada, unidas por un separador de zona verde; cada calzada posee dos carriles un sentido. La longitud transversal al eje de la vía es de un ancho aproximado de 8m, incluyendo berma externa, el carril tiene una longitud de 3,5m a 3,8m dependiendo del punto donde se mida. Esta vía comunica el centro de la ciudad de Armenia por la unión de las carreras 18 y 19 en la glorieta Tres esquinas, con el aeropuerto El Edén, municipio de Tebaida etc.




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7.3 ESTUDIO DE INVENTARIO

La evaluación de la condición superficial del pavimento desarrollada bajo la metodología de la PCI, se utiliza para valorar el estado de la carpeta de rodadura asfáltica de la vía; por lo que, el PCI es un indicador numérico que clasifica la condición superficial del pavimento, y provee una medida de la condición presente del pavimento basado en las fallas observadas en la superficie del mismo, de las cuales también indican la integridad estructural y la condición operacional de la superficie; cabe resaltar que el índice de la condición del pavimento conocido como PCI no mide la capacidad estructural de la vía. El objetivo fundamental del estudio se basa en realizar el inventario de fallas de

la vía Armenia Cali del Km 0+528 al Km 1+024 bajo la metodología PCI (índice

de la condición del Pavimento).

División de la vía en secciones o unidades de muestreo; para el caso de

carreteras con carpeta de rodadura asfáltica y ancho menor a 7,30 m, el área

de la unidad de muestreo debe estar dentro del rango 230 ± 93 m2.

UNIDADES DE MUESTREO

LONGITUDES DE UNIDADES DE MUESTREO

ASFALTICAS Area

(m2) Ancho de Calzada (m) Longitud de la unidad de muestreo (m)

5 46

230 ± 93

5,5 41,8

6 38,3

6,5 35,4

7,3 (máximo) 31,5

Tabla 2: Unidades de muestreo para el inventario de fallas

La tabla N2 presenta las fallas predominantes por tramo analizado en la

sección de pavimentos comprendida entre la abscisa K0+528 y K1+050; esta

corresponde a la etapa inicial del estudio, que es el trabajo de campo en el cual

se identifica los daños teniendo en cuenta la clase, severidad y extensión de los




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mismos. Esta información se registro en formatos adecuados para tal fin (ver

anexos).

Mue.

Daño

Sev. Cantidades Parciales

Total

Densidad (%)

1 1 Medio 3 daños piel de cocodrilo 3 1,325673884

3 1 Medio 1 piel de cocodrilo de severidad media y 1 piel de cocodrilo de severidad baja

2 0,913242009

4 10 Alto 1 grieta transversal de severidad alta y 2 grietas transversales se severidad media

3 1,325673884

5 10 Medio 3 grietas longitudinales de severidad media y 3 grietas longitudinales de severidad baja

6 2,651347768

6 11 Medio 1 Parcheo de severidad media y 2 parcheos de severidad baja

3 1,325673884

7 11 Medio 2 parcheos de severidad media y 1 parcheo de severidad baja

3 1,325673884

8 11 Bajo 3 Parcheos de severidad baja 3 1,325673884

8 1 Alto 1 piel de cocodrilo de severidad alta y 3 de severidad media

4 1,767565179

9 10 Medio 1 grieta transversal de severidad media y 2 grieta longitudinal de severidad media

3 1,325673884

10 10 Alta 2 grietas longitudinales de severidad alta y 1 grieta longitudinal de severidad media

3 1,325673884

11 1 Medio 4 piel de cocodrilo de severidad media y 2 de severidad baja

6 2,651347768

11 10 Alto

2 grietas longitudinales de severidad alta y 1 longitudinal de severidad media, 1 grieta transversal de severidad alta y 2 transversales de severidad media

4 1,767565179

12 10

2 grietas longitudinales de severidad media, 1 grieta transversal de severidad alta y 2 transversales de severidad media

5 2,209456474

13 1 Alto 2 piel de cocodrilo de severidad alta, 1 de severidad media y 1 de severidad baja

4 1,767565179

13 10 Alto 3 grietas longitudinales de severidad media y 1 grieta transversal de severidad alta

4 1,767565179

14 10 Alto

1 grieta longitudinal de severidad alta, 1 longitudinal de severidad media y 4 longitudinales de severidad baja; 1 grieta transversal de severidad alta y 2 grietas transversales de severidad media

9 3,977021653

14 1 Medio 2 piel de cocodrilo de severidad media y 3 de severidad 5 2,209456474




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baja

15 10 Alto 3 grietas longitudinales de severidad media y 2 longitudinales de severidad baja; 1 transversal de severidad alta

6 2,651347768

15 1 Alto 1 piel de cocodrilo de severidad alta, 1 de severidad media y 3 de severidad baja

5 2,209456474

16 10 Medio 2 grietas longitudinales de severidad media, 1 grieta transversal de severidad media y 1 transversal de severidad baja

4 1,767565179

17 10 Medio 2 grietas longitudinales de severidad media y 2 grietas transversales de severidad media

4 1,712328767

Tabla 3: Tabla resumen de Fallas Vía Armenia Cali K0+528 - K1+050

Para este caso se evalúa y se inspecciona el total de las unidades de muestreo

resultantes de la red del tramo vial, por lo tanto el índice de la condición del

pavimento PCI de la sección de vía corresponde al promedio de los PCI

calculados en las unidades de muestreo.

De acuerdo a las fichas de evaluación se aprecia que la mayoría de fallas son

grietas longitudinales, piel de cocodrilo y presencia de parcheo, en los tres

niveles (alto, medio y bajo). El trabajo de evaluación fue realizado por los

estudiantes de noveno semestre de ingeniería: Viviana Alexandra Bermeo

Tisoy, Juan Sebastián Valencia Molina, Carlos Restrepo Montoya y Helber

García Camacho; realizando un recorrido a lo largo de toma de sección de vía,

obteniendo un total de 17 inspecciones en el tramo de vía analizada.

Resultados; al inicio del tramo la evaluación superficial se encuentra en buen

estado a regular hasta el Kilómetro K0+683, siguiendo una superficie regular a

muy malo hasta el Kilómetro K0+962 y finalizando el tramo con una superficie

malo. Por lo tanto, los sectores de mayor incidencia tienen un estado del

pavimento regular 51,43% y malo 48,57%, lo que indicaría que la vía se

encuentra en un regular estado con tendencia a malo, de acuerdo con la

metodología empleada.

La vía en general de acuerdo a la evaluación presenta un estado de deterioro

de regular a malo, lo que es un indicativo para efectuar el respectivo

mantenimiento.




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7.4 ESTUDIO DE TRANSITO

El objetivo básico del diseño de pavimentos es permitir la circulación de vehículos con unas cargas dadas durante un tiempo fijado por las condiciones de desarrollo y los criterios pertinentes a cerca del manejo de la red vial; por lo que es necesario contar con información a cerca de el numero, tipo y peso de los vehículos que utilizarían en esta obra. Al igual que muchos de los diseños en ingeniería en Pavimentos se realiza a una proyección futura de los vehículos como base de cálculo, esto es un periodo de diseño para un funcionamiento optimo en su vida útil; por lo que se necesita conocer para este caso, el numero de ejes equivalentes que pasaran en ese periodo de diseño sobre el pavimento que se va a diseñar. Para la proyección del tránsito futuro se toma como base los vehículos registrados en la ciudad de Armenia durante los últimos 7 años, de donde se obtiene una tasa de crecimiento de los vehículos para la ciudad; de acuerdo a la revista eje21.com.co se tiene para la ciudad el siguiente registro:

VEHICULOS MATRICULADOS

ARMENIA

AÑO CANTIDAD

2004 1326

2005 1734

2006 1848

2007 3172

2008 4479

2009 3161

2010 5703

Tabla 4: Vehículos matriculados para la ciudad de Armenia

De donde se puede observar en la siguiente grafica un comportamiento ascendente en la adquisición de vehículos




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De acuerdo a esto, tenemos que para la ciudad de Armenia, hoy en dia se encuentran matriculados 22693 vehículos, de los cuales crecen linealmente 665,86 cada año (pendiente de la grafica obtenida del registro de vehículos matriculados para la ciudad de Armenia), por lo que se obtiene con estos datos la tasa de crecimiento por año de el número de vehículos:

Por lo tanto se tiene que para la ciudad da Armenia, el número de vehículos crece a una tasa del 2,93% anual; esta se puede redondear por encima a una tasa de crecimiento del 3% que es la recomendada por la Ingeniera María Rosa Guzmán.

VEHICULOS HOY Para conocer el número y tipo de vehículos que tengo hoy transitando en la vía, requiero de aforos para su materialización; por lo que se realizan en la zona 7 aforos en la glorieta de tres esquinas, cada uno con un movimiento diferente, y discriminando el tipo de vehículo, de esta manera se obtuvieron los vehículos; el tramo correspondiente al estudio únicamente relaciona 4 movimientos que corresponden al movimiento 1, 2, 4, y 7, dos en sentido norte-sur y dos sur-norte, que son los analizados. La siguiente tabla muestra el total de vehículos para los 4 aforos discriminados por tipo de vehículo en diferentes horas para la vía completa, esto es las dos calzadas:

y = 664,86x - 1E+06

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

2002 2004 2006 2008 2010 2012 Nu

me

ro d

eV

eh

icu

los

Años

Incremento de Vehiculos Matriculados en Armenia




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HORA

Autos Taxis Bus Camión Motos TOTAL

Vo

lum

en

Vo

lum

en

A

cu

mu

l

Vo

lum

en

Vo

lum

en

Acu

mu

l

Vo

lum

en

Vo

lum

en

Acu

mu

l

Vo

lum

en

Vo

lum

en

Acu

mu

l

Vo

lum

en

Vo

lum

en

A

cu

mu

l

Vo

lum

en

Vo

lum

en

Acu

mu

l

06:00-06:15 38

24

22

9

27

120

06:15-06:30 134

47

34

15

75

305 06:30-06:45 192

65

32

9

83

381

06:45-07:00 227 591 65 201 34 122 15 48 133 318 474 1280

07:00-07:15 138 691 46 223 34 134 16 55 98 389 332 1492

07:15-07:30 136 693 58 234 27 127 25 65 128 442 374 1561

07:30-07:45 161 662 36 205 36 131 17 73 126 485 376 1556

07:45-08:00 167 602 43 183 28 125 18 76 114 466 370 1452

08:00-08:15 162 626 41 178 31 122 31 91 75 443 340 1460

08:15-08:30 120 610 34 154 34 129 16 82 77 392 281 1367

08:30-08:45 117 566 28 146 35 128 13 78 70 336 263 1254

08:45-09:00 98 497 32 135 29 129 17 77 80 302 256 1140

09:00-09:15 150 485 48 142 39 137 22 68 79 306 338 1138

09:15-09:30 118 483 35 143 25 128 23 75 45 274 246 1103

09:30-09:45 135 501 44 159 35 128 19 81 75 279 308 1148

09:45-10:00 121 524 30 157 35 134 27 91 87 286 300 1192

10:00-10:15 120 494 47 156 28 123 12 81 85 292 292 1146

10:15-10:30 143 519 36 157 34 132 19 77 82 329 314 1214

10:30-10:45 100 484 50 163 34 131 19 77 81 335 284 1190

10:45-11:00 142 505 57 190 28 124 22 72 74 322 323 1213

11:00-11:15 149 534 38 181 28 124 24 84 72 309 311 1232

11:15-11:30 146 537 38 183 32 122 25 90 83 310 324 1242

11:30-11:45 125 562 55 188 27 115 16 87 85 314 308 1266

11:45-12:00 147 567 56 187 24 111 24 89 98 338 349 1292

12:00-12:15 184 602 41 190 36 119 20 85 136 402 417 1398

12:15-12:30 179 635 48 200 26 113 27 87 129 448 409 1483

12:30-12:45 173 683 53 198 40 126 18 89 105 468 389 1564

12:45-13:00 129 665 34 176 32 134 17 82 83 453 295 1510

13:00-13:15 169 650 36 171 39 137 19 81 70 387 333 1426

13:15-13:30 132 603 33 156 28 139 24 78 108 366 325 1342

13:30-13:45 159 589 35 138 32 131 26 86 134 395 386 1339

13:45-14:00 178 638 35 139 39 138 18 87 145 457 415 1459

14:00-14:15 152 621 38 141 31 130 23 91 99 486 343 1469

14:15-14:30 189 678 55 163 45 147 35 102 127 505 451 1595

14:30-14:45 160 679 33 161 36 151 21 97 93 464 343 1552

14:45-15:00 154 655 50 176 37 149 31 110 95 414 367 1504

15:00-15:15 153 656 34 172 34 152 27 114 90 405 338 1499

15:15-15:30 137 604 53 170 31 138 30 109 84 362 335 1383




- 24 -


15:30-15:45 140 584 47 184 39 141 30 118 99 368 355 1395

15:45-16:00 133 563 49 183 26 130 24 111 97 370 329 1357

16:00-16:15 150 560 55 204 34 130 24 108 97 377 360 1379

16:15-16:30 137 560 42 193 30 129 24 102 102 395 335 1379

16:30-16:45 158 578 49 195 37 127 24 96 109 405 377 1401

16:45-17:00 167 612 44 190 33 134 32 104 92 400 368 1440

17:00-17:15 150 612 51 186 37 137 23 103 106 409 367 1447

17:15-17:30 165 640 50 194 37 144 25 104 146 453 423 1535

17:30-17:45 156 638 48 193 39 146 27 107 129 473 399 1557

17:45-18:00 150 621 48 197 30 143 19 94 113 494 360 1549

18:00-18:15 193 664 63 209 35 141 24 95 141 529 456 1638

18:15-18:30 181 680 47 206 41 145 22 92 102 485 393 1608

18:30-18:45 163 687 56 214 38 144 20 85 110 466 387 1596

18:45-19:00 162 699 55 221 28 142 15 81 112 465 372 1608

19:00-19:15 118 624 55 213 33 140 13 70 79 403 298 1450

19:15-19:30 134 577 64 230 25 124 11 59 82 383 316 1373

19:30-19:45 91 505 47 221 28 114 9 48 52 325 227 1213

19:45-20:00 108 451 51 217 19 105 13 46 61 274 252 1093

20:00-20:15 81 414 41 203 34 106 13 46 68 263 237 1032

20:15-20:30 78 358 56 195 20 101 10 45 66 247 230 946

20:30-20:45 72 339 49 197 17 90 10 46 48 243 196 915

20:45-21:00 75 306 49 195 11 82 17 50 46 228 198 861

21:00-21:15 63 288 46 200 17 65 11 48 47 207 184 808

21:15-21:30 58 268 38 182 13 58 4 42 44 185 157 735

21:30-21:45 67 263 34 167 19 60 6 38 35 172 161 700

21:45-22:00 52 240 37 155 18 67 6 27 31 157 144 646

Totales 8736 2902 1969 1245 5744 14852 Tabla 5: Variacion del volumen vehicular horario total que vincula el ancho total de la via con los

movimientos 1,2,4 y 7

El volumen acumulado corresponde al volumen de vehículos que transitan en una hora. De esta manera se obtiene:

Vehículos Total

Autos Taxis Buses Camiones Motos

8736 2902 1969 1245 5744 20596

Porcentaje 42,42% 14,09% 9,56% 6,04% 27,89% 100,00% Tabla 6: Volumen Horario incluye los dos sentidos




- 25 -


Ilustración 5: Distribución porcentual en la zona según el tipo de vehículo

Como se puede observar en la tabla de variación del volumen vehicular, los aforos solo cubren un horario que va de 6:00 am a 10:00 pm; por lo que transito estaría incompleto debido a que hacen falta los vehículos que transitan en la noche durante el lapso de tiempo que no se tiene registrado en los aforos; por esta razón para completar el horario se toma un estudio realizado a una vía de comportamiento vehicular muy parecido a la analizada, como lo es la carrera 19 de donde se tiene estudios ya realizados; de esta se toma aforos realizados entre las 10:00 pm y las 6:00 am para completar el día y de esta manera el transito circulante en el área (Aforo sobre la 19, ver anexos). Como las motos no generan obstrucciones al tránsito, no se cuentan en la totalidad de vehículos que transitan por el área, y como se pretende diseñar por motivos académicos únicamente el tramo comprendido entre la abscisa K0+528 A K1+050, por lo tanto tenemos que:

Autos Taxis Buses Camiones Total

Movimientos Armenia - Cali 1 . - . 7 4226 1499 1026 558 7309 Tabla 7: Distribución vehicular de 6:00am a 10:00pm

De esta manera se tiene que:

42%

14% 10%

6%

28%

Distribucion Vehicular Zona de estudio

Autos

Taxis

Buses

Camiones

Motos




- 26 -


Para lo cual se toma un incremento de vehículos del 16,21% sobre el total de vehículos aforados en la zona que corresponde a los aforados en la glorieta de tres esquinas más los asumidos como de la zona por el estudio sobre la avenida 19 (Vehículos totales (100%) = 7309+1414 = 8723), esto es:

Esto corresponde a los vehículos que transitan hoy en la vía. Por lo tanto con el transito completo actual de la via en sentido norte - sur (afectado por el 1,1621) se calcula el porcentaje de autos, taxis, buses y camiones; esto es:

Vehículo V*% V total % V livianos

Autos 4226*1,1621 4911,0346 57,82% 78,33%

Taxis 1499*1,1621 1741,9879 20,51%

Buses 1026*1,1621 1192,3146 14,04%

Camiones 558*1,1621 648,4518 7,63%

TOTAL 8493.7889 100,00%

Tabla 8: Totalidad Vehicular durante un dia completo

Una vez definidos los porcentajes de vehículos según el tipo, establecido el periodo de diseño y el factor o tasa de crecimiento de vehículos en la vía, se procede a calcular el transito futuro mediante la siguiente fórmula:

Donde: Tf = Transito futuro i = tasa de crecimiento (3%) n = el periodo de diseñó (20 años para un pavimento flexible) To = Transito Actual (8493,7889 Vehículos)




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Conocida la distribución porcentual de vehículos hoy, se asume que este porcentaje no varía en el periodo de diseño por lo que, con el total de vehículos a transito futuro y el porcentaje obtengo la distribución numérica de acuerdo al tipo de vehículo del tránsito promedio diario en la vida útil del pavimento, así: Transito promedio diario durante la vida útil del pavimento

Transito promedio anual durante la vida útil del pavimento

AUTOS LIVIANOS BUSES CAMIONES

TPD 228 231,288 178 773,56834 32043,6729158 17414,047

TPA 83 304 420,21 65 252 352,4441 11 695 940,6143 6 356 127,27 Tabla 9: TPD y TPA durante el periodo de diseño distribuidos por tipo de vehículo

Donde TPD representa el transito promedio diario del tránsito futuro, y TPA el transito promedio anual (TPD*365dias) del tránsito futuro. VEHÍCULOS EQUIVALENTES Para determinar el número de ejes equivalentes necesarios para el diseño de la estructura de pavimento, se requiere conocer ciertos factores que dependen del número de carriles que tiene la vía (2 por sentido, con carriles de más de 6 m de ancho) y del tipo de vehículo que la va a transitar (autos, buses grandes, y C2G) tal como se muestra en las siguientes tablas:




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Conociendo estos factores y las características particulares de la vía, se tiene la siguiente información:

Fd bus factor daño buses 1

Fd C2G factor daño camiones 2,72

Fd factor direccional 0,5

Fc factor carril 0,9 Tabla 10: Factores

Conocida la distribución porcentual mediante aforos realizados a la vía objeto de estudio, se determina el transito futuro que tendría la estructura de pavimento en un determinado periodo de diseño, los cuales nos indican que la vía de primer orden presenta un alto flujo de vehículo liviano lo cual influye en la afectación que le hacen los vehículos al pavimento, debido a q únicamente los camiones c2p y c2g en adelante afectan estructuralmente el pavimento, los demás a excepción de las motos le generan a la vía una afectación funcional. Conociendo estos datos, se calcula el número de ejes equivalente a 8,2 Ton de eje simple de rueda doble que van a transitar en un periodo de 20 años:

Para el diseño de la estructura de pavimentos de la via que comunica Armenia –

Cali, se tiene un total de ejes equivalentes a 8,2 Ton de un eje simple de rueda doble para un periodo de diseño de 20 años.




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Vehículos Nocturnos 16,21%

Autos(t) 9609,6 57,82%

Taxis(t) 3192,2 20,51%

Buses(t) 2165,9 14,04%

Camiones(t) 1369,5 7,63%

Ta Transito Actual (Veh) 8493,7889 I tasa de crecimiento 3%

N periodo de diseño 20 años

Tf Transito Futuro (Veh) 228 231,288 Fd bus factor daño buses 1

Fd C2G factor daño camiones 2,72

Fd factor direccional 0,5

Fc factor carril 0,9

Tabla 11: Tabla resumen datos para el transito

7.5 ESTUDIO DE SUELOS

El estudio de suelos se realiza fundamentalmente para conocer la estructura del mismo y analizar su resistencia portante como material de apoyo, de la adecuado caracterización del suelo depende un buen diseño de la estructura de pavimentos, ya que es sobre este que se apoya el diseño. Para el análisis de suelos (ver anexos, estudio de suelos) del tramo de vía se ejecutaron 5 sondeos, a los cuales se les realizo independientemente los ensayos establecidos para su análisis, los resultados de dichos análisis se ven en la siguiente tabla resumen:

Sondeo 1 sondeo 2 Sondeo 3 Sondeo 4 Sondeo5

TRAMO K0+000 K0+528 K1+056 K1+584 K2+150

–K0+528 -K1+56 -K1+584 -K2+150 -K2+640

TIPO DE SUELO SW-SM MH SM --- SW-SM

Prof. Subrasante

1,2 1,15 1,1 1,5 1,5

LL (%) - 53,8 49,5 65,88 -

LP(%) - 52,11 36 33,32 -

%FINOS 8,4 21,16 18,63 5,27 83,9

%W 27,36 55,33 56,76 55,64 32,5

CBR inalt. % 2,76 40 9,98 3,81 10,24

PDC 13,08 43,65 28,67 70,37 62,45




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Tabla 12: Caracterización del suelo, sondeos 1, 2, 3, 4 y 5

El suelo predominantemente está conformado por limo, la humedad natural del terreno se encuentra muy cerca del límite liquido, lo que representa un suelo de alta plasticidad, el índice de plasticidad se encuentra en su mayoría en valores muy bajos lo que su característica limosa. En campo se observo que no presentaba homogeneidad en el estado del suelo, este corresponde a un material de lleno en casi toda su sección que podría afectar las características geotécnicas del mismo. Perfil obtenido la zona de análisis

Ilustración 6: Perfil estratigráfico del suelo

El perfil obtenido consta de un estrato limo-arenoso de altura variable, seguido de un lleno y por ultimo un estrato de suelo orgánico, de características geotécnicas muy variables, la subrasante se encuentra a una profundidad promedio de 1,29 m. la clasificación del suelo predominantemente corresponde a un limo inorgánico. Ensayos elaborados al suelo, ver anexos.




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7.5.1 VIGA BENKELMAN

Las deflexiones producidas en la superficie de un pavimento flexible, por acción de cargas vehiculares, pueden ser determinadas haciendo uso de deflectómetros tales como el denominado "Viga Benkelman". Llamado así en honor al Ing. A.C. Benkelman, quién la desarrollo en 1953 como parte del programa de ensayos viales de la ASSHO Road Test. Desde entonces su uso se ha difundido ampliamente en proyectos de evaluación estructural de pavimentos flexibles, tanto por su practicidad como por la naturaleza directa y objetiva de los resultados que proporciona.

Una vez instalada la viga en el punto de medición haciendo coincidir con la cadena vertical y la marca inicial (ver figura a), se verificará que ésta se encuentre alineada longitudinalmente con la dirección del movimiento del camión. Se pondrá el dial del extensómetro en cero, se activará el vibrador y mientras el camión se desplaza muy lentamente se procederá a tomar lecturas conforme la varilla vertical vaya coincidiendo con la primera y segunda marcas adicionales (ver figuras b, c) y una lectura final cuando el camión se haya alejado lo suficiente del punto de ensayo que el indicador del dial ya no tenga movimiento (aproximadamente 5.00 m.), registro que corresponde al punto de referencia con deflexión cero.




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DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO Y TRATAMIENTO La Deflexión bajo el eje de la carga (Do), se calcula mediante la expresión:

Do = 4 X Lo (expresada en 0,01 mm)

Donde Lo es la lectura registrada en el dial del primer brazo de ensayo.

La deflexión a 25cm del eje de la carga (D25), se calcula con la expresión:

D25 = 4 X L25 (expresada en 0.01 mm).




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ABSCISAS

HUELLA EXTERNA

D0 D25 Lado Radio de Curvatura

LECT DEFL LECT DEFL

K0 + 450 2 8 1 4 DER 781,25

K0 + 500 1 4 0 0 DER 781,25

K0 + 550 0,2 0,8 0 0 DER 3906,25

K0 + 600 0 0 0 0 DER 0

K0 + 650 1 4 0,3 1,2 DER 1116,07143

K0 + 700 0,5 2 0 0 DER 1562,5

K0 + 750 2 8 0 0 DER 390,625

K0 + 800 3 12 0,4 1,6 DER 300,480769

K0 + 850 3 12 11,3 45,2 DER -94,126506

K0 + 900 1 4 0,1 0,4 DER 868,055556

K0 + 950 1 4 0 0 DER 781,25

K0 + 1000 1,5 6 3 12 DER -520,833333

K0 + 1050 0,2 0,8 0 0 DER 3906,25

K0 + 1100 0 0 0 0 DER 0 Tabla 13: Lecturas Viga Benkelman

ENTRADA DE DATOS: Son los datos iniciales para la identificación del tramo a analizar:

Fotografía 1: Tratamiento de datos Viga Benkelman

Luego de esto, se procede a ingresar a programa las deflexiones encontradas con la viga Benkelman en campo, del total de sondeos (5).




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EL SECCIONAMIENTO CON DEFLEXION

Fotografía 2: Grafica de deflexiones en la carpeta de rodadura

La grafica anterior muestra la grafica de deflexion, con picos pronunciados que se muestran en la siguiente tabla con su localizacion

Abscisa Deflexión Radio de curvatura

0 120 0

100 500 14

300 560 11

600 0 0

1300 516 -6

1400 160 20

2000 1200 0

2650 20 0 Tabla 14: Picos de deflexiones

Se evidencia que la mayor deflexion se encuentra en la abscisa K2+000 con 12 mm de profundidad, y la menor se encuentra en la abscisa K0+600, con una profundidad de cero; coincidiendo este ultimo con los datos del pci, en donde las fallas encontradas son solo superficiales, sin implicar la estructura del pavimentos, por lo cual no se presentan deflexiones grandes. Los tramos en donde se encuentran las mayores deflexiones, coinciden con los tramos en donde se encuentran una estacion de servicio y unas bodegas, las cuales, por la presencia de cargas estaticas, han incrementado las deflexiones en la via.




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7.6 CARACTERIZACIÓN DE CADA UNA DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO

7.6.1 SUBRASANTE

Ver anexos, Estudio de Suelos

7.6.2 SUBBASE

Debido a la falta de ensayos de maquina triaxial, se encuentra el modulo resiliente Mr por medio de la correlación encontrada en el invias, propuesta por la AASTHO

r 2555 0 64

Como no se poseen caracterizaciones de los suelos que compondrán la sub base y la base, estos se determinar con base en la tabla de referencia para Modulos resiliente y tipos de suelo.

0 - 3 Terreno Malo hay que restituirlo

3-6. Medio Malo se puede mejorar

6-12. Regular apto para subrasantes y llenos

12-20. Bueno Subrasantes y llenos

20-30. Muy Bueno Subrasantes y llenos

>30. Sirve para Subbase Sub-base

>80. Sirve para Base Base Por lo tanto: De la tabla anterior observamos que la sub-base tiene un CBR igual o mayor a 30%, asi que asumiremos un CBR igual a 30%, por ser el más crítico, obteniendo por correlación un MR = 14800 PSI PARA LA SUB BASE.




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Utilizando el nomograma para SUB BASES GRANULARES se obtiene que el coeficiente estructural corresponde a a3=0,11

Modulo resiliente Mr = 14800 psi Coeficiente estructural a3 = 0,11

7.6.3 BASE

Modu Para la base utilizando la metodología anterior, se tiene un CBR igual o mayor a 80%, así que asumiremos un CBR igual a 80%, por ser el mas critico, obteniendo por correlación un MR = 28000 PSI PARA LA BASE.

Utilizando el nomograma para BASES GRANULARES se obtiene el coeficiente estructural a2=0,135

Modulo resiliente Mr = 28000 psi Coeficiente estructural a2 = 0,135




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7.6.4 CARPETA ASFALTICA

La combinación de asfalto mas agregados debidamente dosificados, permiten obtener una mezcla apta para el flujo vehicular, esta aporta una capacidad estructural a la estructura del pavimento (ver combinación Anexos). Del diseño Marshall (ver anexos, caracterización de las capas del pavimento, carpeta asfáltica) para una mezcla densa en caliente MDC-2 (mezcla drenante) se obtienen los siguientes resultados: Material Granular

Gsb Gsb

Proporción Densidad Peso

Material en peso

Específico

% gr/cm³ gr/cm³

Arena 49% 2,595

Grava 1/2 39% 2,771 2,682

Grava 3/4 12% 2,771

Tabla 15: Densidades material de combinación de aridos

Se realizo una combinación de áridos para cumplir los requerimientos para una mezcla densa en caliente MDC-2 (ver anexos, caracterización de las capas de pavimento, carpeta asfáltica, granulometría combinación de áridos) 7.6.4.1 ENSAYO RICE PARA LA DETERMINACION DEL PESO ESPECIFICO DE LA MEZCLA ASFALTICA Para la elaboración de la mezcla se realiza en este ensayo 5 briquetas con diferente porcentaje de contenido de asfalto (Pb) con incrementos del 5% entre una y otra, para la ciudad de Armenia se inician la mezcla con un Pb=4,5% del peso total de la mezcla. Se realizan 3 briquetas por mezcla, esta corresponde a una mezcla en caliente compactada con el martillo Marshall con 75 golpes por cada cara, una vez compactada cada briqueta se obtiene la densidad máxima de la mezcla Gmm

A Contenido de asfalto 4,5% 5,0% 5,5% 6,0% 6,5%

B Peso (Muestra + recipiente) gr 1117,7 1117,7 1117,7

1117,7

1117,7

C Peso recipiente gr 317,7 317,7 317,7 317,7 317,7

D Peso mezcla gr 800,0 800,0 800,0 800,0 800,0

E Peso 25°C (Muestra + agua + recipiente) gr 1812,7 1810,0 1808,2

1805,6

1802,6




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F Peso 25°C (agua + recipiente)/ Curva de calibración gr 1317,7 1317,7 1317,7

1317,7

1317,7

G Gmm = D / (D - (E-F))

gr/cm³ 2,623 2,600 2,585 2,563 2,539

Tabla 16: Datos para la obtencion de la densidad maxima de la muestra de mezcla asflatica Gmm

Una vez caracterizado el agregado, el cemento asfaltico, y definidas tanto la granulometría como las densidades máximas de la mezcla para cada porcentaje de asfalto a utilizar, se procede al análisis de estabilidad, flujo y volumétrico para la determinación de porcentaje de asfalto optimo. 7.6.4.2 DISEÑO MARSHALL Norma del ensayo: INV E-748 Para cada porcentaje de asfalto se tienen 3 briquetas a las cuales se les determina el peso unitario y se trabaja con el promedio de las tres para cada porcentaje de contenido de asfalto;

Contenido de asfalto % 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5

Maximo medido Gmm gr/cm³ 2,623 2,600 2,585 2,563 2,539

Maximo Teorico Gse gr/cm³ 2,836 2,836 2,836 2,836 2,836

Volumen vacios con aire % 8,84 6,66 3,81 4,36 4,25 Tabla 17: Gmm y Gse para un porcentaje de bitumen diferente

Además se cuenta con la medida de estabilidad y flujo para cada briqueta, por lo tanto se procede al diseño volumétrico de la mezcla para determinar Gse, Gmm, porcentaje absorbido de asfalto Pab, Volumen de los agregados, de los vacios con aire, de asfalto y de asfalto efectivo, para cada briqueta Peso Especifico del Asfalto = 1,012 Peso Especifico Agregado = 2,682

CALCULOS VOLUMETRICOS

% Asfalto

Gmb Gb

Gsb

Gse

Masa asfalto

Masa agreg

Vol asfal

Vol agreg bulk

Vol ef agreg

Vol asf abs

Vol asf efec

Vol aire

VAM

VFA

4,5% 2,391

1,012

2,682

2,836 0,108 2,283 0,106 0,851 0,805 0,046 0,060

0,089

0,149

0,404




- 39 -


5,0% 2,427

1,012

2,682

2,836 0,121 2,306 0,120 0,860 0,813 0,047 0,073

0,067

0,140

0,522

5,5% 2,486

1,012

2,682

2,836 0,137 2,350 0,135 0,876 0,829 0,048 0,088

0,036

0,124

0,707

6,0% 2,451

1,012

2,682

2,836 0,147 2,304 0,145 0,859 0,813 0,047 0,099

0,042

0,141

0,701

6,5% 2,431

1,012

2,682

2,836 0,158 2,273 0,156 0,848 0,801 0,046 0,110

0,042

0,152

0,722

Tabla 18: Cálculos volumétricos

Los cálculos volumétricos se encuentran en los anexos

% Asfalto

Gmb (gr/cm3)

% Ps Gsb (gr/cm3)

% VAM

Va % % VFA

4,5 2,391 95,5 2,682 14,86 8,8 40,477

5 2,427 95 2,682 14,03 6,7 52,564

5,5 2,486 94,5 2,682 12,39 3,8 69,279

6 2,451 94 2,682 14,08 4,4 68,999

6,5 2,431 93,5 2,682 15,24 4,2 72,144

Tabla 19: Tabla resumen de los valores obtenidos de las relaciones volumétricas

MEZCLA ASFÁLTICA Se toma como porcentaje de vacio para el diseñó 4%

Lectura Porcentaje de Asfalto optimo para la mezcla Pb = 5,4%




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Lectura, Peso unitario de mezcla asfáltica diseñada = 2,473 (gr/cm3)

Lectura Estabilidad de la mezcla = 1137,55 (Kg)

Lectura Porcentaje de vacios del agregado mineral = 68 %




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Lectura Flujo de la mezcla = 3,6 (mm)

Lectura Porcentaje de vacios llenos de asfalto = 12,8%

MEZCLA ASFALTICA

% Vacios 4 %

% Asfalto 5,4 %

Peso unitario 2,473 gr/cm3

Estabilidad 1137,55 Kg

% VAM 68 %

Flujo 3,6 mm

% VFA 12,8 %

Tabla 20: Resumen Diseño Marshall

Para un porcentaje de vacios del 4% la Densidad en obra de la mezcla corresponde al 96% de la Densidad bulk de la mezcla asfáltica:




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7.7 DISEÑO PAVIMENTO FLEXIBLE

7.7.1 METODO AASHTO

Datos iniciales a partir de las variables del diseño (transito, confiabilidad,

restricción del tiempo), las propiedades y características de los materiales.

Periodo de diseño = 20 años Error estándar según la AASHTO So = 0,45 (Error en la predicción del comportamiento de la estructura) Nivel de confiabilidad = 90% Desviacion estándar = -1,282 (de la distribución normal) Ejes equivalentes = 25 999 422,2 (Obtenidos del estudio de transito) Indice de serviciabilidad = 4,2 – 2 = 2,2 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Del diseño de la mezcla asfáltica por el Método Marshall se tiene que: Volumen de agregados = 87,28% Volumen de asfalto = 13,20% Volumen de vacios = 4% El inalterado a 0,1’’ es de 32,28% (ver análisis de suelos) y el encontrado por correlación con el PDC es igual a 10,34%; por lo que para el diseño se asume el segundo por ser el más crítico y que le brinda mayor seguridad y funcionamiento a la estructura diseñada. Debido a la falta de ensayos de maquina triaxial, se encuentra el Mr por medio de la correlación encontrada en el invias, propuesta por la AASTHO y la capa que se va a usar se obtuvieron los siguientes valores:

r 2555 10 330 64 11394 05 psi Utilizando el nomograma para SUB BASES GRANULARES se obtiene que el coeficiente estructural corresponde a a3=0,11 Para la base utilizando la metodología anterior, se tiene un CBR igual o mayor a 80%, así que asumiremos un CBR igual a 80%, por ser el mas critico, obteniendo por correlación un MR = 28000 PSI PARA LA BASE.




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Utilizando el nomograma para BASES GRANULARES se obtiene el coeficiente estructural a2=0,135 Coeficiente estructural para el concreto asfaltico

De la grafica se tiene que a1=0,36 Se conoce que, la vía analizada (Vía Armenia - Cali) es una vía Urbana de la Ciudad de Armenia, en donde hay transito de vehículos de transporte público, peatones, etc, por lo que la velocidad permitida no debe sobrepasar los 60 Km/h. además, la temperatura media de la región es de 21°C.

Temperatura ºC

Penetración (1/10mm) T800 ºc

25 47 53 Tabla 21: Temperatura anillo y bola

Tabla tomada de la presentación de diseño por el método computacional Ing Hugo Leon Arenas Conocida la penetración y la temperatura, proyectamos en la siguiente grafica para la obtención del valor de índice de penetración IP =-0,8 que corresponde a la susceptibilidad térmica del asfalto




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Sabemos ademas que para la velocidad de 60 Km/h, se tiene una frecuencia de 10 HZ De la grafica anterior también obtenemos la temperatura de mezclado T800 – Tmezclado = 220C Modulo dinamico del asfalto, determinado por el nomograma de VAN DER POEL, E= 5E+6 N/m2.




- 45 -


Se tiene que la temperatura de la región es de 21°C Promedio, acudiendo a la siguiente grafica, se obtiene que la temperatura de mezclado es de 31°C, asumiendo un espesor de carpeta de 10 cm




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Conocido ya porcentaje del volumen del bitumen =13,20 %, el modulo dinamico de la mezcla de asfalto E =5E+6 N/m2, y el porcentaje de volumen de agregado mineral = 87,28% entro en la siguiente tabla para obtener el modulo dinámico de la mezcla de asfalto E = 2E9 N/m2

De esta grafica encontramos que:

Emezcla 2*10^9 = 290075,448




- 47 -


EJES EQUIVALENTES 25999422,2

PERIODO DE DISEÑO 20 Años

ERROR ESTANDAR So 0,45

NIVEL DE CONFIABILIDAD 90

SERVICIABILIDAD 2,2

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

VOLUMEN AGREGADOS 87,28%

VOLUMEN ASFALTO 13,20%

VOLUMEN VACIOS 4,00%

MR SUBRASANTE 11394,0531

CBR DE DISEÑO 10,3397838

MR SUBBASE 30%

COEFICIENTE ESTRUCTURAL SUBBASE

14800

MR BASE 80%

COEFICIENTE ESTRUCTURAL BASE 28000

MODULO RESILIENTE CARPETA ASFALTICA

IP -0,8

MODULO RIGIDEZ ASFALTO 5*10^6

MODULO RIGIDEZ M. ASFALTICA 2*10^9

E MEZCLA 290075,448

COEFICIENTE ESTR. MEZCLA 0,36

ESPESOR CARPETA 10 CM

MAAT°C 21

TMEZ°C 31

DELTA T 22

FRECUENCIA 10

% VOLUMEN ASFALTO 13,20%

Tabla 22: Datos obtenidos para ingreso al software




- 48 -


7.7.2 METODO RACIONAL

Sabemos que el modulo resiliente esta relacionado con la capa inmediatamente debajo de ella, utilizando las relaciones empiricas según Shell, con la siguiente ecuación obtenemos el modulo resiliente para cada capa: Mrcapa superior=0,206 (h0,45) Mrcapa inferior

Donde: h = Espesor de la capa asumida

Mr= Modulo Resiliente de la capa inferior a la analizada

CBR diseño 10,3397838

Asumiendo unos espesores: (mm) Carpeta 100

u= 0,35

Base 200

u= 0,45

Subbase 300

u=0,45 Para calcular el Mr se tiene que

Mr subrasante Mr = 100*CBR diseño

Mr subrasante

1033,97838

Mr subbase

2773,85174

Mr base

6200,31798

Emezcla 290075,448 CALCULO DE LAS DEFORMACIONES ADMISIBLES εT adm = (0.856 Vb% + 1.08) E1^-0.36 (N/k)^-0.2 Donde:

εT adm = Deformación Admisible

E1 =Módulo en N/m2 de la carpeta asfáltica.

Vb = % Volumen de asfalto en la mezcla

N = Tránsito de diseño Factor de calage o ajuste = 10

K = Coeficiente de Calage (K = K1*K2*K3)




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SE TOMA

k1 10

k2 2,5

k3 0,33

Tenemos que

Vb 13,20%

N 25999422,2

k 8,25

E1 290075,448 Reemplazando en la ecuación se tiene: εT adm = (0.856 13,20% + 1.08) 290075,448^-0.36 (N/k)^-0.2 = 6,456E-4 Para la carpeta Además, se calcula las deformaciones máximas admisibles, asumiendo un nivel de confianza de 95% donde:

εz = 0,021*(25999422,2)^(-0,25) = 2,9409E-4 Para la subrasante Esfuerzos admisibles

εz = 2,9409E-4 Para la subrasante εT= 6,456E-4 Para la carpeta




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7.7.2 SOFTWARE

7.7.2.1 BISAR 3.0




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Displacem

ent Displacem

ent Displacem

ent

Position

Layer X-Coordinate

Y-Coordinate

Depth

UX UY UZ

Number

Number

(m) (m) (m) (µm) (µm) (µm)

1 1 1,62E-01 0,00E+00 0,00 -3,57E+01 4,64E-08 4,44E+02

2 1 1,62E-01 0,00E+00 0,10 2,98E+01 9,30E-08 4,45E+02

3 4 0,00E+00 0,00E+00 0,65 0,00E+00 0,00E+00 2,82E+02

Esfuerzos admisibles


Esfuerzos en la carpeta Arriba -3,57E-5 <εT Abajo 2,98-5 <εT En la subrasante Esfuerzo 2,82E-4 < εz Cumple para las dos deformaciones 7.7.2.2 DEPAV.EXE




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- 53 -


Esfuerzos admisibles


Esfuerzos en la carpeta Arriba 3,46E-4 <εT Abajo -3,34E-4 <εT En la subrasante Esfuerzo 2,86E-4 < εz Cumple para las dos deformaciones

ESPESORES

Carpeta = 10cm Base = 25cm

Sub base = 30 cm




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7.8 DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO

7.8.1 METODOLOGÍA DE LA PCA

DATOS REQUERIDOS PARA EL PROGRAMA

Transirto Actual Diario 16337,2

Porcentaje Buses 13,26%

Porcentaje Camiones 8,38%

Factor Direccional 0,5

Factor Carril 0,9

Transito Futuro anual 160230139

Indice de crecimiento 3,00%

Periodo de Diseño 20

CBR subrasante 10,34%

Buses 21246516,43

Camiones C2g 13427285,65

Los buses tienen una configuración de dos ejes simples de rueda simple, mientras los camiones C2G tienen un eje simple de rueda simple y un eje simple de rueda doble. Las cargas se deben afectar por un factor de seguridad, el cual, para vías de transito pesado, como es nuestro caso, es de 1,2

TIPO DE EJE PESO MAXIMO POR EJE, Kg

Eje Sencillo

Dos llantas 6000,00

Cuatro llantas 11000,00

Eje simple de 6 toneladas, bus

corresponde al número de ejes simples de rueda sencillas que pasan por la via, producto del paso de 21246516,43 buses de 2 ejes simples de rueda sencilla. Los camiones se configuran como la combinación de un eje simple de rueda simple más un eje simple de rueda doble.

EJES CARGAS REPETICIONES ESPERADAS




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SIMPLES (TON)

MAYOR PAVIMENTO RIGIDO

6 7,2 19121864,78

6 7,2 6042278,54

11 13,2 6042278,54 Tabla 23: Repeticiones por ejes

Sabemos que los buses de armenia (TINTO) tienen un sistema de dos ejes simples de rueda sencilla, en donde cada eje recibe una carga de 6 Toneladas

Por lo tanto el modulo de reaccion de la subrasante es: 5,55 MPa/m3 Como para el pavimento rigido, la capa inmediatamente inferior a la losa de concreto (subbase) solo tiene funcion de establecer uniformidad, se colocara un espesor de la misma de 15 cm. El modulo de rotura elegido para la losa de concreto hidraulico es de 4,5 Mpa

7.8.2 SOFTWARE




- 56 -


DISEÑO POR LA PCA DE PAVIMENTO RIGIDO Aquí no se convierte a ejes equivalentes




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ESPESORES

LOSA DE CONCRETO = 24 cm SUB-BASE = 15 cm




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8 PRESUPUESTO

Presupuesto Pavimento Rígido

Capa Unid Cantidad Costo

BASE M3 0,25 65000

SUBBASE M3 0,3 43833

PAVIMENTO M3 0,1 $ 123.629,45

$/m2 232.462,45

Presupuesto Pavimento Flexible

L de la vía (m) 2650

Ancho (m) 8

Precio de la Construcción del Pavimento flexible e=10cm $ 4.928.204.006,82

Construcción Pavimento Rígido MR 4,5 MPa $ 4.575.140.664,46




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9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Para el estudio de transito se tomaron los aforos de 7 movimientos en la

glorieta tres esquinas de los cuales solo 4 se tuvieron en cuenta ya que son los que pasan por el tramo de vía en cuestión, dichos datos son de 6:00 am a 10:00 pm, para completar las 24 horas se tomo un estudio hecho en la carrera 19 el cual tiene un comportamiento parecido al tramo de estudio y se calculo que el 16,21% de los vehículos que pasan de 6:00 am a 10:00 pm pasan de 10:00 am a 6:00 am. El tramo analizado en el presente informe corresponde al ubicado entre la abscisa K0+528 a K1+050 sentido norte sur, al corresponden únicamente los movimientos 1 y 7.

Para los 522 m analizados solo se realizó un sondeo por lo cual se dificulta

encontrar buenos parámetros de diseño como sucedió con el CBR que aunque

se tomo una muestra inalterada para su determinación y otra por correlación,

los valores encontrados fueron muy dispersos, por lo que con relación a los

otros sondeos realizados sobre la vía, so opto por tomar el de la correlación

que de igual manera coincidía con el mas critico (CBR=10.34%). En el sondeo

se encontró presencia de capa vegetal y de escombros. A partir de ahí se

encontró un limo inorgánico de alta plasticidad.

El diseño Marshall determino el diseño óptimo para la mezcla asfáltica con un

porcentaje de vacíos de 4%, un asfalto efectivo de 13.20% y el porcentaje de

agregados del 87,28% valores que permitieron la caracterización y obtención

de las propiedades de la mezcla asfáltica para la realización del diseño del

pavimento flexible.

Se obtuvieron diferentes estructuras de pavimento flexible de acuerdo a cada

uno de los métodos utilizados (AASHTO, RACIONAL), cumpliendo los límites

impuestos por las leyes de fatiga para las deformaciones presentadas para el

tránsito que se espera en el periodo de diseño. De acuerdo al criterio del grupo,

los espesores para la estructura de este pavimento es la siguiente, al correrlo

en el programa la distribución resulto variable en la capa de base granular que

paso de ser de 20 cm a 25 cm

E l método PCA para el diseño del pavimento rígido, obteniendo el análisis por

fatiga y erosión, nos entrega una caracterización de la estructura así:




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Losa de concreto = 24 cm

Sub base= 15 cm

La sub base de 15 cm se establece por criterio como un apoyo que brinda

uniformidad mas no funciona estructuralmente.

Según el análisis unitario de precios para un pavimento flexible de 10cm, base de 25 y 30 cm de espesor y un pavimento rígido de 24cm y una súbase de de espesor 15cm, es más económico la construcción de un pavimento rígido cuyos precios son los siguientes.

Precio de la Construcción del Pavimento flexible e=10cm $ 4.928.204.006,82

Construcción Pavimento Rígido MR 4,5 MPa $ 4.575.140.664,46




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10 BIBLIOGRAFIA

Montejo F. Alfonso, Ingeniería de Pavimentos para Carreteras, Universidad Católica de Colombia, 2da Edición.

Clasificación De suelos para Carreteras. AASHTO. Guide for Design of Pavement Structures 1993. Copyright 1986,

1993. Manual de Diseño INVIAS Guias de Clase




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ANEXOS




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INVENTARIO DE FALLAS

PROCEDIMIENTO PARA LA EVALUACION DE LA CONDICION DEL PAVIMENTO La primera etapa corresponde al trabajo de campo en el cual se identifica los daños teniendo en cuenta la clase, severidad y extensión de los mismos. Esta información se registra en formatos adecuados para tal fin. MANUAL DE DAÑOS CALIDAD DE TRÁNSITO (RIDE QUALITY) Cuando se realiza la inspección de daños, debe evaluarse la calidad de tránsito (o calidad del viaje) para determinar el nivel de severidad de daños tales como las corrugaciones y el cruce de vía férrea. A continuación se presenta una guía general de ayuda para establecer el grado de severidad de la calidad de tránsito. L: (Low: Bajo). Se perciben las vibraciones en el vehículo (por ejemplo, por corrugaciones) pero no es necesaria una reducción de velocidad en aras de la comodidad o la seguridad; o los abultamientos o hundimientos individuales causan un ligero rebote del vehículo pero creando poca incomodidad. M: (Medium: Medio): Las vibraciones en el vehículo son significativas y se requiere alguna reducción de la velocidad en aras de la comodidad y la seguridad; o los abultamientos o hundimientos individuales causan un rebote significativo, creando incomodidad. H: (High: Alto): Las vibraciones en el vehículo son tan excesivas que debe reducirse la velocidad de forma considerable en aras de la comodidad y la seguridad; o los abultamientos o hundimientos individuales causan un excesivo rebote del vehículo, creando una incomodidad importante o un alto potencial de peligro o daño severo al vehículo. La calidad de tránsito se determina recorriendo la sección de pavimento en un automóvil de tamaño estándar a la velocidad establecida por el límite legal. Las secciones de pavimento cercanas a señales de detención deben calificarse a la velocidad de desaceleración normal de aproximación a la señal. UNIDADES DE MUESTREO Se divide la vía en secciones o unidades de muestreo; para el caso de carreteras con carpeta de rodadura asfáltica y ancho menor a 7,30 m, el área de la unidad de muestreo debe estar dentro del rango 230 ± 93 m2.




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DATOS

Abscisa inicio tramo = K0 + 528 Abscisa final tramo = K1 + 056 Longitud del tramo = 528 m Ancho de calzada = 7,3 m Longitud unidad de muestreo = 31,5 m

Numero tramos = 17 NUMERO TOTAL DE TRAMOS = 17

UNIDADES DE MUESTREO

LONGITUDES DE UNIDADES DE MUESTREO ASFALTICAS Area

(m2) Ancho de Calzada (m)

Longitud de la unidad de muestreo (m)

5 46

230 ± 93

5,5 41,8

6 38,3

6,5 35,4

7,3 (máximo) 31,5

Para este caso se evalúa y se inspecciona el total de las unidades de muestreo resultantes de la red del tramo vial. NOTA: Para la evaluación de un proyecto se deben inspeccionar todas las unidades de muestreo, de no ser posible, se evalúa un número mínimo de unidades de acuerdo a la metodología, la cual produce un estimado del PCI ±5 del promedio verdadero con una confiabilidad del 95%. Durante la inspección visual inicial se asume una desviación estándar del PCI de 10 para pavimentos asfalticos, esto es un rango PCI de 25. Para las unidades de la sección de vía evaluada, e igualmente espaciadas a lo largo del pavimento se inspeccionaran el total de las mismas para una calidad 100% confiable de la información final obtenida. Evaluación de la condición: Esta depende del tipo de superficie que se inspeccione, y debe estar estrictamente guiada por la definición de los daños establecidos en el manual del PCI.




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LA EVALUACION DE LA CONDICION INCLUYE LOS SIGUIENTES ASPECTOS:

a) Equipo

Odómetro manual para medir las longitudes y las áreas de los daños

Regla y una cinta métrica para establecer las profundidades de los

ahuellamientos o depresiones.

Manual de daños del PCI con los formatos correspondientes y en cantidad

suficiente para el desarrollo de la actividad.

b) Procedimiento

Se inspecciona una unidad de muestreo para medir el tipo, cantidad y

severidad de los daños de acuerdo con el manual de daños, y se registra la

información en el formato correspondiente. Se debe conocer y seguir

estrictamente las definiciones y procedimientos de medida de los daños. Se usa

un formulario u hoja de información de exploración de la condición para cada

unidad de muestreo y en los formatos cada renglón se usa para registrar los

daños, su extensión y su nivel de severidad.

c) El equipo de inspección deberá implementar todas las medidas de seguridad

para su desplazamiento en la vía inspeccionada, tales como dispositivos de

señalización y advertencias, tanto para el vehículo acompañante como para el

personal.

CALCULO DEL PCI PARA LAS UNIDADES DE MUESTREO Al completar la inspección de campo, la información sobre los daños se utiliza para calcular el PCI. El cálculo puede ser manual o computarizado y se basa en los “Valores Deducidos” de cada daño de acuerdo con la cantidad y severidad reportadas. Para Carreteras con Capa de Rodadura Asfáltica: Etapa 1. Cálculo de los Valores Deducidos: 1. a. Totalice cada tipo y nivel de severidad de daño y regístrelo en la columna TOTAL del formato PCI-01. El daño puede medirse en área, longitud o por número según su tipo. 1. b. Divida la CANTIDAD de cada clase de daño, en cada nivel de severidad, entre el ÁREA TOTAL de la unidad de muestreo y exprese el resultado como




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porcentaje. Esta es la DENSIDAD del daño, con el nivel de severidad especificado, dentro de la unidad en estudio. 1. c. Determine el VALOR DEDUCIDO para cada tipo de daño y su nivel de severidad mediante las curvas denominadas “Valor Deducido del Daño” que se adjuntan al final de este documento, de acuerdo con el tipo de pavimento inspeccionado. Etapa 2. Cálculo del Número Máximo Admisible de Valores Deducidos (m) 2. a. Si ninguno ó tan sólo uno de los “Valores Deducidos” es mayor que 2, se usa el “Valor Deducido Total” en lugar del mayor “Valor Deducido orregido”, DV, obtenido en la Etapa 4. De lo contrario, deben seguirse los pasos 2.b. y 2.c. 2. b. Liste los valores deducidos individuales deducidos de mayor a menor. 2. c. Determine el “Número Máximo Admisible de Valores Deducidos” (m), utilizando la siguiente ecuación: m i = 1,00 + (9/98) (100 - HDV i) Ecuación para Carreteras pavimentadas. Dónde: mi: Número máximo admisible de “valores deducidos”, incluyendo fracción, para la unidad de muestreo i. HDVi: El mayor valor deducido individual para la unidad de muestreo i. 2. d. El número de valores individuales deducidos se reduce a m, inclusive la parte fraccionaria. Si se dispone de menos valores deducidos que m se utilizan todos los que se tengan.

muestreo i HDVi listados mi q

muestreo 1 24 38,5 6,64795918 1

muestreo 2 13,5 38 6,69387755 1

muestreo 3 20,5 31 7,33673469 1

muestreo 4 9,8 24 7,97959184 1

muestreo 5 7 22 8,16326531 1

muestreo 6 10 20,5 8,30102041 1

muestreo 7 10 20 8,34693878 1

muestreo 8 38 20 8,34693878 1

muestreo 9 20 20 8,34693878 1

muestreo 10 20 20 8,34693878 1

muestreo 11 31 13,5 8,94387755 1

muestreo 12 20 11,5 9,12755102 1

muestreo 13 38,5 10 9,26530612 1

muestreo 14 20 10 9,26530612 1

muestreo 15 22 9,8 9,28367347 1

muestreo 16 8 8 9,44897959 1

muestreo 17 11,5 7 9,54081633 1

323,8 17




- 67 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10

Daño Severidad Total Densidad (%) Valor deducido

1 Medio 3 1,325673884 24

EXPLORACION DE LA CONDICION POR UNIDAD DE MUESTREO

Daño

piel de cocodrilo Parche

SUR ARMENIA K0+528

K0+559

1

226,3

Octubre 9 de 2011

UNIDAD DE MUESTREO

AREA MUESTREO (m2)

Desnivel carril/berma

ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL

Exudacion

Agrietamiento en bloque

Abultamientos y hundimientos

INSPECCIONADA POR

Depresion

Pulimento de agregados

Huecos

Cruce de via ferrea

Daño

Corrugacion Ahuellamiento

Desplazamiento

Grietas long y transversal

Grieta Parabolica (slippage)

Hinchamiento

Desprendimiento de agregados

3 daños piel de cocodrilo

Grieta de borde

Grieta de reflexion de junta

Cantidades Parciales




- 68 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


11 Bajo 1 0,428082192 1

1 Medio 1 0,428082192 13,5

10 Medio 2 0,856164384 1,5

2SUR ARMENIA K0+559

K0+591

Exudacion Pulimento de agregados

ABSCISA FINAL AREA MUESTREO (m2)

INSPECCIONADA POR

Daño Daño


233,6

Octubre 9 de 2011


ABSCISA INICIAL UNIDAD DE MUESTREO

Agrietamiento en bloque Huecos

Abultamientos y hundimientos Cruce de via ferrea


Depresion Desplazamiento

Grieta de borde Grieta Parabolica (slippage)

Grieta de reflexion de junta Hinchamiento

Desnivel carril/berma Desprendimiento de agregados



Parcheo y acometidas de servicios publicos

1 piel de cocodrilo

2 grietas longitudinales




- 69 -


ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


4 Medio 1 0,456621005 8

1 Medio 2 0,913242009 20,5

3SUR ARMENIA K0+591

K0+621



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


219

Octubre 9 de 2011











Hundimiento

1 piel de cocodrilo de severidad media y 1 piel de cocodrilo de severidad baja




- 70 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


10 Alto 3 1,325673884 9,8

7 Medio 2 0,883782589 5

11 Medio 1 0,441891295 7

4SUR ARMENIA K0+621

K0+652



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












1 grieta transversal de severidad alta y 2 grietas transversales se severidad media

1 grieta de borde externo de severidad bajo y 1 grieta de borde interno de severidad medio

Parcheo y acometida de servicios publicos




- 71 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


10 Medio 6 2,651347768 7

7 Medio 2 0,883782589 7

5SUR ARMENIA K0+652

K0+683



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












3 grietas longitudinales de severidad media y 3 grietas longitudinales de severidad baja

1 grieta de borde externo de severidad media y 1 grieta de borde externo de severidad baja




- 72 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


13 Bajo 1 0,441891295 10

11 Medio 3 1,325673884 10

10 Medio 1 0,441891295 0

7 Bajo 1 0,441891295 1

6SUR ARMENIA K0+683

K0+714



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












1 hueco

1 Parcheo de severidad media y 2 parcheos de severidad baja

1 grieta longitudinal de severidad media

1 grieta de borde externo de severidad baja




- 73 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


1 Bajo 1 0,441891295

11 Medio 3 1,325673884 10

10 Alta 1 0,441891295 4,5

3 Alta 2 0,883782589 5

7SUR ARMENIA K0+714

K0+745



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












2 parcheos de severidad media y 1 parcheo de severidad baja

1 grieta longitudinal de severidad alta

1 agrietamiento en bloque de severidad alta y 1 agrietamiento en bloque de severidad media




- 74 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


11 Bajo 3 1,325673884 3

1 Alto 4 1,767565179 38

19 Alto 1 0,441891295 11,5

4 Alto 2 0,883782589 8,5

10 Medio 1 0,441891295 0

8SUR ARMENIA K0+745

K0+776



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












3 Parcheos de severidad baja

1 piel de cocodrilo de severidad alta y 3 de severidad media

1 desprendimiento de agregado de severidad alta

1 hundimiento de severidad alta y 1 hundimiento de severidad media

1 grieta longitudinal de severidad media




- 75 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


19 Alto 1 0,441891295 11,5

10 Medio 3 1,325673884 0

1 Medio 2 0,883782589 20

3 Alto 1 0,441891295 4

9SUR ARMENIA K0+776

K0+807



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












1 desprendimiento de severidad alta

1 grieta transversal de severidad media y 2 grieta longitudinal de severidad media


1 agrietamiento en bloque de severidad alta




- 76 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


10 Alta 3 1,325673884 10

1 Medio 2 0,883782589 20

11 Medio 2 0,883782589 9,5

10SUR ARMENIA K0+807

K0+838



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












2 grietas longitudinales de severidad alta y 1 grieta longitudinal de severidad media

2 piel de cocodrilo de severidad media

2 pacheos de severidad media




- 77 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


1 Medio 6 2,651347768 31

11 Bajo 2 0,883782589 2

4 Bajo 1 0,441891295 5

19 Alto 1 0,441891295 11,5

10 Alto 4 1,767565179 11

3 Alto 2 0,883782589 5


K0+869



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












4 piel de cocodrilo de severidad media y 2 de severidad baja

2 parcheos de severidad baja

1 hundimiento de severidad baja

Desprendimiento de agregados de severidad alta

2 grietas longitudinales de severidad alta y 1 longitudinal de severidad media, 1 grieta transversal de severidad alta y 2 transvernales de severidad media

2 grietas en bloque de severidad alta




- 78 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


10 Medio 5 2,209456474 5

19 Alto 1 0,441891295 11,5

3 Alto 1 0,441891295 4,5

1 Medio 2 0,883782589 20

11 Medio 1 0,441891295 6


K0+900



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












2 grietas longitudinales de severidad media, 1 grieta tranversal de severidad alta y 2 transversales de severidad media

1 desprendimiento de agregados de severidad alta

1 grieta en bloque de severidad alta

2 piel de cocodrilo de severidad media

1 parcheo de severidad media




- 79 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


1 Alto 4 1,767565179 38,5

19 Alto 1 0,441891295 11,5

11 Medio 2 0,883782589 8

10 Alto 4 1,767565179 11,5


K0+931



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












2 piel de cocodrilo de severidad alta, 1 de severidad media y 1 de severidad baja

1 desprendimiento de agregados de severidad alta

1 parcheo de severidad media y 1 parcheo de severidad bajo

3 grietas longitudinales de severidad media y 1 grieta transversal de severidad alta




- 80 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


11 Bajo 1 0,441891295 1

10 Alto 9 3,977021653 20

1 Medio 5 2,209456474 10

3 Medio 1 0,441891295 0


K0+962



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












1 parcheo de severidad bajo

1 grieta longitudinal de severidad alta, 1 longitudinal de severidad media y 4 longitudinales de severidad baja; 1 grieta transversal de severidad alta y 2 grietas transversales de severidad media

2 piel de cocodrilo de severidad media y 3 de severidad baja

1 agrietamiento en bloque de severidad media




- 81 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


10 Alto 6 2,651347768 15

1 Alto 5 2,209456474 22

4 Alto 1 0,441891295 21

11 Bajo 2 0,883782589 2

3 Bajo 1 0,441891295 0


K0+993



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












3 grietas longitudinales de severidad media y 2 longitudinales de severidad baja; 1 transversal de severidad alta

1 piel de cocodrilo de severidad alta, 1 de severidad media y 3 de severidad baja

1 hundimiento de severidad alta

2 parcheos de severidad baja

1 agrietamiento en bloque de severidad baja




- 82 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


10 Medio 4 1,767565179 4

1 Medio 2 0,883782589 7,5

4 Medio 1 0,441891295 8

11 Bajo 1 0,441891295 1

3 Bajo 1 0,441891295 0


K1+024



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


226,3

Octubre 9 de 2011












2 grietas longitudinales de severidad media, 1 grieta transversal de severidad media y 1 transversal de severidad baja


1 hundimiento de severidad medio

1 parcheo de severidad baja

1 agrietamiento en bloque de severidad baja




- 83 -


ESQUEMA

ZONA

CODIGO VIA

FECHA

No No

1 11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

10


10 Medio 4 1,712328767 4,5

1 Alto 1 0,428082192 11,5


K1+056



INSPECCIONADA POR

Daño Daño


233,6

Octubre 9 de 2011












2 grietas longitudinales de severidad media y 2 grietas transversales de severidad media

1 piel de cocodrilo de severidad alta




- 84 -


TRANSITO

Aforo sobre la 19, Transito de 22:00 a 6:00

Hora Totales

22:00-22:15 111 02:30-02:45 33 22:15-22:30 66 02:45-03:00 19 22:30-22:45 72 03:00-03:15 13 22:45-23:00 70 03:15-03:30 25 23:00-23:15 69 03:30-03:45 35 23:15-23:30 50 03:45-04:00 26 23:30-23:45 60 04:00-04:15 24 23:45-00:00 55 04:15-04:30 31 00:00-00:15 33 04:30-04:45 41 00:15-00:30 31 04:45-05:00 45 00:30-00:45 26 05:00-05:15 44 00:45-01:00 32 05:15-05:30 57 01:00-01:15 30 05:30-05:45 67 01:15-01:30 31 05:45-06:00 76 01:30-01:45 43 TOTAL 1414 01:45-02:00 37 02:00-02:15 36 02:15-02:30 26




- 85 -


ESTUDIO DE SUELOS

1. ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACION DE LA SUBRASANTE 4.1 CBR INALTERADO O IN SITU OBJETIVO GENERAL Determinar el CBR en el terreno (sub rasante) donde se encuentra la via. OBJETIVOS ESPECIFICOS Comparar el procedimiento recomendado por la norma INVIAS E-112 para la muestra del CBR inalterado con el procedimiento empleado en el campo. Interpretacion de los resultados que arrojan los cálculos realizados. PROCEDIMIENTO Se toma una muestra para el análisis de CBR inalterado a un borde de la via existente (via armenia cali), metros arriba del estadio Centenario de la ciudad de Armenia, sobre el cruce. La muestra se toma siguiendo las instrucciones de la Laboratorista de la Universidad del Quindio Carmen Eugenia, muestra que debe seguir lo establecido en la norma INVIAS E-112, la muestra obtenida se protege con plástico, y se obtiene material de la misma zona para determinar el contenido de humedad. Luego de extraída la muestra y llevada al laboratorio, se sigue el procedimiento explicado en la norma INVIAS E-148 para la obtención del valor de CBR de la muestra inalterada. NORMAS QUE RIGEN EL ENSAYO INVIAS E-148 Se debe tener cuidado al momento de realizar las lecturas de las cargas y su respectiva deformación. RESULTADOS DEL ENSAYO De acuerdo a la norma INVIAS E-148, la muestra es sometida a una carga, se realiza la lectura en el dial de carga al instante que el dial de deformación se encuentre en los valores establecidos por la norma; afectando todas las cargas por la constante del anillo K = 7,5185, seguido se procede a hallar la presión que resulta de dividir la carga por el area del piston utilizado para la aplicación de dicha carga (area del piston = 3 in); los datos calculados y obtenidos anteriormente se presentan en la siguiente tabla: K anillo = 7,5185 Constante = 3,7814 Lectura de penetración en milésimas de pulgada Penetración 0,001 = (Penetración * 0,001) in Dial de carga lectura realizada al momento de la penetración establecida




- 86 -


Carga = (Dial de carga * Kanillo – Constante) lb Presión = (Carga / área del pistón) lb/in2

Lectura Penetración

Penetración 0.001

Dial carga 0.0001

Carga en lb

Presión lb/pul2

5 0,005 6 41,3296 13,77653333

25 0,025 40 296,9586 98,9862

50 0,05 70 522,5136 174,1712

75 0,075 100 748,0686 249,3562

100 0,1 130 973,6236 324,5412

150 0,15 171 1281,8821 427,2940333

200 0,2 240 1800,6586 600,2195333

250 0,25 300 2251,7686 750,5895333

300 0,3 345 2590,1011 863,3670333

350 0,35 354 2657,7676 885,9225333

400 0,4 355 2665,2861 888,4287

500 0,5 356 2672,8046 890,9348667

Con estos datos obtenidos, se grafica presión vs penetración

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Pre

sio

n (

lb/i

n2

)

Penetracion (in)

Presion Vs Penetracion




- 87 -


PENETRACION (in)

LECTURA Ps (psi)

0,1 320

0,2 600

Con estas lecturas obtenidas, se aplica la relación establecida para la obtención del CBR; definida como, la relación existente entre el esfuerzo requerido para penetrar un pistón en una muestra de suelo (la muestra inalterada obtenida de campo), entre el esfuerzo requerido para penetrar el mismo pistón en una muestra de suelo patrón, a la misma profundidad.

Muestra de suelo patrón

Profundidad (in)

P requerido (psi)

0,1 1000

0,2 1500

0,3 1900

0,4 2300

0,5 2600

Calculo de CBR para la lectura de 0,1 in

Calculo de CBR para la lectura de 0,2 in

Para diferentes profundidades se obtienen diferentes valores de CBR, que indica un comportamiento variable en la medida de resistir el suelo los esfuerzos cortantes a los que es sometido; en este caso visto desde la presión ejercida por la penetración del pistón.

INTERPRETACION DE CBR

0% - 3% Terreno malo Hay que restituirlo

3% - 6% Medio malo Se puede mejorar

6% - 12% Regular Apto para subrasante y llenos

12% - 20% Bueno Apto para subrasante y llenos

20% - 30% Muy bueno Apto para subrasante y llenos

>30% Sirve para sub-base Apto para sub-bases

>80% Sirve para base Apto para bases




- 88 -


INTERPRETACION DE RESULTADOS Los valores obtenidos de CBR como medida indirecta de la resistencia del suelo a los esfuerzos cortantes no son resultados reales del comportamiento mecánico del mismo, aunque brindan información útil para el análisis en general. El CBR de la subrasante de la sección de vía analizada (vía Armenia Cali) resulta de muy buen comportamiento mecánico, debido a que su valor supera el 30% del esfuerzo requerido por una muestra patrón lo que no solo lo hace apto para cumplir la función de subrasante, sino que también puede ser utilizado para sub- bases. DENSIDAD Y HUMEDAD DE LA MUESTRA IN SITU La humedad se obtiene a partir una muestra de suelo obtenida de la zona, como se había mencionado anteriormente. Los datos requeridos para su cálculo son: Peso húmedo de muestra P1=1143 (gr) Peso seco de la muestra P2 = 775 (gr) Peso del recipiente P3 = 109,85 (gr)

%W = 55.33% La densidad húmeda se obtiene a partir de los siguientes datos: Peso muestra húmeda de suelo mas molde Pwm = 7411 (gr) Peso de molde Pm = 3895 (gr) Peso muestra húmeda de suelo sin molde Pw = 3516 (gr) Volumen de la muestra 12,5*(pi/4)*15^(2) V = 2208,93 cm3

DH = 1,59 (gr/cm3)




- 89 -


4.2 PENETROMETRO DINAMICO DE CONO OBJETIVO GENERAL Determinar el CBR de campo OBJETIVOS ESPECIFICOS Determinar los datos del penetrómetro dinámico de cono PDC Determinar la correlación de CBR y PDC para Colombia y obtener el CBR de campo. ASPECTOS GENERALES El ensayo no destructivo del penetrómetro dinámico de cono es una medida indirecta al esfuerzo cortante de los suelos in situ, basado en la penetración dinámica de una punta que es golpeada repetidamente para penetrar el suelo y conocer la resistencia de dicha penetración; dicha punta tiene un ángulo de 60o. Los golpes son efectuados al dejar caer una masa que impacta y transmite una energía que atraviesa el suelo con una profundidad que varia dependiendo de la dureza del mismo. El equipo se dispone centrado y la guiadera o varilla por donde se desplaza la masa totalmente vertical para evitar obstrucciones en la caída libre. Para efectuar el ensayo, se debe llevar registro del número de golpes y la distancia que recorre producto del mismo hasta una profundidad determinada. PROCEDIMIENTO El ensayo se realiza sobre el borde de la vía en la subrasante encontrada, en la misma zona donde se obtuvo la muestra para el ensayo de CBR. Se ubica el penetrómetro verticalmente al suelo y se procede a hacer los registros desde cero golpes con su profundidad hasta llegar aproximadamente hasta el metro de profundidad. Grafica de Numero de golpes VS Penetración

-1000

-800

-600

-400

-200

0

0 5 10 15 20 25

Pe

ne

trac

ión

(m

m)

Numero de Golpes

Penetrometro de Cono Dinamico




- 90 -


Se trazan líneas rectas que una la mayoría de puntos continuos y se determina su pendiente, valor que corresponde al PDC de ese tramo.

PENDIENTE 1 y = -45x - 51,667 -45

PENDIENTE 2 y = -85x + 43,333 -85

PENDIENTE 3 y = -33,452x - 253,45 -33,452

PENDIENTE 4 y = -40x - 183,33 -40

PENDIENTE 5 y = -14,821x - 600,71 -14,821

Conocidos los valores de PDC por correlación se obtiene el CBR inalterado de suelo.

GOLPES PENETRACION (mm/golp)

PDC CBR (%)

0 -50 45 6,743

1 -100 45 6,743

2 -140 45 6,743

3 -210 85 3,878

4 -300 85 3,878

5 -380 85 3,878

6 -450 33,452 8,728

7 -490 33,452 8,728

8 -520 33,452 8,728

9 -560 33,452 8,728

10 -590 33,452 8,728

11 -620 33,452 8,728

12 -650 33,452 8,728

13 -690 33,452 8,728

14 -740 40 7,471

15 -790 40 7,471

16 -820 40 7,471

17 -850 14,821 17,722

18 -870 14,821 17,722

19 -885 14,821 17,722

20 -895 14,821 17,722

21 -910 14,821 17,722

22 -930 14,821 17,722

23 -940 14,821 17,722




- 91 -


Finalmente el CBR del tramo analizado para la vía objeto de estudio corresponde al promedio de los CBR obtenidos para cada pendiente. CBR = 10,34% 4.3 LIMITES DE ATTEMBERG Los límites de Attemberg se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos y se basan en los 4 estados de consistencia según su humedad:

Así, un suelo se encuentra en estado sólido cuando está seco. Al agregarle agua va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y finalmente fluido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Attemberg. DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO POR EL MÉTODO DE CASAGRANDE Un suelo amasado con agua y colocado en una cuchara normalizada (Casagrande), se divide en dos mitades con un acanalador, que tras haber dejado caer 25 veces la mencionada cuchara desde una altura de 10 mm sobre una base, este se cierra a lo largo de su fondo en una distancia de 13 mm. MATERIAL UTILIZADO - Muestras de suelo (aprox. 150-200 g. que pase por tamiz de 0,4 mm.) - Cuchara de Casagrande - Acanalador normalizado - Balanza 100 g ±0.01 g - Tamiz 0,4 mm - Estufa 115 ºC - Espátulas de hoja flexible de varios tamaños - Mortero o molino con mazo recubierto de goma




- 92 -


- Calibre, pinzas, frasco lavador y agua destilada PROCEDIMIENTO: 1. PREPARACION DE LA MUESTRA Cuartear la muestra Secar al aire o en estufa < 60º C Pulverizar con mazo de goma si hay terrones Tamizar por el tamiz de 0,4 mm. (hasta unos 200 g) Amasar con agua Cubrir y conservar en cámara húmeda durante un día 2. DETERMINACIÓN DEL L.L. Calibrar altura de caída de la cuchara Separar la cuchara y sujetarla con la palma de la mano Colocar con la espátula una porción en la parte inferior Aplastar extendiendo de un lado a otro (hasta ±10 mm en el punto de mayor espesor) Hacer surco con el acanalador plano con el borde biselado hacia adelante Colocar la cuchara en el aparato Girar la manivela a razón de 2 vueltas/s Contar el nº de golpes para que se cierre el surco en 13 mm. Tomar ± 15 g próximos a las paredes del surco donde se cerró Determinación de su humedad Datos P1 = Peso muestra húmeda mas recipiente P2 = Peso muestra húmeda seca mas recipiente P3 = Peso recipiente

Numero de golpes; este número corresponde al número de golpes efectuados hasta la obtención de los 13 mm de separación en el surco.




- 93 -


Limites de ATTERBERG

P1 (gr) P2 (gr) P3 (gr) Humedad W(%) numero de golpes LL

18,88 13,9 5,17 57,04467354 15 53,62550566

14,9 11,4 5,08 55,37974684 22 54,52973277

23,06 16,96 5,31 52,36051502 28 53,08346829

20,53 15,23 5,15 52,57936508 30 53,752203

11,97 9,69 5,3 51,93621868 Limite Plástico LP 51,93621868

11,6 9,43 5,28 52,28915663 Limite Plástico LP 52,28915663

El limite liquido corresponde a la lectura realizada de la grafica N golpes vs Contenido de humedad, en la ordenada se ubica Y = 25 golpes, y se proyecta sobre la curva llevándola a la ordenada X = 53,8%; por lo tanto el limite liquido se alcanza con una humedad del 53,8%. LL = 53,8%. DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLASTICO Se define el límite plástico como la humedad más baja con la que pueden formarse con el suelo cilindros de 3 mm. de diámetro, rodando dicho suelo entre los dedos de la mano y una superficie lisa, hasta que los cilindros empiecen a resquebrajarse. PROCEDIMIENTO: 1. PREPARACION DE LA MUESTRA Cuartear la muestra Secar al aire o en estufa < 60º C

0

5

10

15

20

25

30

35

52 53 54 55 56 57 58

N g

olp

es

Contenido de humedad (%)

Limite Liquido




- 94 -


Pulverizar con mazo de goma si hay terrones Tamizar por el tamiz de 0,4 mm. (hasta unos 200 g) Amasar con agua Cubrir y conservar en cámara húmeda durante un día 2. DETERMINACIÓN DEL L.P Tomar una porción de ± 20 g Moldear la mitad de la muestra en forma de elipsoide Rodar entre los dedos y la superficie lisa a razón de 90 veces/minuto para formar cilindros de 3 mm en 2 min. Si al llegar al cilindro de 3 mm. no se ha resquebrajado se parte en 6 trozos, se amasan juntos y se repite, por el contrario si se ha resquebrajado se da por terminado el ensayo. Determinar su humedad El límite plástico corresponde a la media aritmética de las dos humedades obtenidas durante el ensayo.

LP = 52,11%

Índice de Plasticidad IP




- 95 -


Como el limite liquido es LL = 53,8% > 50%, este suelo corresponde a uno de alta plasticidad, y por encontrarse por debajo de línea A y no tener más del 12% de materia orgánica se denomina limo; de acuerdo a la carta de plasticidad utilizada en la clasificación de suelos de la USCS el tramo analizado corresponde a un limo inorgánico de alta plasticidad MH. 4.4 GRANULOMETRIA Este ensayo tiene por objeto determinar la granulometría del suelo mediante la división y separación con una serie de tamices en fracciones granulométricas de tamaño decreciente. PROCEDIMIENTO Recoja una bandeja grande llena (cuatro veces la cantidad que necesita para la prueba), y proceda al cuarteo de la misma, esto dividirá la muestra en cuatro muestras, descarte dos extremos cada vez que se cuartee, hasta obtener una muestra de 500 gr aproximadamente. Ordenar los tamices en el siguiente orden: #4, #10, #40, #80, #200. Coloque la cantidad de agregado pesado en la parte superior de los tamices previamente ordenados, tápelos. Pese el material retenido en cada tamiz y el que se quedó en la bandeja, anotando cada dato obtenido. La suma de estas cantidades debe tener una diferencia no mayor de l% del peso inicial, si es mayor, el procedimiento se debe repetir. Guarde el material sobrante. Calcule el porcentaje retenido, porcentaje retenido acumulado y el porcentaje de pasante en cada tamiz.

GRANULOMETRIA K0+528 - K1+056

Peso Inicial 775

Peso Lavado 611

Tamiz Tamiz (mm)

retenido % retenido

retenido acumulado %pasa

4 4,75 0,34 0,067706155 0,067706155

99,93229384

10 2 7,05 1,403907043 1,471613199 98,5283868

40 1,18 89,98 17,91823486 19,38984806

80,61015194

80 0,425 178,63 35,57161917 54,96146723

45,03853277

200 0,075 209,14 41,64725093 96,60871816

3,391281837

FONDO 17,03 3,391281837 100 0




- 96 -


4.5 PORCENTAJE DE FINOS Para determinar el porcentaje de finos en una muestra, se incorpora una medida de suelo y solución en una probeta plástica graduada que luego de ser agitada separa el recubrimiento de finos de las partículas de arena; después de un período de tiempo, se pueden leer las alturas de arcilla y arena en la probeta. El equivalente de arena es la relación de la altura de arena respecto a la altura de arcilla, expresada en porcentaje. PROCEDIMIENTO Secar una muestra de suelo durante 24 horas a una temperatura de 105 ± 5ºC y dejarlo enfriar a temperatura ambiente antes del ensayo. Coloque en un recipiente y mezcle en forma circular hacia el centro, hasta obtener una mezcla uniforme. Verificar las condiciones de humedad del material apretando con la mano una porción de material, si se forma una masilla que permite abrir la mano sin romperse, la mezcla tiene el rango correcto de humedad. Una vez humedecido la muestra se tamiza por el tamiz 200 y el material retenido se almacena en un recipiente diferente que se pesa al final del ensayo; este procedimiento se repite hasta el momento que ya no se obtiene más pasante del tamiz 200.

0

20

40

60

80

100

120

1 10 100 1000

Po

rce

nta

je P

asan

te

Tamiz (mm)

Curva Granulometrica




- 97 -


Lavado por el tamiz 200

peso seco (sin lavar) gr 775

peso seco (lavado) gr 611

peso del recipiente gr 109,85

perdida por lavado gr 164

perdida por lavado % 21,1612903

%Finos = 21,16%

VIGA BENKELMAN HISTOGRAMA DE FRECUENCIAS:

El histograma de frecuencias nos entrega 53 datos, donde la frecuencia minima es de 0, y la maxima de 44, mostrandonos que la mayoria de los datos se presentan entre 0 y 172 (1/1000’’). Ademas, nos muestra una desviacion estandar de 282,29, un coeficiente de variacion de 172,9 y una deflexion caracteristica de 522 (1/1000’’).




- 98 -


HISTOGRAMA ACUMULADO (OJIVA):

La grafica me muestra la linea de tendencia de las deflexiones de la via analizada (Via Armenia – Cali).




- 99 -


CARPETA ASFALTICA – DISEÑO DE LA MEZCLA ASFALTICA

Para la caracterización de los materiales que componen la carpeta asfáltica se vincula información como: AG EGADOS G UESO (G AVA ¾’’) Tomada una muestra de material con el que se trabajara la mezcla asfáltica se procede a ejecutarle los ensayos necesarios para la obtención de los parámetros necesarios para la determinación de su densidad. Datos de laboratorio

B Material sss al aire gr

2645

C Canastilla +material sss sumerg. Gr

3477

D Material sss sumerg. Gr (b-a) 1705

E Material seco Gr

2605

F Agua contenida en los poros Gr (b-e) 40

G Volumen del material con poros cm³ (b-d) 940

H Volumen neto del material cm³ (g-f) 900 A partir de pruebas realizadas al agregado grueso (grava) se obtienen las densidades del material, definidas en la siguiente tabla: Norma de ensayo: NTC 176 INV E-223

RESULTADOS

Prueba (1)

Densidad aparente (sss) gr/cm³ (b/g) 2,814

Gsb gr/cm³ (e/g) 2,771

Gsa gr/cm³ (e/h) 2,894

Absorción % (f/e) 1,54% Granulometría del agregado Grueso Tomada una muestra de material con el que se va a trabajar la mezcla asafaltica se procede a realizar el ensayo de granulometría para agregados gruesos por medio de tamizado y registro del material retenido en cada tamiz para determinar la curva granulométrica y compararla con la granulometría especificada para una mezcla densa en caliente tipo 2 (grava de ¾); de esta manera se obtiene la siguiente información del material:




- 100 -


Norma de ensayo: INV E-213, INV E-732

TAMIZ TAMIZ gr Esp. MDC-2

USA mm Peso ret Ret Acum % Pasa Inf Sup

1" 25,4 0,0

3/4" 19,05 48,7 2,2% 2,2% 97,8% 100% 100%

1/2" 12,7 2071,0 92,7% 94,9% 5,1% 80% 100%

3/8" 9,52 114,0 5,1% 100,0% 0,0% 70% 88%

4 4,74 0,0 0,0% 100,0% 0,0% 51% 68%

10 2 0,0 0,0% 100,0% 0,0% 38% 52%

40 0,474 0,0 0,0% 100,0% 0,0% 17% 28%

80 0,18 0,0 0,0% 100,0% 0,0% 8% 17%

200 0,074 0,0 0,0% 100,0% 0,0% 4% 8%

Fondo 0,0 0,0% 100,0% 0,0%

Como se puede observar el material grueso no cumple con las especificaciones requeridas para el diseño de una mezcla MDC-2, todo se encuentran por fuera de los límites permitidos y no posee ninguna gradación; el 97,8% del agregado corresponde a una grava ¾’’, esto es un material uniforme, que no es apto para el diseño de una mezcla asfáltica por lo que para su uso se recomendaría un cambio de material, o una combinación de agregados que satisfaga el rango de limites establecido. AGREGADO FINO (ARENA) Con una muestra del material fino con el que se va trabajar la mezcla asfáltica se realizan los ensayos necesarios para determinar las densidades del mismo. Datos de laboratorio

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,01 0,1 1 10 100

Curva granulométrica




- 101 -


Prueba (2)

Prueba (1)

a Peso del matraz gr

148,8

160,4 b Matraz + agua gr

652,6

657,8

c Arena sss gr

500

500

d Arena sss + agua + matraz (sin aire) gr

958,3

979,6

f Agua requerida para enrase cm³

309,5

319,2

g Volumen desalojado por el material cm³

190,5

180,8

h Material seco gr

484

479

i Agua en los poros gr(cm³) (c-h) 16

21

Conocida la información de laboratorio se procede al calculo de las diferentes densidades y la absorción del material, se obtiene la siguiente información: Norma de ensayo: NTC 237, NTC 222 RESULTADOS

Prueba (1) Prueba (2) Promedio

Densidad aparente (sss) gr/cm³ (c/g) 2,625

2,765

2,695

Gsb gr/cm³ (h/g) 2,541

2,649

2,595

Gsa gr/cm³ (h/(g-i)) 2,774

2,997

2,886

Absorción % (i/h) 3,31%

4,38%

3,84% Granulometría del agregado Fino Con una muestra de material fino con el que se va a trabajar la mezcla asafaltica se procede a realizar el ensayo de granulometría para agregados finos y compararla con la granulometría especificada para una mezcla densa en caliente tipo 2; de esta manera se obtiene la siguiente información del material: Norma de ensayo: INV E-213, INV E-732



1" 25,4 0,0

3/4" 19,05 0,0 0,0% 0,0% 100,0% 100% 100%

1/2" 12,7 0,0 0,0% 0,0% 100,0% 80% 100%

3/8" 9,52 0,0 0,0% 0,0% 100,0% 70% 88%

4 4,74 59,0 4,9% 4,9% 95,1% 51% 68%




- 102 -


10 2 403,2 33,7% 38,6% 61,4% 38% 52%

40 0,474 396,5 33,1% 71,7% 28,3% 17% 28%

80 0,18 134,7 11,2% 82,9% 17,1% 8% 17%

200 0,074 111,5 9,3% 92,3% 7,7% 4% 8%

Fondo 92,8 7,7% 100,0% 0,0%

Suma 1197,7

De acuerdo a la información suministrada por la granulometría se puede observar que el material fino no cumple las especificaciones para un diseñó de mezcla MDC-2, por lo que para su utilización, requeriría un cambio de material, o una combinación de agregados que satisfaga el rango de limites establecido. COMBINACION DE AGREGADOS Para la combinación se agregados se introduce una grava gradada que comprende valores entre los dos extremos (grava de ¾’’ y arena fina) para darle una comportamiento mas similar a exigido para una mezcla MDC-2; para esto tenemos que la granulometría para la grava de ½’’ es la mostrada a continuacion:



1" 25,4 0,0

3/4" 19,05 0,0 0,0% 0,0% 100,0% 100% 100%

1/2" 12,7 22,0 1,2% 1,2% 98,8% 80% 100%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,01 0,1 1 10 100





- 103 -


3/8" 9,52 285,0 15,8% 17,0% 83,0% 70% 88%

4 4,74 852,0 47,1% 64,1% 35,9% 51% 68%

10 2 287,0 15,9% 80,0% 20,0% 38% 52%

40 0,474 155,0 8,6% 88,6% 11,4% 17% 28%

80 0,18 58,0 3,2% 91,8% 8,2% 8% 17%

200 0,074 42,7 2,4% 94,1% 5,9% 4% 8%

Fondo 106,2 5,9% 100,0% 0,0%

La grava de ½’’ a diferencia de la de ¾’’ ya posee material dentro del rango establecido, por lo que se procede a la combinación de los agregados para determinar la composición porcentual de cada material necesario que cumpla con los limites establecidos para el diseño de una mezcla asfáltica MDC-2 COMBINACION DE ARIDOS Granulometría de cada material (arena, grava de ½’’ y grava ¾’’), obtenidas anteriormente

TAMIZ TAMIZ % Pasa % Pasa

% Pasa

USA mm Arena Grava 1/2

Grava 3/4

1" 25,4

3/4" 19,05 100,0% 100,0% 97,8%

1/2" 12,7 100,0% 98,8% 5,1%

3/8" 9,52 100,0% 83,0% 0,0%

4 4,74 95,1% 35,9% 0,0%

10 2 61,4% 20,0% 0,0%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,01 0,1 1 10 100





- 104 -


40 0,474 28,3% 11,4% 0,0%

80 0,18 17,1% 8,2% 0,0%

200 0,074 7,7% 5,9% 0,0%

Limites especificados para la Mezcla de asfalto MDC-2

Esp. MDC-2

Lim inf Lim sup

100% 100%

100% 100%

80% 100%

70% 88%

51% 68%

38% 52%

17% 28%

8% 17%

4% 8%

De la combinación de agregados se obtienen los porcentajes para cada material que compondrán la granulometría de la mezcla asfáltica

49% 39% 12% 100%

Arena Grava 1/2

Grava 3/4 Combo

49,0% 39,0% 11,7% 99,7%

49,0% 38,5% 0,6% 88,1%

49,0% 32,4% 0,0% 81,4%

46,6% 14,0% 0,0% 60,6%

30,1% 7,8% 0,0% 37,9%

13,9% 4,5% 0,0% 18,3%

8,4% 3,2% 0,0% 11,6%

3,8% 2,3% 0,0% 6,1%

Con la combinación establecida se procede a graficar nuevamente la granulometría del nuevo material (combo) vs los limites especificados para la mezcla MDC-2 Normas de ensayo: INV E-213, INV E-732




- 105 -


Se puede observar que la combinación de áridos cumple con los limites para una mezcla asfaltico tipo MDC-2, por lo tanto esta será la granulometría para el diseño. Densidades del material componente de la combinación de aridos (obtenidos anteriormente para cada agregado)

Gsb Gsb

Proporción Densidad Peso Material en peso Específico % gr/cm³ gr/cm³

Arena 49% 2,595

Grava 1/2 39% 2,771 2,682

Grava 3/4 12% 2,771

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,01 0,1 1 10 100





- 106 -


CALCULOS VOLUMETRICOS

VOL (cm3) Gmb MASA (gr)

Va=Vm-Vb-Vse

AIRE Ma=0

VAM=Vba+Va

ASFALTO

Vbe=Vb-Vba Gb Mbe=Vbe*Gb*Vm

Vb=Mb/(Gb*ɣh20)

Pb Mb=Pb*Gmb

Vba=Vsb-Vse

Asf absorbido

Mba=Mb-Mbe

Vm

Mm=Vm*Gmb*ɣh20

Vsb=Ms/(Gsb*ɣh20)

AGREGADO

Vse=Ms/(Gse*ɣh20)

Gsb

Ms=Mn-Mb

Gse

Donde: Vm vol. Muestra VAM vacios en agregado Vsb vol. Bulk agregados Vb vol. asfalto Vbe vol. Asfalto efectivo Va vol. Aire Vba vol. Asfalto absorbido

Vse vol. Especifico agregados

Ma masa aire Mbe masa asfalto efectivo Mb masa asfalto Mba masa asfalto absorbido Ms masa agregados Mm masa muestra




- 107 -


Para lo cual se obtienen los siguientes resultados:

VOL (cm3) Gmb= 2,391 MASA (gr)

0,089 AIRE Ma=0

0,1486

ASFALTO

0,060087597 Gb= 1,012 0,060808648

0,10631917 Pb=4,5% 0,107595

0,046231573 Asf absorbido 0,046786352

1,00

2,391

0,851381432

AGREGADO

0,805149859 Gsb=2,682

2,283405

Gse=2,836


0,067 AIRE 0,000

0,1403

ASFALTO

0,073 Gb= 1,012

0,074

0,120 Pb=5,0% 0,121

0,047 Asf absorbido 0,047

1,000

2,427

0,860

AGREGADO

0,813 Gsb=2,682 2,306

Gse=2,836


0,037 AIRE 0,000

0,124

ASFALTO

0,088 Gb= 1.012

0,089

0,135 Pb=5,5% 0,137


1,000

2,486

0,876

AGREGADO

0,828 Gsb=2,682 2,349

Gse=2,836




- 108 -



0,042 AIRE 0,000

0,141

ASFALTO

0,099 Gb= 1,012

0,100

0,145 Pb=6,0% 0,147


1,000

2,451

0,859

AGREGADO

0,812 Gsb=2,682 2,304

Gse=2,836


0,042 AIRE 0,000

0,153

ASFALTO

0,110 Gb= 1,012

0,111

0,156 Pb=6,5% 0,158


1,000

2,431

0,847

AGREGADO

0,801 Gsb=2,682 2,273

Gse=2,836

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