2c Pavimentos Gamarra Sarmiento Camargo
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UNIVERSIDAD DE CATAGENA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
DISEO DE UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE
TRABAJO PARCIAL
ANDRES CAMARGO BOCANEGRA JOSE GAMARRA TORRES FABIAN SARMIENTO OLIVEROS
03/10/2014
El presente documento consta del diseo de una estructura de pavimento tipo flexible y su proceso de clculo, para 20,5 kilmetros de va entre San Juan de Arama (Meta) y Baraya (Huila).
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DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
1. PERFIL ESTRATIGRFICO DE LA SUBRASANTE
De los estudios geotcnicos recopilados, se muestran en la siguiente tabla los datos necesarios para realizar un esquema
estratigrfico y graficar los lmites de Atterberg, todo con el fin de facilitar la eleccin de las unidades de diseo a
trabajar:
LL LP IP
1 1 SM 2,5 27 25 3
2 0,5 SC 6,4 34 15 19
1 0,6 GP-GM 2 31 28 3
1 0,3 SM 3 30 23 7
2 0,2 SP-SM 2,7 43 11 32
1 0,4 SC 4,8 24 13 11
2 1,1 CH 8,3 55 16 39
1 0,6 SC 5,6 27 11 16
2 0,9 CL 4,8 30 11 19
1 0,5 GP-GC 1,8 20 14 6
1 0,3 SC 4,5 21 11 10
2 1,2 CL 8,6 46 20 26
1 0,05 SM 3,9
2 0,5 SM 3 21 13 8
1 0,2 SM 3,1 25 13 12
2 1,3 SC 5,6
1 0,3 SM 4,5 31 26 5
2 0,2 SC 7,3 29 18 11
1 0,5 SC 2,6 20 10 10
1 0,15 SM 2,4 23 14 9
2 0,9 SC 6,5 26 11 15
1 0,5 SC 1,6 20 12 8
1 0,2 GC 4,6 24 12 12
2 1,3 CH 10,5 55 19 36
1 0,7 GC 4,9 29 11 18
1 0,2 SC 3,1 22 15 7
2 1,3 SC 5,9 26 14 12
1 0,2 SC 5,2 23 12 11
2 0,8 SC 4,8 22 15 7
1 0,8 SM 2,9 25 12 13
1 0,3 SC 4,4 21 16 5
2 1,2 SC 5 23 12 11
1 0,4 SC 4,6 22 16 6
2 0,75 SC 16,4 21 12 9
1 0,3 SC 7,1 24 18 6
2 1,2 SC 8,8 21 10 11
1 0,6 GC 5,7 26 16 10
1 0,4 SC 4,5 21 13 8
2 1,1 SC 9,8 35 17 18
21 K9+500
22 K9+700
23 K10+000
18 K8+000
19 K8+500
20 K9+000
15 K6+500
16 K7+000
17 K7+500
12 K5+000
13 K5+500
14 K6+000
9 K3+500
10 K4+000
11 K4+500
6 K2+000
7 K2+500
8 K3+000
3 K0+500
4 K1+000
5 K1+500
%
HUMEDAD
LIMITES DE CONSISTENCIA (%)
1 K0+000
2 K0+030
APIQUE ABSCISA CAPA ESPESORCLASIFICACION
(USCS)
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Tabla 1-Informacion del estudio geotcnico
1 0,65 GC 5,6 30 13 17
1 0,5 SC 6,9 24 13 11
1 0,25 SC 10,2 28 14 14
2 0,45 CL 6,5 34 16 18
1 0,3 SC 7,4 35 16 19
2 0,2 SC 7,6 29 15 14
1 0,3 SM 4,1 17 13 4
1 0,5 SM 2,7
2 1 SC 8,7 39 16 23
1 0,3 SC 4,2 19 12 7
2 0,35 SC 4,8 21 14 7
1 0,3 SC 3,5 25 16 9
2 1,2 SC 20,4 32 15 17
1 0,1 GC 4,1 26 14 12
2 1,4 SC 6,8 30 12 18
1 0,4 SM 1,8 NL NP NP
2 0,35 CL 9,5 32 13 19
1 0,3 GC 2,2 23 15 8
2 1,2 GC 6,7 33 17 16
1 0,3 GC 2,8 24 13 11
2 1,2 SC 6,1 31 15 16
1 0,6 SC 4,9 31 16 15
1 0,6 GC 4,5 26 14 12
1 0,3 SC 3,3 24 13 11
2 1,2 ML 3 23 15 8
1 0,1 SM 2 32 13 19
2 1,4 ML 4,2 21 3 8
1 0,3 SC 8,3 28 19 9
2 1,2 CH 4,3 30 16 13
1 0,3 SC 3,1 22 10 12
2 1,2 SC 4,1 23 14 8
1 0,2 GP-GC 1,7 19 13 6
2 0,2 SC 3,8 20 13 7
3 0,2 SC 6,1 24 10 14
1 0,5 SC 1,9 19 11 8
2 1 SC 5 25 19 9
1 0,3 GP-GM 4,3 19 11 8
2 0,5 CL 6,2 23 14 9
1 0,2 SC 8,9 24 13 11
1 0,5 GM 0,6 23 16 7
2 1 SC 2,3 23 15 8
45 K20+000
46 K20+500
42 K19+000
43 K19+500
44 K19+700
39 K17+500
40 K18+000
41 K18+500
36 K16+000
37 K16+500
38 K17+000
33 K14+700
34 K15+000
35 K15+500
30 K13+500
31 K14+000
32 K14+500
27 K12+000
28 K12+500
29 K13+000
24 K10+500
25 K11+000
26 K11+500
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Para el perfil estratigrfico se representan todos los apiques y los tipos de suelos de las capas encontradas a una
profundidad determinada:
Figura 1-Perfil estratigrfico
A partir del perfil estratigrfico se pudo encontrar, segn el estudio de suelos de la zona, que:
El tramo comprendido entre la abscisa K0+000 hasta la K4+000 hay predominancia de arcillas con arenas y grava en
matriz limosa.
En el tramo comprendido desde la abscisa K4+000 hasta la K11+000 se encontr que es predominante el afirmado,
arenas y gravas con compactacin media.
En el tramo comprendido entre la abscisa K11+000 hasta la K16+500 hay predominancia de limos y arcillas, con
arena y gravas en matriz arcillosa.
En el tramo que va desde la abscisa K16+500 hasta la K20+500 se encontr predominancia de arcillas y limos
arenosos.
2. VARIACIN DE LOS IMITES DE ATTERBERG Y HUMEDADES
Para los lmites de Atterberg y la elaboracin de su grafica asociada se tomaron las capas de suelo con mayor espesor
debido a que consideramos que esta representa, de la mejor manera y a mayor capacidad, las caractersticas de los
apiques estudiados.
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
APIQUE CLASIFICACION
(USCS) ESPESOR Wn(%) LL(%) LP(%)
1 SM 0,5 6,4 34 15
2 SM 0,3 3 30 23
3 CH 1,1 8,3 55 16
4 GP-GM 0,6 2 31 28
5 CL 0,9 4,8 30 11
6 GP-GC 0,5 1,8 20 14
7 CL 1,2 8,6 46 20
8 SM 0,5 3 21 13
9 SM 0,2 3,1 25 13
10 SM 0,3 4,5 31 26
11 SC 0,5 2,6 20 10
12 SC 0,9 6,5 26 11
13 SC 0,5 1,6 20 12
14 CH 1,3 10,5 55 19
15 GC 0,7 4,9 29 11
16 SC 1,3 5,9 26 14
17 SC 0,2 5,2 23 12
18 SM 0,8 2,9 25 12
19 SC 1,2 5 23 12
20 SC 0,75 16,4 21 12
21 SC 1,2 8,8 21 10
22 SC 1,1 9,8 35 17
23 GC 0,6 5,7 26 16
24 GC 0,65 5,6 30 13
25 SC 0,5 6,9 24 13
26 CL 0,45 6,5 34 16
27 SC 0,3 7,4 35 16
28 SM 0,3 4,1 17 13
29 SM 0,5 2,7 39 16
30 SC 0,35 4,8 21 14
31 SC 1,2 20,4 32 15
32 SC 1,4 6,8 30 12
33 GC 1,2 6,7 33 17
34 CL 0,35 9,5 32 13
35 GC 0,3 2,8 24 13
36 SC 0,6 4,9 31 16
37 GC 0,6 4,5 26 14
38 ML 1,2 3 23 15
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
39 ML 1,4 4,2 21 3
40 CH 1,2 4,3 30 16
41 SC 1,2 4,1 23 14
42 SC 0,2 6,1 24 10
43 SC 0,5 1,9 19 11
44 CL 0,5 6,2 23 14
45 SC 0,2 8,9 24 13
46 SC 1 2,3 23 15
Tabla 2-Lmites y humedades por apique
Grafica 1- Informacin de la subrasante
0
10
20
30
40
50
60
K0
+00
0
K0
+03
0
K0
+50
0
K1
+00
0
K1
+50
0
K2
+00
0
K2
+50
0
K3
+00
0
K3
+50
0
K4
+00
0
K4
+50
0
K5
+00
0
K5
+50
0
K6
+00
0
K6
+50
0
K7
+00
0
K7
+50
0
K8
+00
0
K8
+50
0
K9
+00
0
K9
+50
0
K9
+70
0
K1
0+0
00
Po
rce
nta
je %
Abscisa
Limites de Atterberg y Humedad natural - subrasante
Wn
LL
LP
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Grafica 2- Informacin de la subrasante
Para verificar con mayor facilidad si a lo largo de la va resultaba alguna unidad de diseo donde los porcentajes de
humedad sobrepasan constante y significativamente a los lmites lquidos y plsticos, analizamos las siguientes graficas
donde nos podemos dar cuenta que los valores de humedad no son un problema que condicione la eleccin de las
unidades de diseo pues sus valores se encuentran por debajo de los lmites de Atterberg:
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
K1
0+5
00
K1
1+0
00
K1
1+5
00
K1
2+0
00
K1
2+5
00
K1
3+0
00
K1
3+5
00
K1
4+0
00
K1
4+5
00
K1
4+7
00
K1
5+0
00
K1
5+5
00
K1
6+0
00
K1
6+5
00
K1
7+0
00
K1
7+5
00
K1
8+0
00
K1
8+5
00
K1
9+0
00
K1
9+5
00
K1
9+7
00
K2
0+0
00
K2
0+5
00
Po
rce
nta
je %
Abscisa
Limites de Atterberg y Humedad natural - subrasante
Wn
LL
LP
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Grafica 3-Limites y humedades
Grafica 4-Limites y humedades
Adems tuvimos en consideracin la concordancia con los apiques aledaos y la mayor proporcin de tipo de suelo con
relacin a las capas que se presentan. El tramo de va estudiado se dividi en los siguientes trechos:
En el tramo que abarca las abscisas desde la K0+000 hasta la K4+000 se encontr un estrato con un nivel plasticidad
de medio a bajo y en condiciones de drenaje aceptables y tolerable.
0
10
20
30
40
50
60
K0
+00
0
K0
+03
0
K0
+50
0
K1
+00
0
K1
+50
0
K2
+00
0
K2
+50
0
K3
+00
0
K3
+50
0
K4
+00
0
K4
+50
0
K5
+00
0
K5
+50
0
K6
+00
0
K6
+50
0
K7
+00
0
K7
+50
0
K8
+00
0
K8
+50
0
K9
+00
0
K9
+50
0
K9
+70
0
K1
0+0
00
po
rce
nta
je
Abscisas
Wn
LL
LP
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
K1
0+5
00
K1
1+0
00
K1
1+5
00
K1
2+0
00
K1
2+5
00
K1
3+0
00
K1
3+5
00
K1
4+0
00
K1
4+5
00
K1
4+7
00
K1
5+0
00
K1
5+5
00
K1
6+0
00
K1
6+5
00
K1
7+0
00
K1
7+5
00
K1
8+0
00
K1
8+5
00
K1
9+0
00
K1
9+5
00
K1
9+7
00
K2
0+0
00
K2
0+5
00
po
rce
nta
je
Abscisas
Wn
LL
LP
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
En el tramo que abarca las abscisas desde la K4+000 hasta la K11+000 se encontr un estrato con nivel de
plasticidad baja, en su mayor proporcin slido y una calidad de drenaje bueno y adecuado.
En el tramo que abarca las abscisas desde la K11+000 hasta la K16+500 se encontr suelo con nivel de plasticidad de
medio a bajo y en condiciones de drenaje aceptables y tolerable.
En el tramo que abarca las abscisas desde la K16+500 hasta la K20+500 se encontr un estrato con predominante
plasticidad de media a alta, con drenaje de condicin pobre.
3. UNIDADES DE DISEO
Las unidades de diseo especficamente se determinan porque son tramos de la va estudiada con
caractersticas similares y continuas con relacin al trnsito, topografa, geologa y condiciones de drenaje. Es
decir que anlogamente para obtener dichas unidades de diseo se debe tener en cuenta la estratigrafa, el
estudio del trnsito en la zona, el relieve que presenta y las condiciones de drenaje, estos parmetros no
pueden ser determinados si no se toman en cuenta los estudios de suelo, las variables del trnsito en la zona y
su composicin vehicular, la topografa y los estudios de los lmites de Atterber conjunto con la geografa del
terreno respectivamente. La geografa del terreno se estudi utilizando el programa Google Earth. Con
relacin a lo anteriormente establecido, al perfil estratigrfico y a las grficas de lmites y humedades se
determinaron las unidades de diseo y para mejor cobertura dichas caractersticas se resumieron por medio
de un perfil de la va como sigue a continuacin:
Figura 2-Unidades de diseo
Entre la abscisa K0+000 hasta la K4+000 se pudo determinar predominancia de arcillas con arenas y
grava en matriz limosa, trfico mixto, relieve plano y drenaje aceptable y tolerable.
CRITERIO
K0+000 K4+000 K11+000 K16+500 K20+500
ESTRATIGRAFIA Arcillas y limos arenososLimos y arcillas con arena y
grava en matriz arcillosa
Afirmado,arenas y grava con compactacion
media
Arcillas con arenas y
gravas en matriz limosa
MixtoMixtoMixtoTRAFICO Mixto
UNIDAD DE DISEO 1 UNIDAD DE DISEO 2 UNIDAD DE DISEO 3 UNIDAD DE DISEO 4
DRENAJE
TOPOGRAFIA
Aceptable Bueno Aceptable Aceptable
Plano Ondulado Ondulado Semi-ondulado
LONGITUD 4000 m 7000 m 5500 m 4000 m
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
En el tramo que abarca las abscisas desde la K4+000 hasta la K11+000 se encontr que es predominante
el afirmado: arenas y gravas con compactacin media, trfico mixto, relieve ondulado y drenaje bueno y
adecuado.
En el tramo comprendido entre la abscisa K11+000 hasta la K16+500 hay predominancia de limos y
arcillas, con arena y gravas en matriz arcillosa, trfico mixto, relieve ondulado y drenaje aceptable.
En el tramo que abarca las abscisas desde la K16+500 hasta la K20+500 se encontr predominancia de
arcillas y limos arenosos, trfico mixto, relieve semi-ondulado y drenaje de condicin aceptable.
4. CALCULO DE CBR DE DISEO
Para calcular el CBR de diseo de cada unidad, primero se ordenaron los CBR escogidos de menor a mayor, para
cada dato de CBR se establecieron el nmero de datos de CBR iguales o mayores, luego se pasaron estos ltimos
a porcentajes (ver tablas 3, 4, 5 y 6) para obtener las grficas que nos permitieron encontrar el valor del CBR de
diseo como se puede apreciar a continuacin (se escogi como valor de entrada para la grfica el 87,5% debido
a que en las proyecciones de transito que se realizan en el punto 5 del presente informe para 10 y 15 aos son
altas, es decir N>10^6):
Tabla 3- CBR de diseo para la unidad 1
Tabla 4- CBR de diseo para la unidad 2
Tabla 5- CBR de diseo para la unidad 3
Apique CBR(%) %CBR
4 4,37 100
5 49,22 80
7 46,03 60
8 35,11 40
10 27,9 20
UNIDAD 1
4,37
27,9
35,11
46,03
49,22
CBR por grafica
20
CBR(%) Ordenado No de CBR(%) iguales o mayores
5
4
3
2
1
Apique CBR(%) %CBR
14 16,05 100
23 12,7 66,6
26 14,1 33,3
UNIDAD 2
13,2
CBR por grafica
12,7
CBR(%) Ordenado No de CBR(%) iguales o mayores
14,1
16,05
3
2
1
Apique CBR(%) %CBR
28 22,6 100
30 25 80
31 3,33 60
32 22,06 40
33 19 20
UNIDAD 3
3,33
19
22,06
CBR por grafica
14
22,6
CBR(%) Ordenado No de CBR(%) iguales o mayores
5
4
3
2
1
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Tabla 6- CBR de diseo para la unidad 4
Grafica 5- Grafico del CBR de diseo para unidad 1
Apique CBR(%) %CBR
40 9 100
42 19,5 75
43 17,4 50
44 7,7 25
17,4
19,5
CBR por grafica
UNIDAD 4
7,8
CBR(%) Ordenado
1
No de CBR(%) iguales o mayores
4
3
2
7,7
9
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
% d
e C
BR
may
or
o ig
ual
CBR
CBR para unidad 1 de diseo
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Grafica 6- Grafico del CBR de diseo para unidad 2
Grafica 7- Grafico del CBR de diseo para unidad 3
20253035404550556065707580859095
100
10 11 12 13 14 15 16 17 18
% d
e C
BR
may
or
o ig
ual
CBR
CBR para unidad 2 de diseo
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
% d
e C
BR
igu
al o
may
or
CBR
CBR para unidad 3 de diseo
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Grafica 8- Grafico del CBR de diseo para unidad 4
Como se puede observar en la Grafica 8 el CBR de diseo resulta de aproximadamente 7,8%, lo cual nos sugiere que se
debe mejorar la subrasante para la unidad de diseo 4. Para realzar el mejoramiento se tuvo en cuenta el criterio de
Ivanov:
( ( ) (
) ( ))
Dnde:
: Mdulo de subrasante mejorada (kg/cm^2)
Mdulo de subrasante existente (kg/cm^2)
: Modulo del material de mejoramiento (kg/cm^2)
: Radio de carga (usualmente 107.6mm)
: Espesor del material de mejoramiento (cm)
(
)
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
% d
e C
BR
igu
al o
may
or
CBR
CBR para unidad 4 de diseo
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
La aplicacin del anterior criterio y su resultado se resume en la siguiente tabla:
Tabla 7- CBR de subrasante mejorado para la unidad de diseo 4
5. PROYECCIN DEL TRNSITO PARA UN PERIODO DE DISEO DE 10 Y 15 AOS
Para realizar las proyecciones se tuvo en cuenta un periodo de 2 aos para la construccin material de la va a
pavimentar, partiendo de la suposicin de que se empieza ejecutar la obra en el ao actual 2014. Adems de los
siguientes factores de dao:
Tabla 8- factores de dao
Los pesajes y el nmero de repeticiones futuras de ejes de 8,2 toneladas (N) se obtiene en las tablas 9 y 10:
Tabla 9- Proyeccin del trnsito a 10 aos
0,38 1105,97 11,061,15 1,62 50 2,32 1,214 7,8 11 780 1100
1-(1/n^3,5)E cc
(kg/cm^2)
CBR subrasante
mejorada
MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTE
n n^3,5h
(cm)h/2a tan^-1(n*h/2a)
Unidad de
diseo
CBR
subrasante
CBR
material
E sub
(kg/cm^2)
E mej
(kg/cm^2)
VEHICULOS AUTOS BUSES C2P C2G C3-C4 C5 >C5
F.D 0 1 1,14 3,44 6,73 4,4 4,72
FACTORES DE DAO
AO AUTOS BUSES C2P C2G C3-C4 C5 >C5
2016 142 59 64 119 22 3 4
2017 143 60 66 121 22 3 4
2018 146 61 67 123 22 3 4
2019 148 62 68 125 23 3 4
2020 158 67 72 124 25 3 5
2021 161 67 74 136 26 3 5
2022 164 69 75 138 26 4 5
2023 166 70 76 140 27 4 5
2024 169 71 78 144 28 4 5
2025 178 76 83 153 31 4 5
2026 181 77 85 156 31 4 6
SUMATORIA 1756 739 808 1479 283 38 52
Factor dao 0 739 921,12 5087,76 1904,59 167,2 245,44
N 3308765,15
PERIODO DE DISEO 10 AOS
CALCULO DE N
N por
carril1654383
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Tabla 10- Proyeccin del trnsito a 15 aos
6. DISEO DE ESPESORES DEL PAVIMENTO FLEXIBLE POR MTODO DE LA AASTHO 93
Para el diseo de la estructura del pavimento flexible se hizo uso del software de la AASTHO de 1993, con el cual se
obtuvieron los siguientes espesores que se muestran a manera de resumen y posteriormente se detallan los
procedimientos que se siguieron para el diseo en los puntos 6.1 y 6.2 .
AO AUTOS BUSES C2P C2G C3-C4 C5 >C5
2016 142 59 64 119 22 3 4
2017 143 60 66 121 22 3 4
2018 146 61 67 123 22 3 4
2019 148 62 68 125 23 3 4
2020 158 67 72 124 25 3 5
2021 161 67 74 136 26 3 5
2022 164 69 75 138 26 4 5
2023 166 70 76 140 27 4 5
2024 169 71 78 144 28 4 5
2025 178 76 83 153 31 4 5
2026 181 77 85 156 31 4 6
2027 184 79 86 159 32 4 6
2028 188 80 87 162 32 4 6
2029 191 81 89 165 33 4 6
2030 209 91 98 184 39 5 7
2031 212 93 100 189 39 5 7
SUMATORIA 2740 1163 1268 2338 458 60 84
factor dao 0 1163 1445,52 8042,72 3082,34 264 396,48
N 5253831,9
N por
carril2626916
CALCULO DE NPERIODO DE DISEO 15 AOS
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Tabla 11- Resultados del diseo
6.1. Diseo para periodo de 10 aos
Unidad de diseo 1
Nmero estructural requerido:
, por tanto el Sn requerido ser de:
abscisa
abscisa
DISEO PARA PERIODO DE 15 AOS
DISEO PARA PERIODO DE 10 AOS
2 K4+000-K11+000
Sub-base granular
10
15
Unidad de diseo Capas
1 K0+000-K4+000
Espesores de las capas (cm)
Asfaltica
Base granular
Sub-base granular
Asfaltica
Base granular
Sub-base granular
3 K11+000-K16+500
4 K16+500-K20+500
24
11
19
24
19
11
19
24
11
19
Asfaltica
Base granular
Sub-base granular
Asfaltica
Base granular
Unidad de diseo Capas Espesores de las capas (cm)
1 K0+000-K4+000
Asfaltica 11
Base granular 20
Sub-base granular 24
2 K4+000-K11+000
Asfaltica 11
Base granular 25
Sub-base granular 29
3 K11+000-K16+500
Asfaltica 11
Base granular 25
Sub-base granular 29
4 K16+500-K20+500
Asfaltica 11
Base granular 25
Sub-base granular 29
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Coeficientes estructurales y de drenaje:
Mezcla asfltica:
Base granular:
Se usa un material CBR del 100% lo que da un valor de a2=0,139
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Sub-base granular:
Se usa un material de CBR de 30% lo que otorga un valor de a3=0,107
Coeficiente de drenaje: Aceptable en condiciones de saturacin entre el 1-5%. Mi= 1,05
Espesor de la carpeta asfltica:
Calculamos Sn1 considerando un mdulo resiliente de la base correspondiente a un CBR de 100% de 30000 psi
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
El nmero estructural Sn1 es de 2,23
SN1= a1*D1*mi= 0,29*D1*1,05, por tanto D1= 8,85 pulgadas= 22,5 cmsUsamos 22cms de asfalto.
D1 ajustado= 22/2,54= 8,6 pulgadas.
SN1 ajustado=8,6*0,29*1,05=2,17
Espesor de base granular:
Se calcula SN2 considerando un mdulo resiliente de la sub-base de 15000psi correspondiente a un CBR de
30%.
El nmero estructural SN2 es de 2,95.
SN2= SN1+ a2*D2*1,05.
2,95= 2,17 + 0,139*D2*1,05; por tanto D2=5,3 pulgadas= 13,5cmsUsar 15 cm de base granular.
SN2 ajustado= (15/2,54)*0,139*1,05= 0,86
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Numero estructural de la estructura= 0,86+2,17=3,03
El nmero estructural supera al requerido por diseo que es de 2,23, por lo tanto la estructura puede trabajar
con una capa de base 15 cm sobre la subrasante y una carpeta de 22 cm.
Ajustando el espesor de la carpeta debido al costo de la misma cuidando que se cumpla el criterio del nmero
estructural encontramos que:
AJUSTE DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Espesor (D) TIPO DE CAPA
Mdulos ai mi SN
mm pulgadas Mpa PSI
100 3,937007874 Carpeta asfaltica 0,943 136764 0,24 1,05 0,99212598
150 5,905511811 Base granular CBR= 100% 207 30000 0,139 1,05 0,86190945
190 7,480314961 Sub-base granular CBR=30% 103 15000 0,107 1,05 0,84041339
2,69444882
Nos queda un nmero estructural de 2,69 que supera al requerido y cumple las condiciones.
Unidad de diseo 2, 3 y 4
Debido a que los CBR de las unidades de diseo 2, 3 y 4 se encuentran en un intervalo muy cercano, se decidi
disear los tres tramos con el CBR ms crtico que sera en este caso el de la unidad de diseo 4 estableciendo
un CBR equivalente de 11,06%, esto con miras a otorgar mejores especificaciones a la hora de construccin
del diseo arrojado y obtener homogeneidad en el tramo con materiales que contribuyan la necesidad dada
sin modificar minuciosamente el diseo. Por tanto con lo establecido anteriormente tenemos:
Mdulo resiliente: 1500*11,06= 16590
Nmero estructural requerido:
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Debido a que las condiciones de temperatura son las mismas y se escogieron para la base y sub-base granular
un CBR de 100% y 30% para el trnsito de 1,65e6 respectivamente se puede determinar que los coeficientes
son: a1=0,29; a2= 0,139; a3=0,107. El coeficiente de drenaje se escoge para una condicin entre aceptable y
buena con saturacin entre 1-5%, es decir mi=1,05.
Ahora procedemos a calcular los espesores previstos:
Espesor de la capa asfltica: Calculamos Sn1 considerando un mdulo resiliente de la base correspondiente a
un CBR de 100% de 30000 psi. En este caso se repite el procedimiento de la unidad de diseo 1 y obtendremos
un espesor de capa ajustado de 8,6 pulgadas y un SN1 ajustado de 2,17.
Espesor de base granular: Se calcula SN2 considerando un mdulo resiliente de la sub-base de 15000psi
correspondiente a un CBR de 30%. De nuevo tenemos que el espesor ajustado de la capa es de 5,9 pulgadas y
el SN2 ajustado es de 0,86; con lo cual obtenemos un numero estructural de la estructura de 3,03 que cumple
con el requerido y se procede a hacer el ajuste de las capas.
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
AJUSTE DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Espesor (D) TIPO DE CAPA
Modulos ai mi SN
mm pulgadas Mpa PSI
110 4,330708661 Carpeta asfaltica 0,943 136764 0,24 1,05 1,09133858
190 7,480314961 Base granular CBR= 100% 207 30000 0,139 1,05 1,09175197
240 9,448818898 Sub-base granular CBR=30% 103 15000 0,107 1,05 1,0615748
3,24466535
Nos resulta un nmero estructural de 3,24 que supera al requerido y cumple con las condiciones.
6.2. Diseo para periodo de diseo de 15 aos
Unidad de diseo 1
Mr=1500*20=30000
Nmero estructural requerido:
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Se obtiene un numero estructural requerido de 2,42
Coeficientes estructurales y de drenaje:
Mezcla asfltica: a1= 0.7304- 0.1271Ln (30)=0,29
Base granular:
Se usa un material CBR del 100% lo que da un valor de a2=0,139.
Sub-base granular:
Se usa un material de CBR de 30% lo que otorga un valor de a3=0,107
Coeficiente de drenaje: Aceptable en condiciones de saturacin entre el 1-5%. Mi= 1,05
Espesor de la carpeta asfltica:
Calculamos Sn1 considerando un mdulo resiliente de la base correspondiente a un CBR de 100% de 30000
psi.
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
El numero estructural SN1 es de 2,42.
SN1= a1*D1*mi= 0,29*D1*1,05, por tanto D1= 9,6 pulgadas= 24,3 cmsUsamos 24cms de asfalto.
D1 ajustado= 24/2,54= 9,4 pulgadas.
SN1 ajustado=9,4*0,29*1,05=2,3
Espesor de base granular:
Se calcula SN2 considerando un mdulo resiliente de la sub-base de 15000psi correspondiente a un CBR de
30%.
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
El nmero estructural SN2 es de 3,19.
SN2= SN1+ a2*D2*1,05.
3,19= 2,3 + 0,139*D2*1,05; por tanto D2=6 pulgadas= 15,5cmsUsar 16 cm de base granular.
SN2 ajustado= (16/2,54)*0,139*1,05= 0,91
Numero estructural de la estructura= 0,91+2,3=3,21
El nmero estructural supera al requerido por diseo que es de 2,83, por lo tanto la estructura puede trabajar
con una capa de base 16 cm sobre la subrasante y una carpeta de 24 cm.
Ajustando el espesor de la carpeta debido al costo de la misma cuidando que se cumpla el criterio del nmero
estructural encontramos que:
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
AJUSTE DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Espesor (D) TIPO DE CAPA
Modulos ai mi SN
mm pulgadas Mpa PSI
110 4,330708661 Carpeta asfaltica 0,943 136764 0,24 1,05 1,09133858
200 7,874015748 Base granular CBR= 100% 207 30000 0,139 1,05 1,1492126
240 9,448818898 Sub-base granular CBR=30% 103 15000 0,107 1,05 1,0615748
3,30212598
Nos resulta un nmero estructural de 3,3 que supera al requerido y cumple con las condiciones.
Unidad de diseo 2, 3 y 4
Mdulo resiliente: 1500*11,06= 16590
Nmero estructural requerido:
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Otorga un SN requerido de 3,06.
Debido a que las condiciones de temperatura son las mismas y se escogieron para la base y sub-base granular
un CBR de 100% y 30% para el trnsito de 2,62e6 respectivamente se puede determinar que los coeficientes
son: a1=0,29; a2= 0,139; a3=0,107. El coeficiente de drenaje se escoge para una condicin entre aceptable y
buena con saturacin entre 1-5%, es decir mi=1,05.
Ahora procedemos a calcular los espesores previstos:
Espesor de la capa asfltica: Calculamos Sn1 considerando un mdulo resiliente de la base correspondiente a
un CBR de 100% de 30000 psi. En este caso se repite el procedimiento de la unidad de diseo 1 y obtendremos
un espesor de capa ajustado de 9,4 pulgadas y un SN1 ajustado de 2,3.
Espesor de base granular: Se calcula SN2 considerando un mdulo resiliente de la sub-base de 15000psi
correspondiente a un CBR de 30%. De nuevo tenemos que el espesor ajustado de la capa es de 6,3 pulgadas y
el SN2 ajustado es de 0,91; con lo cual obtenemos un numero estructural de la estructura de 3,21 que cumple
con el requerido y se procede a hacer el ajuste de las capas.
AJUSTE DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Espesor (D) TIPO DE CAPA
Modulos ai mi SN
mm pulgadas Mpa PSI
110 4,330708661 Carpeta asfaltica 0,943 136764 0,24 1,05 1,09133858
250 9,842519685 Base granular CBR= 100% 207 30000 0,139 1,05 1,43651575
290 11,41732283 Sub-base granular CBR=30% 103 15000 0,107 1,05 1,28273622
3,81059055
Nos resulta un nmero estructural de 3,81 que supera al requerido y cumple con las condiciones.
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
7. ESFUERZOS Y DEFORMACIONES CRTICAS POR LOS MTODOS MECANICISTAS
Para rectificar el funcionamiento ideal del pavimento debemos chequear que este no presente fallas y para esto, de
acuerdo con la metodologa de SHELL se tienen en cuenta las siguientes consideraciones:
Que la deformacin horizontal por traccin ( T ) en la fibra inferior de las capas asflticas, supere cierto limite
admisible, se producira agrietamiento de dichas capas.
Que la deformacin vertical (v ) por compresin de la subrasante supere el limite admitido por ella, se
producira deformacin permanente del pavimento
Con base a esto se presentan a continuacin los pasos, consideraciones y resultados de la verificacin de los diseos
anteriores:
Uso del software BANDS 2.0 para determinar el Smix o Stifness
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Luego
Ahora para el chequeo de las deformaciones y esfuerzos tenemos por el programa WINDEPAV que:
7.1. Revisin de la unidad de diseo 1 con periodo de 10 aos
Se tuvo en cuenta
N=1654383
T=30
CBR=20%
Datos de entrada:
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Resultados:
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Chequeo:
Graficas:
Esfuerzos por compresin
11,7
Smix = 1,76E+09 N/m2
N = 1654383 ejes de 8.2 Ton
K : factor de Calge = 10
Et = 4,68E-04
Et = -1.39x10^-4
Ez = 2.8-2x(N)-0.25
N = 1654383 ejes de 8.2 Ton
Ez 3,56E-03
Ez = 4.89*10^-5
sz = 0.007xEs/(1+0.7xLogN)
N = 1654383 ejes de 8.2 Ton
Esfuerzo de compresin admisible:
sz = 2,67 kg/cm2
Esfuerzo de compresin calculado:
Et = 1.07 Kg/cm2
CHEQUEO DEL ESFUERZO DE COMPRESION EN LA SUBRASANTE.
CUMPLE CON EL ADMISIBLE
Usando el Criterio de Dormon y Kerhoven
CHEQUEO DE FALLA POR DEFORMACION DE LA SUBRASANTE.
Usando el criterio de la Shell
Deformacin admisible:
Deformacion calculada
Deformacin calculada:
CUMPLE CON EL ADMISIBLE
CUMPLE CON EL ADMISIBLE
CHEQUEO DE FALLA DE CARPETA ASFALTICA POR DEFORMACION EN LA FIBRA INFERIOR.
Usando el criterio de la Shell
Et = (0.85Vb+1.08)*Smix-0.36x(N/k)-0.2
Vb : volumen de asfalto en %
Deformacin admisible:
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Esfuerzo por tensin
Deformacin por compresin
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Deformacin por tensin
7.3. Revisin de la unidad de diseo 2, 3 Y 4 con periodo de 10 aos
Se tuvo en cuenta
N=1654383
T=30
CBR=11,06%
Datos de entrada:
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Resultados:
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Chequeo:
Graficas:
Et = (0.85Vb+1.08)*Smix-0.36x(N/k)-0.2
Vb : volumen de asfalto en % = 11,7
Smix = 1,76E+09 N/m2
N = 1654383 ejes de 8.2 Ton
K : factor de Calge = 10
Et = 4,68E-04
Et = -1.83x10^-4
Ez = 2.8-2x(N)-0.25
N = 1654383 ejes de 8.2 Ton
Ez 3,56E-03
Ez =58.50*10^-6
sz = 0.007xEs/(1+0.7xLogN)
N = 1654383 ejes de 8.2 Ton
sz = 2,67 kg/cm2
Et = 0,455 Kg/cm2
Esfuerzo de compresin admisible:
Esfuerzo de compresin calculado:
CUMPLE CON EL ADMISIBLE
CUMPLE CON EL ADMISIBLE
CUMPLE CON EL ADMISIBLE
CHEQUEO DE FALLA DE CARPETA ASFALTICA POR DEFORMACION EN LA FIBRA INFERIOR
Usando el criterio de la Shell
Deformacion calculada
Deformacin admisible:
CHEQUEO DE FALLA POR DEFORMACION DE LA SUBRASANTE. COMPRESION
Usando el criterio de la Shell
Deformacin admisible:
Deformacin calculada:
CHEQUEO DEL ESFUERZO DE COMPRESION EN LA SUBRASANTE.
Usando el Criterio de Dormon y Kerhoven
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Esfuerzos por compresin
Esfuerzos por tensin
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Deformacin por compresin
Deformacin por tensin
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
7.3. REVISIN DE LA UNIDAD DE DISEO 1 PARA PERIODO DE 15 AOS
Se tuvo en cuenta
N=2626916
T=30
CBR=20%
Datos de entrada
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Resultados:
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Chequeo:
Graficas:
Esfuerzos de compresin
Et = (0.85Vb+1.08)*Smix-0.36x(N/k)-0.2
Vb : volumen de asfalto en % = 11,7
Smix = 1,76E+09 N/m2
N = 2626916 ejes de 8.2 Ton
K : factor de Calge = 10
Et = 4,27E-04
Et = -0.961x10^-4
Ez = 2.8-2x(N)-0.25
N = 2626916 ejes de 8.2 Ton
Ez 3,17E-03
Ez =33.7*10^-6
sz = 0.007xEs/(1+0.7xLogN)
N = 2626916 ejes de 8.2 Ton
sz = 2,60 kg/cm2
Et = 0,474 Kg/cm2
Usando el Criterio de Dormon y Kerhoven
Esfuerzo de compresin admisible:
Esfuerzo de compresin calculado:
CUMPLE CON EL ADMISIBLE
CUMPLE CON EL ADMISIBLE
CUMPLE CON EL ADMISIBLE
CHEQUEO DE FALLA DE CARPETA ASFALTICA POR DEFORMACION EN LA FIBRA INFERIOR
Usando el criterio de la Shell
Deformacin admisible:
Deformacion calculada:
CHEQUEO DE FALLA POR DEFORMACION DE LA SUBRASANTE. COMPRESION
Usando el criterio de la Shell
Deformacin admisible:
Deformacin calculada:
CHEQUEO DEL ESFUERZO DE COMPRESION EN LA SUBRASANTE.
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Esfuerzos por tensin
Deformacin por compresin
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Deformacin por tensin
7.4. REVISIN DE LAS UNIDADES DE DISEO 2,3, Y 4PARA UN PERIODO DE 15 AOS
Se tuvo en cuenta:
N=2626916
T=30
CBR=11,06%
Datos de entrada:
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Resultados:
-
DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Chequeo:
Et = (0.85Vb+1.08)*Smix-0.36x(N/k)-0.2
Vb : volumen de asfalto en % = 11,7
Smix = 1,76E+09 N/m2
N = 2626916 ejes de 8.2 Ton
K : factor de Calge = 10
Et = 4,27E-04
Et = -1.38x10^-4
Ez = 2.8-2x(N)-0.25
N = 2626916 ejes de 8.2 Ton
Ez 3,17E-03
Ez =41.2*10^-6
sz = 0.007xEs/(1+0.7xLogN)
N = 2626916 ejes de 8.2 Ton
Esfuerzo de compresin admisible:
sz = 2,60 kg/cm2
Esfuerzo de compresin calculado:
Et = 0,321 Kg/cm2
CUMPLE CON EL ADMISIBLE
CHEQUEO DE FALLA DE CARPETA ASFALTICA POR DEFORMACION EN LA FIBRA INFERIOR
Usando el criterio de la Shell
Deformacin admisible:
Defpracion calculada
CHEQUEO DE FALLA POR DEFORMACION DE LA SUBRASANTE
Usando el criterio de la Shell
Deformacin admisible:
Deformacin calculada:
CHEQUEO DEL ESFUERZO DE COMPRESION EN LA SUBRASANTE
Usando el Criterio de Dormon y Kerhoven
CUMPLE CON EL ADMISIBLE
CUMPLE CON EL ADMISIBLE
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DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Graficas:
Esfuerzos de compresin
Esfuerzos de tensin
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DISEO Y REVISIN DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Deformaciones por compresin
Deformaciones por tensin