Adicionalmente se realizó la verificación de la estructura diseñada mediante metodología Shell, dicha verificación se describirá más adelante.

Transcripción

1 UNIN TEMPRAL INFRME FINAL DE DISEÑ DE PAVIMENTS PARA ~ Coeficiente de capa base granular nueva La base granular nueva, a emplear en el diseño de la vía que requiere estructura nueva, debe ser tipo BG-A y debe tener un CBR mínimo de 100%, la base granular deberá cumplir las normas IDU ET-2005 sección , para tránsitos T4-T5. A dicho material le corresponde un aporte estructural de 0.14, se adoptó un coeficiente de drenaje de este material igual a 0.90, asumiendo que se harán reparaciones en el sistema de drenaje que permitirá un drenaje adecuado del agua de escorrentía. ~ Coeficiente de capa subbase granular nueva Para el diseño se consideró una subbase granular nueva tipo SBG-A y debe tener un CBR mínimo de 60%, la subbase granular deberá cumplir las normas IDU ET-2005 sección , para tránsitos T4-T5, a éste material le corresponde un aporte estructural de Se adoptó un coeficiente de drenaje de este material igual a 0.90, asumiendo que se harán reparaciones en el sistema de drenaje que permitirá un drenaje adecuado del agua de escorrentía. ).. Material de mejoramiento En los sectores donde se sea necesario el mejoramiento, éste se deberá realizar con mezcla de un material granular nuevo y/o material remanente, que permita obtener un CBR no menor a 10% Y que cumpla las especificaciones como material seleccionado según norma IDU ET-2005 sección También se podrá lograr el mismo, mediante el reemplazo del material de remanente y de subrasante, por un material tipo rajón en el espesor no inferior a 30 cm. ~ Relleno existente El relleno existente, corresponde a material granular remanente, el cual deberá tener como máximo índice de plasticidad 15%, a éste material se le considera un coeficiente de aporte de 0.09 y un coeficiente de drenaje de 0.85, en caso de no tener el espesor mínimo especificado en el diseño, se podrá reemplazar por material de afirmado o relleno. ).. Espesores de Diseño Para el diseño se empleó la metodología AASHT - 93 con las propiedades de los materiales mencionadas. Es importante anotar que para el diseño se consideraron los módulos resilientes de la subrasante fueron los indicados anteriormente. Adicionalmente se realizó la verificación de la estructura diseñada mediante metodología Shell, dicha verificación se describirá más adelante. INTERVENCINES INTEGRALES A LA MALLA VIAL LCAL DEL GRUP VIAL FASE 1- GRUP 3 (LCALIDADES DE BSA y KENNEDY), CN RECURSS CFINANCIADS 35 de 57 ENTRE EL IDU y LS FDL, EN LA CIUDAD DE BGT A

2 UNIN TEMPRAL Il'ITRME FINAL DE DISEÑ DE PAVIMENTS PARA A continuación se presentan las estructuras obtenidas para cada uno de los sectores analizados mediante metodología AASHT 93: ALTERNATIVA 1- Calzada 2: Subbase granular - base granular y carpeta asfáltica 17cm Carpeta Asfáltica con Mezcla Densa en Caliente 30 cm 35 cm Subbase Granular cm Relleno existente Espesor Total (cm): 82 cm Subrasante Figura No. 5. Alternativa No. 1- Calzada 2 ALTERNATIVA Con el fin de reducir los espesores de intervención, se considera una variacln a la alternativa anterior, la cual evalúa el empleo de una geomalla biaxial de alto módulo, el método empleado en la evaluación es el que se indica en el Manual de diseño con Geosintéticos de PAVC, la estructura modelada bajo esta condición se presenta a continuación, las memorias se pueden apreciar en el Anexo No Calzada 2: Subbase granular - geomalla de refuerzo - base granular y carpeta asfáltica. 17cm Carpeta asfaltica 25 cm GEMALLA TIP - LB 202 SM1P 25 cm Subbase Granular 10 cm Relleno existente Espesor Total (cm): 77 cm Figura No. 6. Alternatiya No Calzada 2 Subrasante sin ningún tipo de estabilización ALTERNATIVA 1 - Calzada 4: Subbase granular. - base granular y carpeta asfáltica 17cm Carpeta Asfáltica con Mezcla Densa en Caliente 25 cm 35cm Subbase Granular cm Relleno existente Espesor Total (cm): 77 cm Subrasante Figura No. 7. Alternativa No Calzada 4 INTERVENCINES INTEGRALES A LA MALLA VIAL LCAL DEL GRUP VIAL FASE I - GRUP 3 (LCALIDADES DE BSA y KENNEDY), CN RECURSS CFINANCIADS 36 de 57 ENTRE EL IDU y LS FDL EN LA CIUDAD DE BGTA

3 UNIN TEMPRAL INFRl\1E FINAL DE DISEÑ DE PAVIMENTS PARA Al igual que para la calzada 2, se considera una variacln a la alternativa anterior, empleando una geomalla biaxial de alto módulo, evaluada con el método que se indica en el Manual de diseño con Geosintéticos de PA veo, la estructura modelada bajo esta condición se presenta a continuación, las memorias se pueden apreciar en el Anexo No 5. ALTERNATIVA Calzada 2: Subbase granular - geomalla de refuerzo - base granular y carpeta asfáltica. 17cm Carpeta asfaltica 25cm 25cm Subbase Granular 5cm Relleno existente Espesor Total (cm): 72 cm Subrasante sin ningún tipo de estabilización Los resultados de las modelaciones de la alternativa 1 y 1-1 pueden ser revisados en los anexos Metodología Shell (adendo 1985) >- Evaluación del Stiffness del Asfalto A partir de la Información de penetración del asfalto a emplear en la mezcla y que fué suministrada por el proveedor del asfalto (patria S.A.), se evaluó el módulo del elasticidad del Asfalto, la siguiente tabla resume la información base para evaluar dicho parámetro y a continuación se presenta la gráfica de Heukelom, mediante la cual es posible determinar la temperatura para una penetración de 800 (1110 mm) y el índice de penetración (IP). Tabla No. 13. Penetración del asfalto a diferentes temperaturas INTERVENCINES INTEGRALES A LA MALLA VIAL LCAL DEL GRUP VIAL FASE 1- GRUP 3 (LCALIDADES DE BSA y KENNEDY), CN RECURSS CFINANCIADS 37 de 57 ENTRE EL ldu y LS FDL, EN LA CIUDAD DE BGTA

4 UNIN TEMPRAL INFRME FlJ"\TALDE DISEÑ DE PAVIMENTS PARA FECHA: ENE DE 2008 : l 110, lb:} ;S $0 110 \ r'<f\90roiufq, "c D bujar 10 Ptnllfroelón "",~ :2.; m~', Icml"lr\lt\lr~ ll!v) r \1M n.o '$el(10 t'v$~ a. i~~i>"m~$ '1'''.' llll<lm u:rnfllf'l> poro 000 ff800jar.ottooiql'!).!),bul'" 11ft!! I(neo po rol_lo Q!("".'$ ~I ru,,!qa y I&/H.'!P." 10 lueol e -:) 2{J ~o Q"~ 10 eo "'f-wun!f-ot-;.l"q ce Figura No. 8. Nomograma de Heukelom De la gráfica anterior se obtiene que la temperatura para 800 (1/1 mm) es de 56 c y el Índice de penetración (IP) es de 1.6. En la siguiente gráfica se obtiene la temperatura de la mezcla a partir de la temperatura media del aire la cual como se indicó anteriormente es de 14 c para la ciudad y suponiendo un espesor de carpeta de 19 cm. INTERVENCINES INTEGRALES A LA MALLA VIAL LCAL DEL GRUP VIAL FASE 1- GRUP 3 (LCALIDADES DE BSA y KENNEDY), CN RECURSS CFINANCIADS 38 de 57 ENTRE EL IDU y LS FDL, EN LA CIUDAD DE BGTA

5 UNIN TEMPRAL INFRME FINAL DE DISEÑ DE PAVIMENTS PARA '0 WU.f~~-M.Uf."C GRÁFleo lit Figura No. 9. Relación entre temperatura efectiva y MMAT Tem tw<i íirli~~9c -Abp\.'!;lTSaífil'1l>!le-Sl- ílj~1!l l!iíi W l'q i/l! iij;: tl~ ;-t~t: l.fu1 )le ; -N' ~,ro aj\! 6;;I",w Teco ;,m. "". M! ~;LMé *Phdli'yhm4hw'&dp ~kmd,",-.:::~w~ro\h!,:.~rnlf~t1tkw~",~_;f,mht",j~~t.:j 'll1de~e!_!m\& '''' $iif~ mq<í\lil.!& <11t ~FII!1-t:>\ ;_t>.w~1> Ig~ ~ll, ellmecl -~& en ITl9 too.t!jíls -llmg."""íg:i\'il!r{5;'>'s,,1ft -"S 5D!'C} QI>lI!l ittil~'w~~ Sijff,1~!11':~lu$ (: 1-$"'-f' 1""-""10;;1 <»0. \ \ c;~,(j.'\i()~$' ~1l",;!\~ liro; -f}ui!s. T~tlÚ!lf,,;tc ªlt",n@ ;m p!l ji~: P<>r, j.!lít!l<>l>!l1i Z~ -SQ dr~m SV.","í"!l ni Pi - $1>0"0- >l~.a l' :1' \1t-; )'l' ~ ~1!Í~~iil1>ll (li w~t4 a:; l\,yj r~~!0íl'1 :b..~~ f. l"_!~"-1 ~ ft.~z~+- ~r~~l~~ i1ut- -'í ~\i ~ w ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Figura No. 10. Nomograma de Van Der Poel INTERVENCINES INTEGRALES A LA MALLA VIAL LCAL DEL GRUP VIAL FASE 1- GRUP 3 (LCALIDADES DE BSA y KENNEDY), CN RECURSS CFINANCIADS 39 de 57 ENTRE EL IDU y LS FDL, EN LA CIUDAD DE BGTA

6 UNIN TEMPRAL Ii'lFRME FINAL DE DISEÑ DE PAVIMENTS PARA : De la gráfica anterior se obtiene que la temperatura efectiva de la mezcla es de 21 C. Con la información anterior y empleando el nomograma de Van Der Poel, se determina el módulo dinámico del asfalto, para una frecuencia de 10HZ o 0.02 sg, que es equivalente a una velocidad de 50 a 60 km/h Ycon un L1T igual a 35 oc. Del nomograma anterior se obtiene que el stiffness del asfalto es de le7 Pa. Con la información anterior y con el resultado del módulo promedio de la mezcla MD20 (4545 MPa), se obtiene el código de rigidez de la mezcla. Es importante aclarar que se considera el módulo y la ley de fatiga de la MD20, dado que según las consideraciones para el diseño, es éste material el que compone la capa la que se encuentra en la interfase donde se evalúa la deformación a tracción. ~ Código de rigidez En la siguiente gráfica se evalúa el código de rigidez, el cual corresponde a SI, dado que la intersección de las dos variables se encuentra más cerca de dicho código. Figura No. 11. Relación entre rigidez de la mezcla y rigidez del asfalto INTERVENCINES INTEGRALES A LA MALLA VIAL LCAL DEL GRUP VIAL FASE I _ GRUP 3 (LCALIDADES DE BSA y KENNEDY), CN RECURSS CFINANCIADS 40 de 57 ENTRE EL IDU y LS FDL, EN LA CIUDAD DE BGTA

7 UNIN TEMPRAL INFRME FINAL DE DISEÑ DE PAVIMENTS PARA ~ Código de fatiga Con la ley de fatiga de la MD20 (E= x N/K ), se obtiene el código de de fatiga de la mezcla, a continuación se presenta la determinación del coeficiente de Calage (K), el coeficiente anterior se determina a partir de la siguiente ecuación: Donde: K = kl x k2 x k3 kl = Corrección debido a autoreparación de fisuras y estados de tensiones. k2 = Corrección debido a distribución lateral de esfuerzos. k3 = Corrección debida a temperaturas de trabajo durante el día y en el año. Tabla No. 14. Coeficientes de Calage :;, 'e " "';l'{ "~ CQgl1Gfentes-fle~r:ala ~~;;; ".\r;; " i;~1f~_, ", 'o;,.;::;,,'('-' '-:~..,, ~>ji....,,;;2'~ _,' ;;. Mezclas abiertas % Mezclas Densas Autoreparación de fisuras y kl bajo de asfalto Ricas en asfalto estados de tensiones 2 10 distribución lateral de Cualquiera k2 esfuerzos 2.5 Diferentes temperaturas de Espesores pequeños Espesores Altos trabajo de la mezcla durante k3 Temp. Bajas Temp. Altas el día y el año Fuente: Murgueltlo Alfonso - Metodologla para reahzacin de estudios de rehablhtacin '. de pavimentos flexibles K = 6 x 2.5 x 0.33 Q K = 5 Con el resultado anterior y el tránsito de diseño a 10 años, En la siguiente figura, se obtiene que tanto para E= 0.90E-4 (Calzada 2) como para E= 0.96E-4 (Calzada 4), considerando el módulo de la mezcla, el código por fatiga es F 1. Considerando que la penetración a 25 c es de 81 (l110mm), el código para el diseño es entonces: Sl-F1-100 ~ Módulo Resiliente Mr de la Subrasante y Temperatura media del aire w-maat De acuerdo con lo indicado para la subrasante en el numeral y considerando que tanto para la calzada 2 como para la calzada 4 el CBR de diseño es muy parecido, se decide INTERVENCINES INTEGRALES A LA-MALLA VIAL LCAL DEL GRUP VIAL FASE l- GRUP 3 (LCALIDADES DE BSA y KENNEDY), CN RECURSS CFINANCIADS 41 de 57 ENTRE EL IDU y LS FDL, EN LA CIUDAD DE BGTA

8 UNIN TEMPRAL INFRME FINAL DE DISEÑ DE PAVlMENTS PARA PATRIA CNAL VIAS realizar la modelación para un valor de CBR de 3.24%, con lo cual el valor del módulo correspondiente es de es de 3.17x 10 7 N/m 2 En el numeral 4.1.4, la temperatura media del aire se considera en 14 oc, para efectos de la modelación, se adopta la temperatura de 12 C por ser la más cercana a la de la zona. Figura No. 12. Relación de deformaciones admisibles por fatiga ~ Espesores de Diseño Con la información anterior, se determinó que las cartas que satisfacen las condiciones antes mencionadas son la HN 13 para un módulo de subrasante de 2.5x 10 7 N/m 2 y la carta HN 45 para un módulo de subrasante de 5.0xl 0 7 N/m 2. A continuación se presentan las cartas antes relacionadas con los valores de diseño, se adopta un espesor de granulares de 65 cm para la calzada 2 y de 60 cm para la calzada 4, dado que fueron los valores que se obtuvieron con la revisión de la AASHT. INTERVENCINES INTEGRALES A LA MALLA VIAL LCAL DEL GRUP VIAL FASE I - GRUP 3 (LCALIDADES DE BSA y KENNEDY), CN RECURSS CFINANcrADS 42 de 57 ENTRE EL IDU y LS FDL, EN LA CIUDAD DE BGTA

9 UNIN TEMPRAL INFR.ME FINAL DE DISEÑ DE PAVIMENTS PARA Figura No. 13. Carta H~ 13 ~~~~~~" Figura No. 14. Carta HN 45 INTERVENCINES INTEGRALES A LA MALLA VIAL LCAL DEL GRUP VIAL FASE I - GRUP 3 (LCALIDADES DE BSA y KENNEDY), CN RECURSS CFINANCIADS 43 de 57 ENTRE EL IDU y LS FDL, EN LA CIUDAD DE BGTA

10 UNIN TEMPRAL INFRME FINAL DE DISEÑ DE PAVIMENTS PARA EL CML825 De las gráficas anteriores de deduce que para una subrasante con un módulo resiliente de 2.5x10 7 N/m 2 la carpeta asfáltica debe ser de 17 cm para la calzada 2 y de 16.5 cm para la calzada 4. Así mismo, para una subrasante de 5.0x10 7 N/m 2, la carpeta mínima será de 12 cm para la calzada 2 y de 11.5 cm para la calzada 4. De acuerdo con lo indicado en el adendo de 1985, es necesario incorporar un factor de seguridad para el módulo de la subrasante, lo anterior se hace buscando un espesor de capa para un módulo resiliente ficticio. Dado que el diseño esta gobernado por el criterio de deformación en las capas asfálticas, y con el fin de dar cumplimiento a lo indicado en el adendo, se adopta la siguiente relación para una confiabilidad de 85%: E2 real / E2 asumido = 0.75 Para determinar el módulo asumido (E3) se debe resolver la siguiente ecuación: E3 ficticio / E3 real =-E2 real / E2 asumido De acuerdo con lo anterior, entonces se tiene que para el módulo de la subrasante de 3.17x10 7 el E3 ficticio es de 2.37x10 7. A continuación se evalúa el espesor de la capa asfáltica para el módulo ficticio. Figura No. 15. Evaluación del espesor de carpeta asfáltica con módulo ficticio. '- ~-,, \ ~ INTERVENCINES INTEGRALES A LA MALLA VIAL LCAL DEL GRUP VIAL FASE I - GRUP 3 (LCALIDADES DE BSA y KENNEDY), CN RECURSS CFINANCIADS 44 de 57 ENTRE EL IDU y LS FDL, EN LA CIUDAD DE BGTA

11 UNIN TEMPRAL INFRME FINAL DE DISEÑ DE PAVIMENTS PARA Con los resultados antes obtenidos se tiene entonces que la estructura de pavimento por método shell es la que se presenta en la siguiente figura: ALTERNATIVA 1 - Calzada 2: Subbase granular - base granular y carpeta asfáltica 17.5cm Carpeta Asfáltica con Mezcla Densa en Caliente 30cm 35cm Subbase Granular o cm Relleno existente Espesor Total (cm): 82.5 cm Subrasante Figura No. 16. Alternativa No. 1- Calzada 2 ALTERNATIVA 1- Calzada 4: Subbase granular- 17cm base granular y carpeta asfáltica Carpeta Asfáltica con Mezcla Densa en Caliente 25 cm 35 cm Subbase Granular cm Relleno existente Espesor Total (cm): 77 cm Subrasante Figura No. 17. Alternativa No Calzada 4 Figura No. 18. Alternativa método SHELL ESTRUCTURA RECMENDADA Es necesario aclarar, que dado que el diseño de la estructura, considerando geomallas no se puede realizar por metodología Shell, se realizó la modelación de la estructura obtenida por dicha metodología, empleando geomallas y modelado de acuerdo con el Manual de diseño con Geosintéticos de PAVC. A partir de los resultados obtenidos en las modelaciones realizadas, se define que la mejor alternativa desde el punto de vista técnico y constructivo es la siguiente: INTERVENCINES INTEGRALES A LA MALLA VIAL LCAL DEL GRUP VIAL FASE 1- GRUP 3 (LCALIDADES DE BSA y KENNEDY), CN RECURSS CFINANCIADS 45 de 57 ENTRE EL IDU y LS FDL, EN LA CIUDAD DE BGTA

12 UNIN TEMPRAL INFRi\1E FINAL DE DISEÑ DE PAVIMENTS PARA VERSIón o 17.5 cm Carpeta asfaltica 25 cm GEMALLA TIP - LB 202 SAMP 25 cm Sub base Granular 10cm Relleno existente Espesor Total (cm): 77.5 cm Subrasante sin ningún tipo de estabilización Figura No. 19. Alternativa recomendada - Calzada 2 17 cm Carpeta asfaltica 25cm GEMALLA TIP - LB 202 SAMP 25 cm Sub base Granular 5cm Relleno existente Espesor Total (cm): 72 cm Subrasante sin ningún tipo de estabilización Figura No. 20. Alternativa recomendada - Calzada 4 Dado el espesor de carpeta asfáltica se deberá manejar en dos (2) capas, la primera debe ser de tipo MD20 con un espesor máximo de 10.0 cm y la segunda puede ser una MD12 de mínimo 7.0 cm. En todo caso entre las capas asfálticas deberá garantizarse la liga perfecta de las mismas, por ello será necesario colocar riego de liga entre las capas. Es importante aclarar que aunque para el diseño se empleó el valor del CBR inalterado, dados los resultados de PDC, se considera un posible mejoramiento de la subrasante con material de rajón en un espesor de 30 cm. INTERVENCINES INTEGRALES A LA MALLA VIAL LCAL DEL GRUP VIAL FASE 1- GRUP 3 (LCALIDADES DE BSA y KENNEDY), CN RECURSS CFINANCIADS 46 de 57 ENTRE EL IDU y LS FDL, EN LA CIUDAD DE BGTA