INGENIERÍA DE DETALLE A

NIVEL DEL 100%

EMPRESA DE ACUEDUCTO, ALCANTARILLADO Y ASEO DE BOGOTÁ E.S.P.

CONTRATO No. 1-02-25500-0690-2011

REALIZAR EL DISEÑO A NIVEL DE INGENIERÍA DE DETALLE DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE “CANOAS” EN LOS COMPONENTES ASOCIADOS AL SISTEMA DE

TRATAMIENTO PRIMARIO CON ASISTENCIA QUÍMICA

PRODUCTO No. 11

INFORME DE INGENIERÍA DE DETALLE A NIVEL DEL 100%

MEMORIA DE CÁLCULO - DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS

Preparado por: CONSORCIO CDM Smith - INGESAM SAS Agosto de 2016

CONTROL DE REVISIONES TITULO DEL DOCUMENTO:

Informe Producto No. 11 “Informe de ingeniería de detalle a nivel del 100%” Memoria de Cálculo - Diseño Geométrico de Vías

CLIENTE:

ACUEDUCTO DE BOGOTA

PROYECTO: PTAR CANOAS No. 89244

PROPUESTA: No.

DESCRIPCION DE REVISIONES. VERSIÓN DESCRIPCIÓN Y/O ESTADO FECHA DE

APROBACIÓN OBSERVACIONES

0 Informe Producto 10 – Memoria de Cálculo -

Diseño Geométrico de Vías.

02-28-2016

1 Informe Producto 11 – Memoria de Cálculo -

Diseño Geométrico de Vías.

08-01-2016

DESCRIPCIÓN DE ANEXOS.

CONTROL DE REVISION Y APROBACION.

REVISADO POR: (AREA/CARGO/FIRMA)

Solomon Abel Asistente CO-DIRECTOR NACIONAL

Consorcio CDM INGESAM

APROBADO POR: (AREA/CARGO/FIRMA)

Robert Gaudes Director Internacional de la Consultoría

Consorcio CDM INGESAM

Registro PR-01-005

©2016 CDM SMITH. TODOS LOS DERECHOS RESERVADOS, REUTILIZACIÓN DE DOCUMENTOS: DOCUMENTOS Y DISEÑOS SUMINISTRADOS POR EL SERVICIO PROFESIONAL, INCORPORADOS EN ESTE DOCUMENTO, SON PROPIEDAD DE CDM SMITH Y EAB, NO SERÁN UTILIZADOS, NI TOTAL NI PARCIALMENTE, PARA CUALQUIER OTRO PROYECTO SIN AUTORIZACIÓN ESCRITA DE CDM SMITH Y/O EAB.

PRODUCTO 11. INFORME DE INGENIERÍA DE DETALLE A NIVEL DEL 100%

MEMORIA DE CÁLCULO. DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS

APROBACIÓN DEL INFORME

Robert Gaudes Director Internacional de la Consultoría

Consorcio CDM Smith - INGESAM

Fernando Silva Director de la Interventoría

Unión Temporal Canoas

Reinaldo Pulido Supervisor del Contrato de Consultoría Nº 1-02-25500-0690-2011

Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá

CLIENTETRABAJO Nº 1-02-25500-0690-2011 CALC. POR EDER DE LAPEÑA

PROJECTO FECHA REVISION 1 12/5/2016 FECHA 23/05/2016

DETALLE VERSIÓN 1 POR VERSIÓN FINAL

FECHA REVISION FINAL

REVISION FINAL POR

MEMORIA DE CÁLCULO:

1.0 OBJETIVO2.0 CÓDIGOS, ESTÁNDARES Y REFERENCIAS DE DISEÑO3.0 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

Memoria de Cálculo Diseño Geométrico de Vías

Empresa de Alcantarillado, Acueducto y Aseo de Bogotá, EAB

PTAR Canoa

CONTENIDO

La memoria de cálculo presentada a continuación, se desarrolla dentro del contrato de consultoría Nº 1-02-25500-0690-2011 suscrito entre la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá y el Consorcio CDM–INGESAM para realizar el diseño a nivel de ingeniería de detalle de la planta de tratamiento de aguas residuales de “CANOAS” en los componentes asociados al sistema de tratamiento primario con asistencia química.

DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS

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Producto 11 – Versión Final

1.0 OBJETIVOS

2.0 CÓDIGOS, ESTÁNDARES Y REFERENCIAS DE DISEÑO

DR-1:

DR-2:

DR-3:

PR-1: Diseño Geométrico de vias (C-00-200 a C-00-208 )

PR-2: Flujo Vehicular (C-00-251 a C-00-257)

3.0 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

1-

a)

b)

Tipo de vehículos

Esquema 1. Camion 3S2, según Manual de INVIAS 2008.

Esquema 2. Camión Categoría 3, según Manual de INVIAS 2008.

Radios de Giro mínimo para los tipos de vehículo - INVIAS 2008 (Capítulo 2.3. - Distancias de Visibilidad)

Esquema 3. Radios de Giro a 90°- Camion categoría 3S2, según Manual de INVIAS 2008. (Ancho Max. en Giro = 8.52 m)

La velocidad de diseño de 20Km/h se tomó considerando que es la máxima velocidad que deben mantener los vehículos enla etapa de operación de la planta. Este criterio de velocidad máxima no se especifica en el manual de diseño geométrico devías (INVIAS) para este tipo de proyectos, sin embargo, se tomó la velocidad de 20km/h como parámetro de entrada parael diseño de las curvas verticales. La mayor parte de los tramos de vías del Proyecto, son tramos rectos y solo se tomócomo criterio de diseño, para las curvas horizontales, los giros de los camiones en cada zona. En el PR-2, se muestran lostipos de vehículos y se hace el chequeo de los giros dependiendo del tipo de vehículo. En el PR-1, se muestran los demásparámetros geométricos del diseño.

El diseño geométrico objeto de esta memoría de cálculo, y los elementos que la componen, se rigen por los siguientes códigos,estándares, Documentos de referencia (DR) y Planos de Referencia (PR):

Diseño Geométrico para el presente documento está regido por el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras (INVIAS2008),

Especificaciones Materiales INVIAS

Informe de Diseño Geotécnico Detallado - Producto 4 - Ingeniería y Georiesgos- IGR SAS - IGRL-191-15 - Versión 4 - Año2016

En la etapa de operación y mantenimiento de la Planta de tratamiento de aguas residuales Canoas (PTAR Canoas Fase I), se contempla la circulación de vehículos de carga para el ingreso de materias primas y retiro de residuos, provenientes del tratamiento de las aguas residuales. Por tal razón se construirán vías en pavimento flexibles (Asfalto) por su facilidad en la construcción y mantenimiento. Además, se contempla la construcción de zonas de parqueo de contenedores en pavimento rígido (Placas de Concreto). Las placas de concreto cumplen la función de facilitar el apoyo de las ruedas de los contenedores y brindar un adecuado manejo de aguas generada por los residuos que se almacenarán en los contenedores (Humedad permanente). También se contempló la circulación de buses y automóviles; pero se tomó como condición crítica para diseño, los vehículos de carga. Teniendo en cuenta lo anterior, se presenta a continuación el Diseño Geométrico de vías de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Canoas (PTAR Canoas), con el objetivo brindar una información clara y precisa de todos los criterios de diseño, incluyendo códigos, estándares y referencias, así como también las diferentes hipótesis, metodologías y cálculos aplicados para el análisis y diseño Geométrico de vías.

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3-

4-

Esquema 4. Radios de Giro a 90°- Camión Categoría 3, según Manual de INVIAS 2008. (Ancho Max. en Giro = 8.52 m)

* En la vía de acceso a la zona de la Cámara Inicial, las pendientes de este tramo sobrepasan el 4%, teniendo en cuenta que es una zona que, por las exigencias del perfil hidráulico de la planta, debe tener mayor altura con respecto al resto del proyecto. No obstante, la pendiente longitudinal de esta vía, está de acuerdo a la recomendación del manual INVIAS - 2008 (Ver tabla 3.).

Para el caso de las vías de acceso y las vías interna de la PTAR, se construira una superficie de rodadura en pavimentoflexible, el bombeo recomendado según la tabla 1 será del 2%.

Tabla 2. Valor de Bombeo Recomendado Manual de Diseño Geométrico para carreteras del INVIAS

El manual de diseño geométrico de carreteras del INVIAS, no restringe los tipos de solución para una intersección dada. El ingeniero, con su creatividad y buen juicio, podrá proponer las alternativas que consideren adecuadas para las condiciones particulares del proyecto. Sin embargo, se tuvo en cuenta algunos criterios básicos tomados de la norma INVIAS -2008 (Ver Tabla 1).

Según el manual INVIAS, para el diseño de la pendiente longitudinal máxima se debe tener en cuenta la velocidad dediseño, el tipo de vía y la topografía del terreno. Paras las vías de acceso y las vías internas de la PTAR, por criterios seguridad , la velocidad de operación no debe excederlos 20 km/h, teniendo en cuenta que serán vías donde transitarán vehículos cuya función principal será el transporte demateria prima, transporte de equipos, monitoreo o mantenimiento rutinario de la Planta, estas vías se diseñarán con unapendiente mínima de 0.5%, donde la función principal de estas inclinaciones es permitir el tránsito adecuado de losvehículos y evacuar las aguas lluvias, para que no se generen encharcamientos o filtraciones que puedan ocasionar riesgoso afectaciones a la estructura del pavimento. La topografía del terreno es plana, por lo tanto las pendientes longitudinales de las vías varían entre 0.5 y el 3.5%, aacepción de la vía de acceso a la Cámara Inicial, cuya pendiente máxima utilizada fue del 7% (Ver Tabla 3).

El bombeo apropiado es aquel que permite un drenaje correcto de la corona con la mínima pendiente, a fin de que elconductor no tenga sensaciones de incomodidad e inseguridad. Su valor recomendado, que depende del tipo de superficiede rodamiento se presenta en la siguiente tabla:

Tabla 1. Criterios básicos de diseño - Intersecciones a nivel

Criterios básicos de diseño – Manual INVIAS

(Capítulo 6.3.1. Intersecciones a nivel) Cumple No cumple

El ángulo de entrada (α) debe estar comprendido entre sesenta y noventa

grados (60° - 90°). X

El Radio mínimo de las curvas R1, R2, R3 y R4 debe corresponder al Radio

mínimo de giro del vehículo de diseño seleccionado. X

La pendiente longitudinal de las calzadas que confluyan debe ser, en lo

posible, menor de cuatro por ciento (4.0 %) para facilitar el arranque de los

vehículos que acceden a la calzada principal. *

X

Salvo que la intersección se encuentre en terreno plano, se debe diseñar en

la calzada secundaria una curva vertical cuyo PTV coincida con el borde de la

calzada principal y de longitud superior a treinta metros (30 m).

X

La intersección debe satisfacer la Distancia de visibilidad de cruce (DC). X

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5- Estructuras de Pavimento (Ver DR-3)

A. Condición 1

Zonas donde no se presentan excavaciones, las cuales se encuentran en mayor proporción en la parte noroccidental de la PTAR Canoas, por lo cual la Subrasante será el terreno natural existente y dados los resultados de los ensayos INV-E-156-13 “Determinación del módulo Resiliente de suelos y agregados (Subrasante)” realizados en toda la zona de estudio, dio como resultado que el Módulo Resilente del suelo se encuentra en 35,000 kN/m2. Debido a la presencia de suelos expansibles se debe remplazar la Subrasante con una capa granular compuesta por rajón compactado al 90% de la densidad máxima dada por el ensayo de Proctor Modificado y material tipo recebo compactado mínimo al 95% de la densidad máxima dada por el ensayo de Proctor Modificado el cual ayudara como material de afirmado, distribuir mejor las cargas de los vehículos, disminuir los asentamientos y adicional a controlar adecuadamente los cambios de contenido de agua natural en el suelo así reduciendo el potencial de expansión y evitando el daño a la estructura.

Figura 1. Condición 1 de Pavimento (medidas en cm).

Tabla 4. Valores de K min para el calculo de curvas verticales

Para el cálculo de las curvas verticales en las vías internas de la Planta, se asumió una velocidad mínima específica de 20 km/h. Teniendo en cuenta este criterio, se diseñaron las curvas verticales con un K mínimo de 3.0 para curvas convexas y curvas cóncavas (Ver tabla 2).

Tabla 3. Pendiente Media Máxima del corredor de ruta (%) en función de la Velocidad de Diseño - INVIAS 2008

Alineamiento vertical

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a) CAPA DE RODADURA

Esta capa cuyo espesor es de 10.0 cm se compone de una mezcla asfáltica tipo MD20 o MS20 según las especificaciones del IDU, la mezcla se deberá disponer a 15 ᵒC, deberá tener un 6% de asfalto y volumen de aire máximo del 5%; el ligante asfáltico será tipo 80 – 100, con índice de penetración de 0.0 y cumplir con las especificaciones IDU 510-11; los agregados pétreos deben cumplir con las especificaciones IDU 510-11. Según USCE se estima el Módulo de esta mezcla en 4, 831,500 kN/m2 a una frecuencia de 4 Hz (Esta frecuencia es válida para vehículos que transitan a velocidades entre 30 – 40 km/h) y una relación de Poisson de 0.30.

b) CAPA DE BASE GRANULAR

Esta capa cuyo espesor son 20.0 cm deberá cumplir con las especificaciones IDU 400-11 y tener un CBR mínimo del 90% de la densidad máxima dado por el ensayo Proctor Modificado. Se adopta un Módulo para este material de 213,700 kN/m2 con una relación de Poisson de 0.30, de acuerdo a lo sugerido en el ASSHTO 93.

c) CAPA DE SUBBASE GRANULAR

Esta capa cuyo espesor son 20.0 cm deberá cumplir con las especificaciones IDU 400-11, además el 20% del material debe ser triturado, el Índice Plástico menor al 6% y un CBR mínimo de 80% de la densidad máxima dado por el ensayo Proctor Modificado. Se adopta un Módulo para este material de 147,000 kN/m2 con una relación de Poisson de 0.30, de acuerdo a lo sugerido en el ASSHTO 93.

d) CAPA DE MEJORAMIENTO

Se plantea como mejoramiento a la Subrasante el reemplazo de 40.0 cm con Rajón compactado al 90% de la densidad máxima determinada en el ensayo Proctor Modificado y 60 cm de recebo compactado mínimo al 95% de la densidad máxima determinada en el ensayo Proctor Modificado, este material debe cumplir con las especificaciones IDU 321 y de la norma NP-040-EAB-ESP. Se adopta un Módulo para este material de 80,000 kN/m2 con una relación de Poisson de 0.30.

B. Condición 2

La condición 2 está regida en zonas donde se presentan excavaciones y posterior puesta de material de recebo, lo cual genera un cambio total de la Subrasante por un material de óptimas condiciones que garantizará una mejor distribución de cargas al subsuelo, disminuirá los asentamientos y controlara la deformación de la estructura por efectos de las arcillas expansivas. En todos los casos se debe contar como mínimo con 1m de profundidad de material tipo recebo compactado (NP-040-EAB-ESP) al 90% de la densidad máxima registrada en el ensayo Proctor Modificado, del cual los últimos 60cm de material tipo recebo puesto en terreno, debe tener como mínimo 95% de la densidad máxima dado el ensayo de Proctor Modificado, para así obtener un mejor afirmado que garantizará la estabilidad de la estructura.

Nota: El material de la Subrasante para la condición 2 es un material tipo recebo que debe tener las mismas características que la condición 1.

Figura 2. Condición 2 de Pavimento (medidas en cm).

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6-

7-

La PTAR Canos se construirá en una zona paralela a la Avenida Perimetral de la Sabana, por esta razón se contempla la necesidad de proyectar carriles de acceso y salida de la planta. Por ser una vía Intermunicipal, con una futura ampliación a dos carriles, se deben manejar criterios de velocidad de operación en los accesos a la PTAR. Según la norma INVIAS -2008 recomienda el Diseño de carriles de cambio de velocidad (Capítulo 6.3.1.2.). El cambio de velocidad se presenta por la necesidad que tiene el vehículo de aumentar o reducir la velocidad al salir o entrar a la planta respectivamente. Al no tener en cuenta estos criterios de diseño, se puede correr el riesgo de generar accidentes.

Para el carril de desaceleración, la longitud total para una velocidad específica del elemento de la calzada de origen de 80 km/h hasta la parada total del vehículo, es de 120 m.

Figura 3. Diseño de vía - Condición 1.

Figura 4. Diseño de vía - Condición 2.

Figura 5. Esquema de un carril de aceleración - Manual de Diseño Geometrico de Carreteras INVIAS -2008

Nota: El periodo de diseño para el pavimento, la composición y volúmenes de tránsito, el análisis para la selección de los espesores de la capa de rodadura, base y sub-base, se presentan el DR-3, Capítulo 6.5 (Diseño de Vías).

f) Ver carga y frecuencia de camiones empleada para el diseño en el DR-3 Tabla 6-13 (Determinación del Factor Camión).

Tabla 5. Longitud mínima de los carriles de Aceleración

La estructura de pavimento para el tramo de vía en afirmado, es similar a la Condición 1, considerando la futura pavimentación en Fase II. El espesor de carpeta asfáltica se reemplaza por un material tipo Base granular o similar, que sirva como protección de la estructura de pavimento.

e) Estructura de pavimento para via en Afirmado

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Tabla 6. Longitud mínima de los carriles de Desaceleración

Figura 6. Esquema de carriles de desaceleración - Manual de Diseno Geometrico de Carreteras INVIAS -2008

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