12% TRAFICO
Fuente: MONTEJO FONSECA. Alfonso. Ingeniería de pavimentos. 3 ed. Bogotá: Universidad Católica de Colombia, v. 1, p. 172.
Figura 12. Tránsito Timaná-Cosanza.
Fuente: MONTEJO FONSECA. Alfonso. Ingeniería de pavimentos. 3 ed. Bogotá: Universidad Católica de Colombia, v. 1, p. 179.
Tabla 8. Tránsito normal – atraído – y generado.
Fuente: INVÍAS. Programa para medios y bajos volúmenes de tránsito, 2008. Tabla 9. Tránsito normal.
Tabla 10. Tránsito atraído.
Fuente: INVÍAS. Programa para medios y bajos volúmenes de tránsito, 2008. Tabla 11. Tránsito generado.
Tabla 12. Coeficientes Ecuaciones de Regresión.
Fuente: INVÍAS. Programa para medios y bajos volúmenes de tránsito, 2008. Figura 13. Curvas regresiones exponencial tráfico.
Fuente: INVÍAS. Programa para medios y bajos volúmenes de tránsito, 2008.
3.1.10 Diseño de la estructura del pavimento. Teniendo en cuenta las generalidades y haciendo uso del estudio de tránsito tratado en el capítulo anterior, y referenciando los datos obtenidos como resultados de ejes equivalente que son mayores a quinientos mil, permite tomar la decisión en la utilización del método de diseños de pavimentos asfálticos de altos y medios volúmenes de tránsito, y se logra hacer un comparativo con los lineamientos de la metodología ASSHTO 1993 y se verifican los resultados finales con métodos mecanicistas racional, y se hace la verificación de los esfuerzos de tracción en las capas
inferiores de la carpeta, e igualmente su deformación a nivel de la subrasante, y para ello hacemos uso del programa DEPAV de la Universidad del Cauca.
Es de suma importancia hacer relevancia de las metodologías a seguir y su proceso y selección del periodo de diseño y las alternativas que se requieren proponer y la determinación de la tipología de la estructura a utilizar.
Las características de selección de los insumos como el CBR para los diseños, se requirió tener en cuenta lo siguiente:
Los apiques que se realizaron en los diferentes puntos de los tramos de vía y sus resultados de CBR de los diferentes estratos, una vez analizados y por su ubicación, permite observar que sus resultados están contemplando una cercana similitud lo que nos permite decir que se realice un promedio y obtener un resultado para de esta manera utilizar este promedio en lo diseños del calculo de la estructura y haciendo uso del manual de INVÍAS en el método de altos y medios volúmenes de tránsito para pavimentos flexibles.
Seguidamente conociendo los CBR correspondientes asignamos los MR correspondientes.
3.1.11 Diseño de los espesores INVÍAS medios y altos volúmenes. Para la determinación de los espesores se recomienda hacer un tanteo de aproximación dando seguimiento a la metodología de INVÍAS para el diseño de pavimentos asfálticos con medios y altos volúmenes de tráfico, lo que basa su funcionamiento en una combinación en los métodos existentes y sumado a ello la experticia y la aplicación de la teoría fundamental de los materiales.
El método proporciona los parámetros necesarios y suficientes que permiten determinar la estructura que soporte las cargas que va a generar el tránsito y las solicitaciones impuestas requeridas por las características ambientales como (la pluviosidad y temperatura).
En la metodología se requiere tener consideraciones como es el periodo de análisis y de diseño estructural, que bien propuesto en la metodología, y por las recomendaciones de la tabla 2.2 para vías de categoría III se encuentra en un rango de 10 – 30 años para una geometría fija de 30 años como periodo recomendado y con condiciones inciertas de 20 años, lo que nos permite determinar para las condiciones de la vía de Timaná Cosanza por su geometría y por sus condiciones de crecimiento, el adoptar 10 años como rango de criterio para los diseños.
Tabla 13. Periodo de análisis (P.A) años.
Periodo de análisis ( P.A. ) años
Periodo recomendado Categoría de la vía
Rango
Geometría fija Condiciones inciertas
I 20-40 30 -
II 15-30 30 25
III 10-30 30 20
Especial 10-30 30 20-25
Fuente: MONTEJO FONSECA. Alfonso. Ingeniería de pavimentos. 3 ed. Bogotá: Universidad Católica de Colombia, v. 1, p. 193.
Las consideraciones de tránsito de diseño se realizan por la cuantificación de los ejes simples equivalentes de 8.2 toneladas (N) que transitan por el carril de diseño a lo largo del periodo de diseño, lo que se consideró en el capitulo anterior como de diez años (10 años).
N = 1.14 x 106 ejes equivalentes de 8.2 toneladas en el carril de diseño (10 años) Los factores ambientales y climáticos que se consideran requieren conocer la temperatura media anual ponderada del sitio de estudio, así mismo como la precipitación media anual en mm/año.
Las temperaturas para el municipio de Timaná reflejan el clima cálido seco y cálido semi-húmedo con temperaturas que están entre los 20 a 30 °C para alturas que se encuentren menores a 2000 msnm.
TMAP = 24 °C
Precipitación = 1573 mm /año
El módulo resiliente de diseño se seleccionó para cada una de las zonas del diseño, con respecto a la siguiente fórmula.
MR = 10.3 CBR
MR = 10.3 X 4.77 Kg/Cm2 MR = 49.13 MPa
MR = 10.2 X MPa = 499.80 kg /cm2
Para las arcillas de la región el módulo de Poisson se puede considerar que se encuentra en un rango de 0.0 A 0.5, con respecto al nivel de confinamiento y las características de las observaciones que se tuvieron en terreno, por sus grandes cambios de resistencia con respecto a la humedad, lo que se asume un valor de 0.5. Continuando con la metodología de diseño del manual de INVÍAS para
pavimentos asfálticos con medios y altos volúmenes de tránsito y teniendo en cuenta las características de terreno de CBR que es 4.77 Kg/cm2, Módulos Resiliente de 490Mpa esta entre 300 a 500 Kg/Cm2, número estructural de ejes equivalentes es de 1.14 x 10e6 ejes equivalentes.
Tabla 14. Parámetros de diseño.
PARAMETROS
DE DISEÑO VALOR
CATEGORIA EN EL MANUAL
Tmap 24°C <30°c
Precipitacion 1573 mm/año <2000mm/año
PARAMETROS DE DISEÑO Módulo Resiliente Promedio 400 Kg/Cm2 S2 Transito Equivalente de diseño 1,14 X 10 E6 T2
Fuente: MONTEJO FONSECA. Alfonso. Ingeniería de pavimentos. 3 ed. Bogotá: Universidad Católica de Colombia, v. 1, p. 206.
A continuación se muestran los cortes de diseño de la metodología INVÍAS para medios y altos volúmenes de pavimentos flexibles, de la carta 2, se obtienen dos alternativas.
Tabla 15. Cartas de diseño. CARTAS DE DISEÑO 2 ALTERNATIVA 1 m MDC‐2 BG‐2 SBG‐1 0,10 0,20 0,40 CARTAS DE DISEÑO 2 BEE‐2 SBG‐1 0,10 0,10 0,40 BEE‐2 ALTERNATIVA 2 MDC‐2 0,08 m Fuente: Autores.
3.1.12 Método AASHTO. La utilización del método Aashto de 1993 nos permite emplear dos alternativas de diseño con material de bases granulares y Sub-bases granulares, por cuanto en el sector contamos con una cantera de material de buena calidad.
Seguidamente se relacionan los insumos necesarios para la utilización de la metodología Aashto de 1993 y que son requeridos en los resultados de la proyección de la estructura a determinar.
3.1.12.1 Variable de diseño en la Metodología Aashto.
Periodo de Diseño (n) = 10 Años.
Tránsito: Corresponde al número de ejes equivalentes de 18 Kips en el carril de diseño, (W18) = 1.14 x 10 E6 ejes equivalentes con proyección a diez años. Confiabilidad: (R) 90 % recomendado por la Aashto para vías rurales, tomado de la metodología Aashto de 1993.
Desviación estándar total: So = 0.45 correlacionando las variables de confiabilidad R, y Zr en la metodología para diferentes carreteras.
Subrasante: Módulo Resiliente de la subrasante: el módulo resiliente con énfasis a cada uno de los estratos de la subrasante encontrados en los tramos de la sectorización.
3.1.12.2 Criterios de comportamiento. Serviciabilidad definida como la capacidad de un pavimento para prestar un buen servicio al tránsito que lo va a utilizar y valores de índice presente que va a utilizar (PSI) y que varían entre 0.0 y 5.0, y la relación de un índice final (Pt) el cual basa el menor índice que puede tener antes de ser necesario un refuerzo o rehabilitación, y estos valores están sugeridos por la Aashto de 2.0 para vías y demás carreteras, y que para las condiciones del proyecto y su trascendencia se adoptan los l siguientes datos:
Índice de Serviciabilidad Inicial Po = 4.0
Índice de Servicio Final Pt = 2.0
Perdida de servicio para diseño: Δpsi = Po - Pt Δpsi = 2.0
3.1.12.3 Propiedades de los materiales.
Módulo de Resiliencia de la Subrasante: La propiedad del suelo de la subrasante y de las bases granulares que usa el método para el diseño del pavimento, es el módulo resiliente (Mr), el cual se determina con las correlaciones entre el CBR y sus correspondientes variables contenidas en la guía AASHTO 1993, para bases granulares y subbase-granular.
Con referencia a la base, podrá ser granular o estabilizada y sus requisitos de calidad deben ser, lógicamente, superiores a los de la sub-base.
Concretos Asfálticos: en cuanto a la capa de rodadura, consistirá en una mezcla de agregados pétreos y un producto bituminoso, la mezcla se deberá diseñar y construir de modo que solo preste una función estructural.
El coeficiente estructura y el módulo dinámico del concreto asfáltico, se selecciona para las condiciones climatológicas de la zona como son temperatura de la zona de proyecto y utilizando la gráfica para concretos asfálticos de la guía AASHTO 1993, de lo que los valores asumidos están influenciados por la misma calidad de los agregados de la región donde se determina el proyecto.
Tabla 16. Módulos y coeficientes estructurales.
CAPA MR ai
Psi Kg/cm2
Concreto asfáltico rodadura y Base 350000 25000 0.38 Base Granular (CBR = 80%) 28000 1950 0.113 Sub-base material proveniente de la
estructura existente seleccionado (CBR=35%)
19600 1400 0.125
Subrasante 7195 510 0.125
Fuente: MONTEJO FONSECA. Alfonso. Ingeniería de pavimentos. 3 ed. Bogotá: Universidad Católica de Colombia, v. 1, p. 211.
3.1.12.4 Coeficientes de drenaje de la zona del proyecto. Teniendo en cuenta la precipitación media anual de la zona del proyecto y referenciándola con el manual de diseños de pavimentos asfálticos en vías con medios y altos volúmenes de tráfico de INVÍAS 1998, y con las tablas del manual de la AASHTO 1993, Se determina que la retención del agua por las condiciones del terreno estarían dadas para una semana lo que lo define como Aceptable, y se considera que la estructura del pavimento estaría expuesto a niveles de humedad próxima a la saturación entre valores del 5 a 25 %.
Valores que se determinan y reflejan en la tabla 16.0, con referencia a la tabla de valores de ai recomendados para modificar los coeficientes de capas de base y sub-base granulares.
Tabla 17. Valores de mis recomendados.
SUB‐BASE GRANULAR
0,87
VALORES DE mi RECOMENDADOS
CAPAS
mi
BASE GRANULAR
0,92
Fuente: MONTEJO FONSECA. Alfonso. Ingeniería de pavimentos. 3 ed. Bogotá: Universidad Católica de Colombia, v. 1, p. 213.
Las características constructivas para la estructura de la vía y con referencia que tramos de la vía presenta diferencia de espesores en los afirmados existentes, se recomienda la ejecución en una capa de concreto asfáltico, seguido de una capa de material granular tipo base y continuando con una capa de material de características similares como sub-base.
3.1.12.5 Módulo resiliente de la subrasante. Haciendo seguimiento a los planteamientos de la metodología, el módulo resiliente se determina como la expresión de 1500 x CBR de la tabla 5.19 del libro de Alfonso Montejo, expresión
que para suelos areno limosos en regiones cálidas húmedas se recomienda que se encuentre en el rango de 1000 a 1500 CBR, mantenemos la expresión inicial de 1500 CBR, para trabajar las condiciones de calidad en los materiales de la capas granulares propuestas.
Seleccionamos los espesores de las capas, y procedemos al dimensionamiento de los espesores de las diferentes capas que conforman la estructura del pavimento, y que se determinaron con referencia a la fórmula de la AASHTO 1993, Conociendo con antelación el número estructural SN y en función de los coeficientes estructurales y los coeficientes de drenajes para cada capa.
SN = ai DI + = a 2 m 2 D 2 + a 3 m3 D 3 + …..
Donde:
SN = Número Estructural
D1 D2 D3 = espesores de las capas estructurales de concreto asfáltico, bases y
sub-bases granulares, capa de mejoramiento.
a1 a2 a3 = coeficientes estructurales m 2 m3 = coeficientes de drenaje
Con los insumos anteriores se procede a la modelación de la estructura para cumplir con los requisitos de tránsito, iteramos hasta obtener los espesores mínimos recomendados por la guía AASHTO 93, con lo que obtenemos los espesores siguientes en las diferentes zonas definidas por la sectorización y con más de una alternativa en el proyecto.
3.2 APLICACIÓN MÉTODO AASTHO
Tabla 18. Método AASTHO.