2015 .
Pavimentos
PARCIAL 2 – METODOS DE DISEÑO
El presente documento es el resultado del conocimiento aprendido de los métodos de diseño para pavimentos rígidos y flexibles.
PARCIAL N° 2 METODOS DE DISEÑO –
PARCIAL 2 METODOS METODOS DE DISEÑO –
Presentado por: ANA MARIA ESPEJO RIAÑO ERIKA ANDREA MUÑOZ GONZALES JUAN CARLOS POLO GAMARRA
Tutor: LUIS ANGEL MORENO ALSEMI
PARCIAL 2 METODOS METODOS DE DISEÑO –
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE ESTUDIOS A DISTANCIA INGENIERIA CIVIL COLOMBIA 2015
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PARCIAL N° 2 METODOS DE DISEÑO
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TABLA DE CONTENIDO
1. En el dimensionamiento de una estructura de pavimento flexible, conservando la TMAP de 25° y la precipitación de 2500 mm/año ¿cuál de las siguientes condiciones es la más crítica? .......................... 3
1.1
Condición 1 ................................................................................................................ 6
1.1.1 1.2
Condición 2 ............................................................................................... 7
Una estructura de pavimento flexible fue diseñada por el método del Instituto del
Asfalto y presenta las siguientes dimensiones: ............................................................................. 8 1.3
Diseñar dos estructuras de pavimento flexible por el método del Instituto del asfalto
para las siguientes condiciones: .................................................................................................... 9 1.4
Una vía rural de dos carriles fue construida en pavimento rígido con las siguientes
características sin ningún diseño que soportara la obra:............................................................. 11 1.5
Por una vía transitan 9x106 ejes simples de 8.2 Tn. La siguiente figura muestra las
dimensiones y propiedades mecánicas de los materiales que conforman la estructura del pavimento.
……………………………………………………………………………………
.17
90% la confiabilidad de diseño de 0.35, ¿Cuál es el Mr de la capa de concreto asfáltico necesario para la solicitación de tránsito dada. ........................................................................... 17 Referencias .......................................................................................................................................... 20
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SEGUNDO PARCIAL DE LA ASIGNATURA PAVIMENTOS Y LABORATORIO POR FAVOR ESCOGER UN CÓDIGO Y REMPLAZAR LAS LETRAS POR LOS NÚMEROS
CODIGO:
7 G
3 F
0 E
1 D
7 C
9 B
2 A
1. En el dimensionamiento de una estructura de pavimento flexible, conservando la TMAP de 25° y la precipitación de 2500 mm/año ¿cuál de las siguientes condiciones es la más crítica? 1. El valor de la subrasante decaiga en un 51%. (4A+B% = 42+9 =51) 2. La variable Tránsito se incremente en un 66%.(5B+C% = 59+7 =66)
Demostrar numéricamente empleando el método del INVIAS para el caso de N=3x106, Módulo Resiliente = 829 Kg/cm2 (800+A Kg/cm2 = 800+29 = 829)
Para los Datos Actuales de la Estructura TMAP 25° y precipitación 2500 mm/año se realizó la siguiente clasificación:
Figura 1. Regiones climaticas según temperatua y precipitacion. Montejo, A., (2002), Ingeniería de pavimentos ara carreteras. Bo otá D.C, Colombia. Universidad Católica de Colombia
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Figura 2. Rangos de transito contemplados en el metodo de diseño. Montejo, A., (2002), Ingeniería de avimentos ara carreteras. Bo otá D.C, Colombia. Universidad Católica de Colombia
Figura 3.Entornos de Resistencia. Montejo, A., (2002), Ingeniería de pavimentos para carreteras. Bogotá D.C, Colombia. Universidad Católica de Colombia
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Las combinaciones halladas de acuerdo a las condiciones propuestas se ubican en la siguiente carta:
Figura 4.Carta N°5, region 5 (R5), Calido humedo. Montejo, A., (2002), Ingeniería de pavimentos para carreteras. Bogotá D.C, Colombia. Universidad Católica de Colombia
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Para evaluar cuál de las condiciones solicitadas es la más crítica se realizó el siguiente análisis de acuerdo al método invias.
DATOS DE ENTRADA (CONDICIONES INICIALES) FACTOR DE DISEÑO VALOR Und Temperatura TMAP
25
°C
Precipitación Rango de Transito Equivalente N
2500 3000000
mm/año
Módulo Resilente
829
CBR
6%-10%
2
Kg/Cm
DESIGNACIÓN. R5 R5 T3 S3 S3
DIMENSIONAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS DEL PAVIMENTO (R5-T3-S3) CODIGO
OPCIÓN No. 1 PROF/m VALOR M2
CODIGO
MDC-2
0.10
4,996
MDC-2
BG-2
0.20
14,709
SBG-1
0.35
24,360
TOTAL
OPCIÓN No. 2 PROF/m
VALOR M2
OPCIÓN No. 3 CODIGO PROF/m
VALOR M2
0.075
3.747
MDC-2
0.10
4,996
BEE-2
0.20
9,900
BG-2
0.20
14,709
SBG-1
0.30
20,880
BEC
0.25
16,913
TOTAL
44,065
TOTAL
34,527
36,617
OPCION SELECCIONADA
1.1
Condición 1 DATOS DE ENTRADA DECAÍDA EN 51% FACTOR DE DISEÑO
VALOR
Und
DESIGNACIÓN.
Temperatura TMAP
25
°C
R5
Precipitación
2500
mm/año
R5
Rango de Transito Equivalente N
3000000
Módulo Resilente
406
CBR
3%-5%
T3
2
Kg/Cm
S1 S1
DIMENSIONAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS DEL PAVIMENTO (R5-T3-S1) CODIGO
OPCIÓN No. 1 PROF/m VALOR M2
MDC-2
0.10
BG-2 SBG-1
TOTAL
CODIGO
OPCIÓN No. 2 PROF/m
VALOR M2
4,996
MDC-2
0.075
0.35
25,740
BEE-1
0.30
14,850
0.45
31,320
SBG-1
0.40
27,840
62,056
TOTAL OPCION SELECCIONADA
3,747
46,437
OPCIÓN No. 3 CODIGO PROF/m
VALOR M2
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1.1.1 Condición 2 DATOS DE ENTRADA N incrementada en 66% FACTOR DE DISEÑO
VALOR
Und
DESIGNACIÓN.
Temperatura TMAP
25
°C
R5
Precipitación
2500
mm/año
R5
Rango de Transito Equivalente N
4980000
Módulo Resilente
829
CBR
7%-10%
CODIGO
T4 Kg/Cm2
S3 S3
DIMENSIONAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS DEL PAVIMENTO (R5-T4-S3) OPCIÓN No. 1 OPCIÓN No. 2 OPCIÓN No. 3 PROF/m VALOR M2 CODIGO PROF/m VALOR M2 CODIGO PROF/m
MDC-2 BG-1 SBG-1
TOTAL
VALOR M2
0.100
4,996
MDC-2
0.075
3,747
MDC-2
0.10
4,996
0.25
18,466
BEE-2
0.20
9,900
BG-1
0.25
18,466
0.35
24,360
SBG-1
0.35
24,360
BEC
0.25
16,913
47,821
TOTAL
38,007
TOTAL
OPCION SELEC CIONADA
La selección de las Opciones más críticas fueron realizadas a partir del parámetro de entrada del método de invias que es el análisis de Costos, Los precios tomados como referencia se tomaron de la Pagina del IDU1. Tabla de precios de referencia para insumos.
1
Instituto de desarrollo urbano.(2015). Sistema de información de precios 2015.Colombia, Recuperado de http://app.idu.gov.co/geodata/IntenasMain/referencia.html
40,374
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1.2
Una estructura de pavimento flexible fue diseñada por el método del Instituto del Asfalto y presenta las siguientes dimensiones:
Concreto asfáltico: 25 cm.
Base granular no tratada: 15 cm.
Subbase granular no tratada: 15 cm.
Si la variable tránsito N=5Ax105, ¿cuál es el valor del CBR de la subrasante?
Respuesta: El valor de N en este caso según el código estudiantil será:
Dado que el espesor total de las capas granulares en este caso es de 30 cm, por medio de la gráfica 5.26 Diagrama de diseño para base granular de 30.0 cm de espesor, consignada en el libro 6
Ingeniería de Pavimentos para Carreteras, se ubica el valor de N=5.2*10 en el eje horizontal y
se traza una línea vertical hasta cruzar la curva de espesor del concreto asfaltico, finalmente se traza una línea horizontal hasta cruzar el eje vertical de la gráfica donde se lee el valor del módulo resiliente, como se evidencia en la siguiente figura:
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El valor obtenido de la gráfica para el módulo resiliente es MR=690 Kg/cm². Para hallar el valor del CBR se utiliza la fórmula de relación entre el módulo resiliente y el CBR que se expresa a continuación:
Por lo tanto, el CBR será:
1.3
Diseñar dos estructuras de pavimento flexible por el método del Instituto del asfalto para las siguientes condiciones:
Estructura 1 una capa de CA, BEE Tipo III y Base Granular de 10 cm. Estructura 2 una capa de CA, BEE Tipo III y Base Granular de 30 cm. Lugar de Diseño Cartagena. Costo del concreto asfáltico Costo de la BEE Tipo III Costo de la Base Granular N= 0.Cx107. CBR=500+ABKg/cm2.
Respuesta:
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Figura 51. Diagrama de diseño para base granular de 10 cm de espesor. Montejo, A., (2002), Ingeniería de pavimentos para carreteras. Bogotá D.C, Colombia. Universidad Católica de Colombia.
Figura 6. Diagrama de diseño para base granular de 30 cm de espesor. Montejo, A., (2002), Ingeniería de pavimentos para carreteras. Bogotá D.C, Colombia. Universidad Católica de Colombia.
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De la figura se obtiene un CA de 28.0 cm. Se realiza un análisis de costos para seleccionar la estructura más económica.
Figura7. Costo Alternativas. Fuente Propia.
La alternativa final es la 1 por ser la más económica
1.4
Una vía rural de dos carriles fue construida en pavimento rígido con las siguientes características sin ningún diseño que soportara la obra:
elosa de concreto: 15 cm. (sin pasadores) (Sin berma) esubabase granular no tratada: 15 cm.
Al término de 5 años la estructura de pavimento estaba totalmente deteriorada. Por lo anterior el dueño de la vía quería conocer el por qué la estructura había fallado, para lo cual contrató la asesoría de un ingeniero experto en el tema.
El ingeniero con el fin de dar respuesta al dueño de la vía realizó el siguiente diagnostico a la misma:
El suelo de subrasante presenta un K=4A Mpa/m.
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La temperatura de la zona de estudio es de 26ºC.
El módulo de rotura del concreto empleado para conformar la losa era de 4.55 Mpa medido a los 28 días.
Por la vía en promedio circulan diariamente de manera constante y sin crecimiento anual 54+A+B+C ejes simples de 9 toneladas.
Con base en los datos suministrados por el ingeniero y sabiendo que la estructura rígida puede fallar por fatiga o erosión, ¿qué cree usted que le contestó al dueño? Sustente su respuesta (numéricamente). Y cuál sería su periodo de diseño
Respuesta: Como se trata de un pavimento rígido se puede usar el método PCA para solucionar el presente problema. Como primera medida se hallara el número de repeticiones esperadas a partir de los 72 ejes simples de 9 toneladas.
Factor de equivalencia:
( )
Factor camión:
∑
Repeticiones esperadas:
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Por medio de los datos obtenidos se realizara un análisis por fatiga y por erosión para comparar el número de repeticiones admisibles con el número de repeticiones esperadas para este pavimento. Análisis por fatiga:
Esfuerzo equivalente: Este depende de si existe o no berma en la vía y se obtiene de la siguiente tabla:
Factor de relación de esfuerzos: Se calcula dividiendo el esfuerzo equivalente entre el módulo de rotura del concreto:
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Magnitud de la carga: Como se trata de un tránsito bajo se utiliza una factor de seguridad de carga de 1.0, para hallar la magnitud de la carga se hace el siguiente calculo (9Ton =88 KN):
Numero de repeticiones admisibles: Con el valor de la magnitud de la carga y el factor de relación de esfuerzos se ingresa a la siguiente gráfica y se obtiene un valor de 6500:
Conclusión análisis por fatiga: El deterioro que se presenta es causado por la presencia de 466144 repeticiones esperadas, versus 6500 repeticiones admisibles en el pavimento construido, esto ha generado un deterioro representado en agrietamientos y desgaste por fatiga en el pavimento.
Se procede a realizar el análisis por erosión con el siguiente procedimiento:
Factor de erosión: Se obtiene a partir de la siguiente tabla dado que la vía no tiene berma
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Numero de repeticiones admisibles: Con el valor obtenido anteriormente de factor de erosión se obtiene el número de repeticiones admisibles de la siguiente gráfica (210000):
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Conclusión análisis por erosión: Dado que al igual que en el análisis por fatiga el número de repeticiones esperadas supera el número de repeticiones admisibles de 210000 , el pavimento presenta un desgaste prematuro que también puede estar ligado a las altas temperaturas que se presentan en el lugar, y además porque el concreto ha perdido resistencia a la abrasión consecuencia de dicho desgaste.
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1.5
Por una vía transitan 9x106 ejes simples de 8.2 Tn. La siguiente figura muestra las dimensiones y propiedades mecánicas de los materiales que conforman la estructura del pavimento.
90% la confiabilidad de diseño de 0.35, ¿Cuál es el Mr de la capa de concreto asfáltico necesario para la solicitación de tránsito dada. Concreto asfáltico: h1 =20 cm Mr C.A=? Base no tratada: h2 = 2A cm
Subbase:no tatada Subrasante:
=0.40
Mr BASE = 200 MPa
h3 = 1Bcm, Mr BASE = 200 MPa Mr SUBRASANTE = 70
Respuesta:
Figura 8 Datos de entrada, Elaboración Propia
MPa, = 0.45
=
0.35
=
0.35
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Figura 9. Grafica de diseño para pavimento flexible basada en valores promedio de los diferentes datos de entrada. Montejo, A., (2002), Ingeniería de pavimentos para carreteras. Bogotá D.C, Colombia. Universidad Católica de Colombia.
De la gráfica se toma SN 1 = 2.8
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Figura 6. Grafica para hallar a 1 en función del módulo resiente del concreto asfaltico. Montejo, A., (2002), Ingeniería de pavimentos para carreteras. Bogotá D.C, Colombia. Universidad Católica de Colombia.
De la gráfica se optime Mr = 285.000 Psi. = 1965 Mpa.
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Referencias Montejo, A., (2002), Ingeniería de pavimentos para carreteras. Bogotá D.C, Colombia. Universidad Católica de Colombia.
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