ANEXO 5 ESTUDIOS GEOTÉCNICOS DISEÑO DEL PAVIMENTO

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1 ti~-~ nunobrasv ACTVDADES FRENTES: 204 PARA la MALlA VAL ARTERA~ NTERMEDA V LOCAL DEL DSTRTO DE CONSERVAOÓN 4 EDC-DU VAS CONSTRUCCiÓN ESTUDOS Y DSEÑOS DU VERSON 1 BOSQUE 3. (1V BM BS desde el 62 SUR hasta KR 18N BS - DG 610 SUR FECHA: desde 1V BM BS hasta 1V 18N BS) ANEXO 5 ESTUDOS GEOTÉCNCOS DSEÑO DEL PAVMENTO y 31

2 NGE:NE:RA Bogotá D.C., 28 de Febrero de CTY -VDG O Señores CONSORCO VíAS DEL DSTRTO Atn: ng Sandra Quemba Coordinador de Estudios y Diseños Bogotá D.C. Referencia: Estudios, Diseños y Asesoría en obra para el Contrato de Estudios y Diseños de la Estructura de Pavimento para el Grupo 4 de los Distritos de Conservación. Asunto: Revisión del Espesor de Diseño el Frente 204 Bosque 3. Respetada ngeniera, Una vez revisada la información correspondiente al diseño de la estructura de pavimento de las vias del asunto se presentan las siguientes consideraciones al respecto. La revisión del diseño corresponde al corredores de la Transversal 18 M Bis entre la Carrrera 18 P Y Calle 62 S Y la Diagonal 61 O S Entre la Calle 62S y Carrera 18 N Bis En la Localidad de Ciudad Bolivar. De acuerdo con la información suministrada el corredor cuenta con un tránsito mínimo, en este sentido el paso vehicular corresponde a 21 VCD, por lo tanto se ha considerado tomar como tránsito minimo 35 VCD, con base en éste se procederá a realizar la revisión del caso. Para el corredor se tomará como valor de capacidad de soporte el mínimo reportado para la zona en el informe de estudio y diseño, éste corresponde a 422 kg/cm 2, éste para efectos prácticos corresponde a un CBR de 4.2%, con base en estos valores se realiza el análisis correspondiente por medio del método de la PCA. Es importante mencionar y destacar que de la información de sondeos y apiques suministrada a esta oficina se observa que la estructura del corredor en revisión cuenta con una espesor medio de 0.80 m de material granular remanente, éste puede ser utilizado como parte de la estructura de intervención y su aprovechamiento dependerá de la calidad del mismo al momento de ejecución de los trabajos de obra.. MÉTODO DE LA PORTLAND CEMENT ASSOCATON PCA Para aplicar el método de diseño de pavimentos rígidos de la PCA se debe realizar el siguiente proceso: Elegir el tipo de concreto, éste hace referencia a la resistencia a la flexión del concreto a 28 días (módulo de rotura, MR), para el caso se considerará un valor de MR 43, debido al tránsito de los segmentos por estudiar. carlos.yidi. vil@gmail.com

3 NGE:NE:RA El período de diseño, contrario a los pavimento flexibles, las estructuras en concreto rígido aceptan periodos de diseño de 20 años y mayores, para el caso se determinó un periodo de diseño de 20 años, La clase de material de soporte, Módulo de Reacción Combinado o del conjunto de subrasante - subbase (K), este análisis se presenta más adelante, La forma de interacción de las juntas y la condición de berma, para el caso se determina un análisis de juntas con barras de transferencia y sin la condición del efecto berrna Factor de seguridad de carga (FSC), distribución de carga por eje y número esperado de repeticiones de las diversas cargas por eje en el carril de diseño y durante el período de diseño, dada la condición del corredor se define un valor de 1,0 para este factor de seguridad, En la aplicación de este método de diseño se llevan a cabo los siguientes tipos de análisis: Análisis de fatiga, Análisis de erosión para controlar la deflexión en los bordes de la losa. Conveniencia del uso de pasadores y comportamiento del diseño frente al Efecto Berma Tránsito Para el Método de la pea 1984 Para los pavimentos rígidos se recomienda siempre un periodo no menor de 20 años, como ya se mencionó previamente, por lo que se determina utilizar este lapso de tiempo como mínimo para la definición del volumen de vehículos que circularan a lo largo de cada uno de los segmentos en estudio, se ha determinado considerar un valor de 350,000 repeticiones de un camión del tipo C2-P, éste corresponde a una frecuencia de tránsito T1 de acuerdo con los lineamientos dados por elldu (articulo 107) para un periodo de 20 años de acuerdo con la tasa de crecimiento establecida para camiones en el desarrollo del proyecto (3,18%), con base en ello se determinan los siguientes valores de repetición, Tabla 1. Número de Repeticiones por tipo de eje y carga - Periodo de Diseño 20 años Eje Simple (toneladas) Repeticiones 8 350, ,000 En la tabla anterior la solicitación asociada al tránsito se expresa en función del tipo de eje y la carga máxima definida para el mismo de acuerdo con la resolución del Ministerio de Transporte, Posterior a lo indicado se determina el valor del Módulo de Reacción de la Subrasante, éste se obtiene a partir de la figura siguiente, con base en ésta, y en el valor del CBR se determina el Módulo de Reacción de la Subrasante, para el caso se ha determinado utilizar un val ro de CBR correspondiente al percentil 87,5 indicado en el informe revisado, esto es 4,2%, con base en éste y el análisis de la siguiente ilustración se determina el valor del módulo de reacción combinado, Celular: caríos.yidi. vil@gmail.com

4 NGE::NE::RA lustración 1: Correlación Aproximada entre la clasificación de suelos, el valor de CBR y el valor de Módulo de Reacción de la Subrasante CBR \ T'TJ.l 1 1 "" C7 O!. MH... a. SP se - t.w oc sw oasmj'óll ~_ "-0 r n~il... A-1-5.A-1-e M....o\-2-8.A A r -l -~-4.A~ rol,. T.l Módulo de reacción ~ la subrasante (MPa/m) 1!1O r'--r- 1 i i U W , Móduk> de reecci6n de la.ubrasante k (l<g1cm') 2 j i 1" CBR j : '",. '" 2, 1 1<l,. GOl o 1 oo~,.ll~ Tabla 2. Valor del Módulo de Reacción de la Subrasante 1,,,,, CBR(%)fJ"A K (MPalm) J r Una vez establecido el valor del módulo de reacción de subrasante se realiza el análisis correspondiente para determinar el valor del Módulo de Reacción Combinado de teda la Estructura sobre la cual se apoyará la losa de pavimento, para tal efecto se ha definido el extendido de una capa de 0.20 m de espesor de granular, para el tipo de tránsito, de acuerdo con la DU-ET-2005 se determina una capa SBG. En ese contexto, se presenta el cálculo y los resultados obtenidos para el valor del módulo de reacción combinado. Tabla 3. Efecto de la subbase granular sobre los valores de K Valor de K para Valor de K para subbase combinada Sub-rasante 100 mm 150 mm 225 mm 300 mm MPa/m lb/pulg 3 MPa/m lb/pulg 3 MPa/m lb/pulg 3 MPa/m lb/pulg 3 MPalm lb/pulg Fuente: Tabla 1 - Effecl 01Untreated Subbase on k Values Thickness Desiqn for Concrete Highway and Street Pavements PCA. Realizando el cálculo debido con soporte de la tabla anterior y con el valor determinado de Módulo de reacción de la subrasante se obtiene el valor de Módulo de Reacción Combinado de la Estructura (K), éste corresponde a los valores indicados en la siguiente tabla. Tabla 4. Valor del Módulo de Reacción de la Combinado.. ~CBR (%)-~,<, 7i K (MPalm) con una SBG de 0.20 m de Espesor carlos.yidi. vil@gmail.com

5 NGE::NE::RA Con base en lo anterior, se presenta, a continuación, los resultados de espesores de losa de acuerdo con el desarrollo del método de la PCA-1984, para cada uno de los sectores definidos. Tabla 5. Espesor de Diseño -Losas de Concreto '_'~~ ' "o'oa':l. Módúléh:JeRot\frá(MPa).r i "';., j; ~'.r» ~4.31i Módulo de Elasticidad del Concreto (MPa) Factor de Seguridad de Carga 1.0 Uso de Barras de Transferencia S Consideración del Efecto Berma NO CBR de la Subrasante (%) 4.2 Módulo de Reacción Combinado (MPa/m) 47 Consumo por Erosión (%) 18 Consumo Por Fatiga (%) 87 Espesor de la Losa (cm) 20 Subbase Granular SBG-A (cm) 20 A continuación se presenta la memoria del cálculo del espesor de losa para el corredor correspondiente. PERODO DE DSEÑO 20 AÑOS. METODOLOGíA PCA-1984 PAVEMENT DESGN METHOD PeA ~oncrete sboulders (NSWS) Desígn period (years) thíckness o, base

6 NGE:NE:RA Axle load kips Multiplied for LSF F1 EQUVAL ENT STRESS Fatigue analysis Expected repetition 1--:-:-:----:-,------; ,.-----;..."..,.,-...,...:.,..;;", :; Allowab le Repetiti ons Fatigue Percent Erosion Analysis f5 Deq uiv P Juntas Longitudinales y Barras de Anclaje. Entre otras funciones la junta longitudinal controla el agrietamiento producido por alabeo. En la construcción del pavimento, la junta debe ser marcada con una ranura que separe los carriles y proporcione alojamiento para el sellado, unida por barras de anclaje corrugadas, que se encarguen de asegurar que no haya desplazamiento relativo de las losas. Para este diseño se considera el ancho de carril promedio de 3.65 m. Las caracteristicas de las barras de anclaje se establecen de acuerdo con la metodologia pea. En la Tabla 6 se presenta la recomendación para el refuerzo, teniendo en cuenta que el acero usado deberá cumplir con un esfuerzo de fluencia de 420 MPa. Éspesordelosa. (m). Tabla 6. Dimensiones del acero de refuerzo. Las barras de acero no se deben instalar a menos de 40 cm de la junta transversal para evitar que interfieran con el movimiento de las juntas.

7 NGE:NE:RA Juntas Transversales y Pasadores. Las juntas transversales o juntas de contracción son juntas de alabeo (Tipo B), es decir, controlan las grietas causadas por la retracción de fraguado del hormigón y por las acciones climáticas (temperatura y humedad) cumpliendo una función mecánica esencial constituyendo un medio de transferencia de la carga. Se deben cumplir las separaciones máximas de la Tabla 7. Tabla 7. Separación máxima entre las juntas (criterio 1) T" dar d G separación Máxima de separación Máxima de.po e g ega o rues~o Juntas Transversales (m) Juritas L:ongitudiríales(m) Piedra Partida Agregado Redondeado Fuente: Diseño. Construcción y Mantenimiento de Pavimentos de Concreto -ng. Cipriano A. Londoño N. CPC. Para el espaciamiento entre juntas transversales, hay varias recomendaciones en la literatura técnica que podrían considerarse en este proyecto: Que el espaciamiento en pies entre juntas de contracción para pavimentos de hormigón no supere 2 veces el espesor de la losa en pulgadas, lo que para este diseño seria lo que se presenta en la Tabla 8. Fuente: Diseño. Construcción y Mantenimiento de Pavimentos de Concreto -ng. Cipriano A. Londoño N. CPC. Que el espaciamiento entre juntas sea veinticinco veces el espesor de la losa (Véase Tabla 9). Tabla 9. Espaciamiento entre juntas (criterio 111). ESpesorde la Losa (m) Separación {m~ Fuente: Diseño, Construcción y Mantenimiento de Pavimentos de Concreto -ng. Cipriano A. Londoño N. CPC Que la máxima relación de esbeltez de la losa sea de 1,4 veces (se enfatiza que es deseable cumplir con una relación máxima de 1,25): Por razones constructivas y respetando los criterios anteriores, se ha establecido una separación máxima entre juntas transversales de 4.00 metros.

8 NGE::NE::RA Es necesario complementar la eficiencia de la trabazón de agregados mediante el empleo de barras de acero liso, denominadas pasadores, que conectan entre si las losas separadas por juntas. Este tipo de mecanismo transmite tanto fuerzas de cizalladura como momento flector, pero debe permitir el libre movimiento horizontal de las losas, por lo cual al menos una mitad del pasador debe no adherir con el concreto que lo rodea. Así mismo, esta libertad de movimiento horizontal exige que los pasadores de una junta sean todos paralelos al eje de la calzada y que se encuentren ubicados en el eje neutro de la losa. Se presenta a continuación la geometría de las barras de pasador a utilizar, según lo establece la PCA 1, estas varillas deberán ser varillas lisas tipo A-37 con fy = 420MPa. Sellado de Juntas Las juntas transversales se deben cortar con un equipo autopropulsado de disco diamantado cumpliendo con las siguientes dimensiones: Corte inicial de 1/3 del espesor de la losa, medido desde la superficie, con un ancho máximo de 3 mm. Corte de ensanche de 3 mm de ancho máximo y una profundidad de 30 mm medido desde la superficie de la losa. El ancho total de la junta transversal debe tener 6 mm (±1.5 mm) de ancho, incluido el corte inicial y el corte de ensanche. Se deben ejecutar los cortes de las juntas transversales y el sello de las juntas de acuerdo con el detalle de la figura siguiente. lustración 2: Detalle de construcción de las juntas Junta sellada con silicón o poliuretano D/3 3-6 mm _ ello plástico no adherente de polietileno (Baker Rod) (9mm de diámetro± 1,5 mm) 1 1 Diseño, Construcción y Mantenimiento de Pavimentos de Concreto - ng. Cipriano A. Londoño N. CPC, Tabla 64, Página 104

9 NGE:NE:RA Se realizará la colocación del sello plástico (cordón de respaldo) para mantener el factor de forma apropiado para las masillas de sello aplicadas. Para la instalación del material de sello con silicón o poliuretano se debe tener especial cuidado en la adecuada limpieza de los bordes de la junta para evitar el desprendimiento prematuro, en el tiempo, del sello. En el momento de colocación del sello, la junta debe estar seca, limpia, libre de partículas. También para evitar el desprendimiento prematuro, el material de sello debe quedar de 3 a 6 mm por debajo de la rasante de las calzadas. Para el sellado de junta debe cumplirse lo siguiente: La tirilla de respaldo debe tener un diámetro de 9 mm 001,5mm. La relación ancho/profundidad del sellador de silicón deberá ser como mínimo 1:1 y máximo 2: 1. La ranura inicial de 3 mm para debilitar la sección deberá realizarse en el momento oportuno para evitar el agrietamiento de la losa, la pérdida de agregados en la junta, o el desportillamiento. El corte adicional para formar el depósito de la junta deberá efectuarse cuando menos 72 horas después del vaciado. La superficie del sello debe quedar entre 3 y 6 mm por debajo de la superficie de la losa. la cavidad de la junta deberá estar limpia y libre de cualquier material, antes de la colocación del sello. A este respecto es importante anotar que dicha cavidad debe protegerse para que no ingrese polvo y partículas incompresibles, antes de colocar el sello, porque al paso del tránsito se produce desportillamiento de los bordes de las juntas, como efectivamente ha venido ocurriendo en las losas nuevas. Juntas de Expansión Cuando el pavimento rígido empalme con pavimento flexible se construirá una junta en la cual se aumente el espesor de la losa con la finalidad de absorber los esfuerzos de borde ocasionados por el tráfico, ésta se conoce como junta de expansión. Armado del refuerzo de la losa. A continuación se indican los esquemas de armado para las barras de transferencia de carga o pasajuntas. lustración 3: Esquemas de Barras de transferencia de Carga - Pasajuntas Extremo sin soldadura o B.?rra pasa~untas segun proyec o j._------"'---,(' \ \--'----;~~a~~rac~eo arco CORTE A -A' -,

10 30m CTY Nc:...E:NE:RA Ancho de canastillo Ancho de la ccncstlllo meno s O.30m _-_O.3Om ". '1 )~ R V 1\ L. B L. <la m-1 =' F= bl PLANTA ) L 1\ B' <l1a' 4 atiesadores de 3/16" por canasto Ancho de la canasto._ _--~- - ol11m O.30m =: ~~--=o.3om-==:=!:!::uíl~ ==~~ttf30m..~ Uíl CORTE 6-6' r lustración 4: Esquema de Junta Longitudinal y Barras Corrugadas de Amarre. Ranura (ancho mínimo = 3 mm) Borra de amorre corrugada DETALLE DE JUNTA LONGTUDNAL DE CONSTRUCCÓN CONCLUSiÓN Una vez revisado el informe correspondiente al Frente 204 Bosque 3 se presentan las siguientes recomendaciones y conclusiones al respecto: El informe presentado en el alcance del contrato DU-UEL cumple con los requerimientos necesarios para la presentación de este tipo de documentos, sin embargo se requiere que algunas de las premisas alli indicadas sean actualizadas como se menciona en el desarrollo de este concepto, Con base en lo mencionado en la viñeta anterior se presenta en este documento la verificación y ajustes de espesores de las alternativas diseñadas, como resultado de tal labor se determina que los espesores deben ser ajustados para que puedan cumplir con los requerimientos de solicitación del corredor. Celular: carlos.yidi. vil@gmail.com

11 NGE::NE::RA La alternativa recomendada en el informe DU-UEL corresponde a una losa de concreto MR43 de 0.19 m de espesor apoyada sobre una capa de suelo estabilizado con cemento, sin embargo esta Consultoria considera que por facilidad en la ejecución de los trabajos la losa debiera apoyarse sobre una capa de material granular, a esto sumado que la premisa de falla fundamental para el diseño corresponde a la falla por fatiga, con base en ello se determinan los siguientes espesores: Estructura de Pavimento Frente Bosaue 3 Capa Espesor Espesor de la Losa MR43 20 Subbase Granular SBG 20 Si durante la ejecución de los trabajos de obra llegasen a aparecer fallos o puntos de baja capacidad portante se deberá realizar la reparación de éstos mediante la inclusión de una capa de mejoramiento con rajón de 0,40 m de espesor (0.30 m de Rajón y 0.10 m de sello), no obstante y si detrimento de esto se podrá igualmente considerar que este mejoramiento sea elaborado mediante el extendido de un geotextil del tipo BX40 y sobre este la disposición de una capa de 0.30 m de relleno seleccionado y partir de este nivel realizar el emplazamiento de la estructura recomendada. Por último se recomienda que durante las labores de obra se ejecuten los trabajos de verificación de calidad de materiales con respecto a lo indicado en la especificación DU-ET-2005 y la verificación de la capacidad de soporte de la estructura a nivel de la capa de cimiento de la losa de concreto, para el caso se recomienda la ejecución del ensayo de FWD o de Placa. Este comunicado fue realizado con base en la información suministrada por el Consorcio y la cual corresponde fundamentalmente al nforme de Diseño de Pavimentos del corredor mencionado el cual hace parte del alcance del contrato DU-UEL ; por tanto si al momento de la ejecución de los trabajos de obra se presenta alguna variación a las premisas aqui consignadas se deberá informar a esta oficina con el fin de llevar a cabo los ajustes a que haya lugar. Cordialmente, CARLO}~D~~~RREAL Esp. En Geotecnia ial y Pavimentos.