Estudio pavimentos santa rosa ver01 ok 1

ESTUDIO DE…
DISEÑO DE PAVIMENTOS
ESTUDIOS TECNICOS Y DISENOS PARA COMPLEMENTAR LOS DOCUMENTOS TECNICOS DEL PROYECTO PARA LA PAVIMENTACION DE LA VIA URBANA EN EL SECTOR BARRO BLANCO EN EL MUNICIPIO DE SANTA ROSA DE OSOS
MUNICIPIO DE SANTA ROSA DE OSOS DE OSOS (ANTIOQUIA)
SECTOR BARRO BLANCO CARRERA 28
DVPTRASAR – 001- 2014 VER01

ESTUDIO DE PAVIMENTO
DE LA VIA URBANA EN EL SECTOR BARRO BLANCO EN EL
MUNICIPIO DE SANTA ROSA DE OSOS
1-1
ÍNDICE DE MODIFICACIONES
REVISIÓN
SECCIÓN MODIFICADA
FECHA MODIFICACIÓN
DESCRIPCIÓN

1-2
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................. 1-5
2. ALCANCES Y OBJETIVOS .................................................................................................................................... 2-1
2.1 ALCANCE .................................................................................................................................................. 2-1
2.2 OBJETIVOS ............................................................................................................................................... 2-1
2.2.1 Objetivo General ................................................................................................................................. 2-1
2.2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................................................... 2-1
3. TRABAJOS DE CAMPO ....................................................................................................................................... 3-2
3.1 TOMA DE LA INFORMACION PRIMARIA .................................................................................................. 3-2
4. ESTUDIO DE TRANSITO...................................................................................................................................... 4-2
4.1 NUMERO DE EJES EQUILAENTES DE 8.2 TON .......................................................................................... 4-2
5. GENERALIDADES ............................................................................................................................................... 5-3
5.1 LOCALIZACIÓN GENERAL DEL PROYECTOS .............................................................................................. 5-3
5.1.1 Localización del Proyecto .................................................................................................................... 5-4
5.1.2 Aspectos Poblacionales ....................................................................................................................... 5-5
6. CARACTERIZACION VIAL .................................................................................................................................. 6-14
6.1 ESTADO ACTUAL DE LA VIA. .................................................................................................................. 6-14
7. GEOTECNIA PARA PAVIMENTOS ..................................................................................................................... 7-17
7.1 EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA .................................................................................................................. 7-17
7.2 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS DE LA SUBRASANTE - SECTORIZACIÓN ................................................. 7-2
7.2.1 Características cualitativas .................................................................................................................. 7-2
7.2.2 Características de soporte ................................................................................................................... 7-6
7.2.3 Materiales viales – Fuente de Materiales ........................................................................................... 7-6
7.2.4 Modulo Mezcla Asfáltica. .................................................................................................................... 7-7
8. DISEÑO ESTRUCTURA PAVIMENTO ................................................................................................................. 8-15
8.1 METODOLOGIA ...................................................................................................................................... 8-15
8.1.1 Procedimiento General ..................................................................................................................... 8-15
8.1.2 Parámetros de diseño ....................................................................................................................... 8-17
8.1.3 Estructura de Diseño. ........................................................................................................................ 8-27
9. SUDRENAJES ................................................................................................................................................... 9-39
10. DISEÑO ESTRUCTURA EN PAVIMENTO DE HORMIGON ........................................................................... 10-41
10.1 CARACTERIZACION POR TRANSITO ..................................................................................................... 10-42
10.2 CARACTERIZACION POR CAPACIDAD DE SOPORTE ............................................................................. 10-42
10.3 CARACTERIZACION POR MATERIALES ................................................................................................. 10-42
10.4 TRASFERENCIA DE CARGA – CONFINAMIENTO ................................................................................... 10-43
10.5 ESPESOR DE LA LOSA DE CONCRETO ................................................................................................... 10-43
10.6 JUNTAS ................................................................................................................................................ 10-45
10.6.1 Juntas Longitudinales ................................................................................................................. 10-45
10.6.2 Junta transversales ..................................................................................................................... 10-46
10.6.3 Sellado de Junta .......................................................................................................................... 10-47
10.7 VERIFICACION WINPAS ........................................................................................................................ 10-50
11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................................................................................... 11-53

1-3
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Número total de vehículos y ejes en el periodo de diseño ......................................................................... 4-2
Tabla 2 Población de Antioquia, según censo ........................................................................................................ 5-11
Tabla 3 Población de Antioquia con respecto a la población Nacional. ................................................................. 5-11
Tabla 4 Población total Censada, por área y sexo, según departamento y municipio (Santa Rosa de Osos) ......... 5-12
Tabla 5 Datos apiques .............................................................................................................................................. 7-1
Tabla 6 Compresibilidad de los suelos ...................................................................................................................... 7-1
Tabla 7 Plasticidad de los suelos ............................................................................................................................... 7-1
Tabla 8 Característica del suelo de acuerdo a su plasticidad - complemento .......................................................... 7-2
Tabla 9 Características de los suelos según clasificación SUCS ................................................................................. 7-3
Tabla 10 Características de los suelos según clasificación AASHTO .......................................................................... 7-4
Tabla 11 Clasificación de suelos para Infraestructura de Pavimentos ...................................................................... 7-4
Tabla 12 Característica calificativas de los suelos de subrasante ............................................................................. 7-5
Tabla 13 Distribución porcentual de clasificación de los suelos de subrasante........................................................ 7-5
Tabla 14 Datos resumen de climatología de la zona ............................................................................................... 7-11
Tabla 15 Modulo de mezcla asfáltica con asfalto de penetración 60 – 70 ............................................................. 7-14
Tabla 16 Modulo resiliente de diseño ..................................................................................................................... 8-19
Tabla 17 Calidad del drenaje en función del tiempo de remoción del agua ........................................................... 8-20
Tabla 18 Valores de coeficiente de drenaje en función de tiempo de exposición próximos a la saturación ......... 8-23
Tabla 19Modulo de elasticidad de mezcla asfáltica a 20°C..................................................................................... 8-24
Tabla 20 Coeficiente estructural AASHTO para subbase granular .......................................................................... 8-26
Tabla 21 Coeficiente estructural AASHTO para base granular ................................................................................ 8-26
Tabla 22 Diseño AASHTO -93 .................................................................................................................................. 8-28
Tabla 23 Sistema de falla por agrietamiento por tensión ....................................................................................... 8-30
Tabla 24 Deformación unitaria admisible en la base carpeta asfáltica ................................................................... 8-31
Tabla 25 Deformación unitaria admisible en la subrasante .................................................................................... 8-32
Tabla 26 Deflexión Máxima Admisibles .................................................................................................................. 8-34
Tabla 27 Modulo elásticos de capas de materiales. ............................................................................................... 8-36
Tabla 28 Deformaciones actuante – admisibles – Consumo Modelo AASHTO - 93 ................................................ 8-37
Tabla 29 Modelo Pavimento asfáltico .................................................................................................................... 8-38
Tabla 30 Clasificación de vía por transito ............................................................................................................. 10-42
Tabla 31 Tipo de subrasante ................................................................................................................................. 10-42
Tabla 32 Denominación de la vía por el tipo de soporte ...................................................................................... 10-43
Tabla 33 Descripción del tipo de concreto hidráulico de acuerdo a la resistencia a flexo-tracción .................... 10-43
Tabla 34 Denominación de la vía por el sistema de transferencia de carga y por confinamiento ....................... 10-43
Tabla 35 Espesor de losa de concreto ................................................................................................................... 10-44
Tabla 36 Separación máxima losas ....................................................................................................................... 10-45
Tabla 37 Barras Junta longitudinal ........................................................................................................................ 10-46
Tabla 38 Junta transversal - pasajuntas ................................................................................................................ 10-47
Tabla 39 Detalle de dimensión de corte de junta ................................................................................................. 10-47
Tabla 40 Determinación típica del módulo de reacción de la subrasante combinado. ........................................ 10-50
Tabla 41 Determinación espesor de losa ............................................................................................................... 10-51

1-4
INDICE DE FOTOGRAFIAS
Fotografía 1 Estado actual de la vía ........................................................................................................................ 5-13
Fotografía 2 Primer sector con pavimento rígido en mal estado ............................................................................. 6-15
Fotografía 3 Sector 2 en estado de superficie de rodadura a nivel de afirmado ...................................................... 6-15
Fotografía 4 Ancho de vía existente ........................................................................................................................ 6-16
Fotografía 5 Apique para toma de muestras y caracterización de subrasante....................................................... 7-18
INDICE DE GRAFICAS
Grafica 1 Localización zona proyecto....................................................................................................................... 1-6
Grafica 2 Colombia en Suramérica ........................................................................................................................... 5-3
Grafica 3 Localización en Colombia ......................................................................................................................... 5-4
Grafica 4 Localización de Santa Rosa de Osos en el Departamento de Antioquia. .................................................. 5-4
Grafica 5 Antioquia en Colombia ............................................................................................................................. 5-6
Grafica 6 Mapa hidrológico de Antioquia ................................................................................................................ 5-7
Grafica 7 Pluviografía mensual promedio ............................................................................................................... 7-10
Grafica 8 Comportamiento mensual de la temperatura en la zona ....................................................................... 7-11
Grafica 9 Esquema general de diseño ................................................................................................................... 8-16
Grafica 10 Geometría de sección típica .................................................................................................................. 8-21
Grafica 11 Característica drenante de la base ........................................................................................................ 8-22
Grafica 12 Estructura de diseño AASHTO -93 ....................................................................................................... 8-29
Grafica 13 Puntos de control en diseño de pavimento asfáltico ............................................................................ 8-35
Grafica 14 Modelo típico de sección de cálculo ...................................................................................................... 8-37
Grafica 15 Estructura de diseño pavimento asfaltico ............................................................................................ 8-38
Grafica 16 Resultante del movimiento de agua en montaña ................................................................................. 9-40
Grafica 17 Ubicación del dren y las capas estructurales ......................................................................................... 9-41
Grafica 18 Esquema de corte de junta transversal ............................................................................................... 10-48
Grafica 19 Esquema complementario ubicación de pasajunta y corte de junta .................................................. 10-48
Grafica 20 Resumen diseño de pavimento rígido ................................................................................................. 10-49
TABLA DE ANEXOS
ANEXO 1 ................................................................................................................ CONTEO VEHICULAR

1-5
1. INTRODUCCIÓN
El municipio de Santa Rosa de Osos realiza la invitación pública No. 068 de 2014 la cual fue aceptada a la empresa DISEÑOS, VÍAS Y PAVIMENTOS S.A.S., cuyo objeto es “ELABORACION DE ESTUDIOS TECNICOS Y DISENOS PARA COMPLEMENTAR LOS DOCUMENTOS TECNICOS DEL PROYECTO PARA LA PAVIMENTACION DE LA VIA URBANA EN EL SECTOR BARRO BLANCO EN EL MUNICIPIO DE SANTA ROSA DE OSOS”.
El objetivo del municipio es a ampliación y el mejoramiento del estado de las vías urbanas y rurales y sus componentes estructurales.
La cabecera municipal de Santa Rosa de Osos cuenta con dos vías de acceso. Una de ellas es la vía circunvalar por la cual circulan la mayoría de los vehículos pesados, y la otra es la vía de acceso principal (Carrera 28A) que comunica el sector de La Variante en la Troncal de Norte con el parque principal del municipio y por la cual circula una muy variada composición vehicular.
Estas dos vías han servido durante varias décadas para atender el flujo de vehículos que entra y sale del área urbana del municipio. Sin embargo, el crecimiento de la población y el aumento de la cantidad de vehículos circulando han sacado a la luz la necesidad ampliar, mejorar o construir vías alternas de acceso para descongestionar la red vial existente, proporcionar una mayor capacidad de transporte y mejorar el nivel de servicio de la red vial en general.
Es así como desde hace varios años, la comunidad ha planteado la posibilidad de pavimentar la Carrera 28, conocida popularmente como “Barro Blanco o Calle Colombia”. Esta vía tiene gran potencial no solo para ser una futura arteria de la ciudad sino también puede ser considerada como infraestructura social y económica debido a que con ella se mejora la calidad de vida de los habitantes de la zona de influencia y se proporciona una ruta directa para el suministro de materias primas a las fábricas textiles u otros establecimientos comerciales ubicados en el sector. La vía está ubicada en el Barrio Colombia (09 sector 2 según la zonificación del POT) y comprende toda la carrera 28 desde la calle 30B continuando por la calle 31 hasta la 28 A acceso a la Terminal de Transporte del Municipio.

1-6
Grafica 1 Localización zona proyecto
FUENTE: MUNICPIO DE SANTA ROSA
Se presenta aquí el Estudio para el Diseño de la Estructura del Pavimento, en base a la exploración geotécnica y consideraciones de carga vehicular.

2-1
2. ALCANCES Y OBJETIVOS
2.1 ALCANCE
Como criterio general, se tratar de establecer y/o comprobar los parámetros de diseño para la ejecución de la obra en lo relativo a cargas vehiculares, considerando los factores que afecta esta variable, en el sentido de las mejoras que involucra una vía de altas especificación y su atractivo a su uso ya sea por necesidad, turismo, o por el incremento propio del parque automotor dadas las condiciones socio – económica de un país y una región.
2.2 OBJETIVOS
2.2.1 Objetivo General
Ejecutar los Estudios para la definición de los parámetros del tránsito, carga y medioambientales que tienen incidencia en el diseño de pavimento de tal manera que se cumpla con lo establecido en los términos de referencia de la Pavimentación de la Vía en estudio. Proyectar una estructura de pavimento competente para asumir las cargas de transito bajos las condiciones medioambientales imperantes en el sector de estudio, establecer materiales viales adecuados a los parámetros anteriormente señalados.
2.2.2 Objetivos Específicos
 Recopilación de información de estudios previos a nivel regional o nacional.
 Analizar el efecto del tránsito en la zona.
 Calculo del número de ejes equivalentes a 8.2 ton
 Evaluación de la estructura existente.
 Determinar unidades homogéneas en el aspecto geotécnico.
 Definir características de los materiales viales.
 Definir sistema de intervención para la construcción de la vía.
 Definir el espesor de las distintas capas de la estructura del pavimento.

4-2
3. TRABAJOS DE CAMPO
3.1 TOMA DE LA INFORMACION PRIMARIA
Se hizo inspección de la zona del proyecto, con la finalidad de establecer algunos aspectos
topográficos, ambientales y sociales. Los datos básicos de conteo son suministrados de estudios
anteriores.
Se realizó prospección geotécnica con apique en la vía a efecto de caracterizar los suelos de
subrasante.
4. ESTUDIO DE TRANSITO
4.1 NUMERO DE EJES EQUILAENTES DE 8.2 TON
Del volumen de Estudio de Transito se establece que:
Transito Total Proyectado en el Periodo de Diseño
Tabla 1 Número total de vehículos y ejes en el periodo de diseño
BUSETAS BUSES C2g C2G C3 BUSETAS BUSES C2g C2G C3 PARCIAL TOTAL
2014 9 3 22 4 2 657 547 5,902 2,109 1,693 10,908 10,908
2015 10 4 23 5 3 292 4,197 1,341 1,582 2,540 9,952 20,860
2016 11 5 24 6 4 365 4,380 1,609 2,109 3,387 11,850 32,710
2017 12 6 25 7 5 438 4,562 1,877 2,637 4,234 13,748 46,458
2018 13 7 26 8 6 511 4,745 2,146 3,164 5,080 15,646 62,104
2019 14 8 27 9 7 584 4,927 2,414 3,691 5,927 17,543 79,647
2020 15 9 28 10 8 657 5,110 2,682 4,219 6,774 19,442 99,089
2021 16 10 29 11 9 730 5,292 2,951 4,746 7,621 21,340 120,429
2022 17 11 30 12 10 803 5,475 3,219 5,274 8,468 23,239 143,668
2023 18 12 31 13 11 876 5,657 3,487 5,801 9,314 25,135 168,803
2024 19 13 32 14 12 949 5,840 3,755 6,329 10,161 27,034 195,837
2025 20 14 33 15 13 1,022 6,022 4,024 6,856 11,008 28,932 224,769
2026 21 15 34 16 14 1,095 6,205 4,292 7,383 11,855 30,830 255,599
2027 22 16 35 17 15 1,168 6,387 4,560 7,911 12,702 32,728 288,327
2028 23 17 36 18 16 1,241 6,570 4,828 8,438 13,548 34,625 322,952
2029 24 18 37 19 17 1,314 6,752 5,097 8,966 14,395 36,524 359,476
2030 25 19 38 20 18 1,387 6,935 5,365 9,493 15,242 38,422 397,898
2031 26 20 39 21 19 1,460 7,117 5,633 10,021 16,089 40,320 438,218
2032 27 21 40 22 20 1,533 7,300 5,902 10,548 16,936 42,219 480,437
2033 28 22 41 23 21 1,606 7,482 6,170 11,075 17,782 44,115 524,552
2034 29 23 42 24 22 1,679 7,665 6,438 11,603 18,629 46,014 570,566
19,710 118,620 77,790 211,692 570,566
Acumulado
TOTALES
TPDA EJES EQUIVALENTES A 8.2 ton
AÑO
FUENTE: PROPIA

5-3
La mayor incidencia en efecto de carga para el pavimento lo representa los camiones clase C3.
El número total de ejes equivalentes a 8.2 ton es:
195,837 para 10 años diseño pavimento asfaltico.
570,566 para 20años diseño pavimento rígido.
5. GENERALIDADES
5.1 LOCALIZACIÓN GENERAL DEL PROYECTOS
El proyecto se localiza en la carrera 28 también conocida como barro blanco o calle Colombia. El tramo directamente afectado tiene una longitud aproximada de 500 m. y está ubicada en la cabecera del municipio de Santa Rosa de Osos Antioquia.
Localización en Suramérica
Grafica 2 Colombia en Suramérica
En la gráfica No. 2 se muestra la localización de Colombia en el ámbito Suramericano.
Colombia, de 1.141.748 km2 de extensión, está situada al Noroeste de América del Sur, es el cuarto país en tamaño de la región, limita al norte con aguas jurisdiccionales de Honduras, Jamaica y Haití, al este con Venezuela y Brasil, al sur con Perú y Ecuador, al oeste con aguas jurisdiccionales de Costa Rica y Panamá, y al noroeste con Panamá.
Las coordenadas geográficas generales del País son: Latitud 4º 35’ 56” al Norte y Longitud 72º 04’ 51.30” al Oeste.

5-4
5.1.1 Localización del Proyecto
El proyecto está ubicado en la zona norte del Departamento de Antioquia, entre las coordenadas geográficas 06°38’50”N y 75°27’38”W.
Grafica 3 Localización en Colombia
Fuente: Wikipedia
5.1.1.1 Localización Departamental
Grafica 4 Localización de Santa Rosa de Osos en el Departamento de Antioquia.
Fuente: Wikipedia

5-5
5.1.2 Aspectos Poblacionales
5.1.2.1 DEPARTAMENTO DE ANTIOQUIA
Antioquia es un departamento de Colombia, localizado al noroeste del país. Ocupa un territorio de 63.612 km² que limita al norte con el mar Caribe y con el departamento de Córdoba; al occidente con el departamento del Chocó; al oriente con los departamentos de Bolívar, Santander y Boyacá; y al sur con los departamentos de Caldas y Risaralda. Es el 6º departamento más extenso de Colombia, y el más poblado, si se tiene en cuenta que el distrito capital de Bogotá es una entidad administrativa especial. Su organización territorial comprende nueve subregiones y su capital es la ciudad de Medellín. En el territorio antioqueño habitan actualmente 6.299.990 personas en un total de 125 municipios. Más de la mitad de la población reside en el área metropolitana del Valle de Aburrá. Su economía genera el 13% del PIB colombiano, ubicándose en segundo lugar tras Bogotá. Aunque antes de la conquista española ya había asentamientos indígenas en el territorio, y posteriormente con la llegada de aquéllos se fundaron algunas poblaciones, la historia del departamento como entidad territorial comienza en 1569 cuando se ordena su separación de la Gobernación de Popayán. El 30 de octubre de 1584 Santa Fe de Antioquia, que antes dependía de dicha gobernación, se convierte en capital de la Provincia de Antioquia. En 1830, con la desintegración de la república de la Gran Colombia, vuelve a emerger como provincia hasta 1856, cuando se conformó en estado Soberano. En 1886 se convirtió en el actual departamento con la desaparición de los Estados Unidos de Colombia.

5-6
Grafica 5 Antioquia en Colombia
.
FUENTE: GOBERNACION DE ANTIOQUIA
5.1.2.2 HIDROGRAFÍA.
Antioquia está bañada al norte, en sus COSTAS, por el MAR CARIBE. Al occidente recibe la HUMEDAD del OCÉANO PACÍFICO, en la zona de sus SELVAS.
En cuanto a sus ríos, son muy numerosos y establecen el origen de su potencial HIDROGRÁFICO e HIDROELÉCTRICO, cuenta con varias fuentes; entre ellas, los ríos más importantes son el ATRATO, que la separa del departamento del CHOCÓ; el CAUCA, que la atraviesa por el centro y separa la CORDILLERA OCCIDENTAL de la CENTRAL, en el corazón del departamento, y el MAGDALENA, que le sirve de límite con el departamento de SANTANDER, en el extremo oriente de la región.20

5-7
Otros ríos de relativa importancia en el departamento son el Río Medellín o Río Porce (su nombre cambia cuando termina de atravesar el valle de Aburrá) y el Río Nechí, en cuyas aguas desemboca el Porce. El río Nare, que en su cuenca alta recibe el nombre de río Negro, no es el más caudaloso, ni el más largo, pero su cuenca es hoy la más importante de Antioquia ya que aporta todo su caudal para los embalses de Guatapé y San Lorenzo, y parte de él para Playas y Punchiná; el sistema interconectado de embalses que origina su cuenca genera el 30% de la hidroelectricidad de Colombia. El río San Juan, el río Penderisco y el río Claro, también hacen parte de la hidrografía del departamento.
La riqueza hídrica del departamento también está representada en sus múltiples ciénagas, como las de Buchadó, Los Medios, Tumaradó, Caucasia, Nechí, El Bagre, Yondó y Puerto Berrío.
Grafica 6 Mapa hidrológico de Antioquia
FUENTE: GOBERNACION DE ANTIOQUIA

5-8
5.1.2.3 CLIMA.
Los principales factores geográficos que condicionan el clima de Antioquia son: su localización en la zona ecuatorial al noroeste de Colombia; la presencia de los ramales occidental y central de la cordillera de los Andes que cruzan de sur a norte; su cercanía a los océanos Atlántico (mar Caribe) y Pacífico; y por último su vegetación.
La localización de Antioquia en la zona ecuatorial de América influye en las temperaturas promedio de sus regiones, desde temperaturas muy altas en las tierras bajas de Urabá y del Nordeste, así como en las tierras bajas de los valles de los ríos Magdalena, Cauca, Porce y Nechí, hasta las muy frías de los páramos de Sonsón y Belmira (cordillera central) y de Frontino (cordillera occidental).
La temperatura disminuye cuando aumenta la altura sobre el nivel del mar, más o menos a una tasa de 5.3 grados centígrados por cada kilómetro de ascenso (5.3 °C/km).
Otros factores que influyen sobre la temperatura son: el tipo de vegetación dominante, por su efecto de sombrío y por el enfriamiento que resulta de la evaporación y transpiración del vapor de agua por las plantas; la cercanía a los océanos por el influjo de las brisas marinas; y la posición con respecto a los valles interandinos por la dirección en la circulación de los vientos húmedos, y por el efecto de recibir la radiación solar principalmente en la mañana o en la tarde.
5.1.2.4 GEOGRAFÍA.
El territorio político del departamento de Antioquia está localizado al noroccidente de Colombia, con dos tercios (2/3) de su área en la Región Andina, su zona noroccidental en el litoral Caribe y su área occidental en la llanura de la Región Pacífica. Ocupa un área total de 62.150 km², lo que corresponde al 5,44% del territorio nacional continental. El departamento está cruzado por las cordilleras Central y Occidental y su relieve es uno de los más escarpados del mundo. El mayor asentamiento humano se presenta en el área del valle de Aburrá y sus regiones aledañas, es decir, el área que rodea a la ciudad

5-9
de Medellín. Buena parte del territorio antioqueño son llanuras que se extienden al occidente, norte y oriente. Los únicos límites montañosos de Antioquia son aquellos del sur, con los departamentos de Caldas, Risaralda y Chocó, y un tramo de Bolívar, al nororiente. Tiene además 240 kilómetros de costa sobre el mar Caribe.
5.1.2.5 Santa Rosa de Osos
POSICIÓN GEOGRÁFICA Santa Rosa de Osos es un municipio de Colombia, localizado en la subregión norte del departamento de Antioquia. Limita por el norte con los municipios de San Andrés de Cuerquia, Yarumal, Angostura y Carolina del Príncipe, por el este con los municipios de Carolina del Príncipe y Guadalupe, por el sur con los municipios de Don Matías, San Pedro de los Milagros y Entrerríos y por el oeste con los municipios de Entrerríos, Belmira y San José de la Montaña. Su cabecera dista 74 kilómetros de la ciudad de Medellín, capital del departamento de Antioquia. El municipio posee una extensión de 812 Km2, su cabecera está ubicada a 2.550 m.s.n.m con una temperatura promedio de 13º C y alberga una población de 42.589 habitantes (según E.B.O.T.)
CLIMATOLOGÍA Y SUPERFICIE
El área del Municipio de Santa Rosa de Osos se estima, según los datos del anuario estadístico de Antioquia, en 812 km2.
En términos generales la zona registra un clima frio muy uniforme a través del año. La temperatura promedio es de 14ºC, a una altitud promedio de 2.550 m.s.n.m de la cabecera municipal y está conformada por vertientes frías.
ECOLOGÍA
El Municipio de Santa Rosa de Osos cuenta con un sistema hídrico bastante complejo, resaltando el hecho de que la mayor parte su territorio está bañado por las aguas de los ríos Grande y Guadalupe, otras zonas más pequeñas drenan a las subcuencas de los ríos Concepción, Tenche, Porce y San Andrés. En cuanto a bosques, aún persisten áreas de bosque intervenido en la Reserva Natural Ecológica Protectora del Alto San Isidro, en la Reserva Natural Ecológica Protectora La Sierra y en la Reserva

5-10
Natural Ecológica Protectora del Cerro San José, ésta última declarada por el Municipio como Área de Manejo Especial. En estas zonas se conserva una buena cantidad de fauna nativa que se encuentra protegida por normatividad ambiental.
ECONOMIA
Santa Rosa de Osos es un Municipio con grandes ventajas comparativas en cuanto a oferta territorial se refiere, dado que se encuentra en una posición geográfica estratégica en el Departamento de Antioquia, al ser paso obligado para los vehículos que transitan hacia la Costa Atlántica y hacer parte del llamado anillo vial del Norte. Cuenta además con un unas condiciones climáticas propicias para diversidad de actividades agropecuarias y se tiene una infraestructura vial en buen estado y con buenas especificaciones técnicas. También se tiene un stock de recursos naturales que marca la diferencia con respecto a lo ofrecido desde el punto de vista natural por otros territorios. La actividad agrícola del Municipio de tipo comercial está sustentada en los cultivos de tomate de árbol, papa, lulo, uchuva y fríjol voluble en la zona del altiplano. La producción en la zona de vertiente que posee unas características climáticas diferentes, está basada en los cultivos de fríjol arbustivo (radical), caña panelera, plátano asociado con café, guayaba y yuca. La explotación ganadera lechera es la actividad económica más importante dadas las ventajas asociadas a la red vial y su localización cerca al Área Metropolitana del Valle de Aburrá. Otra explotación pecuaria encontrada es la porcicultura, asociada a la producción de leche con la utilización de la porquinaza como abono de los pastizales. En lo que respecta a las actividades económicas de tipo industrial, comercial y de servicios, predominan las industrias de procesamiento de productos lácteos con nuevos desarrollos en biotecnología vegetal y animal, sumado a un amplio potencial forestal y turístico, y con no pocas alternativas comerciales. Se detecta un amplio intercambio de insumos y productos, necesarios para la actividad agropecuaria del Municipio, por lo cual se puede establecer que el destino de la producción tiene influencia local, regional, nacional e internacional. También ocupa un renglón importante de la economía de Santa Rosa de Osos, la manufactura en donde hay 33 empresas de confección, muchas de las cuales le confeccionan a grandes empresas y supermercados de cadena como el Éxito.
5.1.2.6 Condiciones demográficas
En la siguiente tabla se muestran los datos de población establecidos por el Dane, (en el último censo) en el Departamento de Antioquia.

5-11
Tabla 2 Población de Antioquia, según censo
Año Población
Total Hombres Mujeres
1985 4,118,938 2,052,974 2,065,964
1990 4,499,838 2,231,341 2,268,497
1995 4,892,418 2,409,128 2,483,290
2000 5,289,302 2,590,923 2,698,379
2005 5,682,276 2,778,262 2,904,014
FUENTE: DANE
Tabla 3 Población de Antioquia con respecto a la población Nacional.
FUENTE: DANE
Tabla 4 Tasa de crecimiento Nacional y Departamental
FUENTE: DANE

5-12
Tabla 4 Población total Censada, por área y sexo, según departamento y municipio (Santa Rosa de Osos)
FUENTE: DANE
05 ANTIOQUIA

5-13
(DINÁMICA DEMOGRÁFICA
Grafica 5. Población del Municipio de Santa Rosa de Osos Fuente: Sisben 2011
La población Santarrosana entre los años 2006 y 2011 ha aumentado en 8640 habitantes. Históricamente se puede observar una tendencia ascendente en el crecimiento poblacional del Municipio (del 20,45% en los últimos seis años), producto de las actividades económicas de alto rendimiento (la agroindustria, oferta en educación, el comercio y la minería en los últimos años), así como de los fenómenos migratorios y de desplazamiento originados por el conflicto armado, lo cual ocasiona el arribo de población flotante en busca de mejores oportunidades socio económicas.
Fotografía 1 Estado actual de la vía
Fuente: Google Earth

6-14
Esta vía tiene gran potencial no solo para ser una futura arteria de la ciudad sino también puede ser considerada como infraestructura social y económica debido a que con ella se mejora la calidad de vida de los habitantes de la zona de influencia y se proporciona una ruta directa para el suministro de materias primas a las fábricas textiles u otros establecimientos comerciales ubicados en el sector.
Esta vía históricamente ha carecido de adecuaciones urbanísticas que aporten al bienestar de la comunidad y de una superficie de rodadura cómoda y segura para el tránsito vehicular. Esta situación plantea la necesidad de diseñar una infraestructura vial que optimice las exigencias presentadas por la circulación vehicular, teniendo como objetivo principal proporcionar un sistema que brinde eficiencia, y sea a su vez seguro, económico y durable en el tiempo.
6. CARACTERIZACION VIAL
6.1 ESTADO ACTUAL DE LA VIA.
La vía a evaluar es una vía que se encuentra en un primer tramo con un pavimento muy deteriorado y un según tramos sin ninguna intervención, corresponde a un terreno ondulado con una capacidad de soporte de la subrasante media. Nivel de tránsito vehicular es bajo.
El primer sector se encuentra en pavimento rígido en muy mal estado y las de la mitad de la zona del proyecto se encuentra a nivel de afirmado, sin una adecuada estructura que permita la operación vehicular confortable y segura.

6-15
Fotografía 2 Primer sector con pavimento rígido en mal estado
Fotografía 3 Sector 2 en estado de superficie de rodadura a nivel de afirmado

6-16
Fotografía 4 Ancho de vía existente
La vía existente tiene un ancho irregular, pero sus dimensiones promedios se pueden establecer como:
Número de carriles: 2
Ancho de carriles: 2.90m
Ancho de andén: 1.40m
Debe haber restricción de no parqueo, dado el ancho de la vía y en caso de accesos a comercio se debe implementar horarios de carga y descarga. Esta restricción debe ser más relevante si por la vía se va a implementar rutas regulares de buses o sistema público de transporte de pasajero o cuando se utilice como vía variante por eventos no previstos.
Según el Plan Básico de Ordenamiento territorial esta vía está clasificada como residencial y el PLAN VIAL (Articulo 26) establece que para vías nuevas, las dimensiones mínimas a establecer serán:
Calzada: 6.0m
Anden: 1.00m

7-17
Lo anterior determina carriles de 3.0m de anchos.
Como consecuencia de la caracterización vial se obtiene los siguientes parámetros de diseño mínimos en los tramos nuevos a construir:
Tabla 5 PARAMETROS DE DISEÑO DE ACUERDO A LA CARACTERIZACION DE LA VIA
Parámetro
Valor
Parámetro
Valor
Velocidad de diseño
40 km/h
Ancho de zona
20 – 24 m
Ancho de calzada
6 m
Ancho de Anden
1.0 m
Pendiente Transversal
2%
Pendiente longitudinal máxima
4%
Peralte máximo
6%
Radio de curvatura
15m
Fuente: PROPIA
7. GEOTECNIA PARA PAVIMENTOS
7.1 EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA
La exploración de campo en el área de la geotecnia vial consistió de apiques aproximadamente cada 130 m, hasta una profundidad de hasta 1.1 m, en donde se definieron los distintos estratos constituyentes de la estructura actual del pavimento. De cada estrato se realizaron ensayos para clasificación de los suelos:
 Gradación
 Limite liquido
 Limite plástico
Igualmente a nivel de subrasante se realizaron CBR “inalterados” en el caso de suelos granulares se realizaron CBR de laboratorio, densidad de campo y equivalentes de arena.
La estructura actual corresponde a suelos naturales, muy homogéneos en vertical, hasta la profundidad de análisis.

7-18
Fotografía 5 Apique para toma de muestras y caracterización de subrasante
Fuente: PROPIA

7-1
Tabla 5 Datos apiques
Seccion ABSCISA PROFUNDIDAD (m)
Humedad.
Natural (%)
%Pasa Tamiz
No 10
%Pasa
Tamiz No 40
%Pasa Tamiz
No 200
Limite
Liquido
Indice de
Plasticidad
CBR
NEVEL
FREATICO
Indice de
Grupo
A.A.S.H.T.O U.S.C
1 APIQUE 1 0.2 9.6 16.5 7.7 2.2 NL NP A-1-a GP
2 APIQUE 1 0.8 17.0 96.1 63.5 45.4 45.0 16.0 2.9 4 A-7-6 SM
3 APIQUE 2 0.3 19.3 23.0 14.4 8.2 37.0 8.0 0 A-2-4 GP GM
4 APIQUE 2 0.7 14.6 89.7 73.4 54.0 52.0 20.0 1.1 9 A-7-5 MH
5 APIQUE 3 0.4 13.9 92.8 66.4 22.0 45.0 18.0 1 A-2-7 SM
6 APIQUE 3 0.7 19.5 94.1 61.7 42.9 48.0 19.0 2.5 4 A-7-6 SM
7 APIQUE 4 0.5 19.7 61.3 38.3 19.2 37.0 11.0 0 A-2-6 SM
8 APIQUE 4 0.9 19.8 98.0 77.4 55.9 49.0 17.0 1.2 8 A-7-5 ML
LOCALIZACION CARACTERIZACION CLASIFICACION
DESCRIPCION
Arena limosa
Limo de baja plasticidad
Grava pobremente gradada
Limo arenoso
Grava con limo pobremente grdada
Limo de alta pplasticidad
Arena limosa
Arena limosa
Fuente: PROPIA

7-1
Análisis de las condiciones de humedades de la subrasante.
Las humedades naturales reportadas están en el rango de 9% al 20%.
Un alto porcentajes de suelos son preconsolidados, estimado de la correlación existente este la humedad natural y el límite líquido).
Por correlación1, se determina la compresibilidad de los suelos naturales así:
Tabla 6 Compresibilidad de los suelos
Término utilizado
Limite Liquido (LL)
Ligera a baja compresibilidad
0 a 30
Moderada a intermedia
31 a 50
Alta compresibilidad
51 y mayor
Fuente: MECANICA DE SUELOS K. TERZAGI
Igualmente se determina la plasticidad y resistencia en estado seco:
Tabla 7 Plasticidad de los suelos
Término utilizado
Índice de plasticidad (IP)
Resistencia en estado seco
No plástico
0- 3
Muy baja
Ligeramente plástico
4-15
Ligera
Medianamente plástico
15 – 30
Mediana
Muy plástico
31 o mayor
Alta
Otros términos utilizado comúnmente para determinar el grado de actividad del suelo es con respecto al contenido de arcillas2, como se muestra en la tabla siguiente:
1 K. Terzaghi, Teoretical Soil Mechanic, John Wiley & Son, 1943
2 Manual para el diseño de carreteras pavimentadas de bajo volumen de transito – Ministerio de Transporte y comunicaciones del Perú - 2007

7-2
Tabla 8 Característica del suelo de acuerdo a su plasticidad - complemento
En un alto porcentaje de las muestras ensayadas presentan compresibilidad baja a intermedia y plasticidad baja a media y caracterizándose por ser suelos arcillosos.
7.2 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS DE LA SUBRASANTE - SECTORIZACIÓN
7.2.1 Características cualitativas
Las gravas y las arenas se clasifican como limpias o con finos cuando el porcentaje de estos es inferior al 5% o superior al 12% respectivamente.
Por condiciones de drenaje y comportamiento mecánico se acepta, normalmente, lo establecido en la tabla9.

7-3
Tabla 9 Características de los suelos según clasificación SUCS
Fuente: INGENIERIIA GEOLOGICA
La AASHTO establece condiciones de tipología y calidad como subrasante de los suelos como se observa en la tabla No. 10.

7-4
Tabla 10 Características de los suelos según clasificación AASHTO
Además, se establece en la clasificación AASHTO que a mayor índice de grupo el suelo es menos satisfactoria
El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y subrasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas3, la tabla No. 911 da una clasificación típica:
Tabla 11 Clasificación de suelos para Infraestructura de Pavimentos
3 Mecánica de suelos – Universidad Católica de Chile - 2008 CBR CLASIFICACION 0 – 3 Subrasante muy mala 3– 7 Subrasante mala 7– 20 Subrasante regular a buena 20 – 30 Subrasante muy buena 80 – 100 Base muy buena

7-5
En base a los resultados de la exploración geotécnica y a las correlaciones arriba mencionadas, se
presenta un resumen de las características geomecánicas esperada de los suelos de subrasante
estudiados en el corredor vial.
Tabla 12 Característica calificativas de los suelos de subrasante
RESISTENCIA
Seccion ABSCISA PROFUNDIDAD (m)
Humedad.
Natural (%)
Limite
Liquido
Indice de
Plasticidad
Indice de
Grupo
A.A.S.H.T.O U.S.C CBR PLASTICIDAD COMPRESIBILIDAD
RESITENCIA SUELO
SECO
CAPACIDAD DE
SOPORTE
1 APIQUE 1 0.2 9.6 NL NP A-1-a GP No arcilloso Ligera Baja
2 APIQUE 1 0.8 17.0 45.0 16.0 4 A-7-6 SM 2.9 Arcillososo Intermedia Media Muy mala
3 APIQUE 2 0.3 19.3 37.0 8.0 0 A-2-4 GP GM Poco arcilloso Moderada Ligera
4 APIQUE 2 0.7 14.6 52.0 20.0 9 A-7-5 MH 1.1 Arcilloso Alta Media
5 APIQUE 3 0.4 13.9 45.0 18.0 1 A-2-7 SM Arcilloso Intermedia Mediana Muy mala
6 APIQUE 3 0.7 19.5 48.0 19.0 4 A-7-6 SM 2.5 Arcilloso Intermedia Mediana
7 APIQUE 4 0.5 19.7 37.0 11.0 0 A-2-6 SM Arcilloso Intermedia Ligera
8 APIQUE 4 0.9 19.8 49.0 17.0 8 A-7-5 ML 1.2 Poco arcilloso Intermedia Ligera Muy mala
LOCALIZACION HUMEDAD CLASIFICACION CARACTERISTICA
Fuente: PROPIA
Tabla 13 Distribución porcentual de clasificación de los suelos de subrasante
Fuente: PROPIA

7-6
De lo anterior se deduce que existe un alto porcentaje de suelos son tipo finos limo - arenosos (SM) que corresponden a suelos lateriticos (rojos) especialmente en la subrasante; pero se identifican suelos problemáticos de muy baja capacidad portante, alta expansibilidad y plasticidad, baja capacidad drenante como los MH.
7.2.2 Características de soporte
Los valores de los CBR se encuentran entre 1.1% y 2.9%, lo cual significa muy baja capacidad de soporte y todo los sistemas de diseño considerar que en la presencia de estos tipos de suelos se deben realizar reemplazos o mejoramientos, a efecto de obtener módulos combinados de la subrasante de mejores características.
Debido a que el sector es poca longitud a que los suelos son homogéneos en cuanto a su calificación (particularmente en la subrasante natural) y por facilidades constructivas se determina un solo tramo homogéneo, a efecto de obtener las características de resistencia de a subrasante. No se considera los rellenos, aproximadamente 35 cm en el pavimento deteriorado y 10 cm en afirmado, dado su pobre condición en cuanto al cumplimiento de especificaciones y condiciones óptimas de aporte estructural.
7.2.3 Materiales viales – Fuente de Materiales
Subrasante: Los suelos reportados se consideran poco competentes en cuanto a la calidad como subrasante, en este caso dado su alto contenido de materiales arcillosos. Subrasantes con CBR menor a 3%, deben ser modificadas o reemplazadas hasta obtener un valor mínimo de del 3%, preferiblemente 5%, como CBR de la combinación del sistema.
Afirmado o rellenos: El material de rellenos debe cumplir lo dispuesto en los artículos 300 - 07 y 311 - 07 de las especificaciones generales de construcción, además este material debe tener como mínimo un CBR de 10%.

7-7
Subbase: El material de subbase debe cumplir todo lo dispuesto en los artículos 300 - 07 y 320 - 07 de las especificaciones INVIAS y el CBR a una densidad del 95 % del Proctor modificado deberá ser mínimo 30%.
Base granular: Este material deberá cumplir todo lo establecido en los artículos 300 - 07 y 330-07, de las especificaciones INVIAS actualizadas, el CBR a una densidad del 95 del Proctor modificado deberá ser mínimo del 100%.
Carpeta asfáltica: dada las condiciones climáticas y de tránsito de la región se debe garantizar un adecuado comportamiento de la carpeta asfáltica, y cumplir con lo establecido en la especificación 450-07 del INVIAS.
Concreto para losas de pavimento: el hormigón de las losas para estructura de pavimento deberá cumplir mínimo con un módulo de rotura de 3.9 MPa, a los 28 días de colocado y bajo condiciones controladas de curado.
Acero de refuerzo: Los pasadores de cargas será sin estrías o corrugaciones, los refuerzos de amarre lateral deberán ser corrugados; la resistencia a la fluencia será de 420 MPa.
La característica de la mezcla asfáltica a utilizar se resume a continuación.
7.2.4 Modulo Mezcla Asfáltica.
La rigidez de la mezcla asfáltica es de primordial importancia al determinar que tan bien se comporta un pavimento y es esencial para el análisis de la respuesta del pavimento a las cargas vehiculares.
El módulo dinámico de la mezcla lo afectan los siguientes factores:
 Nivel de esfuerzos
 Frecuencia de carga

7-8
 Tipo de cemento asfáltico
 Contenido de cemento asfáltico
 Tipo de agregado
 Contenido de vacíos de la mezcla
 Tipo y contenido de modificadores
 Procedimiento y tipo de la prueba o test
 Temperatura de la mezcla.
Los diversos estudios sobre pruebas diametrales y pruebas axiales muestran que existe poca influencia del nivel de esfuerzos y de la frecuencia de carga sobre el módulo de la mezcla; se observa un ligero incremento del valor del módulo al aumentar la frecuencia de la carga. Por otro lado, se observa que las pruebas diametrales dan resultados mayores de módulos a los obtenidos por ensayos axiales. Los módulos de las mezclas asfálticas son mayores para bajos niveles de carga y decrecen con incrementos en el contenido de asfalto y con altos contenidos de vacíos.
El módulo de la mezcla asfáltica depende considerablemente de la temperatura a la cual se realiza la prueba o a la cual opera la vía. Se ha determinado que con un incremento en la temperatura se produce un decremento notable en los valores de los módulos de la mezcla. Investigadores han observado que al aumentar la temperatura de 0 a 20°C, se tiene un decremento del 60 al 70% en los valores del módulo y alrededor del 90% de disminución de los valores, cuando se incrementa la temperatura de la prueba de 20 a 40°C.
Existen diversos métodos de laboratorio para determinar el valor del módulo de la mezcla asfáltica. Para efecto de este diseño se establece el valor del módulo de la mezcla asfáltica en base a correlaciones aceptadas a este nivel de los estudios. Este valor de módulo se debe comprobar con ensayos dinámicos sobre la mezcla fabricada en la región, y hacer los ajustes correspondientes al diseño.
Para efecto del presente estudio se consideran asfaltos de penetración 60 – 70, considerando su mejor desempeño para control de roderas.

7-9
Frecuencia de aplicación de la carga
La velocidad de operación normal para vehículos pesados en este tipo de vías es de 45km/h, desarrollada más por la falta de ocupación real de la vía, que por las características geométricas de la misma.
El tiempo de aplicación de la carga se determina en base al espesor de la mezcla y de la velocidad de operación de los vehículos pesados.
Dónde:
t: tiempo de aplicación de la carga en seg
h: espesor de la capa de pavimento
V: velocidad de operación vehículos pesados (km/h)
La frecuencia se determina en base a la siguiente formula:
Con los datos de diseño tenemos que la frecuencia de aplicación de carga es de 8.04 Hz y un tiempo de aplicación de la carga 0.02 seg.
Temperatura de la mezcla asfáltica Tmix
El asfalto es un material que se considera elástico – lineal a temperaturas bajas y frecuencias de carga altas, pero muestra propiedades viscosas y plásticas a temperaturas altas. Debido a este

7-10
comportamiento, las cargas de transito generan deformaciones permanentes en las capas asfálticas, especialmente durante los periodos cálidos o calientes.
Se considera que las variaciones de la temperatura de la zona del proyecto tienen influencia directa sobre las características mecánicas y dinámicas de los materiales asfálticos (módulo de elasticidad dinámico).
Datos de Temperatura y Precipitación (Medioambiente)
El clima es templado y cálido en Santa Rosa de Osos. Hay precipitaciones durante todo el año en Santa Rosa de Osos. Hasta el mes más seco aún tiene mucha lluvia. La clasificación del clima de Köppen- Geiger es Cfb. La temperatura media anual en Santa Rosa de Osos se encuentra a 15 °C. Hay alrededor de precipitaciones de 2083 mm4.
Grafica 7 Pluviografía mensual promedio
Fuente: ES.CLIMATE-DATA.ORG
4 es.climate-data.org

7-11
Grafica 8 Comportamiento mensual de la temperatura en la zona
Tabla 14 Datos resumen de climatología de la zona

7-12
La temperatura media más probable de la mezcla de acuerdo a las características del sector (Tmix) es
determinada por la expresión desarrollada por Witczak:
6
4
34
4
1
1  




 




 
Z Z
T TMIX a
Ta: temperatura media anual en ºF
Z: altura de medición de la temperatura en pulgada (se considera un tercio del espesor de la carpeta
asfáltica)
De acuerdo a lo anterior Tmix = 24°C
Índice de penetración y temperatura T800 del asfalto
Para los asfaltos de penetración 60 – 70, de acuerdo a registro anexo se tiene:
• Penetración: 62 0.01 mm
• Penetración asfalto envejecido: 40 0.01 mm
• Punto de ablandamiento: 51.2°C
• Índice de penetración: -1.1
Para las mezclas de la planta de producción de región tenemos:
• Peso unitario del asfalto (kg/cm3): 1.030
• Volumen de agregados (Vg): 84.0%
• Volumen de asfalto (Vb): 10.5%
• Volumen vacíos con aire (Va): 4.9 %
• Pasa tamiz No. 200: 6%

7-13
Módulo de la mezcla asfáltica Metodología Instituto del Asfalto Modificada por Miller
Se adopta la metodología propuesta por el Instituto del Asfalto modificado por Miller para determinar el valor del módulo elástico de la mezcla a la temperatura de operación de la vía.
Dónde:
|E*| = Modulo dinámico (105 psi)
f: frecuencia en Hz
T: es la temperatura del pavimento en °F
h (106,70): es la viscosidad del asfaltos a 70°F (megapoise)
P77°F: Penetración en asfalto original a 77°F
P200: es el pasa 200 de la gradación de la mezcla.
Va: es el volumen de los huecos con aire.
Vb: es el volumen de asfalto
Pac: porcentaje de cemento asfaltico por peso.
Popt: porcentaje óptimo de asfalto.
Temperatura de las mezclas asfálticas (Tmix): se considera que las variaciones de la temperatura de la zona del proyecto tienen influencia directa sobre las características mecánicas y dinámicas de los materiales asfálticos (módulo de elasticidad dinámico).

7-14
Tabla 15 Modulo de mezcla asfáltica con asfalto de penetración 60 – 70
PARAMETRO VALOR
Frecuencia (Hz) 9.95
Temperatura del pavimento (°F) 75.81
P200 (pasa 200 de la mezcla) 6.00
Vv(% del volumen de vacios con aire) 4.90
Vb (% de volumen de asfalto) 10.50
Penetracion a 77°F (25°C) 62.00
h(106,70°F) - Viscocidad a 70°F en 106 poise
h(106,70°F) - Viscocidad a 70°F en 106 poise 3.448
Beta 1 0.832
Beta 2 5,378.345
Beta 3 1.617
Beta 4 5.072
Beta 5 1.797
Modulo dinamico (psi) 679,407.75
RESULTADOS
Fuente: PROPIA
Módulo dinámico de la mezcla asfáltica a 23ºC y 8 Hz y asfalto de penetración 60 - 70: 47,500 kg/cm2
(4,658 MPa), a efecto de este diseño se toma como valor del módulo de la mezcla asfáltica el 80% del
valor obtenido por correlación (esto por el muy alto valor para asfaltos convencionales y que además
se reportan máximas en temperatura de hasta 20°C, lo que baja el módulo de la mezcla a un valor
próximo a los 16,000 kg/cm2).
Módulo de diseño mezcla asfáltica: 38,046 kg/cm2 (3,731 MPa)

8-15
8. DISEÑO ESTRUCTURA PAVIMENTO
8.1 METODOLOGIA
Actualmente existen un sinnúmero de metodología de diseños dentro de las cuales se califican como empíricas o mecanicistas, dependiendo de los insumos que utilizan para establecer algunas variables de diseño y de la forma como se obtiene el resultado final de los espesores de la estructura y de su características de comportamiento mecánico, cuando estas se pueden establecer.
En el país el INVIAS ha establecido Manuales de Diseño para pavimentos, distinguiendo el rango de carga esperado en el periodo de diseño, estos tienen como plataforma el método AASHTO – 93 y las condiciones regionales de clima, carga y tipo de materiales viales. La tendencia moderna es a utilizar métodos mecanicistas y sistemas de diseños como el AASHTO 2002, donde, dependiendo del nivel de detalle de la información primaria, se utilizan sistemas mecánicos multicapas basados en las ecuaciones de Boussinesq de 1885 y refinadas las soluciones posteriormente por Burmister en 1945.
La metodología a utilizar en este diseño corresponde a la establecida por la AASTHO -93 y actualizada o complementada en el año de 1998. Posteriormente se hace un análisis mecánico de la estructura diseñada, para determinar si cumple con los esfuerzos y deformaciones admisibles de las funciones de transferencias como la de la Shell de acuerdo a consideraciones medioambientales predominantes en la zona del proyecto. Además se chequera la deflexiones máximas en base a datos tomados en forma experimental y reseñada en la literatura técnica.
8.1.1 Procedimiento General
El diseño estructural se basa en la determinación de los números estructurales de las distintas capas del pavimento, considerando las condiciones de drenaje (coeficiente mi, el aporte estructural de los materiales (coeficiente ai) y los espesores de las capas estructurales (Di).
SN=a1*D1+a2*m2*D2+a3*m3*D3+a4*m4*D4

8-16
SN = SN1+SN2+SN3+SN4
Donde SN1 corresponde a la carpeta asfáltica, SN2 a la base granular, SN3 a subbase granular y SN4 a los
materiales granulares remanentes u otra capa de material de aporte. La ecuación anterior no
determina una solución única; de las posibles combinaciones de espesores se debe escoger la solución
más viable desde el punto de vista técnico y económico.
El número estructural SN se debe calcular con la ecuación modificada de la AASTHO:
2.32log 8.07
0.4 1094/( 1)
log( /(4.2 1.5))
log 9.36log( 1) 0.20 18 0 5.19  
 
 
     R R M
SN
PSI
W Z S SN
El procedimiento para determinar los espesores de diseño, usualmente, inicia con las capas superiores.
Grafica 9 Esquema general de diseño
Fuente: elaboración propia
1.0 Usando E2 como MR se determina el SN1, necesario sobre la base granular y se calcula el espesor
de la carpeta asfáltica.
1
1
1 a
SN
D 
2.0 Usando E3 como MR se determina el SN2, necesario sobre la subbase granular y se calcula el

8-17
espesor de base granular.
2 2
2 1 1
2 a m
SN a D
D


3.0 En base al módulo resiliente de la subrasante MR, se resuelve la ecuación de la AASHTO y se
determina SN3 y con esto el espesor de la capa de subbase.
3 3
3 1 1 2 2 2
3 a m
SN a D a D m
D
 

Anotamos aquí, que es técnicamente inadecuado, cuando al utilizar el proceso de diseño, disminuir o
modificar los espesores de la estructura obtenida en el diseño, por consideraciones de análisis con
otros sistemas de diseño o de comprobación. Se aceptan ajustes de espesores en base a redondeo de
los espesores de acuerdo a secciones técnicamente construibles. Los espesores obtenidos por el
método AASHTO son llamados por algunos diseñadores “económicamente desbalanceados”, por lo
cual manipulan el espesor del concreto asfáltico a valores mínimos, lo cual es violatorio del análisis de
capas y constituye un diseño viciado en lo que respecta a la metodología AASHTO - 93. Esto se
encuentra con frecuencia en publicaciones publicitarias sobre productos para la estabilización o el
refuerzo de algunos componentes de los pavimentos5.
8.1.2 Parámetros de diseño
8.1.2.1 CBR de diseño – Modulo resiliente de la subrasante
El método AASHTO se basa, en parte, por determinaciones probabilísticas de las condiciones de
resistencia de la subrasante y el tránsito, igualmente el sistema establece que las condiciones de la
resistencia de la subrasante corresponden al promedio ponderado y de acuerdo a las variación
estacional del valor del parámetro que mide la resistencia de la subrasante, que en este caso es el
módulo resiliente de la subrasante o modulo recuperable. En nuestro medio se utiliza, normalmente, el

8-18
CBR, ensayo monotónico, para correlacionar posteriormente el módulo resiliente del suelo de subrasante. Esta es una aproximación burda de estimación de las condiciones de soporte del suelo bajo cargas cíclicas o móviles, ya que realmente el módulo resiliente de la subrasante depende de muchos factores, entre los que se cuenta el estado de tensiones, las condiciones de humedad y de compactación; lo que quiere decir que el módulo de resiliencia de un suelo real adopta infinitos valores en su vida de carga. A falta de mayor y mejores datos se utiliza las correlaciones conocidas para determinar el valor del módulo resiliente del suelo de diseño.
La Guía AASHTO propone la siguiente ecuación para correlacionar el CBR con el módulo resiliente de la subrasante:
Ecuación 1
Esto para suelos finos y con CBR menor a 10%. También es utilizada la ecuación la siguiente, particularmente para suelos menos finos:
(Ecuación 2)
Para suelos granulares. En Sudáfrica se desarrolla la Ecuación 3, que tiene valides para CBR mayores al 7.2% y menor al 20%
(Ecuación 3)
La Guía AASHTO 2002, propone la siguiente ecuación:
(Ecuación 4)
Para el presente estudio se utilizara la ecuación No. 4
5 Curso de Actualización en Pavimentos – Ing. Luis Ricardo Vasquez Varela - 2002.

8-19
En la tabla 16 se presentan los módulos resiliente de diseño en cada tramo homogéneo. Además se
muestra el modulo para el CBR de percentil 75%, normalmente utilizado para diseños o verificaciones
por métodos mecanicistas, a este nivel de tránsito.
Tabla 16 Modulo resiliente de diseño
Apique CBR (%) Mr (psi)
1 2.90 5050.40
2 1.10 2715.70
3 2.50 4592.75
4 1.20 2871.22
Promedio 1.93 3807.52
Percentil 75% 1.175 2832.34
Fuente: PROPIA
El módulo resiliente de la subrasante promedio es de 268 kg/cm2 y el percentil 75% es de 199 kg/cm2.
Los valores de módulos resilientes son inferiores a 300 kg/cm2, por lo que los suelos son poco
adecuado como subrasante.
8.1.2.2 Coeficiente de drenaje
La zona de estudio coincide aproximadamente con la posición media de la zona de convergencia
intertropical (CIT) y esto determina algunas de las características principales como lluvias abundantes,
régimen de distribución bimodal, alto contenido de humedad del aire, estas características lo definen
como un clima ecuatorial típico.
La distribución anual de la precipitación presenta un régimen bimodal con dos periodos lluviosos: el
primero, de marzo a junio, con lluvias máximas en abril y mayo, y el segundo, de septiembre a
noviembre, con lluvias máximas generalmente en octubre. Estos períodos están separados por otros
dos menos húmedos, de diciembre a febrero y de julio a agosto.

8-20
La condición de drenaje es determinada según el valor del Coeficiente de Drenaje (m), este depende de la calidad del drenaje y del porcentaje de tiempo en el que el material de la estructura va estar expuesto a niveles de humedad cercanos a la saturación.
El valor de este coeficiente varía de 0.4 a 1.4. El valor de 0.4 corresponde a malas condiciones de drenaje y 1.4 el valor correspondiente a excelentes condiciones de drenaje.
Se estima como tiempo máximo para la remoción del agua, en la zona del proyecto, en un día, esto considerando el tipo de materiales de las subrasante y de las capas estructurales.
Tabla 17 Calidad del drenaje en función del tiempo de remoción del agua Fuente: MANUAL AASHTO -93
Asistido por el programa DRIP se determina, en base a las condiciones geométricas de la vía y la pluviografía de la zona, el valor del coeficiente de drenaje AASHTO – 93.

8-21
Grafica 10 Geometría de sección típica
Fuente: PROPIA – PROGRAMA DRIP

8-22
Grafica 11 Característica drenante de la base
Fuente: PROPIA – PROGRAMA DRIP
Las características de drenaje son tolerables o aceptables.
Se determina el porcentaje de tiempo que la estructura estará expuesta a niveles de humedad
cercanos a la saturación. De acuerdo a la pluviografía de la zona existen siete (8) meses de alta
pluviosidad en la región.
12
max
%
Mesesde imaprecipitacion
Tiempo 

8-23
66%
12
8*100
%T  
De la tabla 18, se determina que el coeficiente de drenaje para bases granulares es de 0.80 y para
subbases granulares de 0.80, considerando que las características de drenaje de acuerdo al tipo de
materiales es aceptables.
Tabla 18 Valores de coeficiente de drenaje en función de tiempo de exposición próximos a la
saturación
Fuente: MANUAL AASHTO -93
8.1.2.3 Numero de ejes equivalentes a 8.2 ton.
El sistema de diseño establece que se determine el número de ejes equivalentes a 8.2 ton, en el
periodo de diseño y en carril de diseño.
Los sistemas modernos de determinación del número de ejes equivalentes a 8.2 están basados en
espectro de carga, siempre y cuando haya estaciones de pesaje, situación que no es la correspondiente

8-24
a este proyecto. Además, estos mismos sistemas consideran que el factor daños es propio de cada
estructura y de su sistema de cargas, daños que se debe establecer en base a la acumulación de los
mismos (teoría de Miner) con el efecto de las cargas. En este caso particular y a falta de más datos se
tomó (ver estudio de tránsito) los factores daños del INVIAS.
Tomado del estudio de transito el número de ejes equivalentes a 8.2 ton es de 195,837 para 10 años
diseño pavimento asfaltico y 570,566 para 20 años diseño pavimento rígido.
8.1.2.4 Módulo de la mezcla asfáltica – coeficiente estructural
Para determinar el número estructural de la mezcla asfáltica se requiere conocer el modulo elástico de
la carpeta asfáltica a 20ºC.
Tabla 19Modulo de elasticidad de mezcla asfáltica a 20°C
Parametro Descripcion Valor
Pac
Porcentaje de cemento asfaltico
por peso de la mezcla
5.0715
Vb
Contenido optimo de asfalto en
volumen 10.50
P200 Porcentaje pasa tamiz No. 200 6.00
f Frecuencia de carga (Hz) 8.00
Vv Volumen de vacios 4.90
h(106,70)
Viscosidad del cemento asfaltico en
megapoise a 70°F
T Temperatura de la mezcla en °F 68.00
P77°F Penetracion del asfalto a 77°F (25°C) 62.00
h(106,70)
Viscosidad del cemento asfaltico en
megapoise a 70°F
3.45
C1 Constante 1 1.627
Cx Constante exponente 1.750
C2 Constante 1 -0.228
E (psi) Modulo de la mezcla asfaltica (psi) 842,636.32
DATOS
RESULTADOS
Fuente: PROPIA

8-25
La Guía AASHTO – 93 establece el valor del módulo a una temperatura de 20°C, con lo cual se obtiene alto valor de módulos de la mezcla a las frecuencias normales de operación vehicular; la zona de proyecto presenta una temperatura media de 33°C y módulo de la mezcla asfáltica de 254,000; se utilizara este último valor para determinar el coeficiente estructural de la mezcla asfáltica.
Donde Eca, es el modulo elástico de la mezcla asfáltica en ksi y el coeficiente estructural de esta debe ser mayor a 0.20 y menor a 0.44.
a1= 0.40
8.1.2.5 Coeficiente estructural subbase y base granular
La subbase granular a utilizar debe tener un CBR de 30% a lo que le corresponde un coeficiente estructural de 0.11 y la base granular será de CBR mínimo del 100%, a lo que le corresponde un coeficiente estructural de 0.14.

8-26
Tabla 20 Coeficiente estructural AASHTO para subbase granular
Tabla 21 Coeficiente estructural AASHTO para base granular

8-27
8.1.2.6 Parámetro de serviciabilidad y de confiabilidad
En esta metodología, se considera como factor importante de diseño el índice de serviciabilidad y la
pérdida de serviciabilidad en el transcurso de la vida útil del pavimento. Para efecto de este diseño se
considera un índice inicial de 4.1 y un índice final de 2.2. Se anota que el índice de serviciabilidad inicial
del ensayo AASHO fue de 4.2 y que para vías secundarias se recomienda utilizar una serviciabilidad final
de 2.1, con lo cual se tiene
PSI  4.12.2 1.9
La confiabilidad de un proceso de diseño – desempeño de un pavimento es la probabilidad de que una
sección de pavimento, diseñada mediante ese proceso, se desempeñe de forma satisfactoria para las
condiciones de tránsito y medio ambiente imperantes durante el período de diseño. El período de diseño
corresponde al lapso de tiempo transcurrido en el cual el pavimento se deteriora y pasa de una
serviciabilidad inicial a una terminal.
La confiabilidad asumida debido al tipo de vía (rural - secundaria) es de 90%, con un error estándar de
0.44 y una desviación estándar de -1.282
8.1.3 Estructura de Diseño.
8.1.3.1 Espesores mínimos
La Guía de diseño de AASHTO6 recomienda los siguientes espesores mínimos para carpeta asfáltica y
base granular de acuerdo al nivel de tránsito del proyecto.
Tabla 21 Espesores mínimos AASHTO
Capa Espesor
pulg
Espesor
cm
Carpeta asfáltica 2.5 6.0
Base granular 4.0 10.0
6 Aashto Guide for Design of Pavement Structures Pag – II-35 Table “Minimum Thickness (inch)”

8-28
8.1.3.2 Espesores de diseño
Basado en los datos anteriores y utilizando una rutina que resuelve la ecuación AASHTO - 93 se
muestra los cálculos correspondientes a los espesores de diseño.
Tabla 22 Diseño AASHTO -93
Ecuación AASHTO - 93 Pavimentos Flexibles Sistema Ingles S.I. (cm)
Numero de ejes equivalentes de 8.2 ton 195,837.00
Serviciabilidad inicial 4.10
Serviciabilidad final 2.20
Modulo resiliente de la subrasante (psi) 3,807.50
Confiabilidad 90.00
Desviación estándar del error (So) 0.44
Modulo mezcla densa en caliente (psi) 364,000.00
Modulo base granular (psi) 31,000.00
Modulo subbase granular (psi) 15,500.00
Coeficiente de drenaje base granular 0.80
Coeficiente de drenaje subbase granular 0.90
Desviación normal para la servicibilidad (Zr) -1.282
Coeficiente estructural mezcla densa 0.400
Coeficiente estructural base granular 0.141
Coeficiente estructural subbase granular 0.112
Coeficiente estructural mezcla densa 0.400
Coeficiente estructural base granular 0.140
Coeficiente estructural subbase granular 0.110
Numero estructural requerido
Espesor mezcla densa en caliente (pulg) 3.75 9.52
Espesor base granular (pulg) 4.28 10.86
Espesor subase granular (pulg) 13.63 34.62
Espesor mezcla densa en caliente (pulg) 2.95 7.5
Espesor base granular (pulg) 7.87 20
Espesor subase granular (pulg) 13.78 35
Numero estructural diseño
Numero de ejes equivalentes de 8.2 ton diseño
Coeficientes estructurales asumidos
Resultado de calculo coeficientes estructurales
Calculos teorico de diseño
Espesores asumidos diseño
3.358
3.427
222,985
Fuente: PROPIA

8-29
Grafica 12 Estructura de diseño AASHTO -93
Fuente: PROPIA
8.1.3.3 Verificación analítica
A modo de chequeo o ajustes se presenta el análisis mecánico de cada uno de los sectores, y se verifica que cumplan con las funciones de transferencias que regulan los esfuerzos de tracción en la fibra inferior de las capas con ligantes y los esfuerzos de compresión en la fibra superior de la subrasante, así como el control de la deflexión máxima.
8.1.3.3.1 Funciones de transferencia – valores admisibles
En pavimentos asfálticos, los principales deterioros se asocian a fenómenos de agrietamiento por tensión en la fibra inferior de la mezcla asfáltica y deformación permanente por compresión de la fibra superior de la subrasante.
Los orígenes del agrietamiento más considerado es el generado por la aplicación de cargas repetidas que induce la fatiga del material, donde la carga repetida la puede inducir el tránsito vehicular (propagación ascendente), o los ciclos de temperatura existentes en el sitio (propagación descendente).

8-30
Tabla 23 Sistema de falla por agrietamiento por tensión
Fuente: Concepto mecanicista de pavimentos SCT.
Las deformaciones permanentes se originan por la compresión y consolidación del material ante la acción de los esfuerzos normales y cortantes, transmitidos por el flujo vehicular.
La deformación permanente que observamos en la superficie de rodamiento, es la suma acumulada de la contribución de todas las capas de la sección estructural en un pavimento. Sin embargo, es práctica común para fines de diseño, que la componente principal se debe al terreno de cimentación, y que la que resulta de las otras capas se puede controlar con una buena selección de materiales y prácticas constructivas adecuadas.
Deformación máxima admisible a tracción en la carpeta asfáltica
Para efecto de los diseños se utilizaran las expresiones matemáticas resultante de los ensayos de la Shell (basados, principalmente, de los resultados de la pista de la AASHTO).

8-31
Formula Shell Modificada para confiabilidad del 95%
  
0.2
6
0.36
10
5
5 10 1 10
36.43 1.83 9.71 24.04 10
 
 







   
x
N
x
x
E
IP IPxV V x x mix lab
t b b 
Para ensayo a deformación constante, en capas delgadas.
Dónde:
εt: Deformación unitaria admisible a tracción en la base de la carpeta asfáltica.
IP: Índice de penetración del asfalto utilizado
Emix : Modulo dinámico de la mezcla asfáltica en N/m2
ShiftFactor
Nfdiseño
Nfat 
Vb: Volumen de asfalto en la mezcla asfáltica: 10.5%
Shift Factor = K1xK2xK3
K1 = 10 por mezcla densa rica en asfalto
K2 = 2.5 por distribución lateral de carga
K3 = 0.33 por espesor alto.
Shift Factor = 8.25
Tabla 24 Deformación unitaria admisible en la base carpeta asfáltica
Vol aire % 4.9
Indice de Penetración -1.1
Volumen de asfalto 10.5
Rigidez de la mezcla N/m2
3.73E+09
N laboratorio 2.37E+04
Ncampo 1.96E+05
Shif Factor 8.25
 t a deformación constante 3.17E-04
 t a esfuerzo constante 1.35E-04
Fuente: PROPIA

8-32
εt = -3.17x10-4 (mm/mm)
Deformación máxima admisible en la subrasante:
Formula de la Shell confiabilidad del 95%
2 0.25 1.8*10 *    N z 
εz: Deformación unitaria admisible a compresión en la subrasante.
Para los datos de diseño tenemos un valor de εz = 8.51x10-4 (mm/mm)
A como de comparación e información se muestra valores obtenidos por otras agencias.
Tabla 25 Deformación unitaria admisible en la subrasante
Número de cargas 1.96E+05
Agencia Deformacion
Instituto del Asfalto 1.15E-03
SHELL 50% confiabilidad 1.33E-03
Univ Nottingham 7.12E-04
LCPC (nuevo) 1.13E-03
LCPC (refuerzo) 1.28E-03
CRR de Belgica 6.67E-04
Chevron 6.94E-04
Calcular el z admisible (mm/mm)
Fuente: PROPIA

8-33
Control de ahuellamiento esfuerzo vertical en subrasante:
Formula de Dormon y Kerhoven:
N
E
z 1 0.7*log
0.007* 3

 
E3 : Módulo de la subrasante
cm
kg
z 2   0.295
Control de deflexión (deflexión máxima admisible)
Para efecto del control de la deformación máxima se utiliza la siguiente ecuación7
125 /100
0.125
0.049
2 4
1 1.15
1
2
Dadm mm
D cm
D pul
K
K
D
K
N
adm
adm
K
adm






A modo de comparación se calcula la deflexión máxima admisible por el método Rumano8
7 Diseño y Evaluación de Pavimentos Flexibles – Ing. José Melchor A – Perú –2004.
8 Tendencias Modernas en el Dimensionamiento de Firmes K Kucera- 1970

8-34
84 /100
(0.248 0.0275log( ))
10
Y mm
N
p
Y
adm
adm

 
Donde p es la carga patrón, en toneladas y N, es el numero repeticiones esperadas en el periodo de
diseño.
A modo de referencia se presenta la tabla de deflexiones máximas admisibles del Manual de diseño de
Pavimentos de Centroamérica.
Tabla 26 Deflexión Máxima Admisibles
Fuente: MANUAL CENTROAMAERICA DE DISEÑO DE PAVIMENTOS
A efecto de este diseño se adopta el valor de 84.00 mm/100, como deflexión máxima admisible.
8.1.3.3.2 Esfuerzos y deformaciones actuantes.
Para el cálculo de las respuestas estructurales (esfuerzos, deformaciones y deflexiones) en la sección
estructural de un pavimento flexible, se considera una serie de puntos críticos a fin de calcular los
valores más desfavorables. La práctica más común consiste en fijar un punto para estimar el
agrietamiento por fatiga de la mezcla asfáltica en el contacto con la capa de base, y otro punto crítico
para el cálculo de deformaciones permanentes situado en la parte superior del terreno de cimentación.

8-35
Grafica 13 Puntos de control en diseño de pavimento asfáltico
Fuente: Concepto mecanicista de pavimentos SCT
El cálculo se realiza a través de la teoría de Burmister para medios elásticos estratificados, en donde el
material se caracteriza por su módulo de elasticidad y por la relación de Poisson. Para la mezcla
asfáltica, el módulo que se debe emplear es el dinámico, y para suelos y materiales granulares, el
módulo resiliente.
La modelación analítica se realiza con el programa Kenlayer, determinando previamente los módulos
de las capas intermedias, partiendo del módulo de la subrasante. Las ecuaciones de correlación de los
módulos de la base y súbase son las propuestas por Barker et al (A General System for the Structural
Desing of Flexible Pavements. IV Conference. Ann Arbor 1997) que a diferencia de la simple ecuación
de la Shell, caracteriza en forma un tanto distinta a los materiales de base y subbase; iguales
ecuaciones fueron utilizadas en el diseño original. La ecuación de Barker, en términos generales, es:
Los coeficientes más utilizados generan las siguientes ecuaciones
ESB= ESR(5.35 log hSB + 0.62 log ESR – 1.56 log hSB log ESR – 1.13)
EB= ESB(8.05 log hB + 0.84 log ESB – 2.10 log hB log ESB – 2.21)

8-36
En donde:
ESR: Es el módulo de elasticidad de la subrasante en Kg/cm2.
hSB: Es el espesor de la capa de subbase en cm.
ESB: Es el módulo de elasticidad de la subbase en Kg/cm2.
hB: Es el espesor de la capa de base en cm.
EB: Es el módulo de elasticidad de la base en Kg/cm2.
Tabla 27 Modulo elásticos de capas de materiales.
Mezcla asfaltica 7.5 0.35 3,731,038.1
Base granular 20 0.4 195,987.1
Subbase granular 35 0.4 53,889.8
Subrasante Semi-infinito 0.45 19,443.4
Capa Espesor (cm) Poisson
Modulo
(kPa)
Fuente: PROPIA

8-37
Grafica 14 Modelo típico de sección de cálculo
Fuente: PROPIA – PROGRAMA KENLAYER
Tabla 28 Deformaciones actuante – admisibles – Consumo Modelo AASHTO - 93
t z  mm/100 t  z  mm/100  t z  mm/100
Mezcla asfaltica 7.5 -3.17E-04 - 82 -3.31E-04 - 118.88 104.3 145.0
Base granular 20 - - - - - -
Subbase granular Semi-infinito - - - - - -
Subrasante Semi-infinito - 8.51E-04 - - 7.63E-04 - 89.7
Capa Espesor (cm)
Admisible Actuante Consumo
Fuente: PROPIA

8-38
Se observa mayores valores de tensione bajo la fibra de la carpeta asfáltica y deflexiones excesivas, por
lo que se debe aumentar el espesor de esta carpeta a efecto de no obtener fatiga prematura de la
estructura, manifestada como piel de cocodrilos u otro tipo de falla tipo fisuras.
La estructura definitiva a utilizar se muestra a continuación.
Tabla 29 Modelo Pavimento asfáltico
t z  mm/100 t z  mm/100 t z  mm/100
Mezcla asfaltica 8 -3.17E-04 - 82 -3.17E-04 - 116.4 100.0 142.0
Base granular 20 - - - - - -
Subbase granular Semi-infinito - - - - - -
Subrasante Semi-infinito - 8.51E-04 - - 7.40E-04 - 86.9
Capa Espesor (cm)
Admisible Actuante Consumo
Fuente: PROPIA
Grafica 15 Estructura de diseño pavimento asfaltico
Fuente: PROPIA

9-39
9. SUDRENAJES
El costo de un pavimento mal drenado puede ser más de dos veces el de un pavimento bien drenado, la omisión del subdrenaje inevitablemente, conduce a un acortamiento de la vida útil del pavimento9.
La pluviografía de la región del proyecto es importante y en el entorno del corredor vial predominan los bosques húmedos, con abundantes fuentes de escorrentías superficiales y subterráneas; Además se han detectado altos valores de humedades naturales, superiores a las humedades del límite liquido; por lo tanto, conociendo que la mayor incidencia sobre el ablandamiento de los materiales de subrasante y granulares de base y subbase, es el agua retenida, se debe prever subdrenajes suficientes en el sentido longitudinal y transversal.
El agua es parte integral de los suelos10, de los materiales granulares y por lo tanto de las estructuras de pavimento. El cambio del estado del agua contenida en el interior de las estructuras es muy común debido a las variaciones climáticas. Estas condiciones afectan desfavorablemente el comportamiento de los materiales.
En términos generales, existen evidencias que demuestran la relación entre la disminución del módulo resiliente y el aumento de la humedad. Thompson y Robnett (1979) obtuvieron una fuerte correlación entre el módulo de resiliencia y el grado de saturación en datos tomados en carreteras de Illinois, Estados Unidos.
La disminución del módulo resiliente de las capas granulares y de la subrasante debida a los cambios de humedad genera fisuracion por fatiga en las capas asfálticas lo cual también facilita la entrada de agua en la estructura. En lo que se refiere a las capas granulares y de subrasante, variaciones en su contenido de humedad se pueden traducir en mayores deformaciones irreversibles producidas por el paso de los vehículos lo cual genera ahuellamiento.
9 Influencia del drenaje subterráneo en el comportamiento estructural de las carreteras – Ignacio Morilla Abad - 1988
10 XIII Simposio Colombiano sobre Ingeniería de Pavimento – Modelo numérico para el cálculo de los efectos del clima en los pavimentos – Cristina García Aragón y otros – Universidad de los Andes

9-40
En resumen, el deterioro de las estructuras de pavimento depende de una gran cantidad de factores dentro de los cuales las condiciones climáticas juegan un papel fundamental.
En terrenos montañosos, donde la pendiente longitudinal es mayor a la pendiente transversal (normalmente 2,0%), las aguas de escorrentías y que penetran a las capas estructurales, se desplazan en el sentido de la resultante del vector del movimiento. Esto obliga a construir drenes transversales minino cada 250m, en aquellos sitios en donde la pendiente longitudinal sea superior al bombeo.
Grafica 16 Resultante del movimiento de agua en montaña
Las capas estructurales debe ser ubicadas de tal manera que logren evacuación de la posible agua que penetre a ellas, esto se logra conectando los drenes con las capas estructurales; el drenaje se puede realizar con sistemas de drenes planares o con drenes convencionales.

10-41
Grafica 17 Ubicación del dren y las capas estructurales
10. DISEÑO ESTRUCTURA EN PAVIMENTO DE HORMIGON
Utilizando la metodología del Manual de Diseño de Pavimentos de Concreto para Vías de Bajo, Medio y Alto Volúmenes de Transito del Instituto Nacional de Vías, se diseña la estructura del pavimento rígido y sus distintos elementos. Se verificara con el programa WinPas de American Concrete Pavement Association (ACPA).

10-42
10.1 CARACTERIZACION POR TRANSITO
Tabla 30 Clasificación de vía por transito
Fuente: MANUAL PAVIMENTOS INVIAS
La vía por categoría del tránsito es T0
10.2 CARACTERIZACION POR CAPACIDAD DE SOPORTE
Tabla 31 Tipo de subrasante
La vía por categoría de capacidad de la subrasante como S2.
10.3 CARACTERIZACION POR MATERIALES
Se utilizara base granular como material de soporte y concreto de resistencia a la flexo-tracción de 4.0 MPa, con lo que la vía se clasifica en estos aspectos como BG y MR2, de acuerdo a lo establecido en las tablas siguientes del Manual

10-43
Tabla 32 Denominación de la vía por el tipo de soporte
Tabla 33 Descripción del tipo de concreto hidráulico de acuerdo a la resistencia a flexo-tracción
10.4 TRASFERENCIA DE CARGA – CONFINAMIENTO
Transversalmente se dispondrá de juntas con pasadores de acero y lateralmente se debe disponer de confinamiento, dado por las bermas cunetas y/o por los bordillos de confinamiento. La vía en este aspecto se denomina como D y B.
Tabla 34 Denominación de la vía por el sistema de transferencia de carga y por confinamiento
10.5 ESPESOR DE LA LOSA DE CONCRETO
Con base a los datos deducidos se determina el espesor de las losas de concreto.

10-44
Tabla 35 Espesor de losa de concreto
El método de diseño estima como espesor de la súbase granular de soporte 20 cm, el cual se utilizara, además, como material de renivelación previa colocación del hormigón de las losas. En resumen se tiene:
Los carriles tendrán un ancho de losas serán de 3.00 m y una longitud máxima de 4.5m.

10-45
Tabla 36 Separación máxima losas
Fuente: PROPIA – PROGRAMA DE APCA
10.6 JUNTAS
10.6.1 Juntas Longitudinales
Se utilizara, para anclaje lateral, acero corrugado de No.4 y de resistencia a la fluencia fy= 280 kg/cm2.

10-46
Tabla 37 Barras Junta longitudinal
La longitud del anclaje será de 0.85 m distribuido por partes iguales en cada una de las losas y con separación de 1.20 m entre anclajes.
10.6.2 Junta transversales
Las juntas transversales o de transferencia de carga se realizara con acero de resistencia a la fluencia de fy= 280 kg/cm2, con barras no corrugadas y lubricada, mínimo, en su longitud las dos terceras parte.

10-47
Tabla 38 Junta transversal - pasajuntas
Diámetro del pasador: 1 1/8 de pulgada.
Longitud del pasador: 40 cm, distribuido por igual en cada una de las losas.
Separación entre pasadores: 30 cm.
10.6.3 Sellado de Junta
Para la junta se recomienda lo siguiente:
Profundidad de corte: 1/3 espesor de la losa
Profundidad para sello 1/5 de espesor de losa
Ancho de corte: 1/10 de la profundidad del corte
Entonces se tiene:
Tabla 39 Detalle de dimensión de corte de junta
ITEM
dimensión
Profundidad del corte
7 cm
Profundidad del sello
4 cm
Ancho de junta
7 mm

10-48
Grafica 18 Esquema de corte de junta transversal
Grafica 19 Esquema complementario ubicación de pasajunta y corte de junta

10-49
Grafica 20 Resumen diseño de pavimento rígido
Fuente: PROPIA - MANUAL PAVIMENTOS INVIAS

10-50
10.7 VERIFICACION WINPAS
Determinación del módulo de reacción de la subrasante combinado.
Tabla 40 Determinación típica del módulo de reacción de la subrasante combinado.
Fuente: PROPIA - APCA

10-51
Tabla 41 Determinación espesor de losa
Fuente: PROPIA - APCA
El valor de 8 pulgadas es próximo a los 21 cm obtenidos por el método del INVIAS.

10-52
Resumen diseño rígido:
 Concreto de resistencia a la flexotracción de 4.0 MPa.
 Espesor de la losa: 21 cm
 Apoyo granular: 20 cm de subbase granular INVIAS.
 Longitud máxima de losas: 4.5m
 Ancho de losas: >3.00m y < 4.5m.
 Pasadores de juntas según diseño.
 Barras laterales de amarre: según diseño.

11-53
11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
 Se presenta el diseño de una vía urbana en el Municipio de Santa Rosa Antioquia, La zona de influencia de la vía es sumamente importancia, siendo relevante la proximidad a la ruta 25, la terminal de transporte, la conexión con la vía Carrera 28ª que comunica el parque, la Alcaldía y el Centro del Casco Urbano.
 Se realizaron 4 apiques con la finalidad de establecer las condiciones geotécnicas de los suelos de subrasante.
 El transito se considera bajo. Las proyecciones se hicieron a 10 años para pavimento asfaltico y 20 años para pavimento rígido.
 Se presentan dos estructuras, una en pavimentos asfaltico y otra en pavimento rígido diseñado por metodología AASHTO y verificado por métodos mecanicistas.
 Los materiales propuestos son convencionales y den cumplir las normas INVIAS – 2007.
 Los suelos de subrasante encontrados son de muy baja capacidad portante, por lo que se debe, si se requiere en el momento de la construcción, hacer los reemplazos correspondientes con material granular tipos afirmado.
 Se debe demoler la estructura fallada en pavimento rígido existente en un sector de la vía y hacer la caja para albergar la estructura del pavimento a efecto de no causar desniveles inadecuados en el la zona urbana.
 Se debe disponer de subdrenaje tipo geodren en zona de concentración altas de humedades.
Preparó
JOSE JOAQUIN LARA RUIZ
Especialista Ingeniería de Pavimentos.

11-54
ANEXO 1 – MODELACION MECANICA
MODELO 1 KENPAVE
INPUT FILE NAME -C:KENPAVESanta Rosa urbano.DAT
NUMBER OF PROBLEMS TO BE SOLVED = 1
TITLE -Santa Rosa Urbano
MATL = 1 FOR LINEAR ELASTIC LAYERED SYSTEM
NDAMA = 0, SO DAMAGE ANALYSIS WILL NOT BE PERFORMED
NUMBER OF PERIODS PER YEAR (NPY) = 1
NUMBER OF LOAD GROUPS (NLG) = 1
TOLERANCE FOR INTEGRATION (DEL) -- = 0.001
NUMBER OF LAYERS (NL)------------- = 4
NUMBER OF Z COORDINATES (NZ)------ = 7
LIMIT OF INTEGRATION CYCLES (ICL)- = 80
COMPUTING CODE (NSTD)------------- = 9
SYSTEM OF UNITS (NUNIT)------------= 1
Length and displacement in cm, stress and modulus in kPa
unit weight in kN/m^3, and temperature in C
THICKNESSES OF LAYERS (TH) ARE : 7.5 20 35
POISSON'S RATIOS OF LAYERS (PR) ARE : 0.35 0.4 0.4 0.45
VERTICAL COORDINATES OF POINTS (ZC) ARE: 0 7.4999 7.5001 27.4999
27.5001 62.499 62.5001
ALL INTERFACES ARE FULLY BONDED
FOR PERIOD NO. 1 LAYER NO. AND MODULUS ARE : 1 3.731E+06 2 1.960E+05
3 5.389E+04 4 1.944E+04
LOAD GROUP NO. 1 HAS 2 CONTACT AREAS
CONTACT RADIUS (CR)--------------- = 10.74
CONTACT PRESSURE (CP)------------- = 551.58
NO. OF POINTS AT WHICH RESULTS ARE DESIRED (NPT)-- = 4
WHEEL SPACING ALONG X-AXIS (XW)------------------- = 0
WHEEL SPACING ALONG Y-AXIS (YW)------------------- = 32.23
RESPONSE PT. NO. AND (XPT, YPT) ARE: 1 0.000 0.000 2 0.000 10.740
3 0.000 16.110 4 10.740 0.000
PERIOD NO. 1 LOAD GROUP NO. 1
POINT VERTICAL VERTICAL VERTICAL MAJOR MINOR INTERMEDIATE
DISPL. PRINCIPAL PRINCIPAL PRINCIPAL
NO. COORDINATE (HORIZONTAL STRESS STRESS STRESS STRESS

Estudio pavimentos santa rosa ver01 ok 1

Estudio pavimentos santa rosa ver01 ok 1

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Destacado

Destacado (20)

Similar a Estudio pavimentos santa rosa ver01 ok 1

Similar a Estudio pavimentos santa rosa ver01 ok 1 (20)

Más de Jose Joaquin lara Ruiz

Más de Jose Joaquin lara Ruiz (14)

Último

Último (20)

Estudio pavimentos santa rosa ver01 ok 1