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GEOTECNIA VIAL Y DISEÑO DE PAVIMENTOS Fecha: 20/02/07ct CIVILTECINCF:SIF.ROS LTOA. IF-IDU-UEL-163-GE-3 Edición: 1
1. DESCRIPCiÓN DEL PROYECTO
El contrato IDU-UEL-08-09-10-11-163 contempla dentro de sus obligaciones el
estudio geotécnico vial y el diseño de pavimentos para la construcción de obra
nueva, evaluación para la rehabilitación de vías deterioradas y la evaluación o
actualización de estudios existentes para varias vías de accesos a barrios en las
localidades de Usme, Bosa, Kennedy, Engativá, Fontibón, Mártires, Puente
Aranda, Rafael Uribe, Ciudad Bolívar y Suba. Estas vías serán las que permitan
un flujo continuo en estos sectores y alivien las necesidades de acceso de los
habitantes de la zona.
El presente informe se centra en las actividades realizadas en las vías donde el
tipo de intervención priorizado es de construcción total.
En este caso, la vía objeto del presente informe es la Carrera 77 V Bis A entre
Calle 51 A Sur y Calle 52 A Sur, que hace parte de los corredores adicionados
para la ejecución de estudios y diseños al contrato y se ubica en la localidad de
Kennedy. Se trata en general de una vía de tránsito local que carece de estructura
de pavimentos para la circulación vehicular.
2. OBJETIVO GENERAL
El propósito del estudio es la determinación de los espesores de construcción de
pavimentos para la vía mencionada, de acuerdo con la alternativa más favorable
desde el punto de vista técnico y económico.
ContratoEstudios y Diseños para la Construcción, Evaluación para la
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3. OBJETIVOS ESPECíFICOS
• Caracterización y definición de un marco fisiográfico, geomórfico y
climatológico, por medio de la recopilación de información existente, de las
zona donde se ubica el corredor vial en estudio.
• Definición de las características mecánicas de los materiales presentes por
medio de exploración y muestreo directo en la longitud total de los tramos
viales del proyecto con intervención tipo construcción.
• Determinación del tránsito de diseño, incluyendo volúmenes vehiculares y
cálculo del Número de Ejes Equivalentes de diseño para un periodo de vida útil
de 20 años.
• Obtener dos alternativas de construcción en pavimento asfáltico y dos en
pavimento de concreto hidráulico para el corredor vial en estudio.
• Plantear las recomendaciones constructivas y las especificaciones de
materiales.
Se espera que con el cumplimiento de estos objetivos sea posible la construcción
de los pavimentos requeridos para la vida útil proyectada para ellos.
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4. METODOLOGíA
En el desarrollo del contrato, objeto del presente informe se siguió la metodología
definida desde un inicio así:
• Reconocimiento de la zona del proyecto, tipo de vía y tipos de estructuras
adyacentes a las directamente involucradas en el estudio.
• Recopilación de información geológica e hidrogeológica de la zona, presencia
de humedales antiguos.
• Exploración por medio de apiques y sondeos con recuperación de muestras
remoldeadas e inalteradas para clasificación del material, ensayos de CBR de
la subrasante; en campo se efectuaron pruebas de resistencia a la penetración
con el Cono Dinámico (PDC) para caracterizar la subrasante en los sitios en
que esto fue posible.
• Determinación del número de ejes equivalentes para estructuras flexibles a 20
años y número de repeticiones de carga a 20 años para estructuras rígidas.
• Diseño de pavimentos asfálticos con base en la metodología AASHTO 1993,
con verificación mecanicista de criterios Shell 77 y Adendo 85, y de pavimentos
rígidos con el método AASHTO 1993, los cuales fueron chequeados con los
lineamientos del método PCA 84. En ambos casos se formularon dos
alternativas de construcción.
• Diseño de juntas y modelación de losas para pavimentos rígidos.
• Análisis y recomendaciones de filtros para drenaje subterráneo.
• Análisis técnico comparativo y selección de alternativas para construcción.
• Recomendaciones geotécnicas para excavaciones y rellenos de tuberías y
obras adicionales.
ILas actividades anteriores y sus resultados se reportan en el presente documento.
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5. ÁREA DE INFLUENCIA DEL PROYECTO
El tramo vial en estudio se encuentra en las localidad de Kennedy (08), ubicada en
la zona sur de la ciudad. Los rasgos más importantes que distinguen a las
localidades en las que se desarrolla el proyecto son los siguientes:
Localidad 8 - KENNEDY
La localidad Kennedy se localiza al sur occidente de la Sabana de Bogotá y sus
barrios se caracterizan por haberse formado sobre grandes extensiones de
rellenos depositados en las zonas de humedal existentes hace varios años atrás.
En general, se desarrolla una topografía bastante plana, dirigida hacia el río el
Tunjuelo, principal corriente de drenaje de la zona y al mismo tiempo causante de
varias inundaciones en los alrededores. La ubicación de la localidad se presenta
en la Figura 2
El proyecto genera su principal influencia en los barrios que buscan comunicarse a
las vías principales cercanas a ellos como son la Avenida El Tintal, las avenidas
Ciudad de Cali, Boyacá, Primero de Mayo y Américas, y la Autopista Sur, entre
otras. Como influencia directa e indirecta se genera un proceso de
desmarginalización de barrios y urbanizaciones, al mismo tiempo que de
legalización de los mismos; como tal, estos son programas adelantados por el
Instituto de Desarrollo Urbano con participación de otras entidades lideradas por la
Alcaldía Mayor de Bogotá, para ampliaciones de vías principales, instalación de
redes de servicios públicos, construcción de bibliotecas, etc.
/
Los tramos viales asignados al presente contrato dentro de estas localidades
carecen de una estructura de pavimento competente y en mayor porcentaje la
caracterización de los materiales subyacentes corresponde a rellenos antrópicos,
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GEOTECNIA VIAL Y DISEÑO DE PAVIMENTOS Fecha: 20/02/07
it CIVILTEC¡:-';(;f:NIF.ROS LTO,\. IF-IDU-UEL-163-GE-3 Edición: 1
contaminados por basuras y escombros de construcción, de espesores
apreciables, que varían entre O.50m y 1.50m. En general, estos depósitos están
extendidos sobre suelos de consistencia blanda, aunque se trata se materiales
preconsolidados.
tFigura 1: Ubicación de la Localidad de Kennedy
Las vías de esta localidad, adicionadas al presente contrato de diseño, son las
siguientes:
Tabla 1: Vías de la Localidad de Kennedy
No. Barrio Corredor
821 Andalucia 1er Sector Calle 13 D entre Carrera 81 A Y Carrera 83
822 Andalucia 1er Sector Carrera 82 A entre Calle 13 A Y Calle 14
823 Andalucia 1er y 2do Sector, El Vergel, Villa Liliana Carrera 81 F entre Calle 13 A Y Calle 16 C• Contrato Estudios y Diseños para la Construcción, Evaluación para la
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GEOTECNIA VIAL Y DISEÑO DE PAVIMENTOS Fecha: 20/02/07
<t CIVILTECIN(;F.NIf.ROS LTn·\. IF-IDU-UEL-163-GE-3 Edición: 1
No. Barrio Corredor
824 Villa Liliana Calle 16 entre Carrera 80 C y Carrera 81 F
825 Villa Liliana Carrera 81A entre Calle 15A y 16 A
826 Villa Liliana Calle 15 A entre Carrera 80 C y Carrera 81 A
827 Santa Catalina Carrera 81 F entre Calle 11 B Y Calle 11 D
828 Santa Catalina Calle 11 D entre Carrera 81 A Y Carrera 81 F
829 Santa Catalina Carrera 81 A entre Av. Alsacia y Calle 11 D
830 Santa Catalina Carrera 81 A entre Av. Alsacia y Calle 13
831 Urbanizacion Valladolid Carrera 80 F entre Calle 8C y Calle 10
832 Unir Uno Diagonal 34 sur entre Carrera 90 A Y Carrera 91 Bis
832-A Unir Uno Carrera 91 Bis entre calle 32 sur y Calle 26 sur
833 Las Luces Carrera 77 V Bis A entre Calle 51 A Sur y Calle 52 A Sur
834 New York - Las Torres Transversal 68 J Bis entre calle 39 B sur y Calle 38 sur
El presente informe se ocupa de los diseños y recomendaciones para el Corredor
833, correspondiente a la Carrera 77 V Bis A entre Calle 51 A Sur y Calle 52 A
Sur.
6. RECOPILACiÓN Y ANÁLISIS DE INFORMACiÓN SECUNDARIA
La información para el inicio de los estudios y diseños se basó en los estudios de
pavimentación previamente realizados en la zona por varios Consultores y los
informes definitivos de construcción de obra de algunos contratistas y sus
Interventorías. Adicionalmente, se recopiló información para enmarcar las
diferentes zonas definidas en un marco fisiográfico, geológico, climatológico e
hidrológico fiel al proceso de cambio geomorfológico con los años.
6.1. ESTUDIOS CONSULTADOS
• Diseños geotécnicos viales. Tomos I y 11. Estudios y Diseños de Accesos a
Barrios y Pavimentos Locales UPZ's Lourdes, Patio Bonito y San Bias en las
localidades de Santa Fe, Kennedy y San Cristóbal, en Bogotá D.C. Consorcio
CIVILTEC - GUTIERREZ DíAZ. Mayo 2003.Contrato
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INGF'SI[ROS LTD,\. IF-IDU-UEL-163-GE-3 Edición: 1
• Diseños geotécnicos viales. Tomos I y 11.Estudios y Diseños para Vías de
Rutas Alimentadoras Proyecto Transmilenio En Bogotá, D. C. Grupo 1.
Consorcio CIVIL TEC - CEI. Noviembre 2003.
• APÉNDICE A Y B. Estudios Geotécnicos Viales y Diseño de Pavimento.
Diagnóstico. Diagnóstico y evaluación para la intervención de vías de Rutas
Alimentadoras -Sistema Transmilenio -Zona Sur en Bogotá D.C. Consorcio
CIVIL TEC - LA VIALIDAD - IGL. Diciembre de 2004.
• Informe Final Geotecnia y Pavimentos. Estudios y Diseños para la
Construcción y/o evaluación para la rehabilitación de vías en varias localidades
de Bogotá D.C. Grupo 2. CONSORCIO CIVILTEC -IGL. Julio 2005.
• Informe Final Estudios Geotécnico y Diseño de Pavimentos. Estudios y
Diseños para la Construcción y Mantenimiento de Accesos a Barrios y
Pavimentos Locales de vías Grupo 2, en Bogotá D.C. Unión Temporal GALAN-
VEGA-BIL. 2003.
6.2. MARCO DE CARACTERIZACiÓN DE LA ZONA
Para definir geomorfológica e hidrológicamente la zona del proyecto fue necesario
acudir a las entidades estatales que se dedican a las ciencias ambientales puras.
En dicho orden de ideas se recopiló la siguiente información:
• Planos topográficos de la zona del año 1948. IGAC. Análisis de zonas de
humedal y asentamientos .
. :.;"',• Planos Geológicos de la Sabana de Bogotá. INGEOMINAS. 1995.
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• Informes geológicos del altiplano de Bogotá. INGEOMINAS.1995.
6.2.1 Geología
La información geológica ha sido obtenida principalmente de los estudios
realizados en la sabana de Bogotá, los cuales se encuentran en eIINGEOMINAS.
La bibliografía consultada se basa en:
• Plioceno y Cuaternario del Altiplano de Bogotá y Alrededores - Análisis
Geográficos No. 24. Instituto Geográfico Agustín Codazzi-1995.
• Estudio Geológico de la Sabana de Bogotá. Informe 2084.
INGEOMINAS.
• Modelo Hidrogeológico para los Acuíferos de Bogotá D.C. Departamento
Técnico Administrativo MEDIO AMBIENTE. IDEAM.
"El altiplano denominado Sabana de Bogotá está situado a una elevación de
aproximadamente 2250-2600m en la Cordillera Oriental de Colombia, entre los
4°30' y 5°15' de latitud N, y 73° 45' Y 74° 30' de longitud W. Dicho altiplano
representa una gran cuenca tecto-sedimentaria la cual fue rellenada por cientos de
metros de sedimentos principalmente lacustres de edad Plioceno Tardío y
PleistoceNo. El altiplano se encuentra rodeado en su totalidad por montañas que
alcanzan localmente altitudes de casi 4000m. El área está drenada por el Río
Bogotá y sus tributarios con una única salida situada hacia el suroeste. La capital,
Bogotá, está situada al sureste del altiplano".
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6.2.1.1 Zonas Geomoñológicas
La vía en estudio se ubica en la Zona Geomorfológica 111,correspondiente a lo
diferenciado como Terrazas Bajas, de morfología completamente plana, sin
evidencias importantes de disección. Según Renzoni G, 1987 (informe inédito),
estas Terrazas son la respuesta al rejuvenecimiento de las cuencas de drenaje de
los ríos Bogotá, Frío, Tibabuyes Tunjuelito y Fucha y donde la migración y erosión
lateral de estas corrientes posteriormente han destruido en gran parte esta unidad
geomórfica y han borrado su registro.
6.2.1.2 Formaciones Geológicas
•La localidade en estudio exhibe la presencia de las siguientes formaciones
geológicas:
Terrazas Bajas (Qtb). Constituye la Zona Morfológica 111y corresponde a
depósitos originados por los ríos Bogotá, Tunjuelo, Juan Amarillo y Fucha
principalmente. Presentan una superficie plana a ligeramente ondulada y poco
disectada, la cual se eleva unos 5 metros en promedio sobre el nivel de las
llanuras aluviales actuales.
Su composición es predominantemente limo-arcillosa y sus contactos con las
Terrazas Altas y Complejos de Conos son netos y se marcan por la presencia de
un ligero escarpe. El contacto con las Llanuras Aluviales es neto mediante un
ligero escarpe en los valles de los afluentes del Bogotá; pero poco notorio y difícil
de cartografiar a lo largo del valle del río Bogotá.
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6.2.1.2 Fallas
El anticlinal de Bogotá, ha sido afectado por un sistema de fallas con orientación
NE-SW y otro Transversal al anterior. Entre las principales fallas que afectan a la
estructura se tienen:
• Falla de Bogotá
• Falla Alto del Cabo
• Falla de Teusacá
• Falla de Santa Bárbara
• Falla de Usaquén
• Falla de Mochuelo
• Falla de Sucre
• Falla de Calderón
• Falla de Limas
• Falla de Yerbabuena
• Falla La Primavera
La orientación de las fallas Hierbabuena y Primavera, como también las de las
diaclasas y microfallas dentro del cono del río Tunjuelo es NE-SW. Esto permite
pensar en que el sistema de fallas NE-SW dentro de la sabana y concretamente
en el flanco occidental del Sinclinal de Usme - Tunjuelo podría ser activo, dada su
capacidad para establecer la recurrencia en los períodos de los sismos.
En el sector del piedemonte oriental, se han observado depósitos cuaternarios
diaclasados, igualmente el cono de Terreros en su sector occidental se encuentra
inclinado unos 30 grados, lo cual se podría interpretar como efectos geotectónicos,
pero no se dispone de mayores criterios que permitan confirmar dicha hipótesis,
puesto que se carece de afloramientos.
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6.2.1.3 Zonificación Geotécnica
Es posible identificar 5 zonas en Bogotá, cuya descripción a grandes rasgos es la
siguiente, de acuerdo al estudio de microzonificación sísmica de Santa Fe de
Bogotá. Ingeominas - Universidad de los Andes de 1997:
•
• Zona montañosa caracterizada por la presencia de areniscas duras
resistentes a la erosión y arcillositas cuya resistencia y deformabilidad
dependen de su humedad.
• Zona de piedemonte o de conos de deyección conformada por materiales
que bajo el efecto de la gravedad han sufrido movimientos y se han
depositado en forma de cono o abanico.
• Zona de suelos duros donde predominan las arcillas preconsolidadas con
intercalaciones de arena y suelos arenosos de origen aluvial.
• Zona de suelos blandos caracterizada por la presencia de arcillas blandas
de alta compresibilidad; la vía en estudio se encuentra en esta zona.
• Zonas de rondas de ríos y humedales a la cual pertenecen los cuerpos de
agua de la ciudad: humedales, antiguos lagos y zonas de inundación.
6.2.2 Climatología
La información climatológica fue consultada en el -IDEAM- adquirida en su
totalidad de estaciones cercanas a la zona de influencia del proyecto y que fueran
representativas de las localidades donde se ubican las vías objeto del estudio.
Las estaciones consultadas fueron:
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\.
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• Estación CASO (Climatológica Principal): Para cubrir las localidades de
Puente Aranda, Mártires y Rafael Uribe.
• Estación Aeropuerto El Dorado (Climatológica Principal): Para cubrir las
localidades de Engativá y Fontibón.
• Estación Australia (Pluviométrica): Para cubrir las localidades de Usme y
Ciudad Bolívar.
• IDEAM Fontibón (Pluviográfica): Para cubrir las localidades de Fontibón
y Engativá.
• Hacienda Las Vegas: Para las localidades de Bosa y Kennedy.
Régimen de Vientos
La velocidad predominante corresponde a los vientos que vienen de oriente y se
dirigen al occidente, con velocidades medias de 0.9 a 3.4m/s. Estos factores
tienen importancia en la temperatura final y el grado de oxidación del pavimento,
aclarando que la correlación directa es apenas cualitativa. Se tienen en cuenta
para estimar el grado de enfriamiento de las mezclas asfálticas durante la
construcción, al igual que las reacciones químicas en las que intervengan la
temperatura en el fraguado del concreto, corte de juntas y colocación de los
productos para curado.
l'Contrato Estudios y Diseños para la Construcción, Evaluación para la
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RÉGIMEN DE VIENTOS EN LA SABANA DE BOGOTÁ
.NEUSA
3,5~en 3,0
1.s 2,5
al 2,0::2:-g 1,5
"'g 1,0
~ 0,5
0,0
¡!J~~!¡1~$°c1¿)1~Meses
O GUAYMARAL
o LA PRIMAVERA
OLA IBERIA
DEL DORADO
.GEOFíSICO
.TIBAITATA
Elaboración propia.
Figura 2: Régimen de vientos para la Ciudad de Bogotá o.c
Brillo Solar
Los registros disponibles de brillo solar cubren el período comprendido entre enero
de 1984 y febrero de 2005; para este período el brillo solar total medio anual
alcanza un valor de 1611.3 horas, con valores extremos de luz solar máxima en el
año de 237.9 horas en el mes de enero de 1991 y mínima de 70 horas en el mes
de abril de 2005.
En la figura No. 2 se presenta el histograma de brillo solar total mensual
multianual, registradas en la estación AEROPUERTO EL DORADO, en el que se
puede observar un régimen con un primer período de mayor brillo en los meses de
enero a abril, seguido por un período de aumento en los meses de mayo a agosto,
que nuevamente aumenta en septiembre, octubre, noviembre y diciembre.
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Estación AEROP. EL DORADOVALORES TOTALES MENSUALES DE BRILLO SOLAR
250,0
íñ 200,0C'CI..o~ 150,0-..C'CI
"O(J) 100,0..2.;::
50,0ID
0,0
#' ~ Q- $" ~ ,§ S' o 4}1-.. ~ .f¿
I.¡) ~~ 'X" ~ '5 '5 0 0 OÚ ~ (j'X"
MESES
EJMEDIOS• MÁXIMOS
DMíNIMOS
Elaboración propia.
Figura 3: Valores de Brillo Solar para la Ciudad de Bogotá D.C.
LOCALIDAD DE KENNEDY
Para el análisis de los parámetros climatológicos de las zonas de Kennedy y Bosa
se acudieron a registros históricos de la estación 2120623 HACIENDA LAS
VEGAS operada por, ellDEAM y localizada en la coordenada 0440N 7409W.
Temperatura
La temperatura media mensual para el período de registro comprendido entre los
meses de diciembre de 1987 a noviembre de 2004 es de 13.6 "C; el mayor valor
medio de temperatura se presenta en el mes de abril con 15 "C y las menores en
los meses de diciembre y enero con 12.5 y 12.2 oC respectivamente; A
continuación se presenta el histograma de las temperaturas medias mensuales
multianual.
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Estación Hacienda Las VegasVALORES MEDIOS MENSUALES DE TEMPERATURA16
uo 12 Cl MEDIOS-ca .MAXIMOSlo-
::J DMINIMOS10lo-G>c..E 8G>t-
4
1~¡I¡$~~~8f§Meses
Fuente: IDEAM
Figura 4: Valores medios mensuales de temperatura en Kennedy
Precipitación
Los registros disponibles de precipitación cubren el período comprendido entre
septiembre de 1987 y noviembre de 2004; para este período la precipitación total
media anual alcanza un valor de 598.5 mm, con valores extremos de precipitación
máxima en el año, de 184.2 en el mes de abril de 2004 y mínima de 0.0 en los
meses de enero de 1998, 1995 Y febrero de 1991 respectivamente.
A continuación se presenta el histograma de precipitaciones totales mensuales
multianuales, registradas en la estación Hacienda Las Vegas, en el que se puede
observar un régimen con un primer período de mayores precipitaciones en los
meses de marzo a mayo, seguido por un período de precipitaciones menores en
junio, julio y agosto, los cuales nuevamente aumentan en los meses de septiembre
a noviembre, llegando una nueva época seca en diciembre, enero y febrero.
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<t CIVILTECINGF:NIf.ROS LTOA. IF-IDU-UEL-163-GE-3 Edición: 1
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Estación Hacienda Las VegasVALORES TOTALES MENSUALES DE PRECIPITACiÓN
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Fuente: IDEAM
Figura 5: Valores totales mensuales de precipitación en Kennedy
e Nivel Freático
No se detectaron niveles de agua libre durante la exploración geotécnica llevada a
cabo para la realización de los diseños de las vías adicionadas al contrato.
Se considera que para la ejecución de las actividades constructivas en épocas
secas no encontrarán a la cota de intervención, niveles freáticos.
7. EXPLORACiÓN GEOTÉCNICA
Esta actividad consistió en la excavación de sondeos y apiques en los corredores
viales objeto del contrato, mediante los cuales se alcanzó una profundidad de
investigación variable entre 1.75 m y 1.80 m.
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En este caso, los sondeos buscaban determinar el perfile estratigráfico a lo largo
de la profundidad de excavación, además de recuperar muestras inalteradas y
remoldeadas para la realización de pruebas de propiedades índice (límites de
consistencia, humedad), y gradación. Debido a los suelos encontrados, no fue
posible la recuperación de muestras de CBR inalterado ni la realización de
ensayos de Resistencia a la Penetración con el Cono Dinámico.
La exploración geotécnica da cuenta de la presencia de capas granulares con
espesores variables entre 0.12 m y 0.90 m, extendidos sobre rellenos antrópicos,
generalmente escombros de construcción embebidos en una matriz arenosa que
se extienden hasta la profundidad de exploración alcanzada.
Los perfiles estratigráficos de la vía en estudio se incluyen en el Anexo 1 al final
del presente documento; los resultados de los ensayos de campo y laboratorio
I\J efectuados se resumen a continuación:
7.1 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE SUELOS POR TAMIZADO (I.N.V.E-123)
En este caso las pruebas se efectuaron tanto en suelos granulares como en
materiales provenientes del terreno natural; de acuerdo con los resultados de
laboratorio, los materiales encontrados exhibieron exhiben un Pasa Tamiz %
variable entre 36.2% y 100%; el Pasa Tamiz 200 se encontró entre 7.40% y
73.0%.
Los resultados de estos ensayos se presentan en el Anexo 1 al final del presente
documento.
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7.2 HUMEDAD NATURAL Y LíMITES DE ATTERBERG (I.N.V.E-122, I.N.V.E-
125, I.N.V.E.-126)
Los contenidos de humedad para los suelos de la vía en estudio se encontraron
entre 3.4% y 13.5%, un límite líquido entre 55%, un límite plástico de 43%, y un
índice de plasticidad de 12%; en la mayor parte de los suelos granulares
detectados no se encontraron comportamientos plásticos. La clasificación de los
suelos de acuerdo con el sistema USCS varía entre GM, SM y MH.
Los resultados de los ensayos de laboratorio se encuentran en el Anexo 1 al final
del presente documento.
Debe indicarse que la no recuperación de muestras para CBR inalterado y la
imposibilidad de ejecutar pruebas de campo hace necesario adoptar un valor
\..... . conservador de capacidad portante para el diseño de pavimentos de esta vía.
7. DISEÑO DE PAVIMENTOS
En este caso es necesario definir para cada una de las vías en que se tendrá
tránsito vehicular el valor de los siguientes parámetros geotécnicos para el diseño:
Módulo Resiliente de Subrasante (EsBRo Mr)
Módulo de Subrasante Mejorada (EsBRmejorada)
Módulo de Reacción de Subrasante (KSBR)
Módulo de Reacción Combinado (Kc)
Se prevé la evaluación de dos alternativas en pavimento rígido y dos en pavimento
asfáltico; en el primero de los casos se propone la utilización de bases granulares
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y de bases estabilizadas con cemento, en un espesor de 20.0 cm, como
alternativas de construcción en pavimentos de concreto hidráulico, mientras que
en el segundo se consideran alternativas en pavimento flexible y en pavimento
semirrígido.
MÓDULO RESILlENTE DE SUBRASANTE
Toda vez que no fue posible la obtención de muestras por presencia de rellenos
de gran espesor, se asignó un módulo de subrasante de 10 MPa al conjunto
subrasante - relleno, que obedecería a un CBR de 1.0%, que es igual al menor
valor de CBR inalterado detectado en las vías de la localidad de Kennedy.
Una vez estimados los valores de los módulos resilientes de subrasante,
aplicables básicamente al diseño de pavimentos asfálticos, y considerando que el
tipo y espesores de los materiales encontrados hace necesaria la colocación de
capas de mejoramiento para imponer la estructura del pavimento, se tendrá una
subrasante mejorada cuyo módulo depende de la subrasante y del módulo y
espesor del material de mejoramiento, y cuyo valor puede estimarse mediante la
expresión de Ivanov:
E2E¡_2 = 2 1 h
l-~(l--)arctan(n-¡ )1r n35 2a
donde:
En esta expresión E1-2es el módulo combinado de subrasante, E2 es el módulo
resiliente del terreno natural y E1es el de los granulares, que para este caso se
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sr
asume como igual a 70 MPa; h1 es el espesor de granulares y a es el radio de
carga que, para este caso, se asume como de 10.8 cm.
En el caso de la Carrera 77 V Bis A es necesaria la colocación de capas de rajón
sellado para el manejo de los suelos blandos y de los rellenos que, por su
espesor, no podrán ser retirados en su totalidad para la construcción de las vías.
Con base en lo anterior se previó que se colocara una capa de 40.0 cm de rajón
sellado; para el diseño de la estructura del pavimento, el valor del módulo de
subrasante mejorada ESBRmejorada es de 47.6 MPa, según la metodología de
cálculo descrita, y será el empleado para la determinación de los espesores de
pavimento asfáltico requeridos.
MÓDULO DE REACCiÓN PARA DISEÑO
Para el diseño de pavimentos rígidos, una vez obtenidos los valores de módulo de
subrasante mejorada, es posible asumir que éste obedece a la expresión
EsBR(MPa) = 10xCBR(%) para calcular el CBR correspondiente y, con base en la
Figura 10, obtener el módulo de reacción de la subrasante mejorada estimado
para cada vía.
A partir de este valor, el módulo de reacción combinado para diseño con bases
granulares de 20.0 cm de espesor puede ser estimado por medio de la Figura 11;
el módulo de reacción para la alternativa de soporte sobre base estabilizada con
cemento puede obtenerse de la Tabla 1 del documento "Thickness Design for
Concrete Highway and Street Pavements", publicado por la Portland Cement
Association y que se presenta en la Figura 12 de este informe.
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I 1 IJ 1 L __1 ¡ 1 I 1 l' I- -T100
.0
Fuente: PCA
Figura 6: Correlación entre el CBR y el Módulo de Reacción de Subrasante
=' lOO pel
30
THICt<NESS OF 8ASE CIR SU.BASE, IN.
40
Fuente: USACE
Figura 7: Módulo de Reacción Combinado para Bases Granulares
Table 2. Design k Values for Cement-Treated Subbases
Subgrade Subbase k vatue. pcik vaJue. 4 in 6 inpe; 8 in. 10 in.
5D 17D 230 310 390100 280 400 520 640200 470 640 830 -
Fuente: PCA
Figura 8: Módulo de Reacción Combinado para Bases Estabilizadas
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Los valores de los módulos de subrasante mejorada ESBRmejorada para diseño de
pavimentos asfálticos, y de los módulos de reacción combinados Kc para ladeterminación de los espesores de las alternativas de pavimento rígido, se
presentan a continuación.
Tabla 2: Módulos resilientes y de reacción para diseño en la Carrera 77 V Bis A
No. SUBRASANTE ESBR ESBR mejorada KSBR Kc BG KCBGE(kg/cm2) (kalcm2) (MPa/m) (MPa/m) (MPa/m)
833 RELLENOS 100 476.00 35 51 165
8.1 VOLÚMENES DE TRÁNSITO DE DISEÑO
Debido a las exigencias del proyecto se procedió a la estimación del Número de
r : ejes Equivalentes, NEE, aplicable al diseño de pavimentos asfálticos y rígidos por
las metodologías AASHTO y Mecanicista, y al cálculo del Número de Repeticiones
por Peso de Eje, requerido para las verificaciones de los diseños de pavimento
rígido con la metodología PCA 84.
En ambos casos se utilizaron los resultados de las proyecciones de volúmenes
vehiculares obtenidas en el Estudio de Tránsito realizado para las vías
adicionadas al Contrato, afectadas por un factor de distribución direccional del
75% para el cálculo del Tránsito de Diseño; en el caso del Número de Ejes
Equivalentes de 8.2 t, proyectado a 20 años, los volúmenes acumulados para
cada tipo de vehículo se multiplicaron por los siguientes factores de daño, los
cuales provienen de la expresión general:
[ J4
E PFD=¿ _i
i=1 Pre/
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