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Pavimentos_parcial
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2015
.
Pavimentos
PARCIAL 2 METODOS DE DISEO El presente documento es el resultado del conocimiento aprendido de los mtodos de diseo para pavimentos rgidos y flexibles.
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 1
PARCIAL 2 METODOS DE DISEO
Presentado por:
ANA MARIA ESPEJO RIAO
ERIKA ANDREA MUOZ GONZALES
JUAN CARLOS POLO GAMARRA
Tutor:
LUIS ANGEL MORENO ALSEMI
PARCIAL 2 METODOS DE DISEO
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA
FACULTAD DE ESTUDIOS A DISTANCIA
INGENIERIA CIVIL
COLOMBIA
2015
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 2
TABLA DE CONTENIDO
1. En el dimensionamiento de una estructura de pavimento flexible, conservando la TMAP de 25 y la precipitacin de 2500 mm/ao cul de las siguientes condiciones es la ms crtica? .......................... 3
1.1 Condicin 1 ................................................................................................................ 6
1.1.1 Condicin 2 ............................................................................................... 7
1.2 Una estructura de pavimento flexible fue diseada por el mtodo del Instituto del
Asfalto y presenta las siguientes dimensiones: ............................................................................. 8
1.3 Disear dos estructuras de pavimento flexible por el mtodo del Instituto del asfalto
para las siguientes condiciones: .................................................................................................... 9
1.4 Una va rural de dos carriles fue construida en pavimento rgido con las siguientes
caractersticas sin ningn diseo que soportara la obra: ............................................................. 11
1.5 Por una va transitan 9x106 ejes simples de 8.2 Tn. La siguiente figura muestra las
dimensiones y propiedades mecnicas de los materiales que conforman la estructura del
pavimento. .17
90% la confiabilidad de diseo de 0.35, Cul es el Mr de la capa de concreto asfltico
necesario para la solicitacin de trnsito dada. ........................................................................... 17
Referencias .......................................................................................................................................... 20
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 3
SEGUNDO PARCIAL DE LA ASIGNATURA PAVIMENTOS Y LABORATORIO
POR FAVOR ESCOGER UN CDIGO Y REMPLAZAR LAS LETRAS POR LOS
NMEROS
CODIGO: 7 3 0 1 7 9 2
G F E D C B A
1. En el dimensionamiento de una estructura de pavimento flexible, conservando la
TMAP de 25 y la precipitacin de 2500 mm/ao cul de las siguientes condiciones es
la ms crtica?
1. El valor de la subrasante decaiga en un 51%. (4A+B% = 42+9 =51)
2. La variable Trnsito se incremente en un 66%.(5B+C% = 59+7 =66)
Demostrar numricamente empleando el mtodo del INVIAS para el caso de N=3x106,
Mdulo Resiliente = 829 Kg/cm2 (800+A Kg/cm2 = 800+29 = 829)
Para los Datos Actuales de la Estructura TMAP 25 y precipitacin 2500 mm/ao se realiz
la siguiente clasificacin:
Figura 1. Regiones climaticas segn temperatua y precipitacion. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos
para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 4
Figura 2. Rangos de transito contemplados en el metodo de diseo. Montejo, A., (2002), Ingeniera de
pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia
Figura 3.Entornos de Resistencia. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C,
Colombia. Universidad Catlica de Colombia
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 5
Las combinaciones halladas de acuerdo a las condiciones propuestas se ubican en la siguien-
te carta:
Figura 4.Carta N5, region 5 (R5), Calido humedo. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para
carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 6
Para evaluar cul de las condiciones solicitadas es la ms crtica se realiz el siguiente
anlisis de acuerdo al mtodo invias.
1.1 Condicin 1
Mdulo Resilente 829 Kg/Cm2 S3
CBR 6%-10% S3
Precipitacin 2500 mm/ao R5
Rango de Transito Equivalente N 3000000 T3
DATOS DE ENTRADA (CONDICIONES INICIALES)
FACTOR DE DISEO VALOR Und DESIGNACI N.
Temperatura TMAP 25 C R5
PROF/m VALOR M2 PROF/m VALOR M2 PROF/m VALOR M2
0.10 4,996 0.075 3.747 0.10 4,996
0.20 14,709 0.20 9,900 0.20 14,709
0.35 24,360 0.30 20,880 0.25 16,913
44,065 34,527 36,617TOTAL
CODIGO
TOTAL
CODIGO
TOTAL
OPCION SELECCIONADA
BG-2 BEE-2 BG-2
SBG-1 SBG-1 BEC
DIMENSIONAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS DEL PAVIMENTO (R5-T3-S3)
OPCIN No. 1 OPCIN No. 2 OPCIN No. 3
MDC-2 MDC-2 MDC-2
CODIGO
Mdulo Resilente 406 Kg/Cm2 S1
CBR 3%-5% S1
Precipitacin 2500 mm/ao R5
Rango de Transito Equivalente N 3000000 T3
DATOS DE ENTRADA DECADA EN 51%
FACTOR DE DISEO VALOR Und DESIGNACI N.
Temperatura TMAP 25 C R5
PROF/m VALOR M2 PROF/m VALOR M2 PROF/m VALOR M2
0.10 4,996 0.075 3,747
0.35 25,740 0.30 14,850
0.45 31,320 0.40 27,840
62,056 46,437
OPCIN No. 2
TOTAL TOTAL
OPCION SELECCIONADA
MDC-2
BEE-1
SBG-1
CODIGO
OPCIN No. 3
CODIGO
BG-2
SBG-1
DIMENSIONAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS DEL PAVIMENTO (R5-T3-S1)
MDC-2
CODIGO
OPCIN No. 1
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 7
Condicin 2 1.1.1
La seleccin de las Opciones ms crticas fueron realizadas a partir del parmetro de entrada
del mtodo de invias que es el anlisis de Costos, Los precios tomados como referencia se
tomaron de la Pagina del IDU1. Tabla de precios de referencia para insumos.
Mdulo Resilente 829 Kg/Cm2
S3
CBR 7%-10% S3
Precipitacin 2500 mm/ao R5
Rango de Transito Equivalente N 4980000 T4
DATOS DE ENTRADA N incrementada en 66%
FACTOR DE DISEO VALOR Und DESIGNACI N.
Temperatura TMAP 25 C R5
PROF/m VALOR M2 PROF/m VALOR M2 PROF/m VALOR M2
0.100 4,996 0.075 3,747 0.10 4,996
0.25 18,466 0.20 9,900 0.25 18,466
0.35 24,360 0.35 24,360 0.25 16,913
47,821 38,007 40,374
BEC
CODIGO
TOTAL TOTAL TOTAL
OPCION SELECCIONADA
MDC-2
BEE-2
SBG-1
CODIGO CODIGO
OPCIN No. 2 OPCIN No. 3
MDC-2
BG-1
SBG-1
BG-1
DIMENSIONAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS DEL PAVIMENTO (R5-T4-S3)
MDC-2
OPCIN No. 1
1 Instituto de desarrollo urbano.(2015). Sistema de informacin de precios 2015.Colombia,
Recuperado de http://app.idu.gov.co/geodata/IntenasMain/referencia.html
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 8
1.2 Una estructura de pavimento flexible fue diseada por el mtodo del Instituto del
Asfalto y presenta las siguientes dimensiones:
Concreto asfltico: 25 cm.
Base granular no tratada: 15 cm.
Subbase granular no tratada: 15 cm.
Si la variable trnsito N=5Ax105, cul es el valor del CBR de la subrasante?
Respuesta:
El valor de N en este caso segn el cdigo estudiantil ser:
Dado que el espesor total de las capas granulares en este caso es de 30 cm, por medio de la
grfica 5.26 Diagrama de diseo para base granular de 30.0 cm de espesor, consignada en el libro
Ingeniera de Pavimentos para Carreteras, se ubica el valor de N=5.2*106 en el eje horizontal y
se traza una lnea vertical hasta cruzar la curva de espesor del concreto asfaltico, finalmente se
traza una lnea horizontal hasta cruzar el eje vertical de la grfica donde se lee el valor del
mdulo resiliente, como se evidencia en la siguiente figura:
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 9
El valor obtenido de la grfica para el mdulo resiliente es MR=690 Kg/cm. Para hallar el
valor del CBR se utiliza la frmula de relacin entre el mdulo resiliente y el CBR que se expresa
a continuacin:
Por lo tanto, el CBR ser:
1.3 Disear dos estructuras de pavimento flexible por el mtodo 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 Diseo Cartagena.
Costo del concreto asfltico
Costo de la BEE Tipo III
Costo de la Base Granular
N= 0.Cx107.
CBR=500+ABKg/cm2.
Respuesta:
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 10
Figura 51. Diagrama de diseo para base granular de 10 cm de espesor. Montejo, A., (2002), Ingeniera de
pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.
Figura 6. Diagrama de diseo para base granular de 30 cm de espesor. Montejo, A., (2002), Ingeniera de
pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 11
De la figura se obtiene un CA de 28.0 cm.
Se realiza un anlisis de costos para seleccionar la estructura ms econmica.
Figura7. Costo Alternativas. Fuente Propia.
La alternativa final es la 1 por ser la ms econmica
1.4 Una va rural de dos carriles fue construida en pavimento rgido con las siguientes
caractersticas sin ningn diseo que soportara la obra:
elosa de concreto: 15 cm. (sin pasadores) (Sin berma)
esubabase granular no tratada: 15 cm.
Al trmino de 5 aos la estructura de pavimento estaba totalmente deteriorada. Por lo
anterior el dueo de la va quera conocer el por qu la estructura haba fallado, para lo cual
contrat la asesora de un ingeniero experto en el tema.
El ingeniero con el fin de dar respuesta al dueo de la va realiz el siguiente diagnostico a la
misma:
El suelo de subrasante presenta un K=4A Mpa/m.
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 12
La temperatura de la zona de estudio es de 26C.
El mdulo de rotura del concreto empleado para conformar la losa era de 4.55 Mpa
medido a los 28 das.
Por la va 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 rgida
puede fallar por fatiga o erosin, qu cree usted que le contest al dueo? Sustente su respuesta
(numricamente). Y cul sera su periodo de diseo
Respuesta:
Como se trata de un pavimento rgido se puede usar el mtodo PCA para solucionar el
presente problema. Como primera medida se hallara el nmero de repeticiones esperadas a partir
de los 72 ejes simples de 9 toneladas.
Factor de equivalencia:
(
)
Factor camin:
Repeticiones esperadas:
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 13
Por medio de los datos obtenidos se realizara un anlisis por fatiga y por erosin para
comparar el nmero de repeticiones admisibles con el nmero de repeticiones esperadas para este
pavimento. Anlisis por fatiga:
Esfuerzo equivalente: Este depende de si existe o no berma en la va y se obtiene de la
siguiente tabla:
Factor de relacin de esfuerzos: Se calcula dividiendo el esfuerzo equivalente entre el
mdulo de rotura del concreto:
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 14
Magnitud de la carga: Como se trata de un trnsito 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 relacin de esfuerzos se ingresa a la siguiente grfica y se obtiene un valor de 6500:
Conclusin anlisis 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 anlisis por erosin con el siguiente procedimiento:
Factor de erosin: Se obtiene a partir de la siguiente tabla dado que la va no tiene berma
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 15
Numero de repeticiones admisibles: Con el valor obtenido anteriormente de factor de
erosin se obtiene el nmero de repeticiones admisibles de la siguiente grfica (210000):
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 16
Conclusin anlisis por erosin: Dado que al igual que en el anlisis por fatiga el nmero
de repeticiones esperadas supera el nmero de repeticiones admisibles de 210000 , el
pavimento presenta un desgaste prematuro que tambin puede estar ligado a las altas
temperaturas que se presentan en el lugar, y adems porque el concreto ha perdido
resistencia a la abrasin consecuencia de dicho desgaste.
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 17
1.5 Por una va transitan 9x106 ejes simples de 8.2 Tn. La siguiente figura muestra las
dimensiones y propiedades mecnicas de los materiales que conforman la estructura
del pavimento.
90% la confiabilidad de diseo de 0.35, Cul es el Mr de la capa de concreto asfltico
necesario para la solicitacin de trnsito dada.
Respuesta:
Figura 8 Datos de entrada, Elaboracin Propia
Concreto asfltico: h1 =20 cm MrC.A=? =0.40
Base no tratada: h2 = 2A cm MrBASE = 200 MPa = 0.35
Subrasante: MrSUBRASANTE = 70 MPa, = 0.45
Subbase:no tatada h3 = 1Bcm, MrBASE = 200 MPa = 0.35
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 18
Figura 9. Grafica de diseo para pavimento flexible basada en valores promedio de los diferentes datos de
entrada. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad
Catlica de Colombia.
De la grfica se toma SN1 = 2.8
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 19
Figura 6. Grafica para hallar a1 en funcin del mdulo resiente del concreto asfaltico. Montejo, A., (2002),
Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.
De la grfica se optime Mr = 285.000 Psi. = 1965 Mpa.
PARCIAL N 2 METODOS DE DISEO 20
Referencias
Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia.
Universidad Catlica de Colombia.
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