PAVIMENTOS 16225-6

Informe Final de Pavimentos y Espacio Pblico Asociado de la Avenida Luis Carlos Galn Sarmiento (AC 24) desde Avenida Fontibn (AK 97) hasta Avenida El TAM (AK 129) Cdigo de Obra N 114. Etapa de Estudios y Diseos Versin 1 Agosto de 2008 pg. 4-1

4. DISEO DE PAVIMENTO

Como fue indicado en el captulo 2 - Alcance del documento-, el actual informe busca presentar el diseo de la estructura de pavimento sobre el corredor de la Avenida Luis Carlos Galn, cuyo tipo de intervencin fue definida en la etapa de factibilidad - Informe de diseo preliminar de pavimento para secciones tpicas y planteamiento de Alternativas de intervencin de segmentos viales y espacio pblico asociado relacionando una rodadura en concreto hidrulico sobre una capa granular.

4.1 METODOLOGA

Para el diseo del pavimento y del espacio pblico asociado se aplicaron las siguientes metodologas:

Diseo del pavimento en concreto hidrulico se aplica la metodologa propuesta por la Portland Cement Association PCA en 1984, aplicable a las diversas alternativas de pavimentos rgidos.

Diseo de pavimento en concreto hidrulico mediante el mtodo AASHTO/93, segn aplica en los trminos de referencia.

Para el diseo del espacio pblico asociado se aplica la metodologa descrita en la Cartilla de Espacio Pblico del IDU, en cuanto a los andenes y para los accesos a garajes se aplica la metodologa de la Portland Cement Association - PCA -1984.

A continuacin se presentan los diseos de pavimento correspondientes al corredor vial de la Avenida Luis Carlos Galn.


4.2 DISEO DE PAVIMENTO AVENIDA LUIS CARLOS GALN ENTRE LA AVENIDA FONTIBN (CARRERA 97) HASTA LA AVENIDA EL TAM (CARRERA 129)

En la Etapa de Factibilidad y definiendo una matriz de costos que relaciona tanto el proceso constructivo de la estructura de pavimento como el mantenimiento a lo largo del perodo de diseo, se concluy que la alternativa a implementar en el corredor de estudio es la que corresponde a una estructura en concreto hidrulico, conjugando una capa de base granular como material de soporte y mejoramientos de la subrasante, segn condiciones particulares del proyecto. De igual manera y estableciendo la intervencin exigida en los Trminos de Referencia en el numeral 10.1.3.3 se precisa la propuesta de reconstruccin del pavimento, como es presentado a continuacin:

4.2.1 Consideraciones para el diseo Metodologa PCA/84

El mtodo de diseo de la Portland Cement Association, PCA, hace las siguientes consideraciones al diseo de pavimentos:

1. Provisin de una subrasante o base de soporte razonablemente uniforme seleccionando materiales y controlando su densificacin.

2. Prevencin del bombeo o de otras acciones de los suelos de la subrasante, cuando el trnsito previsto y las condiciones del suelo lo hagan necesario.

3. Ubicacin o distribucin de juntas para controlar adecuadamente las tensiones provocadas por la restriccin al alabeo y al desplazamiento de las losas. Grado de transferencia de carga.

4. Adopcin de un espesor que permita mantener las tensiones que provocan las cargas del trnsito, por debajo de las admisibles.

4.2.1.1 Criterios de diseo

Periodo de diseo: El perodo de anlisis del pavimento en concreto hidrulico para el corredor en estudio es de 20 aos.


Criterio de Fatiga: Para proteger al pavimento de la accin repetida de cargas.

Criterio de Erosin: Para evitar la migracin de finos, es decir, una falla repentina por la prdida de soporte.

Tipo de Pavimento: Para el presente diseo se considera un pavimento de concreto sin bermas y con pasadores debido al alto volumen de trfico que se presenta en la va.

Tramos de Diseo: El corredor en estudio se encuentra sectorizado en dos tramos los cuales se definen por el trnsito de diseo.

Tramo 1. Desde la Avenida Fontibn (Carrera 97) hasta la Carrera 103

Tramo 2. Desde la Carrera 103 hasta la Avenida El TAM

Mdulo de reaccin del material de soporte. Con el fin de determinar el mdulo de reaccin del material de soporte, se recurre a la metodologa presentada en el documento adelantado por la CPCA- Canadian Portland Cement Associaton-, recurriendo a la figura 2 y a la tabla 1, mediante el CBR de diseo obtenido en la caracterizacin geotcnica. En el captulo 3. se defini una sectorizacin del corredor a partir de la resistencia de la subrasante, definiendo tres tramos, cuyo mdulo de reaccin correlacionado a partir del CBR de diseo es presentado en la Tabla N 4-1.

Tabla N 4-1 Mdulos de reaccin de la subrasante y del conjunto

TRAMO CBR DE DISEO

(%)

MDULO DE REACCIN DE LA SUBRASANTE

(MPa/m)

MDULO DE REACCIN DEL CONJUNTO 300mm DE

BG-(MPa/m)

Tramo 1. Desde Avenida Fontibn hasta Carrera 103.

3.25% 28.0 49.0

Tramo 2. Desde Carrera 103 hasta K0+450

2.8%7 26.0 46.0

Tramo 2A. Desde K0+450 a K0+000

2.8% 26.0 46.0

Fuente: Elaboracin propia

7 EL VALOR DE CBR DE DISEO FUE DETERMINADO MEDIANTE LA METODOLOGA RACIONAL DE

IVANOV, EN EL QUE SE RELACIONA UNA CAPA DE MATERIAL DE MEJORAMIENTO DE 300mm.


Calidad del concreto: La resistencia a la flexin se expresa en su Mdulo de Rotura. Para el presente diseo, se propone un mdulo de rotura de 4.5 MPa.

Trnsito: La metodologa de diseo relaciona el nmero de repeticiones esperadas en el corredor de estudio, las cuales fueron determinadas a partir del anlisis efectuado en la etapa de factibilidad, tal como es presentado a continuacin:

El informe de estudio de trnsito presenta la cuantificacin en trminos de TPD del trnsito proyectado para el corredor, segn el tipo de vehculos.

Considerando la distribucin de cargas por eje segn Tabla N 4-2, es posible determinar las repeticiones esperadas para cada tramo y calzada como es presentado en la Tabla N 4-3, Tabla N 4-4, Tabla N 4-5, y Tabla N 4-6 y en el Anexo N 2.2. Repeticiones esperadas.

Tabla N 4-2 Distribucin de Cargas por eje

CARGAS POR EJE (tn) TIPO DE VEHCULO

EJE SIMPLE EJE TANDEM EJE TRIDEM BUS 8.0 C2P 9.0 C2G 11.0 C3 20.0 C4 9.0 20.0 C5 2 - 20.0 >C5 20.0 25.0


Tabla N 4-3 Repeticiones esperadas. Tramo 1. Desde Avenida Fontibn hasta Carrera 103 Calzada Norte

CARGA POR EJE (tn) REPETICIONES ESPERADAS A 20 AOS

8 (Simple) 24.396.673

9 (Simple) 6.754.143

11 (Simple) 6.341.255

20 (Tandem) 1.865.406

25 (Tridem) 144.358



Tabla N 4-4 Repeticiones esperadas. Tramo 1. Desde Avenida Fontibn hasta Carrera 103 Calzada Sur


8 (Simple) 3.660.804

9 (Simple) 5.440.362

11 (Simple) 4.972.286

20 (Tandem) 2.295.412

25 (Tridem) 180.128


Tabla N 4-5 Repeticiones esperadas. Tramo 2. Desde Carrera 103 hasta Avenida El TAM Calzada Norte


8 (Simple) 20.121.282

9 (Simple) 10.199.597

11 (Simple) 5.450.472

20 (Tandem) 3.367.454

25 (Tridem) 492.750


Tabla N 4-6 Repeticiones esperadas. Tramo 2. Desde Carrera 103 hasta Avenida El TAM Calzada Sur


8 (Simple) 8.510.450

9 (Simple) 6.152.805

11 (Simple) 5.809.851

20 (Tandem) 3.676.572

25 (Tridem) 383.031


En el proceso de clculo de las repeticiones esperadas se determinaron las siguientes distribuciones direccionales y la distribucin por carril segn las particularidades del proyecto, tal como es presentado a continuacin:

Tramo 1: Desde la Avenida Fontibn hasta la Carrera 103 Calzada Norte

El diseo geomtrico contempla una calzada unidireccional, considerando en la mayor parte del tramo una calzada de tres carriles. Precisando que el anlisis de trnsito fue efectuado solo para el carril de diseo, se indica


como Factor de distribucin direccional 1.00, junto a una distribucin direccional para el carril de diseo de 0.70.

Tramo 1: Desde la Avenida Fontibn hasta la Carrera 103 Calzada Sur

El diseo geomtrico contempla una calzada unidireccional, considerando en la mayor parte del tramo una calzada de tres carriles. Precisando que el anlisis de trnsito fue efectuado solo para el carril de diseo, se indica como Factor de distribucin direccional 1.00, junto a una distribucin direccional para el carril de diseo de 0.70.

Tramo 2. Desde la Carrera 103 hasta la Avenida El TAM Calzada Norte

El diseo geomtrico contempla una calzada unidireccional, considerando en la mayor parte del tramo una calzada de dos carriles. Precisando que el anlisis de trnsito fue efectuado solo para el carril de diseo, se indica como Factor de distribucin direccional 1.00, junto a una distribucin direccional para el carril de diseo de 0.90.

Tramo 2. Desde la Carrera 103 hasta la Avenida El TAM Calzada Sur

El diseo geomtrico contempla una calzada unidireccional, considerando en la mayor parte del tramo una calzada de dos carriles. Precisando que el anlisis de trnsito fue efectuado solo para el carril de diseo, se indica como Factor de distribucin direccional 1.00, junto a una distribucin direccional para el carril de diseo de 0.90.

Factor de Seguridad de Carga: Las tensiones inducidas en el pavimento de concreto por las cargas de los vehculos en movimiento son menores que las producidas por las mismas cargas cuando el vehculo est estacionado o transita a baja velocidad, por lo que es necesario considerar un factor de seguridad con respecto a las cargas para toda la va. La Tabla N 4-7 presenta los tres valores posibles de dicho factor; para el presente diseo se estableci, segn las recomendaciones de la PCA, un Factor de Seguridad de 1.2:


Tabla N 4-7 Factores de seguridad de carga

FACTOR DE SEGURIDAD DE CARGAS

CASOS

1,2 Calles del sistema de trnsito general con alto volumen de trnsito pesado en condiciones de flujo interrumpido.

1,1 Calles del sistema arterial mayor con moderado volumen de trnsito de camiones

1,0 Calles de los sistemas colector y local que soporten un trnsito reducido de camiones

Fuente: PCA

Transferencia de Carga: Se considera el diseo con pasadores, debido a los altos volmenes de trfico que se presentan en la va.

4.2.1.2 Resultados obtenidos

Desde la Tabla N 4-8, hasta la Tabla N 4-13 se presentan los resultados obtenidos mediante la modelacin de los parmetros de diseo en el programa computacional BS-PCA-2001, cuyas memorias de clculo son presentadas en el Anexo 3.1.

Tabla N 4-8 Estructura de Pavimento Tramo 1. Desde la Avenida Fontibn hasta la Carrera 103 Calzada Norte

CONSUMO (%) CAPA

ESPECIFICACIN IDU

ESPESOR (mm) ESFUERZO EROSIN

CONCRETO HIDRULICO MR

4.5 MPA SECCIN 600-05 270

MEZCLA ASFLTICA MD-12

SECCIN 510-05 75

BASE GRANULAR BG-A

SECCIN 400-05 300

0.00 62.83

MATERIAL DE CENIZA CON

ADICIN DE CAL

ESPECIFICACIN PARTICULAR 221P

1000

MATERIAL DE RAJN


400 Incluye sello en SBG-C de

100 mm



Tabla N 4-9 Estructura de Pavimento Tramo 1. Desde la Avenida Fontibn hasta la Carrera 103 Calzada Sur

CONSUMO (%) CAPA

ESPECIFICACIN IDU


CONCRETO HIDRULICO MR 4.5

MPA SECCIN 600-05 260


SECCIN 510-05 75

BASE GRANULAR BG-A

SECCIN 400-05 300

0.00 98.22


ADICIN DE CAL


1000

MATERIAL DE RAJN



100 mm


Tabla N 4-10 Estructura de Pavimento Tramo 2. Desde la Carrera 103 hasta K0+450 Calzada Norte

CONSUMO (%) CAPA

ESPECIFICACIN IDU



4.5 MPA SECCIN 600-05 270


SECCIN 510-05 75

BASE GRANULAR BG-A

SECCIN 400-05 300

0.00 88.38


ADICIN DE CAL


1000

MATERIAL DE RAJN



100 mm



Tabla N 4-11 Estructura de Pavimento Tramo 2. Desde la Carrera 103 hasta K0+450 Calzada Sur

CONSUMO (%) CAPA

ESPECIFICACIN IDU



4.5 MPA SECCIN 600-05 270


SECCIN 510-05 75

BASE GRANULAR BG-A

SECCIN 400-05 300

0.00 93.23


ADICIN DE CAL

ESPECIFICACIN PARTICULAR

221P 1000

MATERIAL DE RAJN


231P 400

Incluye sello en SBG-C de 100 mm


Tabla N 4-12 Estructura de Pavimento Tramo 2A. Desde K0+450 hasta Avenida El TAM - Calzada Norte

CONSUMO (%) CAPA

ESPECIFICACIN IDU



4.5 MPA SECCIN 600-05 270


SECCIN 510-05 75

BASE GRANULAR BG-A

SECCIN 400-05 300

0.00 88.38


ADICIN DE CAL


221P 1000

MATERIAL DE RAJN


231P 400




Tabla N 4-13 Estructura de Pavimento Tramo 2A. Desde K0+450 hasta Avenida El TAM - Calzada Sur

CONSUMO (%) CAPA

ESPECIFICACIN IDU



4.5 MPA SECCIN 600-05 270


SECCIN 510-05 75

BASE GRANULAR BG-A

SECCIN 400-05 300

0.00 93.23


ADICIN DE CAL


221P 1000

MATERIAL DE RAJN


231P 400



4.2.1.3 Observaciones generales

1. Para el corredor sobre la Avenida Luis Carlos Galn, se presenta una propuesta de diseo compuesta por una losa en concreto hidrulico que vara de 260 a 270mm, una mezcla densa en caliente de 75mm de espesor, una base granular tipo BG-A de 300mm, un material de ceniza con adicin de cal de 1.0m y un mejoramiento de la subrasante mediante la instalacin de rajn de 400mm de espesor, el cual incluye un sello en subbase granular (SBG-C) de 100mm de espesor.

2. El material de ceniza y cal, busca reemplazar el material de tipo orgnico localizado hasta una profundidad de 1.80m y cuya descripcin geotcnica fue efectuada en el captulo 3. La consideracin de un material de este tipo (bajo peso unitario y alta densificacin), busca proporcionar un material de adecuada capacidad de soporte; sin que esto indique una sobrecarga al terreno, el cual se caracteriza por su alta compresibilidad y baja resistencia. La especificacin de este material es presentado en el Anexo N 5.2.


3. El mejoramiento con rajn, es una prctica rutinaria en la reconstruccin y construccin de vas a nivel de Bogot D.C, debido a la eficacia del procedimiento mecnico en suelos blandos, en el cual su efectividad no depende del contenido de humedad, como s se requiere en casos de realizar mejoramientos con enzimas, cal y geotextiles.

4. En el caso donde las ampliaciones comprometan estructuras tales como viviendas, es necesario retirar los cimientos existentes y reemplazar por material seleccionado, debidamente compactado.

Tal como se observa no se contempla el canal existente en el costado del Aeropuerto, ya que en la actualidad el canal no presta el servicio de drenaje pluvial, pues el Acueducto de Bogot ya construy el sistema colector de drenaje en tuberas matrices.

5. Se recomienda la construccin de subdrenes a 1.0m de profundidad, para garantizar la estabilidad de la estructura de pavimento.

6. En el proceso constructivo de las capas estructurales es necesario proveer a la calzada de un sobreancho de 0.50m a cada costado de la va con el fin de proporcionar la compactacin acorde con las especificaciones de construccin.

7. En el Anexo 4 se presentan las secciones tpicas a implementar en cada una de las obras de espacio pblico, indicando los espesores de las capas estructurales y los procesos de construccin particulares en caso de ser necesarios.

8. Transferencia Mecnica de Carga. Aunque es preciso reconocer que los agregados ofrecen mediante su trabazn un grado de transferencia de carga; debido al trfico de la va en estudio es necesario implementar una transferencia de carga mecnica mediante la disposicin de dovelas (barras de acero lisas y/o corrugadas insertadas en las juntas) que buscan transferir cargas sin restringir el movimiento horizontal.

Para la transferencia de carga en las juntas transversales, es necesaria la colocacin de pasadores de 1 3/8 con una longitud de 450mm y separacin entre centros de 300 mm. Para la transferencia de cargas y amarre en las juntas longitudinales se debe disponer de barras de acero corrugado de dimetro de con una longitud de 85cm, separadas entre centros cada 0.60m (fy=60000 psi). Las barras no se deben colocar a menos de 40cm de la junta transversal.


La separacin de las barras de 0.60m, radica en que adems del amarre entre las losas, se busca la transferencia de carga, lo cual se lograba mediante la utilizacin de juntas con llaves de cortante, las cuales no se emplean ya que se ha observado su falla ante los esfuerzos de corte generados por las cargas de los vehculos; por otra parte en la ciudad de Bogot, se ha empleado este criterio en los corredores de transporte masivo, observndose una alta aceptabilidad ante los ensayos de transferencia.

9. Aunque el material granular remanente de la estructura de actual de pavimento, no se contempla dentro del nuevo diseo, este tipo de material puede ser utilizado en la conformacin de capas de relleno para las reas de espacio pblico, siempre y cuando el ndice de plasticidad sea menor a 9% y la resistencia medida mediante el ensayo de CBR luego de cuatro das de inmersin sea superior al 15%.

10. Para las ampliaciones en calzada, se recomienda realizar un mejoramiento de la subrasante consistente en incrementar el espesor de rajn a 0.30m, adicionales a los recomendados para el proyecto, debido a la existencia de una diferencia de rigidez entre la estructura de pavimento actual y los tramos donde por razones del diseo geomtrico se requiere de ampliaciones. Para validar el proceso constructivo en las ampliaciones, se debern realizar ensayos de placa, tanto en la zona de ampliacin como en la calzada existente, garantizando que no exista una diferencia del modulo de reaccin del sistema entre los dos valores superior al 10%. Estos ensayos se debern realizar cada 50 m a nivel del sello.

4.2.2 Consideraciones para Diseo Metodologa AASHTO/93

Con el fin de dar cumplimiento a los trminos de referencia en lo que se refiere a la verificacin del diseo propuesto a partir de la Metodologa de la PCA /84, se presenta a continuacin la modelacin de la estructura mediante la Metodologa AASHTO/93.

El mtodo de diseo de la AASHTO/93, dimensiona las estructuras en funcin del nmero de ejes equivalentes en el perodo de diseo, el nmero estructural, la prdida de serviciabilidad en el tiempo y del mdulo de resiliencia.

La ecuacin (1) bsica de diseo de la AASHTO es la siguiente:


( ) ( )

( )

+

++

+++=

25.0/

24.2375.009.051.1

32.10.750.09DMrCd

log

32.022.4

46.8)4.25(

191.25x101.0

1.5-4.5

PSIlog

39.1025.4D log35.7o

SR

ZLogN

KEcDJ

Pt

D

(1)

Donde:

N = Nmero de ejes equivalentes de 8.2 tn (80 kN).

ZR = Desviacin estndar normal.

So = Error estndar combinado de la prediccin del trnsito y de la prediccin del comportamiento.

D = Espesor del pavimento de concreto (mm)

PSI = Prdida de serviciabilidad (4.2 2.5) = 1.7

Pt = ndice de servicio final

Mr = Resistencia media del concreto en MPa

Cd = Coeficiente de drenaje

J = Coeficiente de transmisin de cargas en las juntas

Ec = Mdulo de Elasticidad del concreto


k = Mdulo de reaccin de la superficie en la que se apoya el concreto

Para el proyecto del corredor en estudio se consideran los siguientes parmetros de acuerdo a la Gua para diseo de estructuras de pavimento AASHTO/1993:

Perodo de Diseo (n). El perodo de diseo para la estructura de pavimento en concreto hidrulico es de 20 aos. Trnsito De Diseo (N). La variable trnsito es particular para cada tramo analizado, considerando la proyeccin en el perodo de anlisis segn estudio de trnsito. A partir del TPD determinado y los factores dao obtenidos considerando cargas por cada vehculo segn las tablas presentadas por AASHTO en el captulo 3, en funcin de un ndice de serviciabilidad final de 2.5 y un SN de 5 (Ver Tabla N 4-14 Factores dao), se correlaciona el nmero de ejes equivalentes de 80kN.

Tabla N 4-14. Factores Dao Vehculos

Comerciales F.D.

Buses 1.00 C2P 1.00 C2G 1.51 C3 3.00 C4 4.51 C5 6.00

>C5 4.91

FUENTE: ELABORACIN PROPIA

En la Tabla N 4-15 se presenta el nmero de ejes equivalentes para cada tramo y para un perodo de diseo de 20 aos, la memoria de clculo es presentada en el Anexo 2.3.

Tabla N 4-15. Nmero de ejes equivalentes de 80 kN Tramo Ejes equivalentes

de 80 kn Tramo 1 Calzada Norte 46.676.884 Tramo 1 Calzada Sur 22.850.236 Tramo 2 Calzada Norte 39.876.162 Tramo 2 Calzada Sur 35.247.695 Tramo 2A Calzada Norte 39.876.162 Tramo 2A Calzada Sur 35.247.695



Nivel de Confiabilidad. La confiabilidad en el diseo de una estructura de pavimento es la probabilidad de que el pavimento diseado, se comporte satisfactoriamente en el perodo de diseo bajo las cargas esperadas del trfico, los parmetros geotcnicos y condiciones ambientales previstas. Para este proyecto se adopt una confiabilidad del 80%.

Error Estndar (So): 0.35 ndice Inicial Y Final De Servicio (PSI):

Valor ndice inicial de servicio. 4.2

Valor ndice final de servicio: 2.5

Mdulo Resiliente de la Subrasante (Mrsr). Se obtiene a partir del valor de soporte CBR segn la siguiente correlacin:

MrSR = 100 x CBR

Tramo 1 = 100 x 3.25 = 325 Kg/cm = 4643 psi = 32.50 MPa (Calzada Norte y Sur)

Tramo 2 = 100 x 2.8 = 280 Kg/cm2 = 4000 psi = 28.0 MPa (calzada Norte y Sur)

Tramo 2A = 100 x 2.8 = 280 Kg/cm2 = 4000 psi = 28.0 MPa (calzada Norte y Sur)

Mdulo de reaccin del Material de soporte. La metodologa de la AASHTO/93 relaciona la capacidad del material de soporte a partir del mdulo resiliente de la subrasante (Correlacin a partir del CBR de diseo), el mdulo resiliente de la base granular, el espesor de la base granular, la profundidad de un estrato rgido y la prdida de soporte.

Tramo 1. Mr = 180.3 psi/in.


Tramo 2. Mr = 169.28 psi/in

Tramo 2A. Mr = 169.28 psi/in

Resistencia Media del Concreto. El concreto a utilizar deber presentar una resistencia mnima a la flexotraccin de 4.5 MPa.

Coeficiente de Drenaje (Cd). Este valor se encuentra en funcin de la calidad del drenaje, relacionando el tiempo en que tarda el agua infiltrada en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo a lo largo del ao durante el cual el pavimento est expuesto a niveles de humedad cercanos a la saturacin.

Se adopta como coeficiente de drenaje el valor de 1.00, teniendo como tiempo requerido un (1) da, para drenar la capa hasta un grado de saturacin del 50%, calificando la calidad del drenaje como bueno y ms del 25% del tiempo el pavimento estar expuesto a niveles de humedad prximos a la saturacin.

Coeficiente de Transmisin de Cargas (J). Este coeficiente se encuentra en funcin de la capacidad del pavimento en concreto para transmitir las cargas a travs de las juntas, relacionando variables como tipo de refuerzo en las juntas y tipo de berma.

Considerando que sern utilizadas dovelas para la transferencia de carga en las juntas y sin considerar efecto berma, se propone un coeficiente de transferencia de carga de 3.2.

Mdulo de Elasticidad del Concreto. Para la determinacin del mdulo de elasticidad del concreto, se recurre a la correlacin presentada en el documento Guide for Design of Pavements Structures AASHTO/93, la cual relaciona la resistencia al concreto a la compresin simple (fc) de la siguiente manera:

Ec = 57000 (fc) 0.50

Donde,

Ec = Mdulo de Elasticidad del concreto en psi


Fc = Resistencia a la compresin simple del concreto en psi

Relacionando un concreto con una resistencia a la compresin luego de 28 das de curado de 6000 psi, relacionando la siguiente ecuacin:

Fr = K (fc)0.45 (8)

Se obtiene un mdulo de Elasticidad de 4.4 x 106 psi.

4.2.2.1 Estructuras Modeladas

A partir de la herramienta computacional PAS Versin 5, y tal como es presentado en el Anexo 3.2., se determinan como estructuras de pavimento las relacionadas desde la Tabla N 4-16. hasta la Tabla N 4-21. , donde se observan espesores de concreto hidrulico entre 280mm y 310mm.

Tabla N 4-16. Estructura de Pavimento Tramo 1. Desde Avenida Fontibn hasta Carrera 103 Calzada Norte

CAPA ESPECIFICACIN IDU ESPESOR

(mm) CONCRETO HIDRULICO

MR 4.5 MPA SECCIN 600-05 315

MEZCLA ASFLTICA MD-12 SECCIN 510-05 75

BASE GRANULAR BG-A

SECCIN 400-05 300

MATERIAL DE CENIZA CON ADICIN DE CAL

ESPECIFICACIN PARTICULAR 221P 1000

MATERIAL DE RAJN ESPECIFICACIN PARTICULAR 231P 400


8 AASHTO. GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENTS STRUCTURES. 1993


Tabla N 4-17. Estructura de Pavimento Tramo 1. Desde Avenida Fontibn hasta Carrera 103 Calzada Sur



MR 4.5 MPA SECCIN 600-05 280


BASE GRANULAR BG-A

SECCIN 400-05 300





Tabla N 4-18. Estructura de Pavimento Tramo 2. Desde Carrera 103 hasta K0+450 Calzada Norte



MR 4.5 MPA SECCIN 600-05 305


BASE GRANULAR BG-A

SECCIN 400-05 300






Tabla N 4-19. Estructura de Pavimento Tramo 2. Desde Carrera 103 hasta K0+450 Calzada Sur



MR 4.5 MPA SECCIN 600-05 300


BASE GRANULAR BG-A

SECCIN 400-05 300





Tabla N 4-20. Estructura de Pavimento Tramo 2A. Desde K0+450 hasta Avenida El TAM - Calzada Norte



MR 4.5 MPA SECCIN 600-05 305


BASE GRANULAR BG-A

SECCIN 400-05 300






Tabla N 4-21. Estructura de Pavimento Tramo 2A. Desde K0+450 hasta Avenida El TAM - Calzada Sur



MR 4.5 MPA SECCIN 600-05 300


BASE GRANULAR BG-A

SECCIN 400-05 300





4.2.2.2 Observaciones Generales

1. Las estructuras de pavimento modeladas a partir de la metodologa AASHTO/93 relacionan espesores de placa de concreto hidrulico superiores a las determinadas a partir de la Metodologa de la PCA/84, afirmacin vlida al considerar el nmero de variables que relaciona la AASHTO, donde se efectan consideraciones respecto a la variable trnsito (nmero de ejes equivalentes), confiabilidad del diseo, entre otros parmetros. Sin embargo es preciso reconocer que la metodologa de la AASHTO es de tipo mecanicista, obtenida a partir de pistas de ensayo que buscan simular condiciones ideales de trfico, de terreno de soporte entre otras, donde se observa una gran deficiencia ya que los tramos experimentales son cortos con perodos de anlisis reducidos, configuraciones de vehculos idnticas, razones suficientes para determinar como estructura de diseo la determinada mediante la metodologa de la PCA/84.

2. Aunque ya se ha expuesto las razones por las cuales los resultados obtenidos mediante la metodologa AASHTO no son en cierta medida confiables debido a las limitaciones del mtodo en lo que respecta al nmero de ejes equivalentes y el efecto del alabeo, la estructura propuesta supera los espesores obtenidos mediante la metodologa PCA/84, razn por la cual puede ser implementada aunque a costos


ms elevados; en caso que Interventora considere viable esta propuesta, ser necesario efectuar las mismas consideraciones en cuanto a proceso constructivo se refiere.

3. Para la transferencia de carga se considerar para el tramo 1 calzada

sur dovelas de dimetro 13/8 con una longitud de 450mm y un espaciamiento entre centros de 300mm, con barras de amarre de de longitud 850mm y separacin de 0.60m. Para los tramos 1 calzada norte y tramos 2 y 2A calzadas Norte y Sur, se relacionan dovelas de 11/2 con una longitud de 500mm cada 300mm y barras de amarre longitudinal de con una longitud de 850mm y separacin de 0.60m.

4. Debido a que la modulacin de las placas es independiente de los espesores de la estructura de pavimento, la modulacin a implementar corresponde a la presentada en el Anexo 7.1.

4.2.3 Criterios de Modulacin de losas en concreto hidrulico

El concreto hidrulico como superficie de rodadura, se encuentra sujeto a diferentes esfuerzos, entre los cuales se encuentran: cargas de trnsito, contraccin y expansin del concreto (el concreto al endurecer ocupa menos volumen que cuando esta fresco) y diferencias de temperatura o humedad entre la fibra superior y la inferior, entre otras. Con el fin de contrarrestar estos esfuerzos, no es suficiente el proporcionar un espesor adecuado, sino proyectar juntas longitudinales y transversales que impiden un fisuramiento temprano del concreto, estas juntas deben estar diseadas tcnicamente, mediante el empleo de los siguientes criterios:

4.2.3.1 Espaciamiento de Juntas

La separacin de las juntas transversales se encuentra en funcin del espesor del pavimento, mediante la relacin:

S = (21 a 24) d,

Donde,


S = Separacin de la junta

D = espesor del pavimento

21 = Para valores mximos de friccin entre la subbase y el pavimento.

24 = Para valores normales de friccin entre la subbase y el pavimento.

Para los espesores modulados (260-270mm), la separacin mxima

entre juntas transversales es de 6.20m.

La relacin entre el largo y el ancho de la losa debe encontrarse entre un intervalo de 0.71 y 1.40.

0.71


l = 38.2 pulg 97.0 cm

A partir del anterior anlisis, se concluye que la longitud mxima de la

losa, teniendo en cuenta el radio relativo de rigidez es de 4.85m

4.3 DISEO DE PAVIMENTO PARA ESPACIO PBLICO

El espacio pblico asociado se encuentra conformado por estructuras como andenes y ciclo-rutas; el diseo de estas estructuras relaciona de igual manera las cargas abrasivas durante el perodo de diseo y la calidad de la subrasante, siendo esta ltima variable la de mayor incidencia en el diseo.

Para el caso del diseo de las estructuras para los andenes y ciclorutas se recurre a la metodologa propuesta por el Instituto de Desarrollo Urbano descrita en la Cartilla de Espacio pblico, como es presentado a continuacin.

4.3.1 Andenes

Metodologa de diseo

Luego de considerar el estudio geotcnico donde se precisa variables como plasticidad, gradacin, clasificacin y resistencia del material de soporte, evaluando el perfil estratigrfico donde se enfatiza en estratos compuestos por material de tipo orgnico, susceptible a cambios diferenciales o aquel que por su composicin se prev su degradacin a lo largo del servicio de la estructura, se aplica la metodologa del Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) propuesta en la cartilla de Andenes, la cual consiste en evaluar una estructura resistente a las solicitaciones dadas y cimentada sobre un terreno de condiciones geotcnicas establecidas.

Criterios adoptados

Los criterios adoptados por el IDU consideran las variables presentadas en la Tabla N 4-22.


Tabla N 4-22. Criterios de Diseo Parmetro de Diseo Valor

Perodo de Diseo 20 aos Carga Vehicular Tipo de Camin C2 Carga por eje 8.2 tn Ejes de diseo 50.000

CBR Variable Reliability 50%

Desviacin 0.45 Mdulo Elstico 4118.2

FUENTE . IDU CARTILLA DE ANDENES

Tratamientos especiales

Los tratamientos especiales que considera el IDU en el diseo de andenes contempla la implementacin de capas granulares adicionales, las cuales se encuentran sujetas a la caracterizacin desarrollada al material de soporte.

Clasificacin del terreno de soporte

Con el fin de considerar la estratigrafa y resistencia tpica en la ciudad de Bogot el IDU presenta tres tipos de material de soporte como se pueden apreciar en la Tabla N 4-23.

Tabla N 4-23. Clasificacin para estructuras tpicas Tipo CBR Tipo de Suelo

1 Mayor o igual que 5% Regular 2 Entre 3% y 5% Malo 3 Menor 3% Muy Malo

FUENTE . IDU CARTILLA DE ANDENES

Mediante la resistencia de diseo (CBR) adoptada en la evaluacin geotcnica, la cual vara de 1.46% a 3.25%, el espesor del relleno heterogneo y material compresible existente, cuyo espesor alcanza los 1.80m de profundidad y de acuerdo con las recomendaciones de la Cartilla de Espacio Pblico del IDU y el Manual de Diseo de ciclovas, el cual se encuentra dentro del Plan Maestro de Ciclorutas, efectuado por el Instituto de Desarrollo urbano, esta consultora recomienda la estructura de pavimento presentada en la Tabla N 4-24.y Tabla N 4-25.


Tabla N 4-24 Estructura de pavimento para andenes CAPA ESPESOR (mm)

Acabado Segn diseo urbanstico Subbase granular SBG-C 300

Material seleccionado con adicin de ceniza Mn. 300 Geotextil NT 4000 SIMILAR (Encapsulado) Material de Rajn (Incluye sello en subbase

granular SBG-C de 100mm) 400


Nota 1.: Se recomienda para el acabado implementar un mortero 1:5 como capa de apoyo de la loseta o adoqun propuesta en el diseo urbanstico.

Tabla N 4-25 Estructura de pavimento para ciclorutas CAPA ESPESOR (mm)

Rodadura en MD-12 50 Base granular BG-C 150 Subbase granular SBG-C 150 Material seleccionado con adicin de ceniza 300 Geotextil NT 4000 SIMILAR (Encapsulado) Material de Rajn (Incluye sello en subbase granular SBG-C de 100mm)

400

El espesor del material de prstamo a conformar, se encontrar en funcin del material compresible existente y de la profundidad a la cual se encuentran los cimientos.

4.3.2 Accesos a garajes

En el caso de los accesos a garajes se recomiendan dos tipos de estructuras: para uso residencial y para uso comercial, el mtodo adoptado para el clculo de las estructuras es el desarrollado por la PCA/84 y cuyas variables de diseo fueron definidas en el numeral 4.2.1.1.

Para el clculo de los accesos se utilizarn los parmetros establecidos en el diseo de las estructuras en concreto hidrulico para las calzadas, haciendo la salvedad del nmero de repeticiones esperadas en el perodo de diseo y optando por un promedio de los CBR de diseo obtenidos en estado sumergido a lo largo del tramo, el cual es del 2.1% (Ver Tabla N 3-5.), equivalente a un mdulo de reaccin de 25.0 MPa/m, el cual junto a una capa granular BG-C de espesor 300mm, determina un mdulo de reaccin


del conjunto de 45.0 Mpa/m.

4.3.2.1 Residencial:

Se considera un trfico de 20 veh/da con carga por ejes igual a 8 tn y proyectado a 20 aos se tienen 146.000 repeticiones esperadas de 8 tn, para el diseo en concreto hidrulico.

De acuerdo con lo anterior y mediante el programa BS-PCA se obtiene la estructura presentada en la Tabla N 4-26.

Tabla N 4-26 Estructura recomendada para accesos a garajes - Residencial

CAPA ESPESOR (mm)

Concreto hidrulico MR = 4.5MPa, SECCIN 600-05 180

Base granular BG-C 300

Material seleccionado con adicin de ceniza 300

Geotextil NT 4000 similar (encapsulado)

Mejoramiento con rajn (Incluye sello en SBG-C) de 100 mm)

400


4.3.2.2 Comercial

Se considera un trfico de 20 veh/da con carga por eje igual a 11 T y proyectado a 20 aos se tienen 146.000 repeticiones esperadas de 11 T, para el diseo en concreto hidrulico.

De acuerdo con lo anterior y mediante el programa BS-PCA se obtiene la estructura propuesta en la Tabla N 4-27.

Tabla N 4-27 Estructura recomendada para accesos a garajes - Comercial

CAPA ESPESOR (mm) Concreto hidrulico MR = 4.5MPa, SECCIN 600-05 230 Base granular BG-C 300 Material seleccionado con adicin de ceniza 300 Geotextil NT 4000 similar (encapsulado) Mejoramiento con rajn (Incluye sello en SBG-C) de 100 mm)

400



En el Anexo N 3.3 se presentan las memorias de clculo.

Observaciones Generales

1. La estructura de pavimento propuesta para el espacio pblico considera para el caso de los andenes una estructura de pavimento compuesta por una superficie de rodadura segn propuesta urbanstica, un material granular tipo SBG-C de 300mm de espesor y un material seleccionado con adicin de ceniza de espesor 300mm, el cual debe ir encapsulado en geotextil NT 4000, con el fin de mitigar las deformaciones diferenciales que se puedan presentar debido a la alta compresibilidad del material de soporte. La estructura anterior debe estar cimentada sobre una capa de rajn de 400mm de espesor, la cual incluye un sello en subbase granular de 100 mm de espesor.

2. Las estructuras de pavimento propuestas para los accesos residenciales o comerciales se componen por una superficie en concreto hidrulico de 180mm y 230mm respectivamente, una capa granular tipo BG-C de 300mm, un material seleccionado con adicin de ceniza de 300mm de espesor encapsulado en geotextil NT 4000 similar y una capa en material de rajn de 400mm, la cual incluye un sello en SBG-C de 100mm de espesor. Ser necesario en el proceso constructivo de la estructura de pavimento la instalacin de una malla de refuerzo a 1/3 de la placa de concreto hidrulico de varillas de cada 0.20m.

3. Tal como es presentado, la estructura de pavimento para la zona de espacio pblico, no logra reemplazar el material compresible existente, por lo que se busca mediante la instalacin del geotextil mitigar las deformaciones diferenciales que se pueden presentar por la presencia de materiales compresibles y de baja resistencia como terreno de soporte.

El encapsulamiento con geotextil no tejido 4000 o similar del material seleccionado con adicin de ceniza, busca mitigar los asentamientos diferenciales que puedan presentarse a causa de las ampliaciones en calzada y debido a la existencia de la turba en los andenes proyectados, en consecuencia ser necesario prever 1.0m de traslapo debido al ancho efectivo de los rollos y garantizar mnimo 1.0m en el doblez superior (lo) en el encapsulamiento.

4. Con el fin de proporcionar un confinamiento a la estructura de espacio pblico aledaa a zonas verdes, es necesario proveer a las capas de


pavimento un sobreancho de mnimo 1.00, acompaadas de un subdrn longitudinales que evite infiltraciones de flujos superficiales o subsuperficiales a la estructura.

4.4 PROPUESTA DE INTERVENCIN: MANTENIMIENTO PERIDICO EN BOCACALLES

El Corredor en estudio contempla el empalme con las bocacalles, en las que se observan estructuras en pavimento flexible y rgido en buen y regular estado. En funcin del ancho de intervencin, estado de la rodadura y si se precisa un corte o relleno en el diseo geomtrico, se presenta en el Anexo 8 el tipo de intervencin a ejecutar, considerando una estrategia en mantenimiento peridico y el siguiente anlisis:

Para superficies de rodadura en buen estado y donde se presente una diferencia de rasantes entre la actual y proyectada de mximo de 12.0 cm, la intervencin ser: Fresado de la carpeta en un espesor de 50 mm y construccin de la nueva carpeta en MD-12 segn niveles de rasante proyectados, previa reparacin de reas afectadas (Intervencin tipo 2).

Para superficies de rodadura en buen estado y donde se proyecta una diferencia de rasantes superior a 12.0 cm, la intervencin ser: Retiro de carpeta asfltica existente, conformacin de una base granular con adicin de cemento al 2 % y MD-12 de 12 cm, si existe un espesor de relleno faltante ser conformado en SBG-A (Intervencin tipo 3).

Para el empalme con bocacalles, donde es necesario bajar la rasante existente con respecto a la proyectada, la intervencin ser: Sobre la capa granular remanente (mn 200 mm) ser necesario efectuar la conformacin de una capa de base con adicin de cemento al 2 % y la construccin de una MD-12 de 12.0 cm (intervencin tipo 1).

Para las bocacalles donde la longitud de intervencin es menor a 1.00 m, ser necesario una intervencin mnima de un (1.00) metro, mediante la conformacin de una BG-A con adicin de cemento al 2 % y la construccin de una MD-12 de 12.0 cm de espesor. (Intervencin tipo 0).


En aquellas vas donde se proyecta la construccin de pompeyanos, se deber conformar una estructura compuesta por un mejoramiento en rajn de 400mm de espesor (incluye sello en SBG-C de 100mm), un espesor de material de prstamo con adicin de ceniza de 300mm, encapsulado en geotextil NT 4000 similar, una base granular BG-C de 300mm y una losa en concreto hidrulico de 230mm de espesor.

Documents

PAVIMENTOS 16225-6