diseño estructura pavimento flexible aashto invias insituto asfalto barranca lebrija (1)
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DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE BARRANCA LEBRIJA 1
DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE POR MEDIO DE LOS
MÉTODOS INVIAS, AASHTO 93 E INSTITUTO DEL ASFALTO PARA LA VÍA LA YE
- SANTA LUCIA BARRANCA LEBRIJA ENTRE LOS ABSCISAS K19+250 A K25+750
UBICADA EN EL DEPARTAMENTO DEL CESAR
MARÍA ANGÉLICA SALAMANCA NIÑO
SANTIAGO ARTURO ZULUAGA BAUTISTA
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DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE POR MEDIO DE LOS
MÉTODOS INVIAS, AASHTO 93 E INSTITUTO DEL ASFALTO PARA LA VÍA LAYE - SANTA LUCIA BARRANCA LEBRIJA ENTRE LOS ABSCISAS K19+250 A
K25+750 UBICADA EN EL DEPARTAMENTO DEL CESAR
MARÍA ANGÉLICA SALAMANCA NIÑO
SANTIAGO ARTURO ZULUAGA BAUTISTA
Trabajo de grado para optar al título de
Especialista en Ingeniería de Pavimentos
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Nota de aceptación
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________Director de Investigación
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Gracias a las personas más importantes en mi vida, mis padres, que siempre me han brindado
su apoyo, compañía, comprensión y amor para lograr cada una de las metas que me he
trazado en la vida.
A mis hermanos que constantemente están presentes para ayudarme, apoyarme y darme fuerzas
en los momentos que he sentido desfallecer, pero sobre todo, gracias por estar en otro momento
tan importante en mi vida.
A Lucas un miembro más de la familia Salamanca Niño que cada día nos brinda su compañía yamor.
A mis compañeros Paola, Santiago y Andrés porque sin el equipo que formamos, no hubiéramos
logrado esta meta.
Gracias a todos aquellos que no están aquí, pero que me apoyaron a que este gran esfuerzo se
volviera realidad.
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A tu paciencia y comprensión, preferiste sacrificar tu tiempo para que yo pudiera cumplir con el
mío. Por tu bondad y sacrificio me inspiraste a ser mejor para tí, ahora puedo decir que esta
tesis lleva mucho de tí, gracias por estar siempre a mi lado, Laura.Con todo mi cariño y mi amor para las personas que hicieron todo en la vida para que yo
pudiera lograr mis sueños, por motivarme y darme la mano cuando sentía que el camino se
terminaba, a ustedes por siempre mi corazón y mi agradecimiento, Papá y Mamá.
A Luna, Simón y Jerónimo, quienes me acompañaron en esas largas noches de estudio y trabajo
aportando ese cariño canino y ese calor felino.
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Agradecimientos
A todas las personas que de una u otra manera contribuyeron para hacer posible la
realización de este trabajo con sus valiosos aportes, al calificado grupo de docentes y al director
de la especialización y en general a la UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA.
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CONTENIDO
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1. INTRODUCCIÓN 162. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO 17
2.1 Línea de investigación 172.2 Planteamiento del problema 17
2.2.1 Antecedentes del problema 172.2.2 Pregunta de investigación 17
2.3 Justificación 182.4 Objetivos 18
2.4.1 Objetivo general 182.4.2 Objetivos específicos 19
3. MARCOS DE REFERENCIA 20
3.1 Marco conceptual 203.1.1 Método AASHTO – 1993 203.1.2 Método INVIAS para carreteras con medios y altos volúmenes de tránsito 213.1.3 Método del Instituto del Asfalto 22
3.2 Marco geográfico 233 3 M t ó i E t d d l t 25
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5.4.2 Método AASSHTO 93 detallado capa a capa 55
5.4.2.1 Verificación de protección de la base granular por la Carpeta Asfáltica 555.4.2.2 Verificación de protección de la Subbase Granular por la Base Granular 565.4.2.3 Calculo del SN3 efectivo de la Subbase Granular 585.4.2.4 Verificación de SN req de la estructura y el SN efec por capas 58
5.5 Diseño de la estructura de pavimento por el método del Instituto del Asfalto 615.5.1 Relación de Poisson de los materiales de las diferentes capas 615.5.2 Capacidad de soporte de la subrasante 61
5.5.3 Estimación modulo del concreto asfaltico 625.5.4 Determinación del módulo de los granulares 635.5.5 Verificación de cumplimiento por ahuellamiento y fisuración 65
5.5.5.1 Chequeo por Ahuellamiento 655.5.5.2 Chequeo por fisuramiento 65
5.6 Comparación de diseño de estructuras por el método INVIAS, ASSHTO 93 eInstituto del Asfalto 67
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 70REFERENCIAS 73ANEXOS 74
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LISTA DE TABLAS
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Tabla 1. Tránsito Promedio Diario Anual (La Ye - Santa Licia – Barranca Lebrija) 33
Tabla 2. Proyecciones de tránsito para la vía La Ye – Santa Licia - Barranca Lebrija 34
Tabla 3. Factores Daño 34
Tabla 4. Ejes Equivalentes Tramo La Ye - Santa Lucia - Barranca Lebrija 35
Tabla 5. Número de Ejes Equivalentes a utilizar por método de diseño 36
Tabla 6. Resumen de características geotécnicas 37
Tabla 7. Clasificación de suelos expansivos con base en LL e IP (Snethen y otros) 40
Tabla 8. Grado de expansión a partir del límite de contracción (Holtz y Gibbs) 40
Tabla 9. Expansión libre en probeta (Holtz y Gibbs) 40
Tabla 10. Clasificación de hinchamiento potencial y suelos expansivos 41
Tabla 11. CBR por Tramo Homogéneo 43
Tabla 12. Categoría de la vía 44
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Tabla 25. Verificación de la protección de la Base granular por la Carpeta Asfáltica 56
Tabla 26. Verificación de la protección de la Subbase granular por la Base granular 57Tabla 27. Numero estructural efectivo corregido de la Subbase granular 58
Tabla 28. Verificación del numero estructural efectivo vs el número estructural
requerido de la estructura diseñada 59
Tabla 29. Espesores de estructura de pavimento – AASHTO 93 Capa a Capa 59
Tabla 30. Valores típicos Relación de Poisson 61Tabla 31. Valores de Módulos de subrasante por tramos 62
Tabla 32. Tipo de cemento asfaltico por emplear en mezclas en caliente 62
Tabla 33. Tipo de cemento asfaltico por emplear en mezclas en caliente 64
Tabla 34. Estructuras de pavimento diseñadas por el Método del Instituto del Asfalto 66
Tabla 35. Espesores de estructura de pavimento por Método 68
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LISTA DE FIGURAS
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Figura 1. Ubicación del proyecto 23
Figura 2. Ubicación de los 6.5 Km de vía a diseñar 24
Figura 3. Método de diseño INVIAS 30
Figura 4. Método de diseño general de la AASTHO 93 31
Figura 5. Método de diseño del Instituto del Asfalto 32
Figura 6. Perfil Estratigráfico Vía la Ye Santa Lucia (Km 19+250 a Km 25+750 36
Figura 7. Estructura de Pavimento por el Método INVIAS 48
Figura 8. Estructura de Pavimento por el Método general dela AASHTO 93 54
Figura 9. Estructura de Pavimento por el Método AASHTO 93 por Capas 60
Figura 10. Determinación módulo de la mezcla asfáltica 63Figura 11. Determinación módulo de la capa granular 64
Figura 12. Estructura de Pavimento por el Método Instituto del Asfalto 67
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LISTA DE ANEXOS
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Anexo A. Ensayos de laboratorio 74
Anexo B. Resultados de exploración geotécnica 229
Anexo C. Perfil estratigráfico tramo k19+250 a k25+750 231
Anexo D. Memorias de cálculo 233
Anexo D.1. Mejoramiento ivanov 234
Anexo D.2. Método INVIAS. 236
Anexo D.3. Estructura INVIAS 238
Anexo D.4. Método AASHTO 93 general 240
Anexo D.5. Estructura AASHTO 93 general 242
Anexo D.6. Método AASHTO 93 por capas 244Anexo D.7. Estructura AASHTO 93 por capas 246
Anexo D.8. Método Instituto del Asfalto 248
Anexo D.9. Estructura Instituto del Asfalto 250
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ABSTRACT
Today, the country is in a very important stage of development, due to theFree TradeAgreement FTAs with several countries and the peace process that is underway in Havana, Cuba.
Therefore, Colombia must invest in road infrastructure in each of its departments, as a strategy
for mobility, communication, competitiveness and development, in order to meet the
commitments made to these countries and be recognized as a country in developing process.
The investment in road infrastructure will enable the economic revival of the departments,
allowing optimum flow of agricultural production by reducing transportation costs, travel times
and ease of access for obtaining food.
Of the 7,152 kilometers of roads that belong to the Department of Cesar, over 88 % are
unpaved and in poor condition. This percentage comes from a diagnosis which served as a basis
for structuring a recovery plan presented by the sectional administration, which will allow
greater dynamism of the rural economy, considering that the highways and byways to intervene
belong to the country’s tertiary network.
Therefore, this work proposes the design development of flexible pavement structure using
the INVIAS methodologies for medium and high traffic volumes AASHTO 93 E INSTITUTE
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1. INTRODUCCIÓN
El estado de la infraestructura vial de nuestro país incide en gran medida en su nivel de
desarrollo, puesto que al tener vías en buen estado se mejora la transitabilidad, costos de
operación, comunicaciones y transporte en general, es por ello, que en primer lugar, debemos
apuntarle a realizar diseños de estructura de pavimentos que cumplan con las solicitaciones
requeridas para determinada vía, con un costo razonable, y garantizando un aceptable índice de
serviciabilidad durante la vida de servicio estimada.Históricamente el Instituto Nacional de Vías y las Entidades Gubernamentales han
enfocado sus esfuerzos en construir y mantener las vías de primer y segundo orden que
comunican las principales ciudades y las cabeceras municipales, descuidando las de tercer orden
que son la base de toda la red de infraestructura del transporte. En particular las soluciones de
pavimentación para estas vías han sido dejarlas a nivel de afirmado, el cual por suscaracterísticas es susceptible a deteriorarse en épocas de invierno, dificultando o impidiendo en
ocasiones la comercialización de los productos, esta situación se refleja en el aumento de los
costos de transporte.
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2. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO
2.1 Línea de investigación
Esta temática se inscribe en línea de investigación de “materiales” avalada por la
Universidad Católica de Colombia.
2.2 Planteamiento del problema
2.2.1 Antecedentes del problema
Actualmente el país está adelantando un proceso de paz el cual permitirá logros
económicos y un mejor nivel de vida para los colombianos. Los recursos que actualmente se
destinan a la guerra se podrán invertir de mejor manera, por ejemplo en la red vial del país, ya
que este sector presenta un atraso notable en materia de infraestructura, ello se refleja en un
porcentaje muy bajo de vías pavimentadas, ya que en la actualidad la mayoría de las estructura
d i t i l d fi d f t li it l i ió d l i i i
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2.3 Justificación
Como consecuencia de la globalización de la economía y con el fin de cumplir con losrequisitos, que en materia de movilidad se han planteado dentro de las negociaciones de los
tratados de libre comercio, se destaca la necesidad de mejorar la Red Vial Nacional, con el fin de
garantizar un correcto transporte y suministro de los productos.
Históricamente el Instituto Nacional de Vías y las Entidades Gubernamentales han
enfocado sus esfuerzos en construir y mantener las vías de primer y segundo orden quecomunican las principales ciudades y las cabeceras municipales, descuidando las de tercer orden
que son la base de toda la red de infraestructura del transporte. En particular las soluciones de
pavimentación para estas vías han sido dejarlas a nivel de afirmado, el cual por sus
características es susceptible a deteriorarse en épocas de invierno, dificultando o impidiendo en
ocasiones la comercialización de los productos, esta situación se refleja en el aumento de loscostos de transporte.
Por lo tanto se requiere cambiar el esquema y plantear soluciones duraderas y eficaces que
disminuyan los costos de operación vehicular y agilicen la comercialización de los productos.
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2.4.2 Objetivos específicos
• Analizar información existente requerida para el desarrollo del diseño.• Diseñar las estructuras de pavimento flexible bajo los métodos propuestos.
• Recomendar la estructura de pavimento flexible adecuada para el tramo de vía en estudio.
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3. MARCOS DE REFERENCIA
3.1 Marco conceptual
Los métodos de diseño de pavimentos son guías desarrolladas por diferentes entidades
gubernamentales con el fin de proveer a los especialistas, las herramientas necesarias para el
diseño de estructuras de pavimento. En este caso particular los métodos fueron desarrolladas por
el Instituto Nacional de Vías INVIAS, por la American Association of StateHighway and
TransportationOfficialsAASHTO (Estados Unidos de América), y por el Instituto del Asfalto, a
continuación se presenta una descripción de cada uno de los métodos con los cuales se calcularan
los espesores de la estructura de pavimento asfaltico.
3.1.1 Método AASHTO – 1993
El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como AASHO, fue desarrollado
en los Estados Unidos en la década de los 60, basándose en un ensayo a escala real realizado
durante 2 años en el estado de Illinois donde los suelos y climas son típicos para gran parte de
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• W18 = número de aplicaciones de ejes simples equivalentes de 18 kip (80 kN) hasta el tiempo
t en el cual se alcanza ISP = pt
• SN = número estructural
• ∆PSI = diferencia entre los índices de servicio inicial y terminal
• MR = módulo resiliente de la subrasante ( libras/pg2)
• So = desviación estándar total de la distribución normal de los erroresasociados con las
predicciones de tránsito y de comportamientodel pavimento (0.44-0.49)
• ZR = parámetro estadístico asociado con distribuciones normales dedatos, que considera la
probabilidad de que el índice de serviciodel pavimento sea superior a pt durante el periodo de
diseño.
Una vez determinado el numero estructural requerido se busca un conjunto de espesores
que combinados adecuadamente y teniendo en cuenta parámetros como los coeficientes
estructurales y de drenajes garanticen un numero estructural efectivo mayor o igual al requerido para soportar las solicitaciones de transito esperadas en el periodo de diseño. El número
estructural efectivo se determina por medio de la siguiente ecuación.
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promedio del suelo predominante en cada sector homogéneo definido y establece diferentes
categorías que inician desde suelos con CBR menores a 3% que requieren la estabilización del
suelo o el reemplazo parcial, o hasta suelos con un CBR mayor a 15%. El siguiente parámetro
que evalúa el Método INVIAS es el tránsito de diseño que corresponde al número de ejes
equivalente de 8.2 Ton en el carril de diseño durante el periodo de diseño del pavimento que
varía desde 0.5 E6 hasta 40 E6 el cual posteriormente para garantizar una confiabilidad del 90%
se mayora por 1.159, lo que nos brinda el tránsito de diseño. Definida la región climática, la
categoría de la subrasante y de transito se determina de las síes (6) cartas de diseño que presenta
el manual cual es la que corresponde a estas características y se procede a observar los espesores
de las capas de pavimento recomendados.
3.1.3 Método del Instituto del Asfalto
El método del Instituto del Asfalto considera al pavimento como como un sistema elástico
multicapa (Capa de rodadura y base de concreto asfaltico, capa de rodadura y bases con
emulsiones asfálticas, así como capa de rodadura asfáltica con base y subbase granulares), en los
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ahuellameinto y fisuramiento de la estructura donde se verifica que los ejes equivalentes de
diseño no superen los admisibles.
Los métodos descritos anteriormente mencionan términos que a continuación se describen
para permitir claridad en el desarrollo de este trabajo, una estructura de pavimento es un conjunto
de capas superpuestas, normalmente carpeta asfáltica y granulares, que se diseñan y construyen
técnicamente con materiales apropiados y adecuadamente compactados.Los materiales
granulares son agregados naturales clasificados o provenientes de la trituración de rocas o gravas
usados para conformar las capas de apoyo sobre las cuales se construye la carpeta asfáltica.
3.2 Marco geográfico
El área de estudio se encuentra localizada sobre la vertiente oriental del río Magdalena
entre las localidades de Morrison, Ye Santa Lucía y Barranca de Lebrija en el departamento del
Cesar. Limita por el norte con el municipio de La Gloria (Cesar), El Carmen (Norte Santander),
por el este con Rio de Oro (Cesar), por el sur con Rio de Oro, San Martín (Cesar) y Puerto
Wilches (Santander), por el oeste con Gamarra (Cesar) y Morales (Bolívar). Las vías del sector
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La carretera actual discurre por áreas de topografía plana a ligeramente ondulada rasgo
morfológico predominante del Valle Medio del Rio Magdalena. Esta zona de planicies y colinas
suaves y redondeadas corresponde a terrazas aluviales, depósitos fluviolacustres de ciénagas y
pantanos.
La vía La Ye Santa Lucia Barranca Lebrija es una vía de carácter terciaria, la cual
corresponde a un ramal que se desprende de la vía Morrison La Yé , dirigiéndose hacia el sur del
departamento del Cesar. El área del proyecto pertenece a la región andina de nuestro país, el piso
térmico cálido tropical, con temperaturas promedio de 28º C.
El tramo objeto de estudio se encuentra localizado en el sur del departamento del Cesar, en
jurisdicción del Municipio de San Martín. El inicio del tramo (K19+250) se localiza a 12 Km de
la intersección con la Ruta Nacional 45, conocida como La Ye, a la altura del Corregimiento de
Morrison, a unos 10 kilómetros al norte del casco urbano del municipio, e incrementa su
abscisado hasta el (K25+750) en sentido hacia el sitio conocido como Santa Lucía, el recorridototal de la vía es de 25.5 kilómetros, de los cuales se intervienen 6.500 metros lineales de vía en
este proyecto.
Las principales vías de acceso al área estudiada son: a) Bucaramanga – San Alberto – San
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3.3 Marco teórico - Estado del arte
En cuanto al estado del arte encontramos tesis universitarias realizadas por estudiantes de
posgrado de la Universidad Católica de Colombia en las cuales se desarrollaron soluciones
técnicas a problemáticas similares a la planteada en este trabajo. Fueron consultadas a manera de
guía las siguientes:
• Diseño de la estructura de pavimento en concreto asfáltico de la vía Tabio – Subachoque en el
departamento de Cundinamarca. Jiménez Guzmán, Pablo Abel. Uiversidad católica de
Colombia, 2012.
Con respecto a esta tesis se pudo establecer que el objeto de la misma consistió en buscar
la alternativa más viable desde el punto de vista técnico y económico para la estructura del pavimento en un tramo de vía que se encuentra a nivel de afirmado, el cual tiene una longitud
aproximada de 4.5 kilómetros.
Para obtener el diseño final se realizaron diversas actividades que incluyeron la
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Una vez obtenido el número de ejes equivalentes y teniendo los factores clima y
temperatura de la zona, al igual que la capacidad de soporte de la subrasante se procedió a
dimensionar la estructura de pavimento mediante la metodología de diseño de pavimentos
asfálticos en vías con medios y altos volúmenes de tránsito del INVIAS.
La estructura obtenida fue la siguiente:
MDC-2 = 10cm
BG – 2 = 30cm
SBG – 1 = 45cm
La estructura obtenida fue verificada por medio del método AASHTO 93 haciendo la
verificación por capas y la estructura obtenida fue la siguiente:
MDC-2 = 16cm
BG – 2 = 16cm
SBG – 1 = 20cmAsí mismo, la estructura calculada también se verificó por medio del método SHELL y el
resultado fue el siguiente:
MDC-2 = 11cm
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• Sin embargo, al final no se hace una recomendación o no se puede evidenciar cual de las
estructuras planteadas es la óptima, por lo cual sería un aspecto a mejorar en dicho trabajo, ya
que uno de los objetivos planteados es establecer el diseño más apropiado de acuerdo a las
condiciones generales de la zona en estudio.
• Diseño de la vía Timaná – Cosanza en pavimento flexible. Godoy Bautista, Oscar Javier.
Universidad católica de Colombia, 2013.
En esta tesis se desarrolla el diseño de un tramo de vía en afirmado por medio de los
métodos INVIAS, AASHTO 93 e INSTITUTO DEL ASFALTO. Proyecto que se asemeja al presente trabajo.
Como desarrollo de la misma se utilizaron datos de conteos de tráfico realizados en el año
2006 por el municipio en un lapso de siete días durante las 24 horas con secuencias de cada hora.
Con estos conteos se llevó a cabo el cálculo del tránsito promedio diario TPD y se determinó la
tasa de crecimiento anual. Aplicando los factores de daño a cada uno de los componentes delTPD se calculó el número de ejes equivalentes acumulados de 8.2 ton para el periodo el periodo
de diseño.
Posteriormente con los CBR de cada uno de los tramos se calcularon los módulos
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Así mismo, la estructura calculada también se verificó por medio del método del Instituto
del Asfalto y el resultado fue el siguiente:
MDC-2 = 11cm
BG – 2 = 30cm
SBG – 1 = 30cm
De los resultados obtenidos podemos argumentar lo siguiente:
• Los espesores planteados para las capas granulares en el método AASHTO 93 no cumplen
con los mínimos establecidos en las especificaciones del INVIAS, las cuales establecen unespesor mínimo constructivo de 15cm.
• Considerando las diferentes metodologías se analizaron las estructuras que cada uno de estos
métodos arrojó, de acuerdo a las propiedades de los suelos existentes, a las características
climáticas de la región, a las características de resistencia de la subrasante, a los materiales
disponibles en la zona de influencia del proyecto y al tráfico que ha de soportar de acuerdo alestudio de tránsito y a la proyección de este. Encontrando que la aplicación de los métodos de
diseño establecidos cumplen con los requerimientos establecidos y las estructuras obtenidas
por medio de cada uno de los métodos, cumplen con los requerimientos para los cuales fueron
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4. METODOLOGÍA
4.1 Fases del trabajo de grado
Las fases que se implementaron para el desarrollo del presente proyecto fueron las
siguientes:
• Recopilación de información general de la vía La Ye - Santa Lucia – Barranca Lebrija entre
las abscisas K19+250 a K25+750 en el departamento de Cesar.
• Revisión de la información recopilada en oficina.
• Numero de ejes equivalentes de 8.2 ton para el periodo de diseño
• Clasificación de la capacidad portante de la subrasante.
• Diseño de estructura de pavimento flexible bajo los métodos INVIAS para medios y altos
volúmenes de tránsito, AASHTO 93 e INSTITUTO DEL ASFALTO.
• Recomendación de estructura de pavimento para el tramo de vía en estudio.
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Figura 3. Método de diseño INVIAS.
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4.1.2 Método AASHTO 93 para diseño de estructuras de pavimento flexible.
Figura 4. Método de diseño general de la AASTHO 93.
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4.1.3 Método del Instituto del Asfalto para el diseño de estructuras de pavimento flexible
Figura 5. Método de diseño del Instituto del Asfalto.
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DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE BARRANCA LEBRIJA 33
5. DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS POR LOS MÉTODOS INVIAS,AASHTO 93 E INSTITUTO DEL ASFALTO
El presente capitulo permite observar el diseño de las estructuras de pavimento bajo los
métodos INVIAS, AASHTO 93 e INSTITUTO DEL ASFALTO y los parámetros requeridos
para el desarrollo de cada uno de ellos.
5.1 Numero de ejes equivalentes de 8.2 ton para el periodo de diseño
El estudio de tránsito se realizó mediante trabajos de campo, ubicando una estación
maestra de conteo en la intersección de la Y – Santa Lucía. Los aforos fueron realizados en
periodos de 24 horas durante 6 días continuos. La disposición de la vía permite conectar
Barranca Lebrija, con Morrison y Pita limón, por lo que no se prevé que existan flujos que
puedan cambiar su ruta de asignación; luego, no se consideró conveniente adelantar encuestasorigen – destino.
Por otra parte, con respecto al tránsito generado, dado el nivel de proyecto de
mejoramiento de la vía no se espera que este componente de tránsito tenga un alto componente
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Tabla 2. Proyecciones de tránsito para la vía La Ye – Santa Licia - Barranca Lebrija.
AÑO AUTOS BUSES C2P C2G C3-4 ≥C5TOTAL
MIXTOS2013 182 10 24 16 1 6 239
2014 191 11 25 17 1 6 251
2015 201 12 26 18 1 6 264
2016 211 13 27 19 2 7 279
2017 222 14 28 20 2 7 293
2018 233 15 29 21 2 7 3072019 245 16 30 22 3 8 324
2020 257 17 32 23 3 8 340
2021 270 18 34 24 3 8 357
2022 284 19 36 25 4 9 377
2023 298 20 38 26 4 9 395
2024 313 21 40 27 4 9 4142025 329 22 42 28 5 10 436
2026 346 23 44 29 5 11 458
2027 364 24 46 30 5 12 481
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El factor de ajuste por carril de diseño es asumido del más crítico de los porcentajes de
distribución direccional.
Se asume el 2014 como año de operación, para lo cual se obtienen los ejes equivalentes
acumulados.
Tabla 4. Ejes Equivalentes Tramo La Ye - Santa Lucia - Barranca Lebrija.
AÑO AUTOS BUSES C2P C2G C3-4 ≥C5TOTAL
MIXTOSEJES
ACUMUL
2013 182 10 24 16 1 6 239 000E+002014 191 11 25 17 1 6 251 392E+042015 201 12 26 18 1 6 264 799E+042016 211 13 27 19 2 7 279 125E+052017 222 14 28 20 2 7 293 173E+052018 233 15 29 21 2 7 307 221E+05
2019 245 16 30 22 3 8 324 275E+052020 257 17 32 23 3 8 340 330E+052021 270 18 34 24 3 8 357 388E+052022 284 19 36 25 4 9 377 450E+052023 298 20 38 26 4 9 395 514E+05
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DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE BARRANCA LEBRIJA 36
Tabla 5. Número de Ejes Equivalentes a utilizar por método de diseño.
METODOLOGÍA NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES
INVIAS 596.219AASHTO 514.425INSTITUTO DEL ASTALTO 514.425
Fuente. Consorcio TIT Cesar.
5.2 Capacidad portante de la subrasante
Con el fin de evaluar la capacidad de soporte de la subrasante se realizaron exploracionescon un espaciamiento aproximado de 500m y una profundidad de 1.5 m que permitió observar
las propiedades de los materiales gracias a los ensayos de clasificación SUCS y AASHTO,
gradación, límites de Atterberg, expansión libre en probeta, CBR de la subrasante y CBR a los
materiales granulares.
Con el análisis geotécnico realizado se dividió la vía a diseñar en (5) cinco tramoshomogéneos debido a los tipos de suelo y sus características que se evidencian en el perfil
estratigráfico (Anexo C) y en el resumen geotécnico como se presentan a continuación (Anexo
B).
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Tabla 4. Resumen de características geotécnicas.
CLASIFICACIÓN LIMITES DE ATTERBERG
Tramo
Homogéneo
Abscisa
(km)
Profundidad
(m)
Apique
No.
Muestra
No. USC AASHTO % W LL LP IP LCExpan
LP (%
19+000 0,00-0,95 189 B13-392 SM A - 4 11.62 N.L.L. N.L.P. N.P.
19+000 0,95-1,50 189 B13-393 CH A - 7 - 5 18.97 68.00 32.00 36.00 45.70 3.1
19+500 0,00-0,39 190 B13-394 CL A - 7 - 6 8.80 49.00 24.00 25.00
19+500 0,39-1,50 190 B13-395 MH A - 7 - 5 16.85 63.00 34.00 29.00 42.40 3.1
20+000 0,00-0,57 191 B13-396 CH A - 7 - 6 17.36 53.00 27.00 26.00
20+000 0,57-1,52 191 B13-397 ML A - 4 6.82 N.L.L. N.L.P. N.P.
20+500 0,00-0,61 192 B13-398 ML A - 4 15.43 N.L.L. N.L.P. N.P.
20+500 0,61-1,51 192 B13-399 SM A - 4 6.47 N.L.L. N.L.P. N.P.
21+000 0,00-0,86 193 B13-400 ML A - 4 13.87 N.L.L. N.L.P. N.P.
1
21+000 0,86-1,50 193 B13-401 CL A - 7 - 6 9.87 46.00 23.00 23.00 28.50 2.1
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CLASIFICACIÓN LIMITES DE ATTERBERG
Tramo
Homogéneo
Abscisa
(km)
Profundidad
(m)
Apique
No.
Muestra
No. USC AASHTO % W LL LP IP LCExpan
LP (%
23+000 0,00-1,08 197 B13-406 CL A - 6 15.79 38.00 24.00 14.00
23+000 1,08-1,51 197 B13-407 CL A - 7 - 6 17.62 45.00 26.00 19.00 27.00 3.1
23+500 0,00-0,42 198 B13-408 SM A - 2 - 4 7.37 N.L.L. N.L.P. N.P.
23+500 0,42-1,15 198 B13-409 SM A - 4 25.36 N.L.L. N.L.P. N.P.
24+000 0,00-0,71 199 B13-410 SM A - 2 - 4 6.10 N.L.L. N.L.P. N.P.
24+000 0,71-1,51 199 B13-411 SM A - 4 8.31 N.L.L. N.L.P. N.P.
24+500 0,00-0,81 200 B13-412 SM A - 2 - 4 8.42 N.L.L. N.L.P. N.P.
4
24+500 0,81-1,52 200 B13-413 SM A - 4 8.95 N.L.L. N.L.P. N.P.
25+000 0,00-1,08 201 B13-416 CL A - 7 - 6 11.80 47.00 23.00 24.00
25+000 1,08-1,51 201 B13-417 CL A - 7 - 6 26.26 46.00 26.00 20.00 28.60 2.5
25+500 0,00-0,35 202 B13-418 CL A - 6 9.25 32.00 20.00 12.005
Ñ
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A continuación se efectúa el análisis de los ensayos de laboratorios que permitieron
identificar los tipos de suelos existentes a lo largo de los 6.5 km de vía y presentar la
tramificación con la cual se desarrollara el diseño de la estructura de pavimento, por ello se
describen las características geotecnicas de cada uno de los tramos.
• Tramo 1 Km 19+250 a Km 21+250: En este sector se encuentran materiales limo arcillosos de
características pobres a malas (SM, CH, CL, ML), el suelo presenta valores de LL que varían
desde 46 % hasta 68 %, LP entre 23 % y 34 %, IP entre 23 % y 36 % y la humedad natural
(Wn) entre 6 % y 26.16 %.• Tramo 2 Km 21+250 a Km 22+250: En este kilómetro de vía se evidencia la presentica de
arenas limosa, semipermeables a impermeables. Con un porcentaje promedio de gravas del
9%, de arenas de 58% y finos del 33%.
• Tramo 3 Km 22+250 a Km 23+250: En este sector se encuentran materiales limos y arcillas
inorgánicas (MH, CL), el suelo presenta valores de LL que varían desde 38 % hasta 71 %, LPentre 24 % y 35 %, IP entre 14 % y 36 % y la humedad natural (Wn) entre 15.79 % y 30.59
%.
• Tramo 4 Km 23+250 a Km 24+750: En este kilómetro de vía se evidencia la presentica de
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Tabla 5. Clasificación de suelos expansivos con base en LL e IP (Snethen y otros).
Fuente. (Ministerio de Transporte, 1998).
• Límite de contracción: Se realizó el análisis del potencial de expansión conbase en el límite
de contracción, utilizando para tal fin la clasificación sugerida por Holtz y Gibbs.
Tabla 6. Grado de expansión a partir del límite de contracción (Holtz y Gibbs).
Grado de expansión Límite de contracción (%) Índice de plasticidadMuy alto < 10 >32
Alto 6 - 12 23 – 45Medio 8-18 12 – 34
Bajo > 13 60 > 35 > 1.5 Alto50 - 60 25 - 35 0.5 – 1.5 Marginal
< 50 < 25 < 0.5 Bajo
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Tabla 8. Clasificación de hinchamiento potencial y suelos expansivos.
Clasificación Límites de Atterberg
C
hiTramo
Homogéneo
Abscisa
(km)
Profundidad
(m)
USC AASHTO LL LP IP LCExpansión
LP (%)Por L
19+000 0,00-0,95 SM A - 4 N.L.P.
19+000 0,95-1,50 CH A - 7 - 5 68.00 32.00 36.00 45.70 3.10 ALT
19+500 0,00-0,39 CL A - 7 - 6 49.00 24.00 25.00 BAJ
19+500 0,39-1,50 MH A - 7 - 5 63.00 34.00 29.00 42.40 3.10 ALT
20+000 0,00-0,57 CH A - 7 - 6 53.00 27.00 26.00 MARGI
20+000 0,57-1,52 ML A - 4 N.L.P.
20+500 0,00-0,61 ML A - 4 N.L.P.20+500 0,61-1,51 SM A - 4 N.L.P.
21+000 0,00-0,86 ML A - 4 N.L.P.
1
21+000 0,86-1,50 CL A - 7 - 6 46.00 23.00 23.00 28.50 2.10 BAJ
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Clasificación Límites de Atterberg
C
hi
TramoHomogéneo
Abscisa(km)
Profundidad(m)
USC AASHTO LL LP IP LCExpansión
LP (%)Por L
23+000 1,08-1,51 CL A - 7 - 6 45.00 26.00 19.00 27.00 3.10 BAJ
23+500 0,00-0,42 SM A - 2 - 4 N.L.P.
23+500 0,42-1,15 SM A - 4 N.L.P.
24+000 0,00-0,71 SM A - 2 - 4 N.L.P.
24+000 0,71-1,51 SM A - 4 N.L.P.
24+500 0,00-0,81 SM A - 2 - 4 N.L.P.
4
24+500 0,81-1,52 SM A - 4 N.L.P.
25+000 0,00-1,08 CL A - 7 - 6 47.00 23.00 24.00 BAJ
25+000 1,08-1,51 CL A - 7 - 6 46.00 26.00 20.00 28.60 2.50 BAJ
25+500 0,00-0,35 CL A - 6 32.00 20.00 12.00 BAJ5
25+500 0,35-1,51 CL A - 6 35.00 21.00 14.00 19.40 2.10 BAJ
Fuente. Consorcio TIT Cesar.
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En general, se puede observar que en todas las zonas donde se presentan arcillas de
plasticidad alta (CH) tiene un coeficiente de hinchamiento alto y marginal y en el caso de los
sectores considerados como suelos de grano fino son potencialmente expansivos.Finalmente y luego de efectuar los análisis presentados anteriormente se concluye que la
zona en estudio está conformada por materiales que son altamente susceptibles de presentar
deformaciones volumétricas, ya sean estas por contracción o por expansión y bajo este evento se
hace necesario incluir dentro de la estructuras diseñadas un tratamiento por geomallas biaxial y
geotextiles dependiendo la necesidad, su ubicación se presentará en numerales posteriores.De acuerdo a las características de los materiales como se observó anteriormente se
definieron cinco tramos homogéneos, de los cuales a continuación se presenta la resistencia de
la subrasante; en el caso de suelos finos se tomó el valor promedio del CBR en estado de
inmersión, para un 0.1 pulgadas de penetración del piston y en suelos granulares se toma el
menor valor de los CBRMetodo 1 al 95% de la densidad máxima. A continuación se presentalos CBR adoptados por tramo homogéneo.
Tabla 9. CBR por Tramo Homogéneo.
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variables clasificar cada parámetro en una categoría y determinar la estructura de pavimento por
medio de las cartas de diseño del manual.
5.3.1 Periodo de diseño
De acuerdo con la metodología de diseño a partir del tránsito promedio diario se establece
la categoría de la vía, por medio de la siguiente tabla.
Tabla 10. Categoría de la vía.
Categoría de la vía
I II III Especial
Descripción
Autopistas
interurbanas
caminosinterurbanos
principales
Colectoras
interurbanas
caminos rurales eindustriales
principales
Caminos rurales
con tránsito
mediano caminos
estratégicos
Pavimentos
especiales einnovaciones
Importancia Muy importante Importante Poco importanteImportante a poco
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5.3.2 Estimación del tránsito de diseño
De acuerdo con el capítulo 5.1 el número de ejes equivalentes para el período de diseño enel tramo La Yé Santa Lucia - Barranca Lebrija es de 5.14 E5 los cuales se deben corregir para
garantizar una confiabilidad del 90% empleando la siguiente ecuación:
Al aplicar la anterior ecuación se obtiene un número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas
de 5.96E 5. Con estos valores se ingresa a la siguiente tabla y se determina el rango de tránsitoque corresponde para la vía en estudio:
Tabla 12. Rangos de tránsito.
DesignaciónRangos de tránsito acumulado
por carril de diseño
T1 0.5 - 1 * 106
T2 1 - 2 * 106
T3 2 - 4 * 106
T4 4 6 * 106
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Tabla 13. Regiones climáticas de Colombia.
No RegiónTemperatura
TMAP (ºC)
Precipitación media
anual (mm)R1
Fría seca y fría
semihúmeda< 13 < 2000
R2Templado seco y
templado semihúmedo13 – 20 < 2000
R3Cálido seco y cálido
semihúmedo20 – 30 < 2000
R4 Templado húmedo 13 – 20 2000 – 4000R5 Cálido húmedo 20 – 30 2000 – 4000
R6 Cálido muy húmedo 20 - 30 > 4000
Fuente. (Ministerio de Transporte, 1998)
De acuerdo a la ubicación de la vía se tiene una precipitación media anual de 1374 mm/año
y una TMAP de 28.3°C los cuales fueron calculados a partir de la estación Aguas Claras en
Aguachica.
Por lo anterior y de acuerdo a la tabla del manual del INVIAS se tiene que la zona
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Como se puedo observar en los análisis realizados en el numeral Fuente. Consorcio TIT Cesar.
capacidad portante de la SUBRASANTE0 los suelos de la vía a diseñar presentan dos
condiciones; la primera consiste en zonas donde los materiales son netamente de carácter fino
con valores de CBR inferiores a 3% y la segunda está conformada por materiales únicamente
granulares con valores de CBR entre 6% y 7%, por lo que el cálculo del material de soporte se
realizó de la siguiente manera:
Para el primer caso se calculó el módulo equivalente de apoyo de la estructura de
pavimento al usar un material de terraplén (CBR>10%) como remplazo o relleno aplicando la
metodología de Ivanov la cual considera la capacidad de soporte de los diferentes estratos y sus
espesores por medio de la siguiente ecuación:
⎟ ⎠
⎞⎜⎝
⎛ ⎟ ⎠
⎞⎜⎝
⎛ −−
=
a
ns
n
E
E e
2arctan
11
21
5.3
0
π
E
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5.3.5 Diseño de la estructura de pavimento flexible
Con la anterior información, se remite al Manual de diseño de pavimentos asfalticos en
vías con medios y altos volúmenes de tránsito para el diseño de la estructura del pavimento, y se
obtiene:
• RANGO DE TRANSITO: Entre 0.5 y 1 millón, DESIGNACIÓN: T1
• RESISTENCIA DE SUELO TRAMOS 1, 3 Y 5: 3
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Fuente. Elaboración propia.
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Tabla 15. Resumen de parámetros de diseño y espesores calculados por el Método INVIAS.
Tramo
HomogéneoNo.
Abscisa
Inicial(Km)
Abscisa
Final(Km)
CBRSBR(%)
CBR
TramoHomogeneo(%)
ClasificaciónSubrasante RegiónClimática N N' ClasificaciónTránsito
1 19+250 21+250 1.77 3.40 S1 R3 514,425 596,219 T1
2 21+250 22+250 6.80 6.80 S2 R3 514,425 596,219 T1
3 22+250 23+250 1.62 3.15 S1 R3 514,425 596,219 T1
4 23+250 24+750 6.20 6.20 S2 R3 514,425 596,219 T1
5 24+750 25+750 2.28 3.53 S1 R3 514,425 596,219 T1
Fuente. Elaboración propia.
5.4 Diseño de la estructura de pavimento por el método de la AASHTO 93
Según la sectorización definida en base a los suelos presentes en la zona y la definición de los
estructura de pavimento para los 6.5 Km de vía por el método AASHTO 93.Los parámetros de cálculo para el desarrollo del diseño se describen a continuación:
• Tránsito de diseño (W18): El número de ejes equivalentes de 8.2 Ton en el carril de diseño para
obtenido del análisis del estudio de tránsito que se describe en el numeral 5 1y corresponde a 514
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• Serviciabilidad (ΔPSI): La Guía AASHTO establece que “La serviciabilidad es la habilidad
específica de una sección de pavimento para servir al tráfico”. Se deben elegir, la
serviciabilidad inicial y final. La inicial es función del diseño del pavimento y de la calidad dela construcción, y la final está relacionada a la falla funcional del pavimento. Para este caso
específico se fijaron los siguientes valores de PSI inicial 4.2 y PSI final de 2.0, por lo tanto la
pérdida del índice de serviciabilidad es 2.2.
• Error normal combinado (So). Este parámetro tiene en cuenta el error o desviación del diseño,
la variación de las propiedades de los materiales y de la subrasante, y la estimación deltránsito; para pavimentos flexibles, la AASTHO remienda un So entre 0.40 y 0.50, para este
caso se toma un valor de 0.44.
• Módulo resiliente de la subrasante. Es la propiedad que caracteriza los materiales de la
subrasante y las propiedades elásticas del suelo. El módulo resiliente de la subrasante se
obtuvo mediante la ecuación de la metodología AASHTO 2002:
En la siguiente tabla se observan los valores obtenidos para cada uno de los tramos
homogéneos en estudio.
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( )
( )
07.832.2
1
109440.0
5.12.420.0136.9*log
19.5
018 −+
⎟⎟ ⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
++
⎟ ⎠
⎞⎜⎝
⎛
−
Δ
+−++= LogMr
SN
PSI Log
SN LogS Z W r
En la siguiente tabla se presentan los datos de entrada de la ecuación.
Tabla 17. Parámetros para el cálculo del SN.
DATOS DE ENTRADA METODO AASHTO-93
R 90.00
Zr 1.282
So 0.44
W18 514425
PSI inicial 4.20
PSI final 2.00
PSI 2.20
MR (lb/pulg2)Fuente. Elaboración propia.
El número estructural requerido por la estructura de pavimento para cada uno de los cinco
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El método general se basa en determinar el número estructural efectivo (SN) aplicando la
metodología de coeficientes establecida en la AASHTO 93 que está relacionada con la siguiente
ecuación:
Dónde:
• a1, a2, a3: Coeficientes estructurales de la capa asfáltica, base granular y subbase granular
(in), los cuales se determinan con base en las características mecánicas de los materiales,
según la tabla 8.1 Valores de coeficientes estructurales ai, del Manual de diseño de pavimentos asfalticos en vías con medios y altos volúmenes de tránsito.
• D1, D2, D3: Espesores de la capa asfáltica, base granular y subbase granular (in)
• m2, m3: Coeficientes de drenaje para base granular y subbase granular, los cuales se
determinan de acuerdo con los niveles de precipitación, calidad de drenaje y considerando que
el pavimento estará a niveles de humedad próximos a la saturación por lapsos cercanos al
15% del tiempo de exposición, los valores a utilizar en este diseño se referencian en la tabla
8.2 Valores del coeficiente de drenaje mi, del Manual de diseño de pavimentos asfalticos en
vías con medios y altos volúmenes de tránsito.
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comprobación de cumplimiento del número estructural requerido y el efectivo que permite
definir si los espesores supuestos inicialmente cumplen las solicitaciones de carga.
Tabla 20. Verificación de cumplimiento de numero estructural efectivo y requerido – AASHTO
93 GENERAL
AbscisaInicial(Km)
AbscisaFinal(Km)
EspesorCarpertaAsfaltic
a (in)
EspesorBase
Granular
(in)
EspesorSub baseGranular
(in)
SNefecSNre
qVerificación
19+250 21+250 4.29 11.7 15.6 4.446 4.34 CUMPLE21+250 22+250 2.93 7.8 13.65 3.336 2.74 CUMPLE22+250 23+250 3.9 13.65 15.6 4.5747 4.47 CUMPLE23+250 24+750 2.93 7.8 13.65 3.336 2.83 CUMPLE24+750 25+750 3.9 11.7 13.65 4.1184 4.00 CUMPLE
Fuente. Elaboración propia.
Se observa que para los espesores de carpeta asfáltica, base granular y subbase granular
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Figura 8. Estructura de Pavimento por el Método general dela AASHTO 93.
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5.4.2 Método AASSHTO 93 detallado capa a capa
Mediante este método se identifica si los espesores determinados por el método general de
la Aashto 93 protegen adecuadamente las capas subyancentes del pavimento. A continuación se
presenta la evaluación realizada.
5.4.2.1 Verificación de protección de la base granular por la Carpeta Asfáltica
Con el numero estructural de la base granular (a2=0.14) y empleando la siguiente
expresión se determina el módulo dinámico de la base granular que corresponde a Ebg= 30000
psi.
Con la ecuación fundamental de la AASHTO 93 y el valor del Ebg se determina el SN1
requerido y se compara con el SN efec de la carpeta asfáltica y se verifica su cumplimiento como
se observa en la siguiente tabla.
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Tabla 23. Verificación de la protección de la Base granular por la Carpeta Asfáltica.
TramoHomogéneo
No.
AbscisaInicial(Km)
AbscisaFinal(Km)
SN1reqEspesorCA (cm)
SN1 efeccorregido CA
Verificación dela Protecciónde BG por la
CA1 19+250 21+250 1.8 16.0 1.89 CUMPLE2 21+250 22+250 1.8 16.0 1.89 CUMPLE3 22+250 23+250 1.8 16.0 1.89 CUMPLE4 23+250 24+750 1.8 16.0 1.89 CUMPLE
5 24+750 25+750 1.8 16.0 1.89 CUMPLEFuente. Elaboración propia.
5.4.2.2 Verificación de protección de la Subbase Granular por la Base Granular
Con el coeficiente estructural de la subbase granular (a3= 0.12) y la siguiente ecuación se
obtiene el modulo elástico de la subbase (Esbg) que corresponde a 17000 psi.
P di d l ió f d l d l AASHTO 93 l l d l Eb d i
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Tabla 24. Verificación de la protección de la Subbase granular por la Base granular.
TramoHomogéneo
No.
AbscisaInicial(Km)
AbscisaFinal(Km)
MóduloSubbasegranular
(psi)
SN3
req
SN2efecBG
EspesorBG
corregido(in)
EspesorBG
corregido(cm)
EspesorBG(cm)
EspesorBG(in)
SN2 ecorreg
BG
1 19+250 21+25017000 2.23 0.34 2.70 6.9 15.0 5.9 0
2 21+250 22+25017000 2.23 0.34 2.70 6.9 15.0 5.9 0
3 22+250 23+250
17000 2.23 0.34 2.70 6.9 15.0 5.9 0
4 23+250 24+75017000 2.23 0.34 2.70 6.9 15.0 5.9 0
5 24+750 25+750
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5.4.2.3 Calculo del SN3 efectivo de la Subbase Granular
Teniendo en cuenta que se conoce el número estructural requerido de la estructura total de
pavimento para cada uno de los cinco tramos homogéneos se determinan los SN3 efectivo con la
siguiente ecuación.
Contando con el numero estructural efectivo se calcula el espesor de la subbase granular
por medio de la siguiente ecuación y se determina el SN3 efectivo corregido.
Tabla 25. Numero estructural efectivo corregido de la Subbase granular.
TramoHomogéneo
No.
AbscisaInicial
(Km)
AbscisaFinal
(Km)
SN3efec
EspesorSBG
(in)
EspesorSBG
(cm)
EspesorSBG
(cm)
EspesorSBG
(in)
SN3 efecCorregido
SBG
1 19+250 21+250 1.71 15.80 40.1 41.0 16.14 1.74
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temas ambientales es menor que el número estructural efectivo que aportan cada de las capas
que conforman la estructura.
Tabla 26. Verificación del numero estructural efectivo vs el número estructural requerido de la
estructura diseñada.
TramoHomogéneo
No.
AbscisaInicial
(Km)
AbscisaFinal
(Km)
SNreq dela
estructura
SN1 efeccorregido
CA
SN2 efeccorregido
BG
SN3 efecCorregido
SBG
SNTotalpor
capas
Verificación deSN req y SN
efec
1 19+250 21+250 4.34 1.89 0.74 1.74 4.38 CUMPLE2 21+250 22+250 2.74 1.89 0.74 0.64 3.27 CUMPLE3 22+250 23+250 4.47 1.89 0.74 1.87 4.50 CUMPLE4 23+250 24+750 2.83 1.89 0.74 0.64 3.27 CUMPLE
5 24+750 25+750 4.00 1.89 0.74 1.40 4.04 CUMPLEFuente. Elaboración propia.
A continuación se presenta la estructura de pavimento determinada por el método de la
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Figura 9. Estructura de Pavimento por el Método AASHTO 93 por Capas.
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5.5 Diseño de la estructura de pavimento por el método del Instituto del Asfalto
El método del Instituto del Asfalto considera al pavimento como un sistema elástico tricapacompuesto por una capa asfáltica, una capa granular y la subrasante.
A continuación se relacionan cada uno de los parámetros de diseño que se tuvieron en
cuenta para el dimensionamiento de la estructura de pavimento por este método aplicando el
modelo multicapa.
5.5.1 Relación de Poisson de los materiales de las diferentes capas:
Para la capa asfáltica se selecciona un valor típico de µ = 0,35, para las capas granulares se
asume un valor típico de µ = 0,35, para la subrasante de los tramos 1, 3 y 5 (limos y arcillas) un
valor de µ = 0,40 y para los tramos 2 y 4 (arena limosa) un valor de µ = 0,30, según Huang/93:
Tabla 28. Valores típicos Relación de Poisson.
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Tabla 29. Valores de Módulos de subrasante por tramos.
Tramo
HomogéneoNo.
AbscisaInicial
DiseñoGeométrico
(Km)
Abscisa Final
Diseño Geométrico(Km)
Distancia(m) CBRSBR(%)
EoMódulo
subrasanteMr= 100*CBR
(kg/cm2)
EoMódulo
subrasanteMr(psi)
1 19+250 21+250 2.000,00 1,77 177 2.5172 21+250 22+250 1.000,00 6,80 680 9.6703 22+250 23+250 1.000,00 1,62 162 2.3044 23+250 24+750 1.500,00 6,20 620 8.8165 24+750 25+750 1.000,00 2,28 228 3.242
Fuente. Elaboración propia.
5.5.3 Estimación modulo del concreto asfaltico
Teniendo en cuenta que la temperatura del proyecto corresponde a 28.3 °C y haciendo uso
del artículo 400-07, se elige el tipo de asfalto según corresponde:
Tabla 30. Tipo de cemento asfaltico por emplear en mezclas en caliente.
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La estimación de la temperatura de las capas y el módulo del concreto asfaltico se obtiene
bajo la metodología de la estimación de módulos del Instituto del Asfalto; a continuación se
muestra a manera de ejemplo la Figura 1la hoja electrónica que permitió obtener los módulos para las diferentes corridas de optimización de espesores realizadas para cada tramo homogéneo.
Figura 10. Determinación módulo de la mezcla asfáltica.
Formulaciones para estimar módulos del Instituto del Asfalto
Estimación de la Temperatura del Pavimento
t =1/ (2*pi *f) donde: f= frecuenc ia; pi=3,1416; t =t iempo de carga
t=0,02 seg (f=8Hz) para V= 45 - 60 kph
Frecuencia de carga, Hz 8
Tipo de Asfalto Temperatura mezcla, oC 36,4
APIAY 60-70 Pen etracc ió n a 25 oC (or ig ) 50 Para determinar la temperatura de la mezcla T ó Mp (oF),
Viscosidad a 21 oC, 10̂ 6 p oises 5,5280559 se emplea la siguiente fórmula en función de la temperatura
Características de la Mezcla del aire Ma (oF) y la profundidad desde la superficie, z (in):
% de finos P200 5 B1 0,44634562
Vol vacíos, % Va 5 B2 6974,1153 Como temperatura media ponderada de la capa asfálticaVol asfalto, % Vb 11 B3 1,74977031 se emplea la correspondiente al tercio superior
Vol agregado, % Vg 84 B4 5,313
Total 100 B5 1,74996459 oC oF
Temperatura media ponderada del aire, Ma 28,3 82,9
Si FS C FS 1 2
64
34
4
11 +
+−⎟
⎠ ⎞⎜
⎝ ⎛
++=
z z Ma Mp 6
4
34
4
11 +
+−⎟
⎠ ⎞⎜
⎝ ⎛
++=
z z Ma Mp
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Figura 11. Determinación módulo de la capa granular.
.
h, cm E, kg/cm2 h, pg E, psi
Capas Asfálticas a 13,0 16.373 5,12 232.819
b 0,00 0
c 0,00 0
Ponderado 13,0 16.373 5,1 232.819
Granulares K1 8.000 55,0 1.245 21,65 17.708
K1 IA 8,000 a 12,0000 típico entre 3,000 y 8,000
Subrasante 177 2516,94
Módulo ponderado de Capas Asfálticas
Si la capa asfáltica que se encuentra sobre la capa granular está compuesta por
2 subcapas h1a y h1b con módulos E1a, E1b,
se calcula un módulo ponderado E1 para el espesor total h1a + h1b :
Módulo de capas granulares
Siendo h1 y h2 los espesores de la capa asfáltica y granular en pulgadas,y E1, E2 y E3 los módulos de las capas asfáltica, granular y subrasante en psi:
3
11
3
1
113
1
111
)()(
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
+
+=
ba
bbaa
hh
E h E h E
868.0
1
287.0
3
139.0
1
041.0
2
471.0
12 447.10 K E E hh E
−−−
=
Fuente. (Estrada, 2014).
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5.5.5 Verificación de cumplimiento por ahuellamiento y fisuración
Mediante el programa Weslea se determina la deformación vertical en la fibra superior de
la subrasante y la deformación horizontal en la fibra inferior de la carpeta asfáltica, sobre el eje
de la carga y debajo de una de las dos llantas determinando el valor mayor de estos.
Adicionalmente, con los datos anteriores, se calcula el número de ejes equivalentes admisibles
tanto por ahuellamiento como por fisuramiento, y se chequea que los ejes equivalentes de diseño
no superen los admisibles.
5.5.5.1 Chequeo por Ahuellamiento
La evaluación del ahuellamiento se realiza mediante la curva de fatiga que se expresa
mediante la siguiente ecuación.
Donde: Nd: Numero de ejes equivalentes admisibles por la estructura.
v = Deformación vertical en la subrasante.
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A continuación se presenta las estructuras de pavimento en las cuales se optimizaron los espe
granular para cada uno de los tramos homogéneos evaluados verificando que los mismos cumplieran
y fisuramiento.
Tabla 32. Estructuras de pavimento diseñadas por el Método del Instituto del Asfalto.
1 19+250 21+250 14 78 1654.3 118.3 323.45 550.05 534,998 -0.012
2 21+250 22+250 11 17 1601.1 208.6 338.69 529.22 635,936 -0.012
MTramo
Homogéneo No.
Abscisa
Inicial
(Km)
Abscisa
Final
(Km)
Espesorcapa
asfáltica
(cm)
Espesor
granulares
(cm)
Modulo de la
Mezcla
(Mpa)
Modulo decapas
granulares
(Mpa)
t
v Nd
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Figura 12. Estructura de Pavimento por el Método Instituto del Asfalto
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Tabla 33. Espesores de estructura de pavimento por Método.
CA
(cm)
BG
(cm)
SBG
(cm)
Mejoramiento
(cm)
Total
Espesor
(cm)
CA
(cm)
BG
(cm)
SBG
(cm)
Total
Espesor
(cm)
CA
(cm)
BG
(cm)
SBG
(cm)
1 19+250 21+250 10 20 35 25 90 11.0 30.0 40.0 81 16 15.0 41.0
2 21+250 22+250 7.5 20 35 63 7.5 20.0 35.0 63 16 15.0 15.0
3 22+250 23+250 10 20 35 25 90 10.0 35.0 40.0 85 16 15.0 44.0
4 23+250 24+750 7.5 20 35 63 7.5 20.0 35.0 63 16 15.0 15.0
5 24+750 25+750 10 20 35 20 85 10.0 30.0 35.0 75 16 15.0 33.0
TramoHomogéneo
No.
AbscisaInicial
(Km)
AbscisaFinal
(Km)
INVIAS AASHTO GENERAL AASHTO POR CA
Fuente. Elaboración propia.
Se observa que los espesores de carpetas asfálticas varían desde 7.5 cm a 16 cm, esta condició
para definir en términos económicos la estructura de pavimento a emplear debido a sus costos de fab
de los materiales granulares teniendo en cuenta que el Método INVIAS no permite para el diseño c
necesario mejorar la subrasante por lo tanto los espesores de granulares en algunos tramos es mayor qu
de la estructura de pavimento diseñada por el método general de la AASHTO 93 y la determinación d
evidente que es necesario aumentar desde un 45% a un 113% el espesor de la capa asfáltica para brin
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Al evaluar las estructuras de pavimento por los diferentes métodos se evidencia que los
espesores determinados por el método de la AASHTO 93 cumplen con el criterio general pero no
la protección por capas, por lo tanto es necesario aumentar los espesores de carpeta asfáltica; deigual forma al verificar los espesores obtenidos por el método INVIAS mediante el método del
Instituto del Asfalto se evidenció que los mismos no cumplen con el criterio de falla por
fisuramiento, por lo tanto fue necesario aumentar la carpeta asfáltica y disminuir granulares, lo
que permitió optimizar los espesores obtenidos bajo los otros métodos.
La estructura de pavimento a utilizar en los 6.5 km de la vía la Ye Santa Lucia Barranca
Lebrija es la determinada por el método del Instituto del Asfalto la cual está en la capacidad de
soportar las solicitaciones generadas por un tráfico esperado de 0.51 millones de ejes
equivalentes de 8.2 ton bajo unas características de suelos de tipo limo-arcillosos y areno-
limosos, para un periodo de diseño de 10 años contados a partir del año 2014.
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6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
• Los suelos encontrados en los 6.5 Km de la vía La Ye Santa Lucia Barranca Lebrija
corresponden a limos-arcillosos y arenas limosas en su mayoría.
• La capacidad portante de la subrasante donde estará apoyada la estructura de pavimento
presenta dos condiciones, unos suelos con CBR en condición sumergida menores a 3% con
potencial de hinchamiento alto y marginal que se encuentran en los Tramos homogéneos 1,3 y
5 y otra con CBRMetodo 1 al 95% de la densidad máxima mayor a 6% que corresponden a
los sectores 2 y 4.
• Las estructuras de pavimento definidas por cada uno de los métodos evaluados se basó en un
periodo de diseño de diez años para pavimentos flexibles o su equivalencia en tiempo hasta
acumular el número de ejes equivalentes de 8.2 ton adoptado en el diseño.
• Las estructuras de pavimento diseñadas para la vía la Ye Santa Lucia Barranca Lebrija están
en la capacidad de soportar las solicitaciones generadas por un tráfico esperado de 0.51
millones de ejes equivalentes de 8.2 ton bajo unas características de suelos de tipo limo-
arcillosos y areno- limosos, para un periodo de diseño de 10 años contados a partir del año
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• Teniendo en cuenta las condiciones de expansión de los suelos existentes en sectores de la
vía, se recomienda que la estructura de pavimentos esta protegida con un sistema de drenaje
adecuado que permita garantizar el control de la humedad de la subrasante.
• Con el fin de evitar la segregación de los agregados, se recomienda tener un control estricto
en el transporte de la mezcla desde la salida de la planta hasta la colocación de la misma.
• La construcción de las estructuras de pavimento diseñadas para los 6.5 km de la vía La Ye
Santa Lucia Barranca Lebrija se debe enmarcar dentro de las especificaciones generales de
construcción de carreteras del Instituto Nacional de Vias 2014 y las normas de ensayo paracarreteras INVIAS 2014.
• Se recomienda que la construcción de la estructura de pavimento se realice s sobre la cota de
la subrasante actual debido que por el tipo de suelos finos existentes en la zona del proyecto,
no es recomendable excavar.
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REFERENCIAS
American Association Of State Of Highway And Transportation. (1993). Guide for design of pavement structures. Washington: AASHTO.
Asphalt Institute. (1982). Research and Development of the Asphalt Institute’s Thickness Design
Manual.
Das, B. (2001). Fundamentos de ingeniería geotécnica. México: International Thomson
Editores.Higuera, C. (2011). Nociones sobre métodos de diseño de estructuras de pavimentos para
carreteras. Tunja: UPTC.
Huang, Y. H. (1993). Pavement Analysis and Design. New Yersey: Prentice Hall.
Instituto Nacional de Vías. (2014). Especificaciones generales para la construcción de
carreteras. Bogotá D.C: INVIAS.
Ministerio de Transporte. (1998). Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con medios
y altos volúmenes de tránsito. Popayán: Ministerio de Transporte.
Montejo A (2006) Ingeniería de pavimentos (3 ed) Bogotá: Universidad Católica de
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Anexo A. Ensayos de laboratorio
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75/289
CÓDIGO:
COMPAÑÍA: CONSORCIO TIT APIQUE Nº. 189
DIRECCION: CRA 11 N°93B-33 PISO 5 PROFUNDIDAD (m): 1.50
INGENIERO: MAURICIO GALINDO NIVEL FRE TICO (m): NO SE ENCONTROOBRA: VIA MORRISON- LA Y- SANTA LUCIA-BARRANCA LEBRIJA FECHA:
LOCALIZACIÓN: K19+000 DERECHO INFORME PC Nº: 529-13
COORDENADAS: E 01045002 N 01379517
0.00 SM ARENA LIMOSA
CAFÉ, VETA GRIS
HUMEDAD BAJA
DENSA
11.62 B13-392
C B R M E T O D O I
C B R I N A L T E R A D O
E N %
E X P A N S I O N L I B R E
H U M E D A D E
N %
CLASIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL
P-PT-05-F-08
VERSIÓN: 7INFORME DE ENSAYOS
PERFIL ESTRATIGRÁFICO Y CLASIFICACIÓN DE SUELOS
MUESTRA Nº
2013-09-22
NORMA NTC 1504:2000FECHAELABORACIÓN:
2009-01-05
P R O F U N D I D A
D ( m )
C O N V E N C I Ó N
M . O . P . T .
S I S T E M A D E
C L A S I F I C A C
I Ó N
U . S . C .
CÓDIGO:INFORME DE ENSAYOS P-PT-05-F-
RELACI N DE SOPORTE DEL SUELOVERSIÓN: 9
CBR M TODO I
ACREDITADO
ACREDITADO
ACREDITADO
-
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76/289
COMPAÑÍA: CONSORCIO TIT
DIRECCIÓN: CRA 11 N°93B-33 PISO 5 LOCALIZACIÓN: K19+000 DERECHO
INGENIERO: MAURICIO GALINDOOBRA: VIA MORRISON- LA Y- SANTA LUCIA-BARRANCA LEBRIJA FECHA DE TOMA: 2013-09-22
DESCRIPCIÓN: ARENA LIMOSA FECHA DE ENSAYO: 2013-10-18
CANTERA: N.A. SONDEO: N.A.
MUESTRA Nº: B13-392 APIQUE: 189
INFORME PC Nº: 529-13 PROFUNDIDAD (m): 0,00-0,95
PRUEBARecipiente Nº:M1= Masa Recipiente + masa húmeda (g):M2= Masa Recipiente + masa seca (g):M3= Masa Recipiente (g):Número de golpes:Masa humeda inicial(g):Agua adicional (cm³):Molde Nº:M4= Masa molde y la base + suelo compactado (g):M5= Masa del molde + base (g):M6= Masa humeda compacta (g):Humedad en el horno (%):Masa seca (g):Volumen del molde (cm³):Densidad seca (g/cm³):Densidad seca (kg/m³):
1 2 3 4502 609 964 330
NORMA INV E 148:2007FECHAELABORACIÓN:
2009-04-2
103.4 90.5 70.4 129.556 56 56 56
854.2 786.0 936.1 976.1781.8 704.4 809.8 835.7
10 10 10 109972 10242 10396 10354
6000 6000 6000 60000 120 240 360
10.7 13.3 17.1 19.93654 3808 3816 3692
5928 5928 5928 59284044 4314 4468 4426
1714 1786 1790 1732
2132 2132 2132 21321.714 1.786 1.790 1.732
1800
1810
CURVA PROCTOR
Resolución de Acreditación Nº 12543
del 20 de Marzo de 2009
1800
1810
CURVA PROCTOR
Resolución de Acreditación Nº 12543
del 20 de Marzo de 2009
1800
1810
CURVA PROCTOR
Resolución de Acreditación Nº 12543
del 20 de Marzo de 2009
CÓDIGO:INFORME DE ENSAYOS P-PT-05-F-020
DENSIDAD Y PESO UNITARIO EN EL TERRENO, METODO DELCONO DE ARENA
VERSIÓN: 7
ACREDITADO
ACREDITADO
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77/289
COMPAÑÍA: CONSORCIO TIT
DIRECCIÓN: CRA 11 No. 93B-33 PISO 5 LOCALIZACIÓN: K19+000 DERECHO
INGENIERO: MAURICIO GALINDO DESCRIPCIÓN: ARENA LIMOSA
OBRA: VIA MORRISON- LA Y- SANTA LUCIA-BARRANCA LEBRIJA CANTERA: N.A
INFORME PC Nº: 529-13 FECHA DE ENSAYO: 2013-09-22
1
K19+000
12.00
UNICA
95
DERECHO
EXISTENTE
1584
7321
3425
2312
1.369
1689
Espesor de la capa ensayada (cm):
CONO DE ARENA
NORMA INV E 161:2007FECHAELABORACIÓN:
2012-01-25
DATOS DE IDENTIFICACIÓN
Prueba Nº:
Ubicación/Abscisas:
Profundidad (cm):
Capa Nº:
Costado:
Material:
DENSIDAD Y PESO UNITARIO DEL MATERIAL EN EL TERRENO
M1=Constante del cono en (g):
M2=Masa del frasco y arena inicial (g):
M3=Masa del frasco y arena restante (g):
M4=Masa arena utilizada para llenar el hueco (g) (M2-M3-M1)
γ arena=Densidad de la arena (g/cm³):
V=Volumen del hueco (cm³): (M4 / γ arena)
ResolucióndeAcreditaciónNº 12543
del 20 deMarzo de2009
ResolucióndeAcreditaciónNº 12543
del 20 deMarzo de2009
CÓDIGO:INFORME DE ENSAYOSLÍMITES DE CONSISTENCIA (NORMA INV E
125 2007 INV E 126 2007)HUMEDAD NATURAL (NORMA INV E
P-PT-05-F-
VERSIÓN 8
ACREDITADO
ACREDITADO
-
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78/289
COMPAÑÍA: CONSORCIO TIT
DIRECCIÓN: CRA 11 N°93B-33 PISO 5 LOCALIZACIÓN: K19+000 DERECHO
INGENIERO: MAURICIO GALINDO
OBRA: VIA MORRISON- LA Y- SANTA LUCIA-BARRANCA LEBRIJA FECHA DE TOMA: 2013-09-22
DESCRIPCIÓN: ARENA LIMOSA FECHA ENSAYO: 2013-10-18
CANTERA: N.A. SONDEO Nº: N.A.
MUESTRA Nº: B13-392 APIQUE Nº: 189
INFORME PC Nº: 529-13 PROFUNDIDAD (m): 0,00-0,95
GRADACI N INV E 123:2007Masa inicial total seca (g): 390.0
Masa inicial L-T 200 (g): 228.5 0.00
Masa final: L-T 200 (g): 228.5
Tamiz Tamiz (mm) Masa Retenida (g) % Retenido % Acumulado % Pasa % Pasaunificado
Determinación Nº - - - 3" 75.00 - - 0.0% 100.0% 100.0%
Nº de Golpes - - - 2 ½" 63.00 - - 0.0% 100.0% 100.0%
Nº de Recipiente - - - 2" 50.00 - - 0.0% 100.0% 100.0%
M1 - - - 1 ½" 37.50 - - 0.0% 100.0% 100.0%
M2 - - - 1" 25.00 - - 0.0% 100.0% 100.0%
M3 - - - 3/4" 19.00 - - 0.0% 100.0% 100.0%
MW - - - 1/2" 12.50 - - 0.0% 100.0% 100.0%
MS - - - 3/8" 9.50 - - 0.0% 100.0% 100.0%
W% - - - 1/4" 6.30 - - 0.0% 100.0% 100.0%
Nº 4 4.75 4.0 1.0% 1.0% 99.0% 99.0%
Nº 8 2.36 - - 1.0% 99.0% 99.0%
Nº 10 2.00 23.4 6.0% 7.0% 93.0% 93.0%
Nº12 1.70 - - 7.0% 93.0% 93.0%
INV E 122:2007 Nº16 1.18 - - 7.0% 93.0% 93.0%
Nº de Recipiente - - 257 Nº30 0.600 - - 7.0% 93.0% 93.0%
M1 - - 634 2 Nº40 0 425 118 5 30 4% 37 4% 62 6% 62 6%
LÍMITE PLÁSTICO - LPW% DE LAMUESTRA
INV E 126:2007
LÍMITES DE CONSISTENCIA
LÍMITE LÍQUIDO - LL
INV E 125:2007
125:2007 - INV E 126:2007)HUMEDAD NATURAL (NORMA INV E122:2007)GRANULOMETRÍA (NORMA INV E 123:2007)
VERSIÓN: 8
FECHAELABORACIÓN:
2009-06-Resolución de Acreditación Nº 12543
del 20 de Marzo de 2009
Resolución de Acreditación Nº 12543
del 20 de Marzo de 2009
CÓDIGO:INFORME DE ENSAYOSLÍMITES DE CONSISTENCIA (NORMA INV E
125:2007 INV E 126:2007)HUMEDAD NATURAL (NORMA INV E
P-PT-05-F-
VERSIÓN: 8
ACREDITADO
ACREDITADO
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8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Flexible Aashto Invias Insituto Asfalto Barranca Lebrija (1)
79/289
COMPAÑÍA: CONSORCIO TIT
DIRECCIÓN: CRA 11 N°93B-33 PISO 5 LOCALIZACIÓN: K19+000 DERECHO
INGENIERO: MAURICIO GALINDO
OBRA: VIA MORRISON- LA Y- SANTA LUCIA-BARRANCA LEBRIJA FECHA DE TOMA: 2013-09-22
DESCRIPCIÓN: ARCILLA DE ALTA PLASTICIDAD FECHA ENSAYO: 2013-10-18
CANTERA: N.A. SONDEO Nº: N.A.
MUESTRA Nº: B13-393 APIQUE Nº: 189
INFORME PC Nº: 529-13 PROFUNDIDAD (m): 0,95-1,50
GRADACI N INV E 123:2007Masa inicial total seca (g): 540.0
Masa inicial L-T 200 (g): 52.6 0.00
Masa final: L-T 200 (g): 52.6
Tamiz Tamiz (mm) Masa Retenida (g) % Retenido % Acumulado % Pasa % Pasaunificado
Determinación Nº 1 2 3 3" 75.00 - - 0.0% 100.0% 100.0%
Nº de Golpes 30 25 20 2 ½" 63.00 - - 0.0% 100.0% 100.0%
Nº de Recipiente 186 187 188 2" 50.00 - - 0.0% 100.0% 100.0%
M1 38.86 40.88 39.25 1 ½" 37.50 - - 0.0% 100.0% 100.0%
M2 30.77 32.03 30.04 1" 25.00 - - 0.0% 100.0% 100.0%
M3 18.42 18.99 16.88 3/4" 19.00 - - 0.0% 100.0% 100.0%
MW 8.09 8.85 9.21 1/2" 12.50 - - 0.0% 100.0% 100.0%
MS 12.35 13.04 13.16 3/8" 9.50 - - 0.0% 100.0% 100.0%
W% 65.52 67.83 69.99 1/4" 6.30 - - 0.0% 100.0% 100.0%
Nº 4 4.75 1.2 0.2% 0.2% 99.8% 99.8%
Nº 8 2.36 - - 0.2% 99.8% 99.8%
Nº 10 2.00 4.6 0.9% 1.1% 98.9% 98.9%
Nº12 1.70 - - 1.1% 98.9% 98.9%
INV E 122:2007 Nº16 1.18 - - 1.1% 98.9% 98.9%
Nº de Recipiente 189 190 1031 Nº30 0.600 - - 1.1% 98.9% 98.9%
M1 30 85 31 22 647 1 Nº40 0 425 21 4 4 0% 5 0% 95 0% 95 0%
LÍMITE PLÁSTICO - LPW% DE LAMUESTRA
INV E 126:2007
LÍMITES DE CONSISTENCIA
LÍMITE LÍQUIDO - LL
INV E 125:2007
125:2007 - INV E 126:2007)HUMEDAD NATURAL (NORMA INV E122:2007)GRANULOMETRÍA (NORMA INV E 123:2007)
VERSIÓN: 8
FECHAELABORACIÓN:
2009-06-Resolución de Acreditación Nº 12543
del 20 de Marzo de 2009
Resolución de Acreditación Nº 12543
del 20 de Marzo de 2009
INFORME DE ENSAYOS
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80/289
COMPAÑÍA: CONSORCIO TIT
DIRECCIÓN: CRA 11 No. 93B-33 PISO 5 LOCALIZACION: K19+00
INGENIERO: MAURICIO GALINDO
OBRA: VIA MORRISON- LA Y- SANTA LUCIA-BARRANCA LEBRIJA FECHA DE TOMA: 2013-0
DESCRIPCIÓN: ARCILLA DE ALTA PLASTICIDAD FECHA DE ENSAYO: 2013-1
CANTERA: N.A.
MUESTRA No.: B13-393
INFORME PC No.: 529-13
VOLUMEN INICIAL (cm ) 10 VOLUMEN FINAL (cm )
EXPANSION LIBRE EN PROBETA EP = VF-VI X100
EP % = 21010
O S OSEXPANSION LIBRE EN PROBETA
INDICE DE EXPANSIÓN EN PROBETA I E P = Volumen Final
10INDICE DE EXPANSI N EN PROBETA IEP = 3.1
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8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Flexible Aashto Invias Insituto Asfalto Barranca Lebrija (1)
81/289
CÓDIGO:
COMPAÑÍA: CONSORCIO TIT
DIRECCIÓN: CRA 11 N°93B-33 PISO 5 LOCALIZACIÓN: K19+000 DERECHO
INGENIERO: MAURICIO GALINDO
OBRA: VIA MORRISON- LA Y- SANTA LUCIA-BARRANCA LEBRIJA FECHA DE TOMA: 2013-09-22
DESCRIPCIÓN: ARCILLA DE ALTA PLASTICIDAD FECHA DE ENSAYO: 2013-10-18
CANTERA: N.A. SONDEO Nº: N.A.
MUESTRA Nº: B13-393 APIQUE Nº: 189
INFORME PC Nº: 529-13 PROFUNDIDAD (m): 0,95-1,50
HUMEDAD
RECIPIENTE
W1 = Peso recipiente A + suelo húmedo, en g
W2 = Peso recipiente + suelo seco, en g
W3 = Peso recipiente, en g
W = Peso húmedo de la muestra de suelo, en g
W0 = Peso de la muestra seca, en g
w = Contenido de agua, en %
FACTORES DE CONTRACCIÓN
67.8
23.4
P-PT-05-F-058
1
39.2
60.3
INFORME DE ENSAYOSDETERMINACIÓN DE LOS FACTORES DE CONTRACCIÓN DE LOS
SUELOS VERSIÓN: 6
21.1
NORMA INV E 127:2007FECHAELABORACIÓN:
2009-01-05
44.5
CÓDIGO: P-PT-05-F-072INFORME DE ENSAYOSRELACI N DE SOPORTE DEL SUELO (CBR) SOBRE
VERSIÓN: 8
ACREDITADO
ACREDITADO
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8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Flexible Aashto Invias Insituto Asfalto Barranca Lebrija (1)
82/289
COMPAÑÍA: CONSORCIO TIT
DIRECCIÓN: CRA 11 N°93B-33 PISO 5 LOCALIZACION: K19+000 DERECHO
INGENIERO: MAURICIO GALINDO
OBRA: VIA MORRISON- LA Y- SANTA LUCIA-BARRANCA LEBRIJA FECHA DE TOMA: 2013-09-22
DESCRIPCIÓN: ARCILLA DE ALTA PLASTICIDAD FECHA ENSAYO: 2013-10-18
CANTERA: N.A. SONDEO: N.A.
MUESTRA Nº: B13-393 APIQUE: 189
INFORME PC Nº: 529-13 PROFUNDIDAD (m): 0,95-1,50
CARGA PRESIÓN PRESI�