Calzada nueva



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CONSULTORÍA ESPECIALIZADA PARA LA ESTRUCTURACIÓN DE CONCESIONES VIALES GRUPO 4 NORTE
CORREDOR 7

CALZADA NUEVA

TRAMO: VARIANTE DE SAMPUÉS

INFORME DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

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NOVIEMBRE DE 2013


TABLA DE CONTENIDO

GENERALIDADES DEL PROYECTO 5

1INTRODUCCIÓN 5

2OBJETIVOS DEL ESTUDIO 5

2.1OBJETIVO GENERAL 5

2.2OBJETIVOS ESPECÍFICOS 5

3LOCALIZACIÓN DEL TRAMO 6

DISEÑO DEL PAVIMENTO 7

4TRÁFICO 7

5DETERMINACIÓN DEL CBR 10

6SUBRASANTE 11

7NUMERO ESTRUCTURAL 13

8PARÁMETROS DE DISEÑO 16

9ESTRUCTURA DE DISEÑO 17

10CANTIDADES DE OBRA 20

11FUENTES DE MATERIALES Y BOTADEROS 20

11.1FUENTES DE MATERIALES 20

11.2BOTADEROS 21

CURVA DE MANTENIMIENTO DEL PAVIMENTO 22

12PROGRAMAS DE MANTENIMIENTO VIAL 22

13COSTOS DE MANTENIMIENTO 24

14EVALUACIÓN FUNCIONAL Y ESTRUCTURAL 24

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LOS MATERIALES 26

15BASES Y SUBBASES GRANULARES 26

16PAVIMENTOS ASFÁLTICOS 27

16.1AGREGADOS PÉTREOS Y LLENANTE MATERIAL 27

17CEMENTO ASFÁLTICO 30

18CEMENTO ASFÁLTICO MODIFICADO CON POLÍMEROS 31

19EMULSIONES ASFÁLTICAS 32

20emulsiones asfálticas modificadas con polímeros 33

21ASFALTO LÍQUIDO PARA IMPRIMACIÓN 34

22ADITIVOS MEJORADORES DE ADHERENCIA ENTRE LOS AGREGADOS Y EL ASFALTO 34

RECOMENDACIONES 35

CONCLUSIONES 36

ANEXO 1. ENSAYOS DE GEOTECNIA 37

ANEXO 2. DISEÑO DE PAVIMENTOS 38



LISTADO DE TABLAS

LISTADO DE FIGURAS


GENERALIDADES DEL PROYECTO

1INTRODUCCIÓN

FONADE Empresa Industrial y Comercial del Estado, conforme a su objeto establecido en el artículo 2 del Decreto 288 del 29 de enero de 2004 de ser agente en cualquiera de las etapas del ciclo de proyectos de desarrollo, mediante la preparación, financiación y administración y ejecución de proyectos en cualquiera de sus etapas, suscribió con la AGENCIA NACIONAL DE INFRAESTRUCTURA Y EL FONDO FINANCIERO DE PROYECTOS DE DESARROLLO, el Contrato Interadministrativo No. 211038 del 7 de diciembre de 2011, por medio del cual FONADE se compromete a ejecutar la gerencia integral del proyecto denominado GRUPO NORTE, orientado a la estructuración de tres corredores viales.

Para ello, FONADE suscribió el Contrato 2121820 con la Unión Temporal CIP-INYPSA-Q&A cuyo Objeto es la ejecución por parte del CONTRATISTA de la consultoría especializada para ejecutar la estructuración integral del proyecto denominado GRUPO 4 NORTE. El cual contiene los siguientes corredores viales: 1) CAUCASIA – LA YE; 2). EL VIAJANO- SAN MARCOS; 3). CERETE- CRUZ DEL VISO; 4) CIENAGA DE ORO- LA YE; 5) SAHAGUN- SINCELEJO; 6) CRUZ DEL VISO- ARJONA; 7) COROZAL- CRUZ DEL VISO 8) PUERTA DE HIERRO- YATI; 9) CARRETO- PONEDERA; 10) EL BURRO- TAMALAMEQUE; 11) CARTAGENA- BARRANQUILLA; 12) BARRANQUILLA- YE DE CIENAGA; 13) QUEBRADA EL DOCTOR- PUERTO DE SANTA MARTA; 14) DISTRACCION – LA FLORIDA; 15) SAN ROQUE- CUESTECITAS; 16) VALLEDUPAR- LA PAZ Y 17) VALLEDUPAR- SAN JUAN DEL CESAR.

2OBJETIVOS DEL ESTUDIO

2.1OBJETIVO GENERAL

El objetivo del presente documento consiste en presentar el diseño de la estructura de pavimento de la doble calzada nueva de la variante de Sampués, que hace parte del Corredor 7.

Los espesores del diseño del pavimento se estiman empleando la metodología AASHTO-93.

2.2OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Los objetivos específicos para lograr complementar el objetivo general son los siguientes:



  • Presentar las consideraciones de tránsito adoptadas para el diseño de la estructura de pavimento a partir del estudio de tránsito respectivo.

  • Definir las calidades de los materiales de subrasante.

  • Realizar el diseño de la estructura de pavimento empleando la metodología AASHTO.

  • Presentar las recomendaciones y actividades de intervención.



3LOCALIZACIÓN DEL TRAMO

La variante de Sampués se localiza en el Departamento de Sucre, a unos 10 km aproximadamente de Sincelejo, la capital del departamento.


El tramo tiene su inicio en la ruta 25, a unos 450 m al oeste del cruce entre la Carrera 13 y la Transversal 13 de población de Sampués.Posteriormente la variante discurre por el oeste de Sampués y finaliza en una nueva intersección con la ruta 25, a unos 520 m aproximadamente en el noroeste de Sampués.
A continuación en la Figura , se presenta un esquema general y se resalta la ubicación del tramo:

Figura Esquema general de localización Departamento de Sucre





DISEÑO DEL PAVIMENTO

4TRÁFICO

Dentro de los alcances de los trabajos de estructuración se llevó a cabo un estudio de tráfico de la zona de influencia del proyecto. Mediante este estudio se recopilaron los datos necesarios para, por un lado, conocer el tráfico actual y su proyección futura así como, por otro, caracterizar su composición de acuerdo a la tipología de vehículos.


En base al estudio de transito realizado para la vía de influencia se analizó y proyecto el tráfico vehicular a 10 años.


El tránsito que se tomó es el de la estación M4 Sampués - Sincelejo como se observa en la siguiente imagen donde se encuentra ubicada la estación del estudio.
Figura . Ubicación estaciones de muestreo de tráfico


Según el estudio de tráfico, para este tramo el tráfico con el que se realiza el dimensionamiento de tráfico es el siguiente:
Tabla . Datos de tráfico


Con estos datos de tráfico se calcula el número de ejes equivalentes de 8,2 t mediante la fórmula siguiente:
NESEi = TPDi * VC * DD * DC * FC * 365
donde:


  • NESEi: Número de aplicaciones de carga del eje de referencia en el carril de diseño en el año “i”.

  • TPDi: Tránsito promedio diario en ambas direcciones, durante el año “i”.

  • VC: Proporción del TPD que está constituida por vehículos comerciales (en cifras decimales).

  • DD: Distribución direccional del tránsito de vehículos comerciales (en cifras decimales).

  • DC: Proporción de los vehículos comerciales circulantes en una dirección, que utilizan el carril de diseño (en cifras decimales).

  • FC: Factor camión.

  • 365: Número de días de un año.

Para la variante de Sampués se tomaron en consideración los siguientes valores:




  • TPDi: los cálculos se hicieron con la tabla anterior.

  • VC: No se toma en consideración este valor ya que los valores de TPDi ya están discriminados según la tipología de vehículos.

  • DD: se toma el valor de 0,5 puesto que los datos actuales del estudio de tráfico corresponden a una vía de dos sentidos.

  • DC: se toma el valor de 0,9 puesto que la vía proyectada tendrá dos calzadas cada una con dos carriles en el mismo sentido.

  • FC: los valores considerados son los siguientes:


Tabla . Valores de FC


Así pues, los valores de ejes equivalentes se muestran en la tabla siguiente:
Tabla . Cálculo de ejes equivalentes de 8,2 t



Total ejes equivalentes de 8.2 Ton

1.48.E+07

El diseño del pavimento se ha hecho para una vida útil de 10 años. Así pues, los ejes equivalentes de 8,2 toneladas que se deben tener en cuenta son los que quedan entre el año 2013 y el 2023. Así pues, para el diseño de los pavimentos de la vía se tomó el número de ejes equivalentes de 1,48E+07.


Se proyectó el tráfico con el fin de realizar una modelación para encontrar una estructura acorde a las solicitaciones de carga a las cuales estará sometida la vía, donde se recomienda además emplear materiales competentes bajo la norma del INVIAS 2007.

5DETERMINACIÓN DEL CBR

Se ha llevado a cabo la exploración, el análisis y evaluación de la información de suelos, por medio de apiques, perforaciones, geofísica y demás procedimientos normalizados que han permitido obtener las principales variables geotécnicas y geológicas para el diseño conceptual de los pavimentos.


Para determinar las características y propiedades geotécnicas del subsuelo, se seleccionaron 2 sitios para la ejecución de apiques manuales de 1,5 metros de profundidad, el primero en la intersección de la vía que viene de Chinú y el segundo en la salida hacia Sincelejo.
La variante se encuentra ubicada prácticamente sobre una única unidad geomorfológica, tipo Colinas con una extensión aproximada de 4km; en la caracterización geotécnica se puede evidenciar que el suelo es bastante uniforme clasificado como CL y CH en los apiques, por lo que el CBR realizado es representativo de toda la zona para lo que se requiere como un diseño conceptual.
Los resultados de estos ensayos se encuentran al final del informe, en un anexo con los informes de laboratorio.
Tabla . Resultados del CBR de la variante de Sampués


Para diseñar la estructura del pavimento de la variante de Sampués se recomienda tomar un valor de CBR sumergido del 2,3%.
Utilizando el método de diseño de la AASHTO y considerando conceptualmente los parámetros tales como el tráfico, el índice de servicio, las condiciones de drenaje, el CBR, la confiablidad para una vía rural, y la expansividad de las arcillas, se obtiene el SN para cada capa; en este caso por la experiencia obtenida en diseños detallados realizados por nuestra firma en la zona.

6SUBRASANTE

En aquellos sitios en los cuales la altura del terraplén a construir es superior a un (1) metro se considero en el diseño que la estructura va a estar apoyada sobre un lleno que debe cumplir con las especificaciones INVIAS para material seleccionado, el cual debe tener un CBR mínimo de 15%.


Es importante aclarar que el núcleo del nuevo terraplén se puede llevar a cabo con materiales adecuados (Ver norma INVIAS-Art-220-07) y los últimos 0.30 m se llevará con material seleccionado (Ver norma INVIAS-Art-220-07).
En los sitios en los cuales la altura del terraplén es menor a un (1) metro se recomienda excavar y retirar el material existente hasta garantizar que la altura del terraplén sea mínimo de un 1 metro. En los sitios de corte se debe garantizar el CBR de la subrasante de acuerdo con el diseño.
Para los otros tramos se utiliza el valor de CBR de los resultados de los ensayos geotécnicos (2,3%).
La correlación empleada para el cálculo del Módulo Resiliente es la siguiente:
Mr = 100 CBR (Kg/cm2)
Para una mayor seguridad se limita el valor de Mr a 1.000 para las zonas de terraplén.
Se describen a continuación los sectores de diseño donde existirán terraplenes y cortes:
Tabla . Zonas con terraplenes y cortes

Sector

Desde (K)

Hasta (K)

Tipo

Mr de Diseño (Kg/cm2)

1

0+219

0+290

Corte

230

2

0+366

0+621

Terraplén

1000

3

0+621

0+740

Corte

230

4

0+810

0+886

Corte

230

5

1+159

1+354

Terraplén

1000

6

1+720

1+865

Terraplén

1000



7NUMERO ESTRUCTURAL

Para diseñar las estructuras de pavimento utilizando el método AASHTO es necesario determinar el número estructural requerido para soportar el tránsito esperado, para tal fin se despeja este valor de la siguiente fórmula:



W18= Numero esperado de repeticiones de ejes equivalentes a 8.2 Ton en el periodo de diseño.

Zr= Desviación Estándar del error combinado en la predicción del tráfico y comportamiento estructural.

So= Desviación Estándar Total

∆PSI= Diferencias entre la Serviciabilidad Inicial (Po) y Final (Pt)

M=Modulo Resiliente de la Subrasante (psi)

SN= Numero Estructural, indicador de la capacidad estructural requerida (materiales y espesores)

Estructuración del Pavimento

SN= a1D1m1+a2D2m2+a3D3m3

ai= Coeficiente estructural de la capa i

Di= Espesor de la Capa i

Mi= Coeficiente de Drenaje de la Capa Granular i

Tabla . Valores adoptados para los coeficientes estructurales de capa

Para el diseño de la estructura se asumen los siguientes parámetros de diseño:




Confiabilidad:

90%







Zr:

1.282







So:

0.45 (Estructura nueva)

Po:

4.2 (Índice de serviciabilidad inicial)

Pf:

2.5 (Índice de serviciabilidad final)

Temperatura:

29 º C

La siguiente es la fórmula general que relaciona el numero estructural (SN) con los espesores de capa.

Figura . Diseño Numero Estructural SN



De esta manera se ha llevado a cabo el cálculo para el caso de zonas de terraplenes (caso 1) y para el resto de zonas (caso 2).


Tabla . Resultados del número SN




8PARÁMETROS DE DISEÑO

Para la aproximación de las estructuras se manejarán los siguientes materiales con sus propiedades estructurales y de drenaje.


Es importante aclarar los criterios utilizados para la determinación de los coeficientes estructurales y de drenajes de cada una de las capas citadas. El coeficiente estructural de la mezcla asfáltica se obtuvo del Manual INVIAS en donde se encontró que el TMAP de la zona se encuentra entre 27ºC y 29ºC; por lo tanto, el coeficiente de aporte estructural de la carpeta asfáltica es de 0,30.
Las capas asfálticas y estabilizadas siempre tienen un coeficiente de drenaje de 1,0 según la metodología AASHTO.
El coeficiente estructural de la base granular es de 0,14, se obtiene de la metodología AASHTO para un CBR de 100%. Debe cumplir además con las especificaciones INVIAS-2007.
El coeficiente estructural de la subbase granular es de 0,12, se obtiene de la metodología AASHTO para un CBR de 40%. Debe cumplir además con las especificaciones INVIAS-2007.
El coeficiente de drenaje de las capas de Base y Subbase granular corresponde a 1.00 y 1.1, respectivamente.
El periodo de diseño de la estructura pavimento se realizó para un periodo de 10 años.

9ESTRUCTURA DE DISEÑO

Con base en la información anterior se determinaron los espesores de la estructura de pavimento, considerando los siguientes casos:


Caso 1: Terraplén
Se propone la construcción de una estructura de pavimento convencional sobre un terraplén.

Terraplén (Material seleccionado)

Subrasante

H4 (cm)


Carpeta asfáltica

Base Granular

Subbase Granular

H2 (cm)


H3 (cm)

H1 (cm)


A continuación se presentan las medidas en cm de cada una de las capas estructurales que conforman la estructura de pavimento.

  • H1= 15 cm (carpeta asfáltica)

  • H2= 25 cm (base granular)

  • H3= 35 cm (subbase granular)


Caso 2: Otras zonas
Se propone la construcción de una estructura de pavimento convencional previo mejoramiento de los 60 cm superiores de la subrasante con rajón.
Subrasante

H4 (cm)


Carpeta asfáltica

Base Granular

Subbase Granular

H2 (cm)


H3 (cm)

H1 (cm)
A continuación se presentan las medidas en cm de cada una de las capas estructurales que conforman la estructura de pavimento.



  • H1= 15 cm (carpeta asfáltica)

  • H2= 30 cm (base granular)

  • H3= 40 cm (subbase granular)

Figura . Sección transversal típica

Tabla . Secciones de firme



Sector

Desde (K)

Hasta (K)

Calzada

Espesor carpeta asfáltica (cm)

Espesor base granular (cm)

Espesor subbase granular (cm)

Caso tipo

1

0+000

0+219




15

30

40

2

2

0+219

0+290

Corte

15

30

40

2

3

0+290

0+366




15

30

40

2

4

0+366

0+621

Terraplén

15

25

35

1

5

0+621

0+740

Corte

15

30

40

2

6

0+740

0+810




15

30

40

2

7

0+810

0+886

Corte

15

30

40

2

8

0+886

1+159




15

30

40

2

9

1+159

1+354

Terraplén

15

25

35

1

10

1+354

1+720




15

30

40

2

11

1+720

1+865

Terraplén

15

25

35

1



10CANTIDADES DE OBRA





Ítem

Descripción

Unidad

Cantidad total

450.2.1

Mezcla densa en caliente tipo MDC-2 - Modificada con Polimeros

M3

6.119,41

330.1

Base granular

M3

11.719,90

320.1

Subbase granular

M3

15,647,25



11FUENTES DE MATERIALES Y BOTADEROS

11.1FUENTES DE MATERIALES



Cantera Caracoli

  • Propietario:Bernardo Corena.

  • Área:7 hectáreas.

  • Cantidad aprox: 210000 M3

  • Localización: A 2 km de Sahagún vereda aguas dulces.

  • Coordenadas: E 00847221 – N 01481403.

  • Licencia: En trámite.

Cantera Caracoli 2

  • Propietario: Williams Feris y Nelly Corena.

  • Área: 30 hectáreas.

  • Cantidad aprox: 900000 M3

  • Localización: A 2 km de Sahagún vereda aguas dulces.

  • Coordenadas: E 00846150 – N 01481184.

  • Licencia: En trámite.



Cantera Villa Viani

  • Propietario: Neris Martínez Alían.

  • Área:5 hectáreas.

  • Cantidad aprox: 150000 M3

  • Localización: vereda Mateo Pérez a 3 km de la vía principal Sampués.

  • Coordenadas: E 00857039 – N 01511174.

  • Licencia: No tiene.

Cantera Esmeralda

  • Propietario:Luis Carlos Pérez.

  • Área:18 hectáreas.

  • Cantidad aprox: 540000 M3

  • Localización:Vereda Bremen a 1 km de la vía principal Sincelejo.

  • Coordenadas: E 00860873 – N 01521882.

  • Licencia: En trámite.

Cantera La Cabaña

  • Propietario: Joaquín Castillo.

  • Área: 60 hectáreas.

  • Cantidad aprox: 1800000 M3

  • Localización: Barrio Sierra Flores (Sincelejo).

  • Coordenadas: E 00854875 – N 01524189.

  • Licencia: Sí tiene.



11.2BOTADEROS


Botadero Sahagún - Sampués

  • Coordenadas: O: 75°30'32.1" N: 9°1'49.6"

  • Descripción: esta zona es plana, baja de fácil acceso, por lo tanto cumple con las condiciones ideales para servir como botadero, se encuentra localizada aproximadamente a 7 km al oriente de la vía en el Km 61, cerca a una vía secundaria (Córdoba).



CURVA DE MANTENIMIENTO DEL PAVIMENTO

12PROGRAMAS DE MANTENIMIENTO VIAL

Para el mantenimiento de una carretera, es necesario realizar una serie de trabajos y operaciones para tenerla tan próxima como sea posible en condiciones buenas de transitabilidad. Entonces es necesario identificar esas operaciones y cuantificar su costo.


El deterioro debido a la acción de los fenómenos ambientales y del clima se evita o se corrige mediante operaciones programadas de conservación rutinaria que se llevan a cabo a lo largo de la vía, en las estructuras y para remover pequeños derrumbes.
El desgaste producido sobre la superficie de rodadura y las fallas del pavimento debidas al tránsito, exigen proceder con un programa preventivo de mantenimiento periódico ejecutando parcheo, reposición de capas de la estructura del pavimento y conservando en buen estado las demarcaciones y señales de tránsito.
Para cada uno de los tipos de pavimentos, se describen detalladamente los daños más frecuentes en la estructura del pavimento, incluidos la descripción del daño, sus posibles causas, la severidad, la forma de realizar su medición y la intervención recomendada de acuerdo con su severidad. De esta forma, se pretende facilitar la identificación de los daños durante la inspección vial.
El estado futuro en la vía se nota que es superior el comportamiento siempre y cuando se implemente la alternativa que incluya intervenciones que mejoren la capacidad estructural del tramo analizado.
Existen diversos conceptos básicos que deben tenerse en cuenta al analizar el comportamiento de un pavimento. En este sentido es importante tener presente que su estructura sufrirá –con el tiempo– daño y deterioro aun cuando sea adecuadamente diseñado y construido de acuerdo con todas las especificaciones y normas de calidad.
Los pavimentos viales tienen una vida definida; aún con un mantenimiento óptimo alcanzarán un punto de falla. Los pavimentos son probablemente la única estructura de ingeniería que se diseña para que falle dentro de un periodo específico de tiempo.
El modo de deterioro varía sustancialmente, en función de la interacción de varios parámetros, que adicionalmente controlan la rata de deterioro, ellos son:
a. La estructura (resistencia) del pavimento, incluyendo la subrasante.

b. El volumen de tráfico y el tipo de cargas.

c. Políticas de mantenimiento.
En general la falla de un pavimento puede clasificarse como estructural o funcional.
La falla estructural está asociada con la capacidad de carga del pavimento y normalmente se refiere a la fatiga de la estructura. La falla funcional es generalmente definida como la incapacidad del pavimento para proveer una superficie que permita un rodaje confortable, seguro y económico de los vehículos.
Los pavimentos muestran distintas relaciones deterioro-tiempo de acuerdo con la combinación particular de los distintos factores involucrados en el mecanismo de deterioro. La figura 1, muestra una curva de deterioro en función del tiempo (o repeticiones de carga). Esta figura ilustra lo que pudiera definirse como una curva normal o típica, en la que se distinguen tres puntos de especial importancia, ellos son:


  • Punto A: El pavimento comienza a mostrar síntomas menores de deterioro que requieren el inicio de labores de mantenimiento rutinario menor (sellado de grietas, reparación de huecos y bacheo menor). Las acciones menores correctivas son importantes para controlar el deterioro).

  • Punto B: La rata de deterioro comienza a crecer rápidamente, puede requerirse algún tipo de acción mayor. Este punto está dentro de la zona denominada "óptima de rehabilitación", en la que inversiones relativamente pequeñas producen grandes beneficios. La estructura del pavimento y su calidad de rodaje no se han deteriorado severamente, el pavimento aún conserva buena parte de su resistencia original, y una adecuada acción de rehabilitación mejorará considerablemente su condición y estructura.

  • Punto C: La condición del pavimento ha caído en un estado crítico, tanto desde el punto de vista funcional como estructural. En este punto, normalmente, se requieren costosos trabajos de mantenimiento mayor, rehabilitación o reconstrucción.

Figura . Curva de deterioro de un pavimento y la zona óptima de rehabilitación




De acuerdo con esta gráfica los valores del índice PCI que marcan los diversos puntos singulares con respecto al mantenimiento del firme son los siguientes:


  • A 75±4 El pavimento empieza a necesitar mantenimiento menor.

  • B 55±7 Se inicia incremento de rata de deterioro. Zona óptima de rehabilitación.

  • C 40±6 Inicio de zona de falla, se re quieren acciones de mantenimiento mayor.



13COSTOS DE MANTENIMIENTO

Los costos de mantenimiento necesarios son divididos en dos tipos: los recurrentes, que son los costos que se requieren todos los años (mantenimiento rutinario, parcheo, sello de fisuras, etc.), y los de capital que son los costos de inversión fuerte en cada tramo (sobrecarpetas, reconstrucción, etc.).


Una mejora en la estructura origina hacia futuro un ahorro en los costos de mantenimiento, ya que, se presentarán menos daños menores (fisuras, baches, etc.) en comparación con una condición alterna, en la cual no se mejora la estructura.

14EVALUACIÓN FUNCIONAL Y ESTRUCTURAL

A continuación se presenta un resumen con los resultados de la evaluación técnica del proyecto para el tramo considerado, a lo largo de la vida del proyecto:


Tabla . Mantenimiento periódico del pavimento año 5 y 15. Fresado y reposición del pavimento en un área del 25%

ITEM DE PAGO No.

ACTIVIDAD

UNIDAD

CANTIDAD

460.1.P

Fresado de pavimento asfaltico menor a 5 cm

M2

9418.25

420.1.P

Riego de imprimación con emulsión asfáltica

M2

9418.25

450.2.P

Mezcla densa en caliente tipo MDC-2 - Capa de rodadura

M3

941.825


Tabla . Mantenimiento periódico del pavimento año 10 y 20 (reemplazo total carpeta)

ITEM DE PAGO No.

ACTIVIDAD

UNIDAD

CANTIDAD

460.1.P

Fresado de pavimento asfaltico menor a 5 cm

M2

37673

420.1.P

Riego de imprimación con emulsión asfáltica

M2

37673

450.2.P

Mezcla densa en caliente tipo MDC-2 - Capa de rodadura

M3

3767.30



ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LOS MATERIALES




15BASES Y SUBBASES GRANULARES

Para la construcción de afirmados y subbases granulares, los materiales serán agregados naturales clasificados o podrán provenir de la trituración de rocas y gravas, o podrán estar constituidos por una mezcla de productos de ambas procedencias.


Para la construcción de bases granulares, será obligatorio el empleo de un agregado que contenga una fracción producto de trituración mecánica.
En ambos casos, las partículas de los agregados serán duras, resistentes y durables, sin exceso de partículas planas, alargadas, blandas o desintegrables y sin materia orgánica u otras sustancias perjudiciales. Sus condiciones de limpieza dependerán del uso que se vaya a dar al material.
Los requisitos de calidad que deben cumplir los diferentes materiales a emplear en la construcción de capas granulares, se resumen en la siguiente tabla. Esta tabla, además de los valores de diversos de los parámetros que deben cumplir los materiales, también incluye las normas de ensayo y las referencias a otras tablas de especificaciones del INVIAS que también deben ser tenidas en cuenta.

Tabla . Características de los materiales pétreos para bases y subbases





16PAVIMENTOS ASFÁLTICOS




16.1AGREGADOS PÉTREOS Y LLENANTE MATERIAL

Los agregados pétreos empleados para la ejecución de cualquier tratamiento o mezcla bituminosa deberán poseer una naturaleza tal, que al aplicársele una capa del material asfáltico por utilizar en el trabajo, ésta no se desprenda por la acción del agua y del tránsito. Sólo se admitirá el empleo de agregados con características hidrófilas, si se añade algún aditivo de comprobada eficacia para proporcionar una buena adhesividad.


Para el objeto de las especificaciones se denominará agregado grueso la porción del agregado retenida en el tamiz de 4.75 mm (No.4); agregado fino la porción comprendida entre los tamices de 4.75 mm y 75 m (No.4 y No.200) y llenante mineral la que pase el tamiz de 75 m (No.200).
El agregado grueso deberá proceder de la trituración de roca o de grava o por una combinación de ambas; sus fragmentos deberán ser limpios, resistentes y durables, sin exceso de partículas planas, alargadas, blandas o desintegrables. Estará exento de polvo, tierra, terrones de arcilla u otras sustancias objetables que puedan impedir la adhesión completa del asfalto. Sus requisitos básicos de calidad se presentan en las tablas siguientes.
El agregado fino estará constituido por arena de trituración o una mezcla de ella con arena natural. La proporción admisible de esta última dentro del conjunto se encuentra definida en la respectiva especificación. Los granos del agregado fino deberán ser duros, limpios y de superficie rugosa y angular. El material deberá estar libre de cualquier sustancia que impida la adhesión del asfalto y deberá satisfacer los requisitos de calidad pertinentes indicados en las tablas siguientes.
Tabla . Requisitos de los agregados pétreos para tratamientos, lechadas y mezclas bituminosas. Nivel de tráfico NT1.


Tabla . Requisitos de los agregados pétreos para tratamientos, lechadas y mezclas bituminosas. Nivel de tráfico NT2.


Tabla . Requisitos de los agregados pétreos para tratamientos, lechadas y mezclas bituminosas. Nivel de tráfico NT3.

El llenante mineral podrá provenir de los procesos de trituración y clasificación de los agregados pétreos o podrá ser de aporte como producto comercial, generalmente cal hidratada o cemento Portland. Su densidad aparente, determinada por el ensayo de sedimentación en tolueno (norma de ensayo INV E-225), se deberá encontrar entre cinco y ocho décimas de gramo por centímetro cúbico (0.5 y 0.8 g/cm3), excepto para el llenante mineral empleado en las elaboración de lechadas asfálticas, caso en el cual se deberá encontrar entre cinco y once décimas de gramo por centímetro cúbico (0.5 y 1.1 g/cm3).


El llenante mineral total de la fórmula de trabajo obtenida para diseños de mezclas asfálticas densas, semidensas y gruesas para proyectos con niveles de tránsito NT2 y NT3, deberá presentar un valor de vacíos en seco no menor de treinta y ocho por ciento (38%), según la norma de ensayo INV E-229. La mezcla de los agregados grueso y fino y el llenante mineral se deberá ajustar a las exigencias de la respectiva especificación, en cuanto a su granulometría.

17CEMENTO ASFÁLTICO

El cemento asfáltico a emplear en las mezclas asfálticas elaboradas en caliente será seleccionado en función de las características climáticas de la región y las condiciones de operación de la vía y, salvo justificación en contrario, corresponderá a los tipos indicados en la tabla siguiente:


Tabla . Tipo de cemento asfáltico por emplear en mezclas bituminosas en caliente

Las especificaciones que debe cumplir el cemento asfáltico son las siguientes:



Tabla . Especificaciones del cemento asfáltico



18CEMENTO ASFÁLTICO MODIFICADO CON POLÍMEROS

El cemento asfáltico modificado con polímeros se define como aquel ligante hidrocarbonado resultante de la interacción física y/o química de polímeros con un cemento asfáltico de los definidos en el numeral 400.2.2 de las especificaciones técnicas del Invias. Quedan comprendidos dentro de esta definición, los cementos asfálticos modificados suministrados a granel o los que se fabriquen en el lugar de empleo, en instalaciones específicas independientes. Se excluyen los obtenidos a partir de adiciones incorporadas a los agregados o en el mezclador de la planta asfáltica.


Las denominaciones y las características básicas de los cementos asfálticos modificados con polímeros, son las indicadas en la Tabla 400.4 de las especificaciones técnicas del Invias.
El Tipo I se basa en las propiedades de cementos asfálticos convencionales modificados con EVA o polietileno y se empleará en la elaboración de mezclas de tipo drenante.
Los Tipos II, III y IV se basan en las propiedades de cementos asfálticos convencionales modificados con copolímeros de bloque estirénico como el SBS. El Tipo II se aplicará en mezclas drenantes, discontinuas y densas, semidensas y gruesas en caliente en general; el Tipo III en mezclas discontinuas y densas, semidensas y gruesas en caliente en zonas de altas exigencias y el Tipo IV se utilizará en la elaboración de mezclas antirreflectivas de grietas del tipo arena asfalto o riegos en caliente para membranas de absorción de esfuerzos.

El Tipo V es un asfalto modificado de alta consistencia, recomendado para la manufactura de mezclas asfálticas de alto módulo.


Se podrán utilizar cementos asfálticos modificados con polímeros diferentes a los citados en este numeral, siempre que se cumplan las exigencias respectivas de la tabla siguiente para los diferentes tipos.
Tabla . Especificaciones de cementos asfálticos modificados con polímeros



19EMULSIONES ASFÁLTICAS

De acuerdo con la aplicación y según lo establezca la respectiva especificación, se utilizarán emulsiones catiónicas de rotura rápida, media o lenta, cuyas denominaciones y características básicas se presentan en la tabla siguiente.

Tabla . Especificaciones para emulsiones asfálticas catiónicas



20emulsiones asfálticas modificadas con polímeros

Las emulsiones asfálticas que dan lugar a un residuo consistente en cemento asfáltico modificado con polímeros, serán catiónicas de rotura rápida, media o lenta y sus designaciones y características básicas son las especificadas en la tabla siguiente.

Tabla . Especificaciones para emulsiones asfálticas modificadas con polímeros


21ASFALTO LÍQUIDO PARA IMPRIMACIÓN

El asfalto líquido para riegos de imprimación es el ligante hidrocarbonado resultante de incorporar a un cemento asfáltico fracciones líquidas, más o menos volátiles, procedentes de la destilación del petróleo, el cual se emplea en la protección de capas granulares no estabilizadas. Sus características básicas son las especificadas en la tabla siguiente.


Tabla . Especificaciones del asfalto líquido para riegos de imprimación



22ADITIVOS MEJORADORES DE ADHERENCIA ENTRE LOS AGREGADOS Y EL ASFALTO

En caso de que los requisitos de adhesividad indicados en las tablas del numeral 4.2.1 no sean satisfechos, no se permitirá el empleo del agregado pétreo, salvo que se incorpore un producto mejorador de adherencia, de calidad reconocida, en la proporción necesaria para satisfacerlos, la cual deberá ser aprobada por el Interventor. Los aditivos por emplear deberán ser recomendados y suministrados por el Constructor.



RECOMENDACIONES





  • A pesar de que el diseño se llevó a cabo para un periodo de diseño de diez (10) años, es procedente llevar a cabo una política permanente de mantenimiento periódico y rutinario de la vía, dado que sin esto las curvas de deterioro del proyecto tendrían forma exponencial.

  • Todos los procedimientos de construcción deberán cumplir a cabalidad, con las exigencias establecidas en las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras INVIAS -2007. Se recomienda a la Concesión establecer dentro de su Sistema de Gestión de Calidad, procedimientos de liberación de Ítems de pavimento, a partir del cumplimiento de las especificaciones.

  • Los materiales de Subbase, Base granular, deben cumplir con lo consignado en las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras INVIAS -2007. Sin embargo, es procedente indicar que el CBR mínimo será de 40% para Subbase granular y 100% para Base granular.

  • En la tabla 7 y en al anexo 2 se presenta una relación de las secciones de pavimento escogidas en función de los sectores de la vía.

  • La mezcla asfáltica deberá cumplir con todas las exigencias de las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras INVIAS -2007, lo cual implica controlar la mezcla con ensayos especializados. De igual manera, se recomienda que la mezcla asfáltica como mínimo se fabrique con asfaltos normalizados, prefiriéndose asfaltos modificados.

  • Para asegurar la buena trabazón de los agregados en la mezcla de concreto asfáltico, se recomienda una muy buena trituración la cual debe obedecer los lineamientos indicados en la especificación INVIAS 2007.

  • Es importante tener en cuenta que dado que la resistencia de los materiales que conforman la estructura de pavimento, se ve influida en un alto grado por la condición de humedad de los mismos, éstos deberán protegerse de manera efectiva mediante un buen sistema de drenaje que reciba, capte y evacue de manera rápida las aguas superficiales y subterráneas en la zona de influencia del pavimento, de modo que debido a los cambios de humedad que se puedan presentar por los períodos de lluvia y sequía de la zona, no se presenten altas variaciones en la resistencia de los materiales.

  • Se recomienda implementar el control de pesaje de vehículos comerciales pues las sobrecargas afectan la vida de servicio del pavimento, además se recomienda realizar una serie de conteos anuales que permitan corroborar las hipótesis de diseño.

  • Se requiere llevar a cabo ensayos de módulos dinámicos y ley de fatiga de las mezclas asfálticas para verificar y corroborar las hipótesis de diseño que se desprende de esta variable, en dado caso de que éstos den por debajo de los estimados en el diseño, el concesionario debe ajustar los diseños conforme con los valores obtenidos.

CONCLUSIONES





  • Del Estudio Geotécnico del proyecto se extractaron los principales resultados para el diseño del pavimento, particularmente el CBR de la subrasante. 

  • Del Estudio de Tráfico y Demanda del proyecto se extractaron los principales resultados para el diseño del pavimento, particularmente el de número de ejes equivalentes en el período de diseño, el cual corresponde a 1,48 E+07 ejes equivalentes de 8,2 t.

  • ·En los sectores donde se construirá un terraplén, se consideró la construcción de una estructura de pavimento, apoyada sobre una subrasante cuya resistencia mínima en términos de CBR corresponde a 10%.

  • En la tabla 7 y en al anexo 2 se presenta una relación de las secciones de pavimento escogidas en función de los sectores de la vía.

  • El presente documento se elaboró en función de unas condiciones de tránsito y de unas consideraciones particulares de los suelos. Por lo anterior y en general, cualquier cambio que se realice, sin previo conocimiento implica que deberán tomarse las medidas pertinentes y el dimensionamiento aquí presentado no garantizará tales situaciones.


ANEXO 1. ENSAYOS DE GEOTECNIA



ANEXO 2. DISEÑO DE PAVIMENTOS





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