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CONSORCIO TRONCAL 10

~ df S,~,~,!!~T~~LA VIALIDAD LIMITADA

ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a \9S,DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE

28 A LA CALLE 34.

1. INTRODUCCiÓN

Se efectuó el diseño de los pavimentos asfál ticos y rígidos para las Calzadas del

Sistema Transmilenio y Mixtas del Ramal de la Calle Sexta, el cual permitirá conectar

las Troncales de Transmilenio de la Carrera 10 Y la Norte-Quito-Sur (NOS); los

resultados que se presentan en este documentos están basados en lo obtenido en la

exploración geotécnica de campo y en las proyecciones de tránsito efectuadas en el

desarrollo del proyecto para este corredor vial.

La ejecución de los diseños está basada en las metodologías de cálculo de la PCA 84

para pavimentos rígidos, con verificación por elementos finitos, y en las expresiones

mecanicistas propuestas por la Shell, cuyos resultados fueron revisados por AASHTO

93 para pavimentos asfálticos flexibles y semirrígidos.

Los estudios de suelos y análisis geotécnicos se orientaron a la determinación de la

capacidad portante para el diseño de pavimentos, en función de las propiedades

mecánicas de los estratos de suelo encontrados, así como a la determinación del

tránsito de diseño esperado en términos de repeticiones de tipo de eje y de Ejes

Equivalentes de 8.2 t.

2. ANTECEDENTES

Si bien la Calle Sexta no había sido considerada anteriormente como Troncal para el

sistema de Transmilenio, entre los años 2004 y 2005 se llevó a cabo el Diseño y la

Construcción de los Patios de Parqueo de la Calle Sexta, cuyos trabajos estuvieron a

cargo de la Unión Temporal Parqueaderos mediante el Contrato IDU-236 de 2003;

dentro de las obras complementarias al Patio se encuentra la adaptación de los carriles

de acceso a los Patios en el tramo comprendido entre la Avenida Caracas y la CarreraContrato GE-INT-014 "Análisis de Alternativas y Diseño de Pavimentos del Ramal

4No.IDU-129-2005 de la Calle Sexta", Edición 2


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ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a9'f.1-"¡ _ ~(J& elV ILTEC

1"(;I'.~lER():;' t.TP,\

DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE

28 A LA CALLE 34.LA VIALIDAD LIMITADA

18 en la Calzada Norte, y entre la Carrera 15 y la Avenida Caracas en la Calzada Sur.

Los pavimentos construidos tanto en el patio como en los carriles de acceso constan de

losas de concreto de 22.0 cm de espesor dispuestas sobre una capa de 5.0 cm de

concreto asfáltico en caliente, apoyada a su vez sobre capas de base y subbase

granular de 20.0 cm de espesor cada una, y sobre un mejoramiento con rajón; la

estructura anterior está prevista para el paso de los buses articulados sin pasajeros, por

lo que los carriles mencionados no pueden ser adaptados como parte del Ramal de la

Sexta.

Además de lo anterior, la empresa Transmilenio S. A. estableció en el documento

Parámetros de Diseño de Infraestructura para la Troncal Calle Sexta que la frecuencia

de operación de los buses del sistema a lo largo de la Calle Sexta será de 60

buses/hora para el primer año de operación, información con la que se procedió a

efectuar los diseños para los carriles correspondientes.

Los diseños definitivos cuyo desarrollo y resultados se reportan en el presente

documento hacen parte del Contrato IDU-129-2005, "ESTUDIOS y DISEÑOS DE LA

TRONCAL CARRERA 10a DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE

CALLE 28 A LA CALLE 34", a cargo del Consorcio Troncal 10.

3. OBJETIVOS

El propósito principal del presente documento es la determinación de los espesores de

pavimento rígidos y flexibles requeridos por el Ramal de la Calle Sexta para su

adaptación como parte del sistema Transmilenio, para un periodo de diseño de 20 años.

Además de lo anterior es posible señalar otros propósitos adicionales de los estudios de

suelos para el diseño del pavimento:

Contrato GE-INT-014 "Análisis de Alternativas y Diseño de Pavimentos del Ramal5

NO.IDU-129-2005 de la Calle Sexta", Edición 2


~

ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a


28 A LA CALLE 34.

lBS

LA VIALIlAD LIMITADA

Caracterizar los distintos estratos que conforman los pavimentos existentes en la

vía.

Identificar los suelos de subrasante presentes a largo de todo el corredor.

Determinar una sectorización homogénea desde el punto de vista de capacidad

de soporte de la subrasante para la ejecución de los diseños respectivos.

Formular las recomendaciones de construcción de los pavimentos rígidos y

asfálticos requeridos por cada uno de los sectores del Ramal de la Calle Sexta.

Se considera que con el cumplimiento de los anteriores derroteros es posible

proporcionar un diseño de pavimentos coherente con la demanda de tránsito y con las

condiciones geotécnicas de la vía.

4. METODOLOGíA

Una vez conocidas las condiciones contractuales relacionadas con los requerimientos

de exploración geotécnica y diseño de pavimentos, se procedió a hacer el

reconocimiento de las características principales del corredor en términos de tránsito,

estado actual del pavimento, longitudes de recorrido e incidencia de factores tales como

el comercio, las vías aledañas, y los anchos de vía disponibles.

De forma simultánea se programó y ejecutó la exploración geotécnica de los

pavimentos, actividad consistente en la excavación de sondeos espaciados entre sí una

distancia de 50.0 m a lo largo de las calzada existentes en el corredor en estudio; en la

exploración de campo se ejecutaron pruebas de resistencia a la penetración con el cono

dinámico (PDC), y se recuperaron muestras de capas granulares para determinación de

humedades y límites de consistencia, mientras que los suelos de subrasante fueron

objeto de pruebas de determinación de las propiedades índice y de capacidad de

soporte de California bajo condiciones de humedad natural y de inmersión durante 96

horas, con medición de expansión.




~

~ir _~ ClVIl,TEC~ I~Gf.!"Jrl~():<- LTI),\.




Así las cosas, con base en el análisis de la información geotécnica recopilada en

campo, se procedió a establecer una sectorización para diseño, basada en los valores

de capacidad de soporte de la subrasante y en el tránsito proyectado en el periodo de

diseño contractual, según el Estudio de Tránsito del Proyecto. Como resultado de lo

anterior fue posible asignar un valor de capacidad de soporte, en términos de CBR, a

los distintos sectores de la vía.

Los diseños se efectuaron de acuerdo con los requerimientos contractuales, los cuales

establecían que los espesores de pavimento rígido se obtendrían por medio de la

metodología PCA 1984 y los asfálticos por medio de Shell 78, con su adendo de 1985.

En el primer caso los pavimentos rígidos se verificaron por elementos finitos, mientras

que los asfálticos fueron corroborados con AASHTO 1993. El cálculo por elementos

finitos se efectuó con el programa KENSLABS, mientras que los diseños de pavimentos

asfálticos efectuados con los criterios de admisibilidad Shell se obtuvieron con el

programa KENLAYER.

Se diseñaron dos alternativas de pavimento rígido, una soportada en granulares y la

otra colocada sobre concreto asfáltico, ambas admitiendo un porcentaje de erosión

máximo del 100%; las alternativas de diseño de pavimentos asfálticos corresponden a

estructuras flexibles y semirrígidas, ésta última en base estabilizada con cemento. En

todos los casos se efectuó una verificación por los métodos contractualmente

aceptados para ello.

Finalmente, se procedió a diseñar un esquema de instrumentación para las alternativas

de construcción recomendadas; la instrumentación busca medir las respuestas elásticas

en el pavimento bajo las acciones de las cargas y de la variación de las condiciones de

temperatura durante la etapa de operación de la vía.


NO.IDU-129-2005 de la Ca"e Sexta", Edición 2


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28 A LA CALLE 34.

\8 \ .

5. EXPLORACiÓN GEOTÉCNICA y ENSAYOS

Como se indicó anteriormente, la exploración consistió en la ejecución de sondeos cada

50.0 m, con recuperación de muestras para CBR inalterado cada 150 m, cuando esto

fue posible, con ejecución de ensayos de penetración de la subrasante con el Cono

Dinámico (PDC); los suelos encontrados fueron objeto de pruebas de determinación de

propiedades índice y clasificación, y de pruebas de resistencia. La profundidad de los

sondeos y apiques practicados es de al menos 1.50 m.

En ese orden de ideas, se realizaron en total 21 sondeos o apiques a lo largo la vía. En

cada punto de exploración se tomaron muestras de cada estrato encontrado y se

efectuaron ensayos tales como el PDC y toma de muestras de CBR en los casos en

que se logró encontrar la subrasante a una profundidad que lo permitiera.

En el caso de la Calzada Sur se encontraron espesores de placa de concreto variables

entre 20.0 cm y 22.0 cm, y carpetas asfálticas de entre 12.0 cm y 13.0 cm apoyados

sobre espesores totales de granulares de entre 0.30 cm y 1.56 cm. En la Calzada Norte

se encuentran placas de concreto cuyo espesor es variable entre 13.0 cm y 20.0 cm y

carpetas asfálticas de 13.0 cm, sobreyaciendo a capas granulares de entre 0.54 cm y

1.73 cm de grosor.

Los resultados de los ensayos de las pruebas de campo con el Cono Dinámico

permitieron hallar resistencias a la penetración variables entre 25.4 mm/golpe y 105.0

mm/golpe, los cuales permiten clasificar la resistencia de los suelos examinados como

media a baja. La Tabla 1 muestra estos resultados.

Tabla 1: Resultados del ensayo de Cono Dinámico

Calzada Apique Prof [m] PDC[mm/golpe]

Norte 5 0.74 34.1Norte 6 0.9 34.9




~




Calzada Apique Prof [m]PDC

[mm/golpe]Norte 10 0.94 29.6Norte 11 0.6 43.2Norte 12 0.8 63.4Norte 13 1.144 54.5Norte 14 1 38.8Norte 15 1 25.4Norte 16 0.7 28.8Norte 17 1.413 42.3Norte 18 1.6 27.7Sur 1 0.7 45.2Sur 2 0.75 55.2Sur 3 1.3 57Sur 5 0.6 64.7Sur 6 1 78.2Sur 7 0.6 76.1Sur 8 0.65 76.1Sur 10 0.9 53.3Sur 12 0.6 105Sur 15 0.95 32.8

De acuerdo con los resultados de los ensayos de laboratorio en el corredor vial en

estudio, los valores de límite líquido varían entre 26.4% y 62.1%, el límite plástico entre

14.3% y 43.4%, el índice de plasticidad entre 2.96% y 27.6%, Y el CBR inalterado en

condición de inmersión se encontró entre 0.51% y 2.53%. De acuerdo con los

resultados obtenidos, los suelos encontrados en la vía corresponden a GM, GC, SM,

SC, Cl, Ml Y MH, de acuerdo con el sistema USCS.

los resultados de las pruebas de CBR que se obtuvieron como resultado de los

ensayos de caracterización geotécnica son los siguientes:

Tabla 2: Valores de CBR obtenidos en la exploración geotécnica

Calzada Apique Prof [m] CBR Wnat CBR sum

[%] [%]Norte 5 0.94-1.14 2.56 2.44Norte 11 1.10-1.35 2.77 2.27Norte 12 0.80-1.10 2.83 2.37Norte 14 1.05 -1.30 2.51 2.33Norte 16 1.55-1.80 2.49 2.13


No.IDU-129-2005 de la Calle Sexta", Edición 2


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ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a \--=RDE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE


Calzada Apique Prof [m] CBR Wnat CBR sum

[%] [%]Norte 18 120 - 1.45 2.83 2.37Sur 5 0.70 - 0.95 2.83 2.37Sur 7 0.60 - 0.80 2.93 2.53Sur 12 0.60 - 0.80 0.63 0.51

De acuerdo con los resultados presentados en esta tabla, la inmersión no ocasiona una

reducción apreciable en el valor de CBR con respecto a la condición natural de las

muestras.

5.1. DETERMINACiÓN DEL CBR DE DISEÑO

En este caso se acude a los resultados de los ensayos de CBR inalterado y a los de

resistencia a la penetración con el Cono Dinámico (PDC) para determinar el valor del

CBR de diseño; en el primero de los casos se estableció que, en virtud del orden de

magnitud de los resultados de las pruebas, es posible establecer, por calzada, toda la

vía como un sector homogéneo único, pudiendo obtenerse un CBR para toda la vía. La

revisión del orden de magnitud de los resultados de las pruebas de Cono Dinámico

también permite asumir que cada calzada puede considerarse como un sector único

desde el punto de vista de la capacidad de soporte de los suelos de subrasante.

En el caso de los ensayos de Cono Dinámico es necesario hallar, mediante correlación,

el valor de CBR para cada uno de los resultados de la prueba, para lo cual se acude a

la expresión:

CBR(%) = 239 (PDCr1.24

En esta expresión, obtenida a partir de ensayos sobre suelos de la Sabana de Bogotá,

PDC es la mayor penetración encontrada en el diagrama estructural de cada sondeo,

expresada en mm/golpe.


No. IDU-129-2005 de la Calle Sexta", Edición 2


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ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a I1BDE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE

28 A LA CALLE 34.

Para seleccionar el valor del CBR de diseño se procedió a establecer, para los dos

ensayos efectuados, el percentil 87.5 y el promedio de los resultados por calzada, para

su utilización en la aplicación de los métodos de diseño PCA 1984 y Shell 77, y

AASHTO 1993, respectivamente.

Para las pruebas de Cono Dinámico efectuadas en la Calle Sexta, los valores de CBR

que pueden hallarse por correlación y los resultados de la aplicación de los criterios de

percentil 87.5 y promedio son los siguientes:

Tabla 3: Valores de CBR según la prueba de Cono Dinámico

Prof. PDC CBR CBR CBRCalzada Apique [m] [mm/golpe] (%) Percentil 87.5 Promedio

(%) (%)5 0.74 34.1 3.006 0.9 34.9 2.9210 0.94 29.6 3.5811 0.6 43.2 2.2412 0.8 63.4 1.39

Norte 13 1.144 54.5 1.68 1.82 2.8714 1 38.8 2.5615 1 25.4 4.3316 0.7 28.8 3.7017 1.413 42.3 2.3018 1.6 27.7 3.891 0.7 45.2 2.122 0.75 55.2 1.653 1.3 57 1.595 0.6 64.7 1.36

Sur6 1 78.2 1.07 1.08 1.567 0.6 76.1 1.118 0.65 76.1 1.1110 0.9 53.3 1.7312 0.6 105 0.7415 0.95 32.8 3.15

De acuerdo con lo ant~rior, el valor del CBR resulta menor para la Calzada Sur de la

vía; los resultados de las pruebas de CBR inalterado permiten hallar, por su parte, los

siguientes valores para los criterios del percentil 87.5 y del promedio de los datos que,




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ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a r:rt- .DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE

28 A LA CALLE 34.

en este caso, corresponden a los obtenidos luego de 96 horas de inmersión de las

muestras:

Tabla 4: Valores de CBR inalterado y percentiles para diseño

CBR wnat CBRsum CBR CBRCalzada Apique Prof [m] [%] [%] Percentil 87.5 Promedio

(%) (%)5 0.94-1.14 2.56 2.4411 1.10-1.35 2.77 2.27

Norte12 0.80 - 1.10 2.83 2.37

2.2175 2.3214 1.05-1.30 2.51 2.3316 1.55-1.80 2.49 2.1318 120 - 1.45 2.83 2.375 0.70 - 0.95 2.83 2.37

Sur 7 0.60 - 0.80 2.93 2.53 0.975 1.8012 0.60 - 0.80 0.63 0.51

La comparación entre los resultados obtenidos por las dos pruebas para una misma

calzada muestra que la correlación empleada para estimar el valor del CBR a partir del

Cono Dinámico es aceptable para los suelos de subrasante del Ramal de la Calle

Sexta, razón por la que se seleccionan como valores para diseño:

Tabla 5: Valores de CBR de diseño

CaslzadaCBR percentil87.5 CBR promedio

(%) (%)

Calzada Norte 1.82 2.87

Calzada Sur 1.08 2.56

El resumen de los resultados de la exploración geotécnica se presenta en el Anexo 1 al

final del presente documento, y los resultados de CBR y de la prueba de Cono

Dinámico en el Anexo 2 del mismo estudio.




~(¡fe CIVILTEC

1~(";["'IEI(O:l- LTD.~.




5.2. ESTIMACiÓN DEL MÓDULO RESILlENTE DE SUBRASANTE

En este caso, para el diseño de pavimentos asfálticos, se emplea la expresión

E(MPa)=10xCBR(%), para determinar el valor del módulo resiliente de subrasante; los

valores de módulo de subrasante hallados de esta forma imponen la necesidad de

realizar un mejoramiento del terreno para la imposición de los pavimentos para el

Ramal, para lo que se propone la utilización de una capa de rajón de 40.0 cm de

espesor para obtener una subrasante mejorada con un módulo combinado superior al

del terreno natural.

Para determinar el módulo combinado con utilización de rajón, es posible considerar

que esta capa y la subrasante conforman una subrasante mejorada, cuyo módulo

resiliente tiene un valor intermedio entre el del suelo y el del material granular; el

módulo puede ser estimado mediante la expresión de Ivanov:

El_2 = 2 1 h¡l--(1--)arctan(n-)

1r n3.5 2a

donde:

En esta expresión E1_2es el módulo combinado de subrasante, E2 es el módulo

resiliente del terreno natural y E1es el de los granulares; h1es el espesor de granulares

ya es el radio de carga que, para este caso, se asume como de 10.8 cm. En este caso,

el valor del módulo de la capa de rajón se asume como igual a 700 kg/cm2, y el de la

subrasante es el correspondiente al de cada una de las calzadas de la vía; para el

espesor de rajón mencionado, de 40.0 cm, se obtienen los siguientes módulos de

subrasante:Contrato GE-INT-014 "Análisis de Alternativas y Diseño de Pavimentos del Ramal

13NO.IDU-129-2005 de la Calle Sexta", Edición 2


~h CIVILTECUt 1."'(;f.""lfR()~ 1."1"1).\.

ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 1Oa

DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE 115.28 A LA CALLE 34.LA VIALIDAD LIMITADA

Tabla 6: Módulo resiliente de subrasante mejorada para diseño

ESBR perc.87.5 ESBR promedioESBR mej ESBR mej

Calzada perc.87.5 Promedio(MPa) (Mpa)

(MPa) (MPa)

Calzada Norte 18.2 28.7 57.5 63.6

Calzada Sur 10.8 25.6 48.9 62.3

Los valores de módulo combinado usando el percentil 87.5 de los datos de CBR de

sub rasante se usarán en los diseños de pavimento por PCA 1984 y Shell 77, mientras

que los correspondientes al promedio se emplearán en la aplicación del método

AASHTO 1993.

5.3. ESTIMACiÓN DEL MÓDULO DE REACCiÓN DE SUBRASANTE

Para los valores de módulo combinado de subrasante correspondientes al percentil 87.5

de los resultados se estimó el valor de CBR con la expresión CBR(%)=(EsBR mej)/10 y,

con base en él, se empleó la Figura 1 (de "Thickness Design ot Concrete Pavements tor

Highways ans Streets", PCA, 1984) con el propósito de establecer el valor del módulo

de reacción de la subrasante mejorada, KSBR mej, para el diseño de pavimentos rígidos,

obteniéndose los siguientes valores:

Tabla 7: Módulo de reacción de la subrasante mejorada

CalzadaKSBR percentil87.5

(MPa/m)

Calzada Norte 42.0

Calzada Sur 38.0

Estos valores se emplean en la determinación de módulo de reacción combinado de la

subrasante, Kc, necesario para el dimensionamiento de pavimentos rígidos con la

metodología PCA 1984.




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ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a )'14DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE

28 A LA CALLE 34.

Figura No. 1. Correlación entre el módulo de reacción y el CBR de subrasante

ti) fm Hl~ ~ ~;tc~.totie O. J Pw hN 'f,:~-t,jJ'<:-:t1o;j.t,s-l(n N~!tJb!~ f::::I__~~lT.~,¡lS. "'bQ"~'.',,;.a·fnlr~M(t·. li(t.t-0 h oc~tf,<i;!p ::;tI !~,~ 1w~"Vf'·:tt! • tf) A":?~iJ,..t/b}$}l6,#v 1'!)47, V~ll :::::-. Pol9oJ'~ ¡ro 1)6,!ll A$'JM fM~t9t~"'I«f,¡..{J rt?-i(/(:l) '-Ct",~~$tK~t>-,:-_",ol ~ >gl"tWíl)' ~I-lb~v:.'%!t~'•.ta-tt:(j.t¡~> ~~.qh~+ll~:Qf(h ~k ~Jlk<ftJ.tJ~l-fK8,Jj:pi Itl~ h~·t<M",'t,tu~JI,fA3[jJ Af'iof.",,-'_t/. ~f¡.t".Vt.1i ~_ f'-y;}~~

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CONSORCIO TRONCAL 10ai) .(t ~(If~',!!:T~~LA VIALIDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34.

5.4. MÓDULO DE REACCiÓN COMBINADO PARA DISEÑO

Para el Ramal de la Calle Sexta se previó, como estructura de soporte de los

pavimentos rígidos, la utilización de una capa de base granular de 20.0 cm de espesor,

la cual quedaría soportada o bien sobre la subrasante o bien sobre un espesor de

granulares remanentes que para efectos de cálculo no se tiene en cuenta.

Para los valores de módulo de reacción de subrasante obtenidos anteriormente y el

espesor de granulares mencionado, el valor del módulo de reacción combinado se

obtiene de la Figura No. 2, desarrollada por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de

Estados Unidos y que relaciona el valor del módulo de reacción combinado con el de la

subrasante y con el espesor de capas granulares; para el caso de la alternativa de

soporte de placas de concreto sobre pavimentos asfálticos, con un espesor de 5.0 cm

de capa bituminosa extendida sobre la base granular de 20.0 cm propuesta, se empleó

la Figura No. 3 incluida en el documento Whitetopping, State of the Practice, publicado

por la American Concrete Pavement Association, para la determinación del módulo de

reacción combinado para cada una de las vías en estudio; los valores de este

parámetro son los siguientes:

Tabla 8: Módulos de reacción combinados de diseño

Kc Kc

Calzada Soporte en Granulares Soporte en Asfalto

(MPa/m) (MPa/m)

Calzada Norte 54.2 60.0

Calzada Sur 51.5 56.0



ING1::NIF.'ROS 1,TT>A.



28 A LA CALLE 34.


~CIVILTEC

LA VIALIDAD LIMITADA

Figura No. 2. Módulo de reacción combinado para soporte sobre capas granulares

$00400

20

TH1CKNESS OF 8ASE OR SUIlIlASE, IN.

Figura No. 3. Módulo de reacción para soporte sobre capas asfálticas

g R90 40

ro80 100

300 4070

260 óO 200

60<ll 00 15~ 200 300 'á.

501f 100

~¿;¡ '5.:l' lt:<l 400 a.

~120 .:1'.

100JO

50014020

50 160 óOO10

180o

I<,~~-hl-kr




~

ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a \:=t lDE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE


En el caso de la alternativa de soporte sobre mezcla asfáltica es necesario garantizar

que el contenido mínimo de asfalto sea de 6.0% para mejorar la resistencia a la erosión

impuesta por las cargas.

6. DISEÑO DE PAVIMENTOS RíGIDOS

La aplicación del método de diseño de la PCA 84 requiere de la determinación del

número de repeticiones de pasos de cada tipo de eje, según su peso, de acuerdo con la

distribución del tránsito esperada para el periodo de diseño del pavimento; esta

distribución y los volúmenes correspondientes fueron estimados dentro del estudio de

tránsito del proyecto, en lo referente al Ramal de la Calle Sexta de Transmilenio.

El cálculO del Número de Repeticiones de Eje en el carril de diseño para las Calzadas

Mixtas se estimó con un factor carril adoptado del 90% sobre el total de tránsito

esperado para cada corredor; las repeticiones esperadas para el diseño de pavimentos

rígidos con la metodología PCA 1984 son las siguientes:

Tabla 9: Repeticiones esperadas para 20 años por peso de eje

Sencillo Dir Sencillo Dir Senc. Tras. TándemCalzada w= St W=6t W= 11t W=22t

Calzada Norte 2.13x107 1.35x107 3.17x107 4.85 x106

Calzada Sur 3.86 x107 1.08x107 4.80x107 2.28 x106

El cálculo de las repeticiones de carga por eje se presenta en el Anexo 3 al final del

presente estudio; en el caso de las Calzadas Transmilenio, se estableció por parte de

Transmilenio S. A. que se tendrá un total de 60 buses/hora en el primer año de servicio,

que corresponde a un total de 720 buses/día para un factor de expansión de hora pico

de 12; el factor carril para este caso se adoptó como igual al 100% del tránsito total

esperado de buses articulados.




~ it ~'~f~'!~:!~~LA VIALIDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34.

La proyección de este valor para un periodo de diseño de 20 años permitió estimar los

siguientes valores de repeticiones de carga por peso de eje para el diseño de las

Calzadas del Sistema Transmilenio:

Tabla 10: Repeticiones por Peso de Eje para Transmilenio

Peso de Eje Repeticiones Esperadas

(t) (20 años)

7.5 7'001.586

12.5 14'003.172

Las proyecciones de tránsito para los carriles exclusivos del sistema Transmilenio en la

Calle Sexta se incluyen en el Anexo 3 al final del presente documento y prevén una tasa

de crecimiento del 3.86% entre el 2008 y el 2010,2.78% entre el 2011 y el 2016, 2.36%

entre el 2017 y el 2020, y 2.19% entre el 2021 y el final del periodo de diseño de la vía.

El diseño de espesores de placa de concreto consideró las siguientes hipótesis de

operación de los pavimentos:

Sin berma

- Alternativas de Soporte en Granulares y en Concreto Asfáltico

Porcentaje de Erosión Admisible en Granulares: 100%

Porcentaje de Erosión Admisible en Concreto Asfáltico:

Porcentaje de Fatiga Admisible:

100%

100%

En este caso, además de los criterios anteriores, el factor de seguridad por carga para

el diseño de los pavimentos por PCA 1984 es de 1.2 para los carrilles de Transmilenio,

y de 1.1 para las Calzadas de Tráfico Mixto.




~(!C CIVILTEC

l"f;f.NlI'I<O~ l.TP,\.



28 A LA CALLE 34.

\btl


Los espesores de losa de concreto determinados para cada uno de los sectores,

aplicando la metodología de la PCA 84 incluida en el programa BS - PCA de la

Universidad del Cauca son los siguientes, para un módulo de rotura de 45 kg/cm2:

Tabla 11: Espesores de diseño de pavimentos rígidos

CalzadaH losa (cm) H losa (cm)

Soporte en Granulares Soporte en Asfalto

Norte Transmilenio 29.0 29.0

Sur Transmilenio 29.0 29.0

Norte Mixta 29.0 29.0

Sur Mixta 29.0 29.0

En el caso del diseño para soporte sobre concreto asfáltico se consideró que éste tiene

un espesor de 5.0 cm. Las memorias de cálculo de estos espesores, arrojadas por el

programa BS - PCA de la Universidad del Cauca, se presentan en el Anexo 4 al final

del presente documento.

Debe indicarse que en todos los casos anteriores el diseño del pavimento está

gobernado por el consumo de erosión bajo las esquinas externas de las placas del carril

de diseño.

6.1. VERIFICACiÓN POR ELEMENTOSFINITOS

En este caso se recurrió al programa KENSLABS, desarrollado por Yang H. Huang en

la Wniversidad de Kentucky y que permite estimar, para el caso de los presentes

diseños, el valor de la presión bajo la esquina externa de la losa de diseño para la

estimación del porcentaje de erosión impuesto por las cargas de tránsito tanto para

tránsito mixto como para calzadas exclusivas del sistema Transmilenio.

El esquema para el análisis de elementos finitos corresponde al de tres losas de

concreto dispuestas una tras otra, formando un carril de 3.95 m de ancho máximo porContrato GE-INT-014 "Análisis de Alternativas y Diseño de Pavimentos del Ramal 20



~iJf CIVILTEC

,"'(; t"i' I,«O:'¡ LTJ).\.




4.50 m de longitud; cada una de las losas se encuentra conformada por un total de 49

nodos, formando una matriz de 7x7; en virtud de que el diseño está gobernado por la

erosión, las cargas de análisis se dispusieron en el extremo inferior derecho de la

segunda placa, cerca de la junta, zona en la cual se disminuyó la dimensión de los

elementos finitos, buscando garantizar una mayor precisión en los cálculos arrojados

por el programa, tal como se muestra en la figura No. 4.

Para todos los esquemas de carga se busca determinar la presión en la subrasante

bajo la esquina inferior derecha de la losa, la cual corresponde al Nodo N° 92 dentro de

la numeración de los mismos para análisis. En todos los casos se emplearon los

siguientes parámetros para diseño de pavimentos:

- Módulo de Elasticidad del Concreto:

- Diferencial de Temperatura:

3.0 X 107 kPa

2.60 C

Figura No. 4. Esquema en planta de la placa de análisis

CRA 10 TRM CALZADA OCCIDENTAL SECTOR 1 SOBRE GRANULARES• Max. '-' Stress in Y Dir.=-162.1 *Max. '+' Stress in Y Dir.= 917.9 kPaO Uni:torm I"oa.d

y

,---¡

1-1

COORDINATES

X COORDlNATES IN cm




~¿¡; CIVILTEC

I!':(; [;.,:, rRO:', LTD.\




- Módulo de Elasticidad del Acero (Refuerzo):' 2.0 x 108 kPa

- Módulo de Reacción en las Juntas: 300,000 MN/m3

En el caso del módulo de reacción en la juntas el valor adoptado se encuentra dentro

del rango recomendado por Huang, que varía entre 80,000 y 407,000 GPa/m3.

En el caso de las cargas, el programa KENSLABS requiere que las huellas tanto de

rueda sencilla como de rueda doble sean distribuidas en áreas rectangulares; en el

caso de las ruedas dobles, tanto en Transmilenio como en las calzadas mixtas, el área

equivalente es aproximadamente cuadrada, mientras que para rueda sencilla el área de

distribución de carga tiende a ser rectangular.

El cálculo del área equivalente para rueda doble se hace mediante la expresión:

A= Pdq

Aquí, Pd es la carga impuesta por una sola de las ruedas dobles y q es la presión de

inflado del neumático; el lado de esta área, para una distribución cuadrada es:

A=f!Para una carga de rueda sencilla se calculó el valor del parámetro L, que corresponde a

la mayor dimensión del área de carga y que corresponde a:




~ (Jf S!~~~!~T~~LA VIALIDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34.

El lado menor de la carga rectangular para rueda sencilla se calcula, en consecuencia,

como:

l = AL

Las áreas de carga de rueda sencilla y de rueda doble, así como las presiones de

contacto adoptadas para el desarrollo del análisis se presentan a continuación:

Tabla 12: Dimensiones de Áreas de Carga

Tipo de ejePeso Total q Lmayor Lmenor

(kN) (kN/m2) (m) (m)Sencillo TRM 125 620 0.318 0.318Sencillo Mixtas 108 600 0.300 0.300Sencillo Mixtas 59 320 0.366 0.252Sencillo Mixtas 49 280 0.356 0.245Tándem Mixtas 216 600 0.300 0.300

Las presiones de contacto presentadas anteriormente se multiplicaron por 1.1 para

simular el factor de seguridad de carga exigido contractualmente para el análisis por el

método PCA 1984 de los pavimentos rígidos.

Así las cosas, al ubicar las cargas de tipo sencillo y tándem en los bordes de placa se

calcularon las presiones en la subrasante bajo la esquina externa de la losa de concreto

de análisis; de acuerdo con la PCA 84, la rata de trabajo ejercida sobre ese sitio se

calcula como:

p2P = 268.7 hko73

En la expresión anterior P es la rata de trabajo, p es la presión bajo la esquina externa

de la losa, h es el espesor del pavimento, y k es el módulo de reacción combinado de




~ ¿¡¡ ~,!~,!!:,T~~LA VIALIDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34.

subrasante. El número de repeticiones admisibles bajo esta condición está determinado

por:

Log N = 14.524 - 6.777(C1P - 9.0)°·103

En general, el valor de C1 es de 1.0 para bases granulares y de 0.90 para capas

estabilizadas; no obstante, en este análisis se determinó usar un valor de 1.00 en

ambos casos.

Así las cosas, el porcentaje de erosión para una condición de operación sin berma se

calculó mediante:

%erosión = 100f C2n;;=1 N;

El valor de C2 para una condición de operación sin berma es de 0.06; en este caso m es

el número de categorías de carga previstas en el estudio de tránsito, ni es el número de

repeticiones esperadas para cada categoría, y Ni es el número de pasos admisibles por

cada tipo de eje o carga.

Los espesores finales y los porcentajes de erosión obtenidos para cada uno de los

tramos de análisis se presentan a continuación, para cada una de las dos alternativas

de construcción analizadas:

Tabla 13: Espesores de losa sobre granulares y consumos de erosión (elementos finitos)

Calzada H losa (cm) Consumo de Erosión

Soporte en Granulares (OJo)







~ it ~a,~',~!:J~~LA VIALIDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34.

I Sur Mixta 29.0 72.5

Tabla 14: Espesores de losa sobre asfalto y consumos de erosión (elementos finitos)

Corredor H losa (cm) Consumo de Erosión

Soporte en Asfalto (%)




Sur Mixta 29.0 63.0

Las memorias de cálculo con el programa KENSLABS y el cálculo de los consumos de

erosión para cada una de las calzadas del Ramal de la Calle Sexta se presentan en el

Anexo 4 del presente documento.

7. DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

En este caso se prevé la implementación pavimentos asfálticos conformados por

concreto bituminosos soportados en bases granulares o estabilizadas, las cuales

podrán ser dispuestas a su vez sobre los granulares remanentes de la excavación,

siempre que éstos se conserven en las vías estudiadas. Estos pavimentos se proyectan

para un periodo de diseño de 20 años.

En el caso de bases y subbases granulares se utilizaron las figuras 2.6 y 2.7 de la guía

de diseño AASHTO 1993 para la determinación del módulo de elasticidad a partir del

CBR mínimo exigible; en este caso los valores empleados para determinar los módulos

corresponden a los presentados en las Especificaciones Generales de Construcción de

Carreteras del Instituto Nacional de Vías, Artículo 320 (Subbase Granular) y 330 (Base

Granular), en las que se establece que el CBR mínimo para la primera debe ser del

20%, y de 80% para la segunda. Para el caso de las bases estabilizadas con cemento

se propone un valor de módulo de elasticidad de 500 MPa. Debe indicarse, no obstante,

Contrato GE-INT-014 "Análisis de Alternativas y Diseño de Pavimentos del Ramal 25No.IDU-129"2005 de la Calle Sexta", Edición 2


~ <1f ~(~!!:,!~S.LA VIAUDAD LIMITADA

ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a 163,DE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE

28 A LA CALLE 34.

que de acuerdo con las Especificaciones de Construcción IDU ET 2005, para tránsitos

altos, el valor del CBR de subbase debe ser de al menos 60%, mientras que el de base

granular deberá alcanzar el 100% al menos, valores que para efectos del presente

estudio serán los exigidos en obra.

Así las cosas, la utilización de las figuras 2.6 y 2.7 mencionadas permite obtener los

siguientes módulos para materiales granulares:

Tabla 15: Módulos de elasticidad para materiales granulares

Módulo de

CapaCBR adoptado

Elasticidad(%)

(MPa)

Subbase Granular 20 91

Base Granular 80 196

Base Estabilizada con Cemento - 500

La base estabilizada con cemento deberá exhibir una resistencia a la compresión

inconfinada de 2.5 MPa (25 kg/cm2) a los 7 días (Norma ET-2005 IDU).

En el caso de las capas asfálticas es posible establecer su módulo de elasticidad para

diseño en función de la temperatura, por medio de los nomogramas presentados en la

metodología Shell de 1977; estos nomogramas permiten establecer el módulo dinámico

de la mezcla en función de las propiedades del asfalto presente en ella, de los

volúmenes de agregado y de bitumen, de la temperatura del aire y de la frecuencia de

aplicación de cargas, que la Shell propone como de 8 Hz y es la adoptada en el

presente estudio.

Se adopta una dosificación de mezcla asfáltica conformada por 84% de agregados y

por 11% de asfalto, ambos en volumen; también se recurrió a las características del

asfalto de Apiay, el cual tiene una penetración a 25° C de 72/100 mm y un punto de



162.CONSORCIO TRONCAL 10

~h CIVILTECUt J:-:(";F."'lEI(<.)~ l.TIl.\.




ablandamiento de 48.6° C. Con esta información se calculó el valor del índice de

penetración IP con las expresiones:

A = log(P) -log800Tpen - T800

IP = 20-500A1+50A

En estas expresiones A es la susceptibilidad a la temperatura del asfalto, P es la

penetración a 25° C (Tpen), Y Taooes el punto de ablandamiento del asfalto; con la

información anterior se estableció que el índice de penetración del asfalto es igual a -

0.68.

De acuerdo con la metodología Shell, para una temperatura ambiente wMAAT de 12° C,

valor promedio de la Sabana de Bogotá (Atlas Geográfico de Colombia), donde este

parámetro varía entre 6° C y 18° C, la temperatura de la mezcla para un espesor

asumido de 5.0 cm es de 20° C; con la dosificación de mezcla adoptada, se determinó

un módulo dinámico de 3,200 MPa, empleando los nomogramas de Van der Poel y de

Bonnaure (Shell, 1977) para la estimación de los módulos de bitumen y concretos

asfálticos, respectivamente.

Para efectos del dimensionamiento de los espesores de pavimento asfáltico se

asignaron los siguientes parámetros para la utilización de las expresiones mecanicistas

propuestas por la Shell (fatiga y ahuellamiento) y para la revisión de los diseños

obtenidos, pata lo cual se aplica la metodología de la AASHTO de 1993:

- Confiabilidad (R):

- Error Estándar Combinado (So):

- Nivel final de serviciabilidad (Pt):

95%0.49

2.2Contrato GE-INT-014 "Análisis de Alternativas y Diseño de Pavimentos del Ramal

27NO.IDU-129-2005 de la Calle Sexta", Edición 2


~ <t ~~!~!~SLA VIAUDAD LIMITADA

ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 10a \bIDE CALLE 34A SUR A LA CALLE 28 Y CARRERA 7a DE CALLE

28 A LA CALLE 34.

Los módulos de las capas estructurales del pavimento son las siguientes:

Tabla 16: Módulos para Diseño de Pavimentos Asfálticos

Módulo de

Capa Elasticidad

(MPa)

Base Estabilizada con Cemento 500

Concreto Asfáltico 3,200

Los módulos resilientes de subrasante para el diseño mecanicista y para la verificación

con la metodología AASHTO 1993 son los estimados en el numeral 5.2 de este estudio.

Por otra parte, el tránsito de diseño en términos de ejes equivalentes de 8.2 t se obtiene

sumando los productos de las repeticiones esperadas para cada tipo de vehículo, en el

carril de diseño, por su respectivo factor de daño, cuyo valor se presenta a

continuación:

Tabla 17: Factores de daño

Tipo de Vehículo Factor de Daño(FD)

Buses Articulados 10.869Buseta 3.284Bus Corto 3.436Bus Larqo 3.436Eiecutivo 3.436C2P 3.284C2G 3.436C3 4.620C5 8.956

El Número de Repeticiones por Tipo de Vehículo estimados mediante las proyecciones

de tránsito efectuadas para el proyecto son los siguientes:

Contrato GE-INT-014 "Análisis de Alternativas y Diseño de Pavimentos del Ramal



~

~ww~ . rAir' el" ILTEC~ 1"'(;f::'!lEII.()Sl.TI)~\




Tabla 18: Repeticiones esperadas por tipo de vehículo

Calzada Norte Calzada SurTipo de VehículoBuses Articulados 7'001.586 7001586Buseta 13372018 21426196Bus Corto 235039 1607285Bus Largo 365149 2855972Ejecutivo 142702 1146231C2P 10295530 21419792C2G 10891521 4841065C3 1359866 640353C5 2014617 947722

En este caso, el Número de Ejes Equivalentes de Diseño NEE se estima de acuerdo

con la expresión:

n

NEE = FCIN¡FD¡¡=\

Aquí, Fe es el factor carril, adoptado como igual a 0.90, n es el número de tipos de

vehículos comerciales considerados en el cálculo, N¡ es el número de repeticiones

esperadas para el tipo de vehículos i, y FD¡ es el factor de daño para dicha clase de

automotor.

Así las cosas, el Número de Ejes Equivalentes de diseño para cada una de las calzadas

del sistema son los siguientes:

Tabla 19: Ejes Equivalentes de 8.2 t para diseño

Calzada NEE20 años

Norte Transmilenio 7.61x10-S-ü¡:-t;.-a-nsm-iien¡C;----------------------- --------------Y6Tx1-6T-------------

-f::iC;rte-MTxta--------------------------------- --------------2-~1-9-x-1-6T--------------s-ü;.--rVilxta------------------------------------- --------------T63-x-1-6T-------------

Contrato

No.IDU-129-2005

GE-INT-014 "Análisis de Alternativas y Diseño de Pavimentos del Ramal

de la Calle Sexta", Edición 229

159CONSORCIO TRONCAL 10

~;J... CIVIl..TEC~ f~(;f::"lII~I(()S LTD.\




El cálculo del Número de Ejes Equivalentes se presenta en el Anexo 5 de este

documento.

7.1. DISEÑO MEDIANTE MÉTODO SHELL 78 y ADENDO 1985

Para el caso de los presentes diseños se prevé la determinación de las deformaciones

admisibles que pueden ser estimadas por medio de las expresiones Shell tanto para

fatiga en el fondo de las capas asfálticas como para la deformación vertical compresiva

en el tope de la subrasante, ésta última calculada para un nivel de confiabilidad del

95%. La comparación entre esos valores y las deformaciones unitarias que en teoría se

desarrollarán en el pavimento permitirán establecer los espesores de pavimento

requeridos en función del tránsito de diseño.

El valor de la deformación por tracción admisible en el fondo de la carpeta asfáltica se

estima mediante la expresión:

El = 0.002262 N-O.1626

Esta expresión, en la que El es la deformación horizontal por tracción admisible y N es el

número de ejes equivalentes de 8.2 t, es válida para una mezcla tipo S1-F1-100, una

temperatura media anual del aire de 12° e y para un módulo dinámico de mezcla de

3,440 MPa, aunque para efectos del diseño se utilizó un valor de 3,200 MPa.

La deformación vertical compresiva admisible sobre la subrasante, para una

confiabilidad del 95%, se estima mediante:

Ez = 0.018 N-O.25

Contrato GE-INT-014 "Análisis de Alternativas y Diseño de Pavimentos del Ramal 30No. IDU-129-2005 de la Calle Sexta", Edición 2

ISS·CONSORCIO TRONCAL 10~o~

@ ""itrA'fl"t CIVJLTEC~ -/?\';F.NIERO" L"I"1),\.




En el caso de las bases estabilizadas con cemento se adoptó la expresión propuesta

por Balbo para establecer el valor de la deformación por tracción en el fondo de la capa

de base estabilizada, la cual corresponde a:

(J_n = 0.871- 0.0541ogN(Jo

En la expresión anterior O"n es el valor del esfuerzo a tracción admisible, y 0"0 es la

resistencia a tracción de la capa, que de acuerdo con Balbo puede variar entre 0.55 y

1.01 MPa aunque, para el caso de los presentes diseños, se opta por dividir el límite

inferior a la mitad y adoptarlo como resistencia de diseño, es decir, 0.275 MPa (275

kPa). El cálculo de los valores admisibles para cada uno de los sectores en que se

dividió el corredor se presenta en el Anexo 5 de este documento.

El valor del número de ejes equivalentes de 8.2 t esperados para cada una de las vías

en estudio, así como los módulos resilientes de subrasasante para el percentil 87.5 y

para el percentil 50 de los módulos hallados para cada corredor se presentan a

continuación:

Tabla 20: Ejes Equivalentes y módulos resilientes de diseño

NEECalzada

Mr Mrp= 87.5% P= 50%

20 años

Norte Transmilenio 7.61x10 57.5 63.6-Sur-Trans-ñ1Tienio------------- --------7~61-x-foT------ --------48~9------- -------62-.-3--------Norte--M"¡xta----------------------- --------i-f9x10T------ --------5Y-fs-------- -------63.-6--------Sur-M¡xt-a-------------------------- --------1-~03x1-0T------ ---------48~-9------- -------6ij-------


NO.IDU·129-2005 de la Calle Sexta", Edición 2

\S~·


~JE ClVILTEC

J"(; f.:'O j E 1<0:', L"I"1),\.




Con base en la información anterior se calcularon los esfuerzos y deformaciones que,

en teoría, se desarrollan en el pavimento bajo la acción de una carga de rueda doble

con las siguientes características:

- Radio de carga: 10.8 cm

- Presión de contacto: 562 kPa

- Separación entre centros de huella: 32.8 cm

Esta configuración corresponde a una carga de eje de 8.2 t; las deformaciones, cuyo

valor no debe superar los valores admisibles calculados previamente, se verifican bajo

el centro de una de las huellas, bajo el borde de la misma sobre la recta que separa las

dos improntas, y en el centro de la recta mencionada.

Los espesores de pavimento flexible, obtenidos mediante el programa KENLAYER de la

Universidad de Kentucky para las calzadas mixtas y para las exclusivas de

Transmilenio, se presentan a continuación:

Tabla 21: Espesores de Diseño de Pavimentos Flexibles

ESPESORES DE DISEÑO (cm)Calzada

CA BG SBG RajónNorte Transmilenio 24.0 20.0 25.0 40.0

Sur Transmilenio 25.0 20.0 25.0 40.0

Norte Mixta 21.0 20.0 20.0 40.0

Sur Mixta 19.0 20.0 20.0 40.0

En el caso de la altemativa de pavimentos semirrígidos se obtuvo:

Tabla 22: Espesores de Diseño de Pavimentos Semirrígido


CA BGE SBG RajónNorte Transmilenio 18.0 20.0 30.0 40.0



\:5;.CONSORCIO TRONCAL 10~ .<t ~,~,~,!!~!~~




28 A LA CALLE 34.


CA BGE SBG RajónSur Transmilenio 18.0 20.0 31.0 40.0

Norte Mixta 15.0 20.0 25.0 40.0

Sur Mixta 13.0 19.0 25.0 40.0

El cálculo de los parámetros admisibles y las memorias de cálculo arrojadas por el

programa KENLAYER se presentan en el Anexo 5 del presente documento.

7.2. VERIFICACiÓN MEDIANTE AASHTO 93

Para la aplicación del método AASHTO el módulo resiliente de subrasante para diseño

se calculó como el promedio de los valores hallados en cada uno de los tramos

homogéneos identificados a partir de los trabajos de exploración geotécnica.

El cálculo del aporte estructural de la capa de granulares remanentes se calculó con la

expresión propuesta por AASHTO:

a3 = 0.227/ogE(psi) - 0.849

Aquí, a3 es el aporte estructural, y E es el módulo de elasticidad de la capa; esta

expresión corresponde al aporte estructural de una capa de subbase granular. En el

caso de la capa de base granular estabilizada el aporte se calcula como:

a2 = 0.249/ogE(psi) - 0.977

En este caso, a2 es el aporte estructural de la base estabilizada obtenido con el módulo

adoptado para esta capa.



155.CONSORCIO TRONCAL 10

~

rrJ" ,Af" ClVIl..TEC~ f!\"(;r.;>;fEROS (,"1"1),\.




Para el caso del concreto asfáltico el aporte estructural se estima a partir de la figura 2.3

de la Guía de Diseño AASHTO de 1993, la cual relaciona el aporte estructural del

concreto asfáltico con su módulo de elasticidad a 200 C. Para un módulo dinámico de

carpeta asfáltica de 3,200 MPa dicho aporte estructural es de 0.42.

Así las cosas, el Número Estructural SN proporcionado por la estructura del pavimento

se calcula con la expresión:

En esta expresión Di es el espesor de cada una de las capas constitutivas del

pavimento, y mi es el coeficiente de drenaje de las capas granulares; el valor del

coeficiente de drenaje asignado a la base estabilizada, m2, es de 1.0, mientras que para

los granulares remanentes el valor m3 es de 0.90, los cuales se ajustan a las

recomendaciones de diseño de la AASHTO para buenas condiciones de drenaje y al

menos una exposición a saturación durante el 25% del tiempo.

Según el método de diseño de la AASHTO, en función del número de ejes equivalentes

en el período de diseño, el número estructural, la pérdida de serviciabilidad en el tiempo

y del módulo de resiliencia de la subrasante, se tiene la siguiente relación:

L MSIog

LogW¡8 = ZrSo +9.36Log(SN +1) -0.2+ 4.210~¡ +.32LogMR -8.070.40+----

(SN + 1)519

Donde:

W18 =ZR =So =

Cantidad de ejes equivalentes de 8.2 Toneladas (80 KN)

Desviación estándar normal

Error estándar combinado de la predicción del tránsito y de la predicción

del comportamiento

tlPSI = Pérdida de serviciabilidad



154CONSORCIO TRONCAL 10

~~ CIVILTEC~ J"(;f.~JI~R(J:<, l.Tl~,\.




MR =SN =

Módulo de resiliencia de la subrasante (Lb/plg2)

Número estructural determinado por la expresión:

La verificación de los espesores hallados inicialmente se hace de forma iterativa,

modificando los espesores hasta que los valores de log1OW18calculados con la

ecuación anterior y tomando directamente el logaritmo coincidan o el primero de ellos

sea superior al segundo. En este caso, los espesores hallados por métodos

mecanicistas se ajustan a las exigencias del método AASHTO, y son los siguientes:

Tabla 23: Espesores de pavimento flexible verificados por AASHTO 1993

CalzadaCA BG SBG Rajón

Norte Transmilenio 24.0 26.0 30.0 40.0--------------------------------------------------------------------Sur Transmilenio 25.0 23.0 30.0 40.0--------------------------------------------------------------------Norte Mixta 22.0 20.0 20.0 40.0--------------------------------------------------------------------Sur Mixta 19.0 20.0 20.0 40.0

ESPESORES DE DISEÑO (cm)

En el caso de la altemativa de pavimentos semirrígidos se obtuvo:

Tabla 24: Espesores de pavimento semirrígido verificados por AASHTO 1993

CalzadaESPESORES DE DISEÑO (cm)

CA BGE SBG Rajón20.0 22.0 30.0 40.0

20.0 22.0 31.0 40.0

17.0 20.0 25.0 40.0

14.0 19.0 25.0 40.0

Norte Transmilenio--------------------------------------------------------------------1---.,,--::---+---::--::---+--.,--,---1---:-:-::----1Sur Transmilenio--------------------------------------------------------------------1---=-:---+---::--::---+--::--::---1---:-:----1Norte Mixta--------------------------------------------------------------------¡---,...--,,----+---:--::---I----::c-=-::c--t---:---::-----;Sur Mixta

Los cuadros de cálculo con el método AASHTO 1993 se incluyen en el Anexo 6 al final

del presente documento.






8. ALTERNATIVAS RECOMENDADAS

En este caso se recomienda la construcción de pavimentos rígidos apoyados sobre

concretos asfálticos para la adaptación de la Calle Sexta al Sistema Transmilenio; esta

alternativa prevé menores excavaciones dentro del terreno natural en comparación con

la de pavimentos flexibles y mantiene el mismo tipo de superficie de rodadura existente

en la vía estudiada. Los espesores de construcción son los siguientes:

Tabla 25: Estructuras de pavimento recomendadas

RodaduraH losa Base Granular Rajón

Calzada MD-12 I(cm)

(cm)(cm) (cm)

Norte Transmilenio (MR 50) 29.0 5.0 20.0 40.0

Sur Transmilenio (MR 50) 29.0 5.0 20.0 40.0

Norte Mixta (MR 45) 29.0 5.0 20.0 40.0

Sur Mixta (MR 45) 29.0 5.0 20.0 40.0

Los materiales constitutivos de las capas de pavimento deberán ajustarse a las

Especificaciones de Construcción ET 2005 del Instituto de Desarrollo Urbano; en el

caso de la· base estabilizada con cemento, y en cumplimiento de las Especificaciones

mencionadas, deberá garantizarse que ésta alcance una resistencia a la compresión

inconfinada de 2.5 MPa luego de 7 días de curado húmedo en laboratorio.

9. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD

En este caso se tomaron los sectores más críticos, en términos de módulo de reacción

combinado, hallados para el diseño de pavimentos rígidos para la elaboración de los

análisis de sensibilidad de espesores y para el análisis de alabeo bajo diferenciales

térmicos. En el primer caso se realizó un análisis de sensibilidad para Transmilenio y

para las calzadas mixtas, variando el espesor de placa entre 24.0 y 32.0 cm, y entre



\52CONSORCIO TRONCAL 10

~ df ~E~',~!:!~~LA VIALIDAD LIMITADA



28 A LA CALLE 34.

23.0 Y 30.0 cm, respectivamente, para condiciones de soporte sobre granulares y sobre

pavimentos asfálticos.

En el caso de las calzadas exclusivas de Transmilenio se encontró que una reducción

de 4.0 cm en el espesor construido de placa de concreto redunda en un consumo de

erosión 4.75 veces mayor que para el espesor de diseño, lo cual es válido en el caso de

soporte en granulares y en el de soporte en capas asfálticas.

En el caso de las calzadas mixtas se encontró que una reducción de 2.0 cm en el

espesor final construido con respecto al de diseño somete al pavimento a un consumo

de erosión 1.75 veces superior al admisible, en el caso de soporte en granulares; dicho

incremento en el consumo de erosión es 1.68 veces superior con una reducción de 2.0

cm de espesor cuando el pavimento rígido está soportado en capas asfálticas.

En los casos de las calzada de Transmilenio y en el de soporte sobre granulares para la

calzada Mixta Sur se encontró que una reducción de 1.0 cm en el espesor con respecto

al de diseño impide que el pavimento cumpla su vida útil, al menos a la luz de las

proyecciones de tránsito utilizadas para el dimensionamiento de espesores.

Los análisis de sensibilidad, incluyendo las memorias de cálculo obtenidas con el

programa SS-PCA de la Universidad del Cauca, se incluyen en el Anexo 7 de este

documento.

10. ALABEO

Este análisis también se aplicó a los sectores de menor módulo de reacción combinado

para las calzadas mixtas y de Transmilenio, y consideró la utilización de una placa de

concreto de 4.50 m de largo por 3.95 m de ancho para el cálculo de esfuerzos de

alabeo con los espesores de diseño obtenidos.

Contrato GE-INT-014 "Análisis de Alternativas y Diseño de Pavimentos del Ramal 37No.IDU-129-2005 de la Calle Sexta", Edición 2

\51CONSORCIO TRONCAL 10

~i!Jf CIVILTEC

¡SG EN r l' J(O_" 1."1"1).\.

ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CARRERA 1Oa



El cálculo del diferencial de temperatura consideró un incremento de 0.055 oC por mm

de placa para obtener un valor I!..T de 0.055h, donde h es el espesor de placa en

milímetros, un coeficiente de dilatación térmica de 9.0x10-6 mm/mm¡OC, un módulo de

elasticidad del concreto de 3.0x104 MPa, y un módulo de reacción combinado de

subrasante de 51.5 MPa/m.

El análisis se hizo para espesores variables entre 21.0 cm y 32.0 cm, para los cuales se

calculo la relación de rigidez relativa f, que corresponde a:

[3 ]0.25[_ Eh

- 12(1-v2 )k

En la expresión anterior E es el módulo de elasticidad del concreto, h es el espesor de

placa, v es la relación de Poisson y k es el módulo de reacción combinado; una vez

determinada la rigidez relativa se calcula el valor de Uf, para obtener, mediante la

relación de Bradbury, el valor de los parámetros Cx y Cy, dependiendo de si L es la

longitud o el ancho de la placa de concreto.

Una vez determinados los valores de Cx y Cy se calculan los esfuerzos por alabeo

mediante las expresiones:

Eatl!..ta = --'-----

2



9s, ~ dftroncal 10€¦ · las troncales de transmilenio de la carrera 10 y la norte-quito-sur...

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