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DISEÑO DE PAVIMENTOS
AVENIDA NEWBALL
CONTENIDO
CAPITULO 1. OBJETIVO GENERAL
CAPITULO 2. LOCALIZACION Y DESCRIPCION DEL PROYECTO
CAPITULO 3. INFORMACION EXISTENTE
CAPITULO 4. DISEÑO DE PAVIMENTOS
CAPITULO
5. JUNTAS Y PASADORES
CAPITULO 6. CONCLUSION
CAPITULO 1
OBJETIVO GENERAL
Rediseñar la estructura de pavimento de la Avenida Newball, Retomando el
estudio presentado por valorcon al Instituto Nacional de Vías, realizados bajo el
marco del plan 2500 en el año 2006-2007, de acuerdo al “Manual de Diseño de
Pavimentos de Concreto Para Vías con Bajos, Medios y Altos Volúmenes de
Tránsito” Publicación presentada por el IPC, bajo un Convenio Interinstitucional
ene l cual participan también el Instituto Nacional de Vías y Ministerio de
Transporte de Colombia. En el mismo se presentarán varias alternativas de
diseño y se optará por la más favorable para el departamento, de acuerdo a los
costos, disponibilidad de los materiales y facilidad de ejecución.
En la consultoría desarrollada para obtener las recomendaciones para el diseño,
reconstrucción, pavimentación y/o repavimentación para el tramo de la Avenida
Newball, en el casco urbano del archipiélago de San Andrés y Providencia, se
desarrollaron análisis que tocaron las disciplinas del transito, el diseño
Geométrico, la hidráulica e hidrología, geología y geotecnia para el diseño del
pavimento de la vía.
En este volumen se recogen los análisis geotécnicos y el diseño de espesores del
pavimento, los cuales fueron hechos paralelamente a los estudios mencionados
en el párrafo anterior pero tomando como base definitiva las conclusiones
planteadas por ellos.
El objetivo de este estudio de geotecnia para pavimentos fue la definición del
mecanismo más conveniente para el mejoramiento de la vía y junto con ello, la
definición de los espesores de pavimento capaces de soportar las solicitudes que
se esperan en el transito que se presentará en los próximos veinte años.
CAPITULO 2
LOCALIZACION Y DESCRIPCION DEL PROYECTO.
El proyecto se desarrolla en el Departamento de San Andrés, Providencia y Santa
Catalina, en el archipiélago que lleva su nombre.
El Archipiélago esta ubicado en el sector occidental del Mar Caribe al Noroeste
del territorio Nacional Colombiano, localizado entre los 12º y 16º de latitud norte y
78º y 82º de longitud oeste; Su forma es alargada, con dirección suroeste-noreste;
su superficie total es de 52.5 km2.
El estudio geotécnico para el diseño de pavimentos tiene como objeto presentar
los diseños definitivos de la estructura de pavimento para el tramo de la Avenida
Newball.
Fig. 1. Ubicación General Avenida Newball
Fig. 2. Ubicación proyecto a ejecutar en Avenida Newball con Fonade
CAPITULO 3
INFORMACION EXISTENTE
Se analizó la información Topográfica, Geológica, Geotécnica, Hidrológica,
Hidráulica, Transito, Diseño de mezclas y de pavimentos, Medio ambiente y
Planos existentes del proyecto contenida en el estudio de Valorcon para el
Instituto nacional de Vías, tomando los datos necesarios para el re-cálculo del
diseño.
Se analizó la información concerniente a las fuentes de los materiales,
recomendaciones sobre su uso, propiedades de los materiales explotables y sus
características geotécnicas.
Se recopiló la información del estudio de transito, capacidad y niveles de servicio,
en el cual se recomienda usar para efectos de diseño el transito total, la demanda
del transito, TPD, volumen horario de diseño, numero de ejes simples equivalentes
a 8.2 Toneladas, factor camión y demás información necesaria para el diseño del
pavimento.
Los datos geotécnicos y todos los parámetros de diseños requeridos se toman del
estudio antes mencionados y se condensan en la tabla de datos del capítulo 4 del
presente documento, en el que se presentan alternativas de solución de diseños
de pavimento.
CAPITULO 4
DISEÑO DEL PAVIMENTO
Para el diseño de pavimento se toman los datos del manual de diseño de
pavimentos de concreto aportados por el INVIAS al departamento, el cual se basa
en varios cuadrtos condensados que se describen para cada selección del
parámetro requerido.
4.1 TRANSITO Y PERIODO DE DISEÑO:
Las categorías de tránsito que se tienen en cuenta para los diseños de los
pavimentos se indican en la tabal 4.1
Categoría
T0
T1
T2
T3
T4
T5
T6
Tipo de Vía
(Vt) – (E)
(Vs) – (M ó A) – (CC)
(Vp) – (A) – (AP – MC – CC)
(Vp) – (A) – (AP – MC – CC)
(Vp) – (A) – (AP – MC – CC)
(Vp) – (A) – (AP – MC – CC)
(Vp) – (A) – (AP – MC – CC)
TPDs
0 a 200
201 a 500
501 a 1.000
1.001 a 2.500
2.501 a 5.000
5.001 a 10.000
Más de 10.001
Ejes Acumulados de 8.2 t
< 1’000.000
1’000.000 a 1’500.000
1’501.000 a 5’000.000
5’001.000 a 9’000.000
9’001.000 a 17’000.000
17’001.000 a 25’000.000
25’000.000 a 100’000.000
Para el caso que nos ocupa, tenemos una vía principal con un N (ver página 35
del estudio geotécnico de Valorcon) de 5.135.149, pero este valor debe dividirse
en 2, ya que es una calzada con dos carriles en el mismo sentido y con la
restricción de prohibido el parqueo.
N = 2.567.575.
Además la vía a construir aunque no posea berma, si posee confinamientos
laterales que consisten en bordillos y posteriormente anden en uno de sus lados y
un separador en el otro extremo, en todo caso la teoría de confinamiento se
conserva.
Conclusión La categoría de Diseño es T2
4.2 RESISTENCIA DE LA SUBRASANTE:
Teniendo en cuenta el estudio base (pagina 10), después de la capa de rodadura
se especifica lo siguiente: “se detecta un material calcáreo de espesor variable entre 0,10 y
0,40 m, con valores de humedad natural variable entre 16 y 19%, porcentaje de finos entre 10,2 y
32,1%, no tiene plasticidad y clasifica con base al S.U.C.S como arena limosa (SM), con valores
de CBR del orden del 20%.”(subrayado y resaltado nuestro)
De lo anterior se concluye que sobre esta capa se apoyará cualquier alternativa
solución propuesta.
Según lo anterior la Clasificación de la subrasante de acuerdo a su resistencia es
S4.
4.3 MATERIAL DE SOPORTE DEL PAVIMENTO:
Aquí se evaluarán las dos (2) alternativas, dejando las opciones para una base
granular (BG) o una base estabilizada con cemento o suelo cemento (BEC).
4.4 RESISTENCIAS DEL CONCRETO:
Para nuestra elección se continuará trabajando con un concreto con MR de 38
Kg/cm3
4.5 TRANSFERENCIA DE CARGAS ENTRE LOSAS Y CONFINAMIENTO
LATERAL:
Es conocido que estos factores influyen en el diseño del pavimento, por lo que
estas condiciones serán de ahora en delante de estricto cumplimiento en los
procesos constructivos y en las especificaciones técnicas.
Es así como se escogen un sistema de transferencia de carga mediante dovelas
en todas las juntas.
4.6 RESUMEN PARÁMETROS DE DISEÑO
ALTERNATIVA 1
PARAMETROS DE DISEÑO
CBR
Categoría de Tránsito
Tráfico Promedio Diario 2005 Ambos carriles
%
T
TPD
20,0
T2
2.888
Clasificación de subrasante según resistencia
Clasificación de subbase
2
Modulo de Rotura (MR) (kg/cm ) PCC
Ejes Equivalentes
S4
Cbr 10-20
BG BASE GRANULAR
MR1
38
N
2.567.575
CONSIDERACIONES GENERALES
Dobelas en todas las juntas
Confinamiento lateral
Base granular tipo SBG – 01 (ver especificaciones de Invias)
Subbase de 15 centímetros de espesor
ALTERNATIVA 2
PARAMETROS DE DISEÑO
CBR
Categoría de Tránsito
Tráfico Promedio Diario 2005 Ambos carriles
Clasificación de subrasante según resistencia
Clasificación de subbase (base estabilizada en
suelo cemento)
2
Modulo de Rotura (MR) (kg/cm ) PCC
Ejes Equivalentes
%
T
TPD
S4
BEC
MR1
N
20,0
T2
2.888
Cbr 10-20
SUELO CEMENTO
38
2.567.575
CONSIDERACIONES GENERALES
Dobelas en todas las juntas
Confinamiento lateral
Base granular tipo SBG – 01 (ver especificaciones de Invias)
Subbase de 15 centímetros de espesor
4.7 ESTUDIO DE FUENTES DE MATERIALES
4.7.1 SUBRASANTE EXISTENTE:
Dadas las condiciones iníciales y las existentes en la actualidad, no se requiere
de mejoramiento de subrasante, ya que para ofrecer una transitabilidad durante
un corto periodo, la Administración mejoró las condiciones de la base, ya que en
gran parte del mismo, se deterioró por completo la capa de rodadura existente,
con la aplicación de un suelo cemento en las zonas más deprimidas o con mayor
afectación.
Es así como se concluye la no necesidad de mejorar la subrasante y se hace
necesario ajustar el presupuesto existente.
4.7.2 SUBBASE GRANULAR:
La subbase propuesta inicialmente es el reciclado producto de la trituración del
pavimento y mezcla de otro material
4.8 DISEÑO DE PAVIMENTO Y SELECCIÓN DE ALTERNATIVA
A continuación se presentan los espesores de la estructura de pavimento:
ALTERNATIVA 1
Losa de Concreto MR 3.8 Mpa
19 cm
Subbase estabilizada con cemento
15 cm
Con dovelas y andén
ALTERNATIVA 2
Losa de Concreto MR 3.8 Mpa
21 cm
Subbase granular
15 cm
Con dovelas y andén
ALTERNATIVA 3
Losa de Concreto MR 4.2 Mpa
20 cm
Subbase granular
15 cm
Con dovelas y andén
ALTERNATIVA 4
Losa de Concreto MR 3.8 Mpa
20 cm
Subbase estabilizada con cemento
15 cm
Sin Dovelas pero siempre andén
Selección de Alternativa de diseño:
Se selecciona la Alternativa 3: losa de concreto con Subbase en material
granular; que para el diseño propuesto garantiza la vida útil de la obra construida
y los recursos invertidos por el Departamento, por las siguientes razones:
La subbase propuesta para la estructura, brinda un apoyo firme y duradero
al pavimento construido, dado que está conformado de un material que no
es susceptible al bombeo y al pronto paso del agua dentro de su estructura.
La losa de pavimento requiere para su estabilidad una subbase que le dé
un apoyo uniforme y permanente en el tiempo.
Los menores costos que representa esta alternativa le permite al
Departamento archipiélago cumplir con las metas de pavimentación de la
vía.
El suelo cemento no disminuye sus espesores en comparación con las
alternativas con subbase granular, lo que incrementa el valor del material
de apoyo.
Es preferible para esta zona presentar una superficie de apoyo granular
permeable (gran filtro) que no sea susceptible de cambio de volumen, por lo
que es mejor la colocación de subbase granular e incrementar la resistencia
a la flexión del concreto.
5. JUNTAS Y PASADORES
5.1 JUNTAS LONGITUDINALES
La junta longitudinal controla el agrietamiento por el alabeo. En la construcción
del pavimento, la junta debe ser marcada con una ranura que separe los carriles
y proporcione alojamiento para el sellado, unida por una barra de anclaje.
Si el pavimento se construye carril por carril, la junta longitudinal es del tipo de
junta de construcción.
En las juntas longitudinales se colocarán barras de anclaje corrugadas fy = 60000
psi, de φ1/2” con una longitud de 85 centímetros y una separación de 120
centímetros centro a centro.
Nota: El espesor del pavimento de la solución escogida es de 0.20 m.
lo que corrige el contenido de la gráfica anterior
5.2 JUNTAS TRANSVERSALES
Las juntas transversales o juntas de alabeo, es decir, controlan las grietas
causadas por la retracción de fraguado del hormigón y por las acciones climáticas:
temperatura y humedad.
La selección del espaciamiento, si bien es función de la experiencia, considera las
siguientes variables:
•
•
•
•
Tipo de agregado grueso utilizado en la elaboración del hormigón
Composición mineralógica
Uniformidad del clima y temperatura
Disminución de fricción entre losa y subrasante o subbase
Se deben cumplir las siguientes separaciones máximas:
Para el espaciamiento entre juntas, hay varias recomendaciones en la literatura
técnica que podrían considerarse en este proyecto, que el espaciamiento en pies
entre juntas de contracción para pavimentos de hormigón no supere dos veces el
espesor de la losa en pulgadas.
El espaciamiento entre juntas debe ser veinticinco veces el espesor de la losa.
La modulación de esta vía se basara en una relación L/a =1.1 - 1,4 (L = longitud
de la losa y a = ancho de la losa), para un ancho de losa de 3,0 m.
5.3 JUNTAS DE EXPANSIÓN
Al comienzo y fin del tramo de estudio, cuando el pavimento empalma con el
pavimento existente, se construye una junta, en la cual se aumenta el espesor de
la losa para absorber los esfuerzos de borde ocasionados por el tráfico.
Son creadas para aislar una estructura fija, como son los pozos de inspección y
otras estructuras que presenten diferente comportamiento al pavimento que se
construye. Así mismo se deben utilizar donde se presenten cambios de dirección
de la vía e intersecciones con otros pavimentos, o en cualquier caso en que se
generen esfuerzos en las losas.
En los casos donde se presentan cambios de dirección de la vía, una empujará a
la otra, produciéndole esfuerzos, que deben ser controlados con la ayuda de
juntas de expansión. Con el fin de incrementar la transferencia de carga y la
eficiencia de la junta se deben usar pasadores de carga como se observa en la
figura, ubicados en la mitad de la losa, además deben de ir engrasadas en su
totalidad para facilitar el movimiento.
Para juntas de expansión en una intersección asimétrica o en rampas, se deberán
omitir las pasajuntas (dovelas) para permitir los movimientos horizontales
diferenciales y evitar el daño del concreto colindante. Así mismo se construirá la
losa aumentándole su espesor para absorber los esfuerzos de borde no
transferidos.
La junta de expansión se construirá, al momento de fundir, con la ayuda de dos
tirillas de icopor, con alturas respectivas de 4,3 cm y D - 4.3 cm; cuando se tenga
la losa conformada, se procederá a retirar el icopor de 4,3 cm de la parte superior
y se construirá la estructura de sello, primero colocando la tirilla de respaldo y por
último aplicando el sello.
Nota: El espesor del pavimento de la solución escogida es de 0.20 m.
lo que corrige el contenido de la gráfica anterior
Nota: El espesor del pavimento de la solución escogida es de 0.20 m.
y el refuerzo allí indicado será de 1” liso de diámetro y la cápsula de
expansión será en la mitad de su extensión o totalmente del lado
embebido en una de las placas del pavimento, lo que corrige el
contenido de la gráfica anterior
5.4 CORTE Y SELLADO DE JUNTAS
Después de aplicar la membrana de curado de las losas se procederá al corte de
las juntas transversales y longitudinales, con discos adecuados para realizar los
cortes en seco, o con discos de diamante que se refrigeran con agua. El corte de
las juntas deberá comenzar por las transversales de contracción, e
inmediatamente después continuar con las longitudinales. Este corte deberá
realizarse cuando el concreto presente las condiciones de endurecimiento
propicias para su ejecución y antes de que se produzcan agrietamientos no
controlados. El contratista será el responsable de elegir el momento propicio para
efectuar esta actividad sin que se presente pérdida de agregado en la junta o
desprendimientos de la losa; sin embargo, una vez comenzado el corte deberá
continuarse hasta finalizar todas las juntas. El inicio de los trabajos deberá
comenzar entre las 3 ó 6 horas de haber colocado el concreto y deberá terminar
antes de 12 horas después del colado. Ver detalle del corte en la figura.
Detalle del corte de juntas
Se realiza un corte inicial con un ancho de 3 mm y a una profundidad de 1/3 del
espesor de la losa de concreto con el fin de inducir la falla controlada.
Posteriormente, se realiza un ensanchamiento del corte para poder alojar el
material de sello.
En el caso de que se requiera realizar los cortes de juntas en dos etapas
(escalonados), es decir, efectuar los cortes cada dos juntas dejando las juntas
intermedias sin cortar para posteriormente realizar el corte de las intermedias, el
segundo corte, o sea el de las intermedias, deberá realizarse antes de 48 horas
después del colado y si existe un alto riesgo de fisuración antes de las 24 horas.
Las ranuras aserradas deberán inspeccionarse para asegurar que el corte se haya
efectuado hasta la profundidad especificada. Con el fin de garantizar una perfecta
adherencia del material sellante a las caras verticales de la caja, se deberá
realizar una exhaustiva limpieza de toda materia extraña que se encuentre dentro
de cualquier tipo de junta, para ello se recurrirá al lavado con agua a presión,
sistema de chorro de arena y aire a presión, los cuales deberán ser aplicados
siempre en una misma dirección, de preferencia en el mismo sentido de la
pendiente de la junta. El uso de este procedimiento deberá garantizar la limpieza
total de la junta y la eliminación de todos los residuos del corte.
!
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(
5.5 TOLERANCIAS
%
&
#
Se admitirán diferencias de 10 mm con relación a la medida del proyecto, para la
distancia del centro de la calzada a los bordes.
Las cotas de superficie de la subbase terminada, no deberán variar en
las cotas de proyecto final.
2 cm, de
5.6 PARÁMETROS DE CONTROL
El Constructor deberá presentar la caracterización del material, indicando las
canteras de suministro y hará ensayos de campo y laboratorio en el número y
frecuencia que están indicados en los parámetros de control y que le permite
efectuar oportunamente las correcciones, ajustes y modificaciones en el material,
su humedad y sus sistemas de construcción, para asegurar el cumplimiento de las
especificaciones y el mayor rendimiento en sus operaciones.
Se verificará si los materiales nuevos, cumplen en el sitio de explotación y hará las
recomendaciones necesarias para la mezcla de los materiales u otros
procedimientos que garanticen durante la construcción el cumplimiento de los
requisitos de estas especificaciones por medio de los siguientes ensayos como
mínimo:
6. SECCION TRANSVERSAL DE LA ALTERNATIVA 3
Para las secciones transversales del pavimento, se recomienda ver detalles y
complementar la información con las especificaciones técnicas.