diseÑo de pavimentos bajos volumenes de transito_pav-nt1_eacm

ING. EDGAR A. CALDERÓN MALAGÓN

DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA VÍAS CON BAJOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO – PROGRAMA PAV-NT1

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERÍA

MAESTRÍA EN INGENIERÍA CON ÉNSAFIS EN TRANSPORTE, TRÁNSITO E INFRAESTRUCTURA VIAL

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS

MAESTRÍA EN INGENIERÍA CON ÉNFASIS EN TRANSPORTE, TRÁNSITO E INFRAESTRUCTURA VIAL

DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES PARA VIAS CON BAJOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO

PROGRAMA PAV-NT1

ING. EDGAR A. CALDERÓN M.

NOVIEMBRE DE 2009

2

UniversidadPedagógica yTecnológica deColombia

DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES PARA VÍAS CON BAJOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO – PROGRAMA PAV-NT1

ING. EDGAR ARNALDO CALDERÓN MALAGÓN

Presentado en la asignatura: Diseño Avanzado de PavimentosDocente: Ing. Mcs. Carlos Hernando Higuera Sandoval

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERÍA

MAESTRÍA EN INGENIERÍA CON ÉNFASIS EN TRANSPORTE, TRÁNSITO E INFRAESTRUCTURA VIAL

TUNJA2009

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CONTENIDO

INTRODUCCIÓN............................................................................................................................... 1

1. MANUALES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PARA VÍAS CON BAJOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO...........................................................................................................2

1.1 GUÍA DE DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS PARA CAMINOS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO DE CHILE..............................................................................................2

1.1.1 ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO PARA CAMINOS DE TRÁNSITO LIVIANO.....................................21.1.2 ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO PARA CAMINOS DE TRÁNSITO PESADO....................................31.1.3 PRINCIPIOS DE DISEÑO Y ESTRUCTURAS..............................................................................31.1.4 METODOLOGÍA DE DISEÑO Y CONSIDERACIONES ADICIONALES..............................................41.1.5 COMPARACIÓN CON EL MANUAL COLOMBIANO......................................................................8

1.2 MANUAL DE DISEÑO PARA PAVIMENTOS DE BAJOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO. REGIÓN LITORAL ARGENTINA......................................................................................................9

1.2.1 HIPÓTESIS DE DISEÑO..............................................................................................................91.2.2 CATEGORIZACIÓN DE LA SUBRASANTE.....................................................................................101.2.3 CONDICIONES AMBIENTALES – DRENAJE..................................................................................101.2.4 MATERIALES.......................................................................................................................... 111.2.5 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO...................................................................................................111.2.6 COMPARACIÓN CON EL MANUAL COLOMBIANO.........................................................................11

1.3 MANUALES DE ESTADOS UNIDOS........................................................................................11

1.3.1 DISEÑO DE PAVIMENTOS DEL DEPARTAMENTO DE TRANSPORTE DE MASSACHUSETTS...............111.3.2 DISEÑO DE PAVIMENTOS DE LA ASOCIACIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS DE INDIANA.............13

2. GENERALIDADES Y DATOS DE ENTRADA DEL MANUAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PARA VÍAS CON BAJOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO DE COLOMBIA.............16

2.1 MÉTODO DE DISEÑO Y PERÍODO DE DISEÑO ESTRUCTURAL..........................................16

2.2 EL TRÁNSITO....................................................................................................................... 16

2.2.1 NIVELES DE TRÁNSITO............................................................................................................162.2.2 COMPONENTES DEL TRÁNSITO................................................................................................162.2.3 DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN DEL TRÁNSITO CUANDO NO EXISTE SERIE HISTÓRICA.......172.2.4 DETERMINACIÓN DE LA TASA DE CRECIMIENTO DEL TRÁNSITO CUANDO NO EXISTE SERIE HISTÓRICA...................................................................................................................................... 172.2.5 DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE CONFIANZA EN LA PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO..........................182.2.6 CONVERSIÓN DE VEHÍCULOS A EJE EQUIVALENTES DE 80KN. FACTORES DAÑO POR TIPO DE VEHÍCULO....................................................................................................................................... 192.2.7 TRÁNSITO EN EL CARRIL DE DISEÑO EN FUNCIÓN DEL ANCHO DE CALZADA. FACTOR DIRECCIONAL (FD)............................................................................................................................................... 192.2.8 TRÁNSITO ACUMULADO EN EJES EQUIVALENTES DE 80 KN, EN EL CARRIL DE DISEÑO DURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO........................................................................................................................ 19

2.3 EL CLIMA.................................................................................................................................. 22

2.3.1 CATEGORÍA DEL CLIMA POR HUMEDAD....................................................................................222.3.2 CATEGORÍA DEL CLIMA POR TEMPERATURA.............................................................................23

2.4 CAPACIDAD DE SOPORTE DE LA SUBRASANTE................................................................24

2.4.1 METODOLOGÍA PARA LA IDENTIFICACIÓN DE SEGMENTOS HOMOGÉNEOS..................................252.4.2 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE DE UN SEGMENTO HOMOGÉNEO....................25

4

2.4.3 CATEGORÍAS DE SUBRASANTE................................................................................................26

2.5 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA................................................................................................26

2.5.1 PARÁMETROS GENERALES DE DISEÑO....................................................................................27

2.5.2 COEFICIENTES ESTRUCTURALES.............................................................................................27

2.6 RECOMENDACIONES DE DRENAJE......................................................................................28

2.6.1 DISEÑO DE CUNETAS.............................................................................................................282.6.2 ALCANTARILLAS.....................................................................................................................282.6.3 ALIVIADEROS......................................................................................................................... 292.6.4 SUBDRENES.......................................................................................................................... 29

3. MANEJO DEL PROGRAMA PAV-NT1....................................................................................30

3.1 BOTON PROYECTO.................................................................................................................31

3.2 BOTÓN CLIMA....................................................................................................................... 31

3.3 BOTÓN TRÁNSITO...................................................................................................................33

3.4 BOTÓN SUBRASANTE.............................................................................................................34

3.5 BOTÓN DRENAJE....................................................................................................................35

3.6 BOTONES MANUAL DE DISEÑO Y ESPECIFICACIONES.....................................................36

3.7 BOTÓN UNIDADES DE DISEÑO..............................................................................................36

3.8 BOTÓN ALTERNATIVAS DE DISEÑO.....................................................................................37

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES............................................................................39

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................................40

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INTRODUCCIÓN

El presente documento presenta un recorrido por la metodología propuesta por el Instituto Nacional de Vías – INVIAS, en su “ Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito, 2007”, con el fin de conocer los parámetros de diseño tenidos en cuenta y enfocarlo a la entrada de datos y obtención de resultados utilizando el programa PAV-NT1.

El propósito principal del documento es proporcionar una guía del manejo del programa PAV-NT1, pero no es la de tener un simple manual de uso del software, se pretende mostrar la forma en que se pueden obtener los datos que se introducen al programa bajo las sugerencias y especificaciones del INVIAS, y conocer la filosofía de diseño propuesta por el método.

El documento presenta 4 capítulos, los cuales hacen una recorrido por los métodos de diseño empleados en otros países, los datos que se requieren para el diseño este tipo de pavimentos, el manejo del programa PAV-NT1 unas conclusiones y recomendaciones finales.

El Capítulo 1, presenta la revisión de algunos manuales de diseño para vías con bajos volúmenes de tránsito de otros países, realizando un paralelo con el manual colombiano.

El Capítulo 2, presenta los requerimientos de datos del programa PAV-NT1 y la forma en que se pueden obtener de acuerdo con el método y la disponibilidad de datos, tomando como referencia el Manual de diseño.

En el Capítulo 3, se presenta la utilización del Software PAV-NT1.

En el Capítulo 4, se presentan algunas conclusiones y recomendaciones.

1. MANUALES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PARA VÍAS CON BAJOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO.

Para enmarcar el proceso de diseño de pavimentos asfalticos para vías con bajos volúmenes de tránsito en Colombia, se comentan algunos manuales de diseño de otros países de manera que se tenga una idea de las metodologías empleadas en ellos y se pueda realizar un paralelo con la metodología propuesta por el INVIAS en nuestro país.

1.1 GUÍA DE DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS PARA CAMINOS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO DE CHILE.1

Este documento de 17 páginas, fue realizado por la Pontificia Universidad Católica de Chile para la Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas en 2002.

Es un resumen de la metodología de diseño mecanicista, los criterios de falla y los criterios para definir las estructuras y combinaciones de materiales. Se presenta una metodología simplificada para el manejo de los datos de entrada, considerando cuatro rangos de tránsito, seis rangos de capacidad de soporte y tres rangos de clima. Las solicitaciones de diseño, se presentan por medio de 10 cartillas, las cuales contienen más de 170 soluciones de diseño de pavimentos con diferentes tipos de estructuras y tipos de materiales. La guía considera diseños para vías de hasta un millón de ejes equivalentes en el carril de diseño.

La guía considera dos tipos de pavimentos: Pavimentos transitorios y Pavimentos de Bajo volumen de tránsito. Dentro de los segundos, se consideran además dos tipos: Estructuras de pavimentos para caminos de tránsito liviano y estructuras de pavimentos para caminos de tránsito pesado. Específicamente se busca proteger las capas inferiores para que las futuras intervenciones de conservación o reestructuración conidere sólo la capa superficial.

1.1.1 Estructuras de pavimento para caminos de tránsito liviano

Se consideran aquellas cuyo flujo principal es de vehículos livianos con menos del 15% de vehículos pesados. El tránsito esperado para 10 años es menor a 150.000 ejes equivalentes en el carril de diseño. Se debe asegurar que una vez mejorado se seguirá presentando el mismo tipo de tránsito. Este tipo de estructuras no se rigen por el comportamiento a la fatiga, se rige por el máximo estado de tensiones de trabajo, considerando un camión tipo, como un eje simple de rueda doble de 11 toneladas. Esta consideración se basa en que este tipo de caminos tienen una probabilidad cierta de

1 Pontificia Universidad Católica de Chile, Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas, 2002.

2

tránsito de camiones locales o de servicio y se asume además que la gran proporción de ellos transita dentro de los límites legales de peso.

1.1.2 Estructuras de pavimento para caminos de tránsito pesado

Se considera dentro de esta categoría aquellos cuyo porcentaje de vehículos pesados es mayo a 15-20% del flujo total y el tránsito de diseño queda comprendido entre 150 mil y un millón de ejes equivalentes en el carril de diseño. Este tipo de estructuras se rige por el comportamiento a la fatiga y a una probabilidad de sobrecargas de trabajo, superiores a las máximas permitidas. Estas sobrecargas se consideraron como un eje de rueda simple doble de 15 y 20 toneladas de peso.

1.1.3 Principios de diseño y estructuras

Se consideraron los siguientes principios de diseño:

Producir un balance estructural entre las diferentes capas de la estructura, de modo que las propiedades de cada capa tengan relación con las tensiones específicas a las cuales están sometidas según la profundidad de cada una.

Balancear la vida útil de las diferentes capas estructurales, otorgándole mayor vida útil a las capas inferiores, considerando que con posterioridad las acciones de conservación, rehabilitación o mejoramiento de estándar, son siempre más fáciles de realizar en las capas superiores.

Diseñar con un buen comportamiento ante eventuales sobrecargas, es decir, que cada capa resista las tensiones máximas generadas por las sobrecargas.

Diseñar con una resistencia a la fatiga para un período medio entre 5 y 10 años.

La guía de diseño estructural propone la utilización de distintas capas de estructuras de pavimentos, considerando los materiales y estructuras que se adaptan a las condiciones del país. Los tipos de estructuras considerados son:

Se utilizan estructuras para la capa de rodado asfáltica del tipo capa de protección (sellos) o capas asfálticas de bajo espesor.

Se diseña principalmente utilizando estructuras granulares, pero se incluyen estructuras con bases estabilizadas con asfalto o subbases cementadas.

Para las estructuras con bases granulares, se presentan dos combinaciones de espesores de capa de modo de poder balancear la producción de agregados y/o optimizar los costos según la disponibilidad de materiales.

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1.1.4 Metodología de diseño y consideraciones adicionales

La guía de diseño se elaboró utilizando un método analítico (mecanicista) de análisis elástico multicapas. También se utilizaron métodos empíricos para análisis complementarios y verificación de resultados (AASHTO y Morin Todor). Se utilizaron en forma conjunta los métodos analíticos desarrollados por la Shell y el CSIR en Sudáfrica. Se usaron programas como el Bisar y el Elsym5.

Se utilizó para el análisis de fatiga la configuración del eje estándar de rueda doble de 80KN con una presión de contacto de 600 KPa y una separación entre ruedas de 35 cm.

Las propiedades de los materiales adoptados se presentan en las tablas 1 a 3.

Tabla 1. Propiedades de las capas flexibles

Fuente: Guía de estructuras de pavimentos para caminos con bajos volúmenes de tránsito, Dirección de Vialidad, Ministerio de Obras Públicas de Chile.

Tabla 2. Propiedades de los materiales granulares y de subrasante

Fuente: Guía de estructuras de pavimentos para caminos con bajos volúmenes de tránsito, Dirección de Vialidad, Ministerio de Obras Públicas de Chile

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Tabla 3. Propiedades de Subbases cementadas


Los rangos de tránsito considerados, los rangos de capacidad de soporte de la subrasante y las cartillas incluidas en la guía se muestran en las tablas 4 a 5 respectivamente.

Tabla 4. Rango de solicitaciones de tránsito

Tabla 5. Rangos de diseño para la capacidad de soporte de la subrasante

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Tabla 6. Cartillas incluidas en la guía


En resumen, la metodología de diseño consiste en definir:

Tipo de tránsito esperado (Liviano o Pesado), utilizando la definición conceptual propuesta.

Determinar condición climática de diseño utilizando metodología propuesta. Calcular los Ejes Equivalentes acumulados de diseño utilizando la metodología

propuesta. Sectorizar el proyecto en tramos homogéneos con respecto al CBR de la

subrasante.

Con estos datos se selecciona de las cartillas de diseño mostradas en la Tabla 6.

La figura 1. Ilustra el proceso inicial de diseño.

6

Figura 1. Esquema de análisis de selección del tipo de solución


En la figura 2 se muestran los tipos de estructuras consideradas en la guía.Figura 2. Tipos de estructuras consideradas en la guía.

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Fuente: Guía de estructuras de pavimentos para caminos con bajos volúmenes de tránsito, Dirección de Vialidad, Ministerio de Obras Públicas de Chile.

1.1.5 Comparación con el manual colombiano

En cuanto al tránsito el límite considerado en el manual colombiano es de 500000 ejes equivalentes considerando dos niveles de tránsito, en el manual chileno se considera un límite de un millón de ejes y cinco niveles de tránsito.

La guía colombiana refina un poco más en cuanto a la forma de determinar el tránsito y los componentes del mismo.

En cuanto al clima, la guía de diseño considera la temperatura y la humedad, pero recomienda tres condiciones de clima: Seco, Normal y Saturado. El manual colombiano

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considera dos variables la precipitación y la temperatura, que en por una parte clasifican la región en cinco categoría y por otro en tres regiones climáticas.

Relacionado con la subrasante, la guía chilena divide en seis categorías con rangos desde <3 hasta >20, la colombiana por su parte divide en cuatro categorías desde valores menores de 3 hasta mayores de 10.

En el catálogo de estructuras, la guía de Chile, propone una capa denominada “capa de protección” sobre bases y subbases granulares, no recomienda el uso de cpas estabilizadas a no ser que se conozcan las características de las mismas. El manual colombiano propone varios tipos de capa de rodadura y varios tipos de bases, configurando 6 alternativas de modelo estructural.

Finalmente, la guía chilena propone cartillas de diseño que dependiendo de las variables de entrada mencionadas, determina los espesores necesarios de las capas constitutivas del pavimento.

En el diseño de la estructura del pavimento, el manual colombiano actual utiliza el algoritmo de la ASSHTO 93, dando valores de coeficientes estructurales y de capa de acuerdo a las condiciones definidas para la región de diseño.

1.2 MANUAL DE DISEÑO PARA PAVIMENTOS DE BAJOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO. REGIÓN LITORAL ARGENTINA.2

En este documento de 16 páginas, los autores presentan un procedimiento de diseño para calles y caminos de bajo volumen de tránsito, presentando una gama de estructuras tipo catálogo. La selección se basa en las características del suelo, el tránsito y las condiciones de drenaje de la vía. Adicionalmente incluye una serie de recomendaciones sobre materiales, estabilizaciones y procedimientos constructivos.

1.2.1 Hipótesis de diseño

La metodología se encuadra en proveer una adecuada solución técnica y económica que contempla:

Bajo costo inicial de la estructura Transitabilidad bajo cualquier condición climática Conservación simple y de bajo costo

Se considera un período de diseño de 5 a 6 años.

2 Jorge A. Páramo y Rosana B. Cassan, Universidad Nacional de Rosario, Argentina.

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El tránsito de diseño ha sido previsto con una clasificación simplificada de los vehículos en livianos y pesados, estableciendo tres categorías en función del número diario de vehículos que circulan antes de la mejora. Esto se muestra en la tabla 7.

Tabla 7. Categorización del tránsito

Fuente: Manual de diseño para pavimentos de bajos volúmenes de tránsito. Región litoral Argentina.

1.2.2 Categorización de la subrasante

Se optó por el método HRB (Highway Research Board) para categorizar la subrasante y con ella se definieron tres categorías, como se muestra en la Tabla 8.

Tabla 8. Categorización de la Subrasante

Fuente: Manual de diseño para pavimentos de bajos volúmenes de tránsito. Regió litoral Argentina.

1.2.3 Condiciones ambientales – drenaje

La condición de drenaje se establece en función de la permanencia del agua y de la época del año en que tiene lugar, como se muestra en la Tabla 9.

Tabla 9. Número de drenaje para caracterización.

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Fuente: Manual de diseño para pavimentos de bajos volúmenes de tránsito. Región litoral Argentina.

1.2.4 Materiales

El método propone el uso de suelos estabilizados con diferentes materiales y bases tratadas con asfalto como capa de rodadura. El propósito es utilizar materiales propios de la región y de esa manera mejorar la vía con el menor costo posible.

1.2.5 Procedimiento de diseño

La selección de las estructuras se plantea a través de tres variables: el tránsito, el tipo de suelo y la condición de drenaje.

1.2.6 Comparación con el Manual colombiano

El método de diseño planteado en el Litoral Argentino, solamente contempla la colocación de bases estabilizadas como superficie de rodadura, no plantea la colocación de mezcals asfálticas.

Las condiciones climáticas y ambientales son considerada solamente como la condición de drenaje basado en un número de drenaje establecido teniendo en cuenta las estaciones que se presentan en este país.

Adicionalmente se sugiere una modificación a vías urbanas con el fin de evitar molestias por polvo, mejorando la huella en los dos tercios externos de la vía.

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1.3 MANUALES DE ESTADOS UNIDOS

Se incluyen a manera de referencia, dos manuales de diseño de departamentos de transporte de los Estado Unidos: Massachusetts e Indiana. No se hace referencia a manuales de la AASHTO que son más conocidos en nuestro medio.

1.3.1 Diseño de pavimentos del Departamento de Transporte de Massachusetts.

El Departamento de Transporte de Massachusetts, más conocido como MASS HIGHWAY, publico un documento en 20063 en el cual uno de sus capítulo se refiere al diseño de pavimentos. El documento presenta los diferentes tipos de pavimentos, sus componentes, los términos y definiciones empleados en el lenguaje de pavimentos.

El manual presenta un procedimiento de diseño denominado “25 percent” que se muestra en la figura 3, llegando luego a un diseño de la estructura del pavimento con el método de la AASHTO.

Figura 3. Actividades del diseño “25 %”

3 Chapter 9. Pavement Design. 2006 edition. Mass Highway.

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Fuente: Mass Highway

En lo relacionado con el diseño de vías con bajos volúmenes de tránsito, menciona lo siguiente:

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En esta revisión del la guía de diseño, la sección transversal mínima del pavimento se ha reducido para carreteras con volúmenes de menos de 2000 vehículos diarios. Esta sección transversal ha eliminado el uso de la capa HMA-Hot Mix Asphalt (Mezcla asfáltica en caliente), como base estabilizada y prevé la colocación de una base granular en su lugar.

El procedimiento de diseño se considera adecuado para todas las vías con menos de 1000 vehículos diarios y un porcentaje del 3% de camiones. Pero si el diseño indica grandes espesores, el diseñador debe ajustar los espesores de las capas del pavimento de acuerdo a ello.

El modelo de la estructura del pavimento flexible recomendada en este documento, se presenta en la figura 4, para vías con altos y bajos volúmenes.

Figura 4. Sección transversal típica de la estructura de un pavimento flexible.

Fuente: Mass Highway

1.3.2 Diseño de Pavimentos de la Asociación de Pavimentos Asfálticos de Indiana.

Se hace referencia al ducumento Paving the Way, y en él al artículo “Perpetual Pavement Design for Low Volume Roads”.

Los pavimentos asfálticos “perpetuos”, se desarrollaron primero para satisfacer las necesidades extremas de alto volumen de carreteras como interestatales y estatales de

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altos volúmenes de tránsito. Mediante una cuidadosa selección de los materiales y el diseño del pavimento, las “carreteras perpetuas” pueden soportar grandes volúmenes de tránsito sin problemas graves, tales como grietas de fatiga y surcos. Esto resulta en un pavimento que puede ser fácilmente rehabilitado superficialmente, en lugar de costosos arreglos profundos y reconstrucciones.

Aunque se ha enfocado a las vías mencionadas anteriormente, los conceptos de diseño para un “pavimento perpetuo” son válidos igualmente para carreteras de bajos volúmenes al nivel rural y municipal. Esto es importante, ya que se estima que el 86% de las carreteras del mundo desarrollado consisten de carreteras con bajos volúmenes de tránsito, además, aproximadamente el 69% de las vías de apoyo de la red federal tienen un tráfico diario por debajo de 5000 vehículos.

Desde el punto de vista económico en los Estados Unidos, el mantenimiento y rehabilitación de las carreteras con bajos volúmenes de tránsito cuesta cerca de $82.000.000 por año o cerca del 54% de la inversión anual en carreteras.

Para asistir a los ingenieros en el diseño de pavimentos perpetuos, la Alianza de Pavimentos Asfálticos (Asphalt Pavement Alliance) patrocinó el desarrollo de un programa de diseño, por carretera. Mientras el software puede acomodar un amplio rango de condiciones (incluyendo carreteras con altos y bajos volúmenes), la determinación de las entradas necesarias y el tiempo requerido para ejecutar el diseño puede ser también costoso e injustificado para carreteras típicas de bajos volúmenes. Por consiguiente, un programa más racionalizado se desarrolló llamaod PerRoadLVR, mostrado en la figura 5.

Figura 5. Programa PerRoadLVR

Fuente: Asphalt Pavement Association of Indiana.

En el programa, el diseñador selecciona el tipo de tránsito de una colectora urbana o de una colectora rural. La otra entrada incluye el volumen de tránsito en las dos direcciones,

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el porcentaje de camiones y la tasa esperada de crecimiento. Con respecto a los materiales, el diseñador selecciona los módulos del suelo y del asfalto. Para algunos proyectos en particular puede ser difícil obtener los valores, la oficina de la agencia estatal de materiales podría tener disponibles valores representativos para una variedad de materiales.

Dentro del programa se asume una base granular de 4 pulgadas sobre la subrasante, esta sirve como una plataforma de construcción, además de controlar los esfuerzos excesivos en la subrasante que podrían inducir problemas estructurales en la vida del pavimento.

Una vez se han introducido los valores el programa determina el espesor de asfalto requerido para un diseño de 30 años, de tal manera que los esfuerzos de tensión en la parte inferior de la capa asfáltica y los esfuerzos de compresión sobre la subrasante se controlen en límites aceptables. El resultado es un pavimento que solamente requiere rehabilitaciones periódicas de la superficie.

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2. GENERALIDADES Y DATOS DE ENTRADA DEL MANUAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PARA VÍAS CON BAJOS VOLÚMENES DE

TRÁNSITO DE COLOMBIA.

El manual colombiano, preparado por el Instituto Nacional de Vías, INVIAS, ofrece recomendaciones de diseño para vías rurales con escasos volúmenes de tránsito pesado, a partir de información básica que resulte accesible a las posibilidades de los entes viales de los organismos territoriales.

En el presente documento se muestran lo relacionado con el diseño del pavimento, aunque el INVIAS incluya en el programa PV-NT1 las especificaciones de construcción y mantenimiento rutinario de los pavimentos asfálticos en vías con bajos volúmenes de tránsito.

2.1 MÉTODO DE DISEÑO Y PERÍODO DE DISEÑO ESTRUCTURAL

El manual utilizó el método de diseño AASHTO, correspondiente a la versión de 1993. El período de diseño adoptado de manera prudente ha sido de 10 años.

2.2 EL TRÁNSITO

2.2.1 Niveles de tránsito

El manual clasifica el tránsito de diseño en dos niveles, en función del número de ejes equivalentes de 80KN previstos durante el período de diseño en el carril de diseño. En la tabla 10 se indican las categorías de tránsito adoptadas.

Tabla 10. Niveles de tránsito

Fuente: Manual de diseño de pavimentos flexibles para vías con bajos volúmenes de tránsito, INVIAS.

2.2.2 Componentes del tránsito

Se recomienda, para cuantificar adecuadamente los volúmenes de tránsito, dividirlos en tres componentes:

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Tránsito Normal Transito Atraído Tránsito Generado

Dependiendo del tipo de proyecto, se debe determinar cuáles de las componentes se van a presentar una vez se inicie la operación del proyecto, las situaciones se pueden asimilar a las siguientes:

Situación 1: Proyecto de mejoramiento (pavimentación) en una zona con alto potencial de desarrollo económico. Se pueden esperar los tres componentes.

Situación 2: Proyecto de mejoramiento (pavimentación) e una zona con bajo potencial de desarrollo económico. Se puede esperar la presencia de tránsito normal y atraído.

Situación 3: Proyecto nuevo en una zona con alto potencial de desarrollo económico. Se podría dar atraído y generado.

Situación 4: Proyecto nuevo en zona con bajo potencial de desarrollo económico. Se podrían dar las componentes de tránsito atraído.

2.2.3 Determinación de la composición del tránsito cuando no existe serie histórica

Se puede utilizar la información de la tabla11. Obtenida del análisis de series históricas del Instituto Nacional de Vías, que representa la composición promedio registrada en las vías con bajo tránsito con estación de conteo.

Tabla 11. Composición vehicular típica

Fuente: Manual bajos volúmenes, series INVIAS 1996 a 2005.

2.2.4 Determinación de la tasa de crecimiento del tránsito cuando no existe serie histórica.

Se pueden utilizar las dos opciones: Patrón de crecimiento del tránsito registrado en estaciones de conteo vehicular

localizadas en la región. Tasas de crecimiento promedio del tránsito, registradas en carreteras de

condiciones similares que posean estación de conteo INV.Se pueden utilizar los datos registrados en la Tabla 12, obtenida del análisis de series históricas del INVIAS en carreteras con bajos volúmenes de tránsito.

Tabla 12. Tasas promedio de crecimiento del tránsito

Fuente: Manual bajos volúmenes, series INVIAS 1996 a 2005.

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2.2.5 Determinación del nivel de confianza en la proyección del tránsito

El proyectista deberá considerar en el cálculo del número de ejes equivalentes de 80 kN para al diseño, el nivel de confiabilidad que considere pertinente, teniendo en cuenta que le método AASHTO considera endógenamente sólo la incertidumbre por comportamiento.

Se pueden presentar dos casos:

Caso 1: Existe la serie histórica de tránsito: el modelo estadístico que se adopte, a través de los errores estándar del modelo y de predicción para cada uno de los años del período de diseño, considerará la confiabilidad indicada por el proyectista.

Caso 2: No existe serie histórica de tránsito: El Método AASHTO-93 considera que las diferencias entre el tránsito estimado para el diseño y el tránsito que realmente soporta la vía presenta una distribución normal con una desviación estándar, en pavimentos asfálticos, de s = 0.05 . Por lo tanto se establece que:

N '80 kN diseño=N 80kN diseño×(10σxZr)

Donde:

N’80 kN diseño: Número de ejes de 80kN a introducir en el algoritmo de diseño del método AASHTO-93.

N80 kN diseño: Número de ejes de 80kN estimados antes de considerar el nivel de confianza.

s: Desviación estándar de la curva normal que representa las diferencias entre el tránsito estimado y el tránsito real. s= 0.05 para pavimentos asfálticos.

Zr: Parámetro Zr asociado a la distribución normal estándar. Tabla 13.

Tabla 13. Valores de Zr (suponiendo distribución normal)

Fuente: INVIAS

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2.2.6 Conversión de vehículos a eje equivalentes de 80kN. Factores daño por tipo de vehículo.

Los factores daño se indican en la Tabla 14 y se deberán aplicar para calcular los ejes equivalentes de 80 kN.

Tabla 14. Factor daño por tipo de vehículo

Fuente: Manual Bajos Volúmenes. INVIAS.

2.2.7 Tránsito en el carril de diseño en función del ancho de calzada. Factor direccional (Fd)

En este tipo de vías es preciso considerar que si la calzada tiene menos de 5 metros de ancho, se deberá considerar en el cálculo todo el tránsito esperado en los dos sentidos. Si la calzada va a tener seis metros o más, se considerará como tránsito de diseño la mitad del total, y el ancho está entre 5 y 6 metros, se tomará el 75% del total.

En la Tabla 15, se indica el Factor Direccional (Fd) por adoptar para el diseño según el ancho de calzada.

Tabla 15. Tránsito por adoptar para el diseño según el ancho de calzada, Factor Direccional (Fd)

Fuente: INVIAS

2.2.8 Tránsito acumulado en ejes equivalentes de 80 kN, en el carril de diseño durante el período de diseño

Pronóstico de la componente de tránsito normal. En este aspecto se pueden presentar dos alternativas.

- Caso 1: Cuando existe en el tramo de una vía una estación de conteo con una serie histórica de tránsito.

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Este caso también se puede tener en cuenta cuando en el tramo no se tiene una estación de conteo, pero existe una vía de condiciones similares de tránsito.

El procedimiento a seguir es el siguiente:

1. Identificación de la serie histórica del tránsito de la estación de conteo seleccionada.

2. Conversión de la serie histórica del tránsito a ejes equivalentes de 80 kN.

Para el cálculo de los ejes equivalentes de la serie histórica, se emplea la siguiente expresión:

3. Análisis estadístico de la serie histórica4. Selección del modelo factible de crecimiento del tránsito5. Estimación del tránsito proyectado para el período de diseño, en el carril de diseño

y considerando un nivel de confianza predeterminado.

- Caso 2: Cuando en el tramo analizado no se tiene información de la historia del tránsito. Esto corresponde generalmente a vías a cargo de entidades diferentes al INVIAS.

En este caso la componente de tránsito normal puede estimarse con la realización de un conteo vehicular y con ajustes por estacionalidad.

1. Conteos de tránsito: El procedimiento propuesto es:- División del tramo en subtramos con tránsito homogéneo.- En cada uno de los subtramos se llevará a cabo un conteo vehicular, un

día típico de la semana y un día típico de mercado.- El conteo se debe realizar por sentido de circulación, hora del día y por tipo

de vehículo, y en un periodo diario no inferior a 18 horas.- El TPD se calculará en forma ponderada a los días normales y de

mercado, tomando 6 para el día normal y uno (1) para el día de mercado.

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- Si las épocas de producción son muy marcadas se debe realizar un ajuste por estacionalidad.

2. Corrección por estacionalidad: Para llevar a cabo esta actividad se debe tener información de estaciones maestras en la región, de manera que se pueda determinar en cada mes que factor le corresponde con respecto al TPDA.

3. Definir otros parámetros de diseño- Periodo de diseño (n)- Tasa de crecimiento anual (r)- Ancho de calzada- Factor direccional (Fd)- Composición de los vehículos comerciales.- Factor de Daño (FD)- Confiabilidad

4. Calcular el número de ejes equivalentes en el carril de diseño (tránsito normal) en el año base, mediante la expresión:

5. Calcular el número acumulado de ejes equivalentes en el carril de diseño para el periodo de diseño (n) (tránsito normal)

6. Calcular el número de ejes equivalentes en el carril de diseño durante el periodo de diseño (tránsito normal) con el nivel de confianza dado:

Pronóstico de la componente de tránsito atraído. Se debe estar seguro de que el proyecto si ocasionará cambios en el comportamiento de los usuarios. Entre las razones que podrían hacer cambiar al usuario de ruta, se tienen:

- Condiciones de operación más atractivas- Recorridos más cortos y ahorros en tiempos de viaje- Disminución en los costos globales de transporte- Mejoras en la seguridad de circulación

Entre los métodos para estimar el tránsito atraído se pueden mencionar:

- Estudios de origen y destino- Estudio de utilización del proyecto por usuarios potenciales

Al no tener información más precisa, se puede aplicar el criterio del Instituto de Ingenieros de Estado Unidos que señala que el tránsito atraído se le asigna porcentajes entre el cinco (5) y el veinticinco (25) por ciento del tránsito normal, con un periodo de aparición de uno a dos años después que la carretera ha sido abierta al servicio.

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Pronóstico de la componente de tránsito generado. Es el crecimiento que se presenta por el incremento que en la producción agrícola, pecuaria, minera, industrial, comercial o turística que se genera en una zona por la construcción de una nueva carretera o el mejoramiento y/o pavimentación de una vía existente.

Cuando no se disponga de información más detallada, se pueden hacer uso de los factores relacionados en la Tabla 16.

Tabla 16. Porcentaje de tránsito generado como función del tránsito normal.

Fuente: Manual bajos volúmenes, INVIAS.

2.3 EL CLIMA

Las condiciones ambientales tienen un efecto significativo en el desempeño de los pavimentos. Factores externos como la precipitación y la temperatura juegan un rol importante en la definición del grado de impacto que el medio puede tener en el comportamiento de las estructuras. Factores internos como la susceptibilidad de los materiales a la humedad, el drenaje de las capas asfálticas, la infiltración de la estructura, definen la manera en la cual el pavimento reaccionará a la aplicación de las condiciones ambientales externas.

En el país se cuenta con un sistema de observación, medición y vigilancia meteorológica,el cual se ocupa de la generación y el acopio permanente de la información meteorológicay de la dinámica y estado del medio natural; mediante la operación de la red de 35 estaciones de medición y observación meteorológica, es como el Instituto de Hidrología,Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM) puede orientar a la comunidad nacional sobre la mejor utilización de las bondades del recurso clima y de las condiciones favorables de los procesos atmosféricos para contribuir al bienestar de la población.

2.3.1 Categoría del clima por humedad.

Para el propósito del manual, se clasifica la zona en cinco categorías de acuerdo con el índice de Thornthwite, como se muestra en la Tabla 17.

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Tabla 17. Clasificación climática de Thotnthwite


Esto se basa en los resultados de balance hídrico del suelo y utiliza la evotranspiración potencial anual, la precipitación media anual, el exceso de agua y el déficit de agua anual.

El índice de Thotnthwite es una combinación del índice de humedad y del índice de aridez.

Para la determinación de la categoría climática por humedad con base en el índice de Thornthwite, se requiere:

1. Precipitación media mensual y temperatura media mensual. Obtenida de las estaciones meteorológicas del IDEAM.

2. Cálculo de la Evapotranspiración Potencial (EPT)3. Cálculo del exceso (EXC) y déficit (DEF)4. Cálculo del índice de Thornthwite5. Categoría del clima

2.3.2 Categoría del clima por temperatura

Para la determinación de la categoría del clima por temperatura, se basa en la temperatura media del aire de los siete días consecutivos más calientes del año. Las categorías adoptadas para al manual se muestran en la Tabla 17.

Tabla 17. Categorías del clima por temperatura


Para la determinación de la categoría se procede como sigue:

1. Obtener del IDEAM, para la estación meteorológica representativa de la zona del proyecto, la serie histórica de los datos de temperatura media anual del aire.

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2. Calcular, el valor promedio de la temperatura media diaria del aire de los siete días consecutivos más calientes del año de la serie histórica.

3. Calcular el promedio aritmético de los valores de T7 días (i) determinados para cada año de la serie histórica analizada.

4. Establecer la categoría del clima por temperatura.

2.4 CAPACIDAD DE SOPORTE DE LA SUBRASANTE.

En la pavimentación de una carretera de bajo volumen de tránsito, se pueden presentar dos situaciones generales:

- La primera es el mejoramiento de una vía existente, en la que la vía a rectificar y pavimentar ya está construida y ha venido funcionando con superficie de rodadura en afirmado. Corresponde a la mayoría de los casos.- La segunda, que constituye la excepción, es que la vía se vaya a construir y pavimentar desde un principio.

Los términos que se utilizan en la metodología para la identificación de las Unidades definitivas de diseño son los siguientes:

- Proyecto. Es toda la longitud de vía que se va a pavimentar. Puede estar constituido por uno o más sectores homogéneos desde los puntos de vista de tránsito y clima.

- Sector. Es la longitud de vía que presenta homogeneidad desde los puntos de vista de tránsito y clima. La cadena de sectores constituye el Proyecto. El caso frecuente es que el Proyecto esté constituido por un único sector.

- Tramo 1. Corresponde a una longitud de vía en la que el proyecto geométrico está montado sobre la carretera en afirmado existente.

- Tramo 2. Corresponde a una longitud de vía en la que el proyecto geométrico se aleja de la vía existente, obligando a construir una explanación nueva.

Los tramos se deberán subdividir en segmentos homogéneos desde el punto de vista del tratamiento que se le debe dar al estudio de la subrasante. Tales segmentos homogéneos podrían ser:

- Segmento A. Corresponde a una longitud de vía en la que la rasante del proyecto es sensiblemente paralela al afirmado existente, siendo viable la utilización de dicho afirmado como parte de la estructura del pavimento.

- Segmento B. Corresponde a una longitud de vía en la que la subrasante la constituye el suelo natural del fondo de una explanación o cajeo.

- Segmento C. Corresponde a una longitud de vía en la que la subrasante la constituye la corona de un terraplén.

- Unidad definitiva de diseño. Corresponde a una longitud de vía en la que existe homogeneidad en el tránsito, el clima, las posibilidades de utilizar o no el afirmado

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existente como parte de la estructura del pavimento, los requerimientos de un eventual mejoramiento de la subrasante y la capacidad de soporte de la misma.

2.4.1 Metodología para la Identificación de Segmentos Homogéneos

Se siguen los siguientes pasos:

1. Identificación de sectores2. Identificación de tramos3. Identificación de segmentos homogéneos

2.4.2 Determinación de la capacidad de soporte de un Segmento Homogéneo.

Análisis de un segmento A. En este caso, la metodología que se sugiere para el estudio es la siguiente:

1. Establecer si el segmento lo constituye una única unidad definitiva de diseño o si es necesario considerar dos o más unidades.

Se recomienda evaluar como mínimo, cinco puntos en cada segmento, uniformemente espaciados a lo largo del mismo. Si la longitud del segmento es mayor de mil metros se deberán hacer sondeos cada 200 metros.

2. Establecer la posición del nivel freático.

Con el propósito de definir si el nivel freático se encuentra a menos de un metro con cincuenta centímetros (1.50 m) del nivel de la subrasante.

3. Calificar las características del material de afirmado.

Se requiere para estimar la capacidad de aporte estructural de la capa.

4. Clasificar los suelos de subrasante.

De acuerdo con los métodos de clasificación convencionales.

5. Calificar el potencial de expansión del suelo de la subrasante de cada una de las unidades definitivas de diseño.

6. Determinar el Módulo Resiliente representativo de la subrasante de la Unidad definitiva de diseño.

Utilizando métodos de CBR, Penetrómetro Dinámico de Cono o Correlaciones.

Análisis de un segmento B. Se debe tener en cuenta el diseño geométrico, con el fin de determinar adecuadamente los valores de resistencia de la subrasante a los niveles de diseño.

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Análisis de un segmento C. Se debe determinar el Módulo resiliente de la corona del terraplén, de acuerdo con los materiales con que se va a construir.

2.4.3 Categorías de subrasante

Se han definido las categorías que se muestran en la Tabla 18.

Tabla 18. Categorías de subrasante


2.5 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA

De acuerdo con los ítems mencionados anteriormente, el INVIAS presenta varias alternativas, que involucran capas cuya convención es la siguiente:

TSD : Tratamiento Superficial Doble. Artículo 431 de las Especificaciones Generalesde Construcción de Carreteras del INV

BG : Base granular. Artículo 330

SBG : Subbase Granular. Artículo 320

BEC : Suelo estabilizado con Cemento Portland. Artículo 341

MDF-2 : Mezcla Densa en Frío Tipo 2. Artículo 440

BEE-3 : Suelo estabilizado con emulsión. Artículo 340

MDC-2 : Mezcla Densa en Caliente Tipo 2. Artículo 450

AFR : Afirmado. Artículo 311

CSR : Capa Subrasante. Artículo 220

Las alternativas estructurales en donde no existe o no es posible utilizar el afirmado existente, son:

Alternativa 1: TSD + BG + SBGAlternativa 2: TSD + BG + BECAlternativa 3: MDF-2 + BG + SBGAlternativa 4: MDF-2 + BEE-3 + SBG (eventualmente)

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Alternativa 5: MDC-2 + BG + SBGAlternativa 6: MDC-2 + BG + BEC

Las alternativas que involucran el afirmado existente, son:

Alternativa 1a: TSD + BG + SBG + AFRAlternativa 2a: TSD + BG + BEC + AFRAlternativa 3a: MDF-2 + BG + SBG+AFRAlternativa 4a: MDF-2 + BEE-3 + AFRAlternativa 5a: MDC-2 + BG + SBG + AFRAlternativa 6a: MDC-2 + BG + BEC + AFR

2.5.1 Parámetros generales de diseño

La ecuación básica de diseño empleada para el dimensionamiento de las estructuras, es la propuesta por la AASHTO-93, que tiene en cuenta condiciones de tránsito, confiabilidad, serviciabilidad y resistencia de la subrasante.

2.5.2 Coeficientes estructurales

Con base en las exigencias establecidas en las Especificaciones de Construcción del INVIAS, se han asumido para las diferentes capas estructurales los coeficientes ai que se muestran en la tabla 19.

Tabla 19. Coeficientes estructurales ai.

Fuente: Manual Bajos Volúmenes, INVIAS.

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Los coeficientes de drenaje tenidos en cuenta se muestran en la Tabla 20.

Tabla 20. Coeficientes de drenaje de las capas granulares no tratadas mi

Fuente: Manual Bajos Volúmenes, INVIAS.

2.6 RECOMENDACIONES DE DRENAJE

El manual incluye recomendaciones sobre las obras básicas de drenaje superficial y subterráneo que son complementarias al diseño del pavimento, ellas son:

- Cunetas revestidas en concreto- Cunetas sin revestir- Alcantarillas- Aliviaderos- Subdrenes (Filtros)

2.6.1 Diseño de Cunetas

Para el diseño de las cunetas se debe definir la forma, determinar las dimensiones y la longitud máxima (espaciamiento entre alcantarillas), realizando las siguientes actividades:

1. Estudio hidrológico de la zona del proyecto. Elaboración de la familia de curvas Intensidad- Duración-Frecuencia (I-D-F-).

2. Selección del diseño (forma y dimensiones) de las cunetas y su longitud máxima. Para cunetas revestidas en concreto y para cunetas sin revestir (cunetas en tierra).

2.6.2 Alcantarillas

Para la ubicación de las alcantarillas a lo largo de la vía se definen los sitios de cruce con fuentes de agua permanente, el cruce con hondonadas y los sitios donde es necesario evacuar las aguas provenientes de las cunetas. Esta evacuación se hace mediante aliviaderos que llevan el agua a alcantarillas dispuestas para este fin. Los aliviaderos y las alcantarillas se ubican en los sitios donde se cumpla con la longitud máxima de la cuneta, ya sea longitud por rebosamiento o por erosión.

La obras para la evacuación de las aguas provenientes de la cunetas es un aliviadero de ancho igual o mayor al ancho de la cuneta y profundidad mínima de 0.30m y una alcantarilla normal de diámetro 90 cm. Esta alcantarilla también puede servir para evacuar las aguas de las hondonadas en el caso de que se presente la coincidencia de la longitud máxima de la cuneta y la hondonada.

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En sitios donde la subrasante se diseña en terraplén y es necesario minimizar la altura del relleno es conveniente construir un Box-Culvert de 1.0 x 1.0 m en lugar de una alcantarilla de 0.90 m., debido a que el relleno mínimo sobre el tubo de 0.90 m es 1.0 m sobre la clave del conducto. Este relleno mínimo es obligatorio para disipar las cargas vivas lo cual genera que la altura total del relleno en el sitio de la obra sea cercano a los 2.0 m, mientras que el relleno sobre la alcantarilla de cajón puede ser cero y la altura del relleno total en el sitio de la obra ser 1.20 m aproximadamente. En este caso se sobrediseña hidráulicamente la obra pero se permite disminuir volúmenes de terraplén a lo largo de la vía.

2.6.3 Aliviaderos

Es necesario evacuar las aguas de las cunetas y llevarlas a la estructura de entrada o salida de una alcantarilla o a un sitio seguro donde no causen daños a la vía. Para este efecto se construyen canales de desvío llamados aliviaderos. Este canal se construye en concreto reforzado cimentado directamente sobre el terreno natural o sobre los taludes de los terraplenes y generalmente en forma de grada que sirve de disipador de energía para disminuir la velocidad del agua y evitar la erosión en el sitio de entrega.

2.6.4 Subdrenes

Es necesario eliminar el exceso de agua dentro de las capas de suelo que sustentan el proyecto vial a fin de garantizar la estabilidad de la plataforma de la vía. Esto se consigue interceptando el flujo de agua subterranea y haciendo descender el nivel freático. La solución del problema del subdrenaje requiere información de hidrología, geotecnia y geología, por lo que se demanda un trabajo conjunto de los ingenieros dedicados a estas disciplinas, quienes de común acuerdo con el ingeniero de trazado deben generar las soluciones más viables. Normalmente las necesidades obvias de drenaje se conocen durante el proceso de construcción y la falta de recursos económicos para el diseño de las vías de tercer orden hace que las soluciones se den a medida que transcurre la construcción de la obra. La construcción del subdren debe realizarse conforme lo establece el Artículo 673 de las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INV.

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3. MANEJO DEL PROGRAMA PAV-NT1

El programa PAV-NT1, forma parte integral del Manual de Diseño de Pavimentos para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito, del Instituto Nacional de Vías.

En el Capítulo 2, se describieron los datos necesarios y la forma en que se pueden obtener y procesar, siendo parte importante en estos análisis las ayudas incluidas en el software.

El programa PAV-NT1, incluye inicialmente 9 botones, como se muestra en la figura 6.

Figura 6. Presentación inicial del programa PAV-NT1.

Fuente: Programa PAV-NT1.

Los botones, permiten acceder a cada una de las partes del programa, las cuales se explican en los siguientes numerales.

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3.1 BOTON PROYECTO

En esta parte del programa, se incluye el nombre del proyecto, una descripción del mismo, la ubicación y la confiabilidad del diseño en función de los parámetros del Metódo AASHTO, al introducir el nivel de confianza, se actualiza automáticamente el valor del parámetro Zr. La pantalla Propiedades del Proyecto, se muestra en la figura 7.

Figura 7. Pantalla Propiedades del Proyecto.

Fuente: Programa PAV-NT1

3.2 BOTÓN CLIMA

Él botón clima, permite acceder a los cálculos relacionados con Categoría Climática por Humedad y de la Categoría Climática por Temperatura, Figura 8. Esto basado en los valores tomados de una serie histórica de Estaciones Climatológicas del IDEAM, que pueden ser incluídos en el menú Bases, el cual muestra la pantalla de la Figura 9.

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Figura 8. Pantalla Clima


Figura 9. Pantalla Bases, Estaciones climáticas


En esta pantalla, se incluye un número de estación, se selecciona el botón Crear, después de lo cual se introduce la demás información: Nombre, tipo de Estación, Código del Municipio (El programa tiene incluidos los códigos donde existe estación del IDEAM), Coordenadas. En seguida se selecciona grabar y finalmente se introducen los datos de la serie histórica, una vez introducidos o copiados y pegados de una hoja electrónica, se pueden ver las gráficas SH. Los datos de la serie histórica incluyen las pestañas ilustradas en la figura 10.

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Figura 10. Datos a introducir en la serie histórica.


El resultado, como se mencionó anteriormente es la clasificación climática por humedad y por temperatura.

3.3 BOTÓN TRÁNSITO

El botón tránsito, permite calcular el número de ejes equivalentes en el carril de diseño, durante el periodo de diseño, utilizando varias alternativas. La pantalla Tránsito se muestra en la figura 11. Cuando se utiliza una serie histórica de tránsito se puede seleccionar una de las estaciones del INVIAS, Modificarla o Crear una nueva serie histórica. Para crear una nueva serie histórica, se selecciona el menú Bases y luego Estaciones de Conteo. En este mismo menú Bases, se pueden modificar los valores de los Factores de daño para vehículos.

La serie histórica incluye el TPD por año, y los porcentajes de vehículos clasificados en Autos, Buses y Camiones en sus diferentes clasificaciones.

Figura 11. Pantalla Tránsito.


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Con los datos de la serie histórica se pueden utilizar los botones de la derecha: Distribución promedio de vehículos, Serie histórica ponderada para análisis estadístico, Coeficientes de las Ecuaciones de Regresión, Gráficas de las ecuaciones de regresión, y la gráfica de tránsito futuro con confiabilidad. De esta manera se puede seleccionar la ecuación de análisis dentro de las cuatro opciones disponibles: Lineal, Logarítmica, Exponencial y Potencial.

Otros parámetros que se deben introducir son:- Distribución direccional- Distribución por carril- Año de inicio de análisis- Años de análisis(periodo de diseño)- Tipos de vehículos a tener en cuenta- Confiabilidad AASHTO- Últimos años a tener en cuenta de la serie histórica (normalmente 10)- Opciones adicionales de la serie histórica.

En el tránsito Normal se tiene además la posibilidad de introducir el TPD futuro por año y tipo de vehículo, o el TPD del primer año y un porcentaje de crecimiento para cada tipo de vehículo, en caso de no tener una serie histórica.

Para el tránsito atraído y para el tránsito generado, se pueden incluir valores como un porcentaje del tránsito normal para cada uno de los años futuros de análisis, también como un TPD futuro por año y tipo de vehículo o como un TPD en el primer año y una tasa de crecimiento.

Como se mencionó anteriormente el resultado es el Número de ejes equivalentes en el carril de diseño en el periodo de diseño.

3.4 BOTÓN SUBRASANTE

El botón Subrasante despliega la pantalla mostrada en la Figura #. En esta pantalla se calcula el CBR de diseño de la subrasante y el módulo resiliente de la subrasante en psi, tomando como criterio principal un percentil que se define en el espacio correspondiente.

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Figura 12. Pantalla Subrasante


Se pueden incluir valores de tres fuentes de datos: CBR in situ, Penetrómetro Dinámico de cono

(PDC mm/golpe) y Propiedades Índice. Estos valores se pueden combinar para obtener el CBR de diseño de la unidad de diseño correspondiente.

En la pestaña de Penetrómetro Dinámico de Cono, se introduce el valor correspondiente y la clasificación del suelo del SUCS.

En la pestaña de propiedades índice se introduce: La clasificación SUCS del suelo, el tamaño D60 en mm, el porcentaje que pasa el tamiz #200, el índice de plasticidad en %, y la fórmula 1 o 2 (suelos friccionantes o suelos cohesivo-friccionantes, respectivamente), para realizar la correlación del CBR.

3.5 BOTÓN DRENAJE

Esta pantalla permite, con base en los datos de una serie histórica o introduciendo los parámetros de diseño de cuneta, tener un diseño de las dimensiones de la cuneta, cuya figura se muestra en la parte inferior de la pantalla. La pantalla Drenaje, se muestra en la figura 13.

Figura 13. Pantalla Drenaje

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El resultado, además de las dimensiones del tipo de cuneta seleccionado, son: La intensidad de la lluvia para diseño de la Cuneta (mm/h) y la Longitud Máxima de la Cuneta (m).

3.6 BOTONES MANUAL DE DISEÑO Y ESPECIFICACIONES

Los botones Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos para Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito y Especificaciones de Construcción y Normas de Ensayo, muestran los respectivos documentos del INVIAS.

3.7 BOTÓN UNIDADES DE DISEÑO

El botón Unidades de diseño (figura 14), permite introducir la información de cada una de las unidades de diseño, incluye:

- Código del tramo- Descripción- Tipo de Tramo: 1 sobre vía existente, 2 explanación nueva- Tipo de segmento: A Rasante paralela al afirmado existente, B Excavación o

Cajeo, C Terraplén.- Abscisa inicial- Abscisa final

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- Ancho de la corona- Ejes equivalentes 80 kN*- Clasificación climática por humedad* : Árido, semiárido, subhúmedo, húmedo o

superhúmedo.- Clasificación climática por temperatura*: Cálido, templado, frío- CBR %*- Tipo de terreno: Plano, ondulado, montañoso, escarpado.- Tipo de afirmado existente: No hay, AFR-1 o AFR-2 (ver coeficientes

estructurales).- Espesor afirmado existente- Espesor capa de subrasante

*En estas casillas (Ejes equivalentes, Clasificación climática por temperatura y humedad, CBR), es posible acceder a cada uno de los módulos desde los cuales se pueden realizar los cálculos correspondientes y el valor del mismo para que se introduzca en la casilla. Al acceder en la pantalla inicial del programa PAV-NT1 a cada uno de los botones descritos en la parte inicial, se obtiene el valor de diseño correspondiente a una unidad de diseño que posteriormente debe ingresarse en la pantalla Unidades de Diseño, que es donde el programa toma los datos para diseñar la estructura.

Figura 14. Pantalla Unidades de diseño


3.8 BOTÓN ALTERNATIVAS DE DISEÑO

En la pantalla alternativas de diseño, el programa presenta las diferentes alternativas posibles para las condiciones establecidas en los pasos anteriores y es posible imprimir los resultados.

La alternativa seleccionada es la de menor costo inicial. La pantalla se muestra en la figura 15.

Figura 15. Alternativas de diseño

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4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

- El manual colombiano presenta una guía muy completa del diseño de pavimentos asfálticos para vías con bajos volúmenes de tránsito, teniendo en cuenta todos los aspectos necesarios y la forma en que se recomienda su cálculo.

- Los datos requeridos por el programa PAV-NT1 son relativamente fáciles de conseguir, el manual también presenta recomendaciones de la forma en que se deben recolectar o la fuente de información de los mismos, en caso de no tener estos valores, es posible tener otras alternativas para realizar adecuadamente el diseño.

- Los manuales de otros países se remiten a un formato de cartillas en los cuales se realizan recomendaciones de estructuras con espesores fijos, pero que al igual que el caso colombiano las variables principales se refieren al tránsito, clima y resistencia de la subrasante.

- Aunque el método usado es de buena confiabilidad, es importante acompañar el diseño de un análisis de valores admisibles de esfuerzos y deformaciones por el método racional, para corroborar el diseño.

- Dependiendo del tipo de proyecto, de los recursos y de la información disponible, es importante revisar las recomendaciones del INVIAS, con el fin de que los estudios se realicen de la mejor manera posible.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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GALLEGO, E. y otros. Valuation of low volume roads in Spain. Part 1 and 2. Science Direct. 2008.

GUOLIN, Yuan y otros. Research on the structural design of asphalt pavements for low cost rural roads. College of Transportation, Sotheast University. Nanjing China. 2005.

HALL, Kevin y BETTIS, Jhon. State of Practice: Pavement Design Procedures for Low- Volume Roads. University of Arkansas. 2000.

INVIAS. Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con bajos volúmenes de tránsito. República de Colombia,1997.

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NEW JERSEY ASPHALT PAVEMENT ASSOCIATION. Hot Mix Asphalt Pavement Design Guide. Fourth Edition, 2009.

PARAMO, Jorge A. y CASSAN, Rosana. Manual de Diseño para Pavimentos de Bajos Volúmenes de Tránsito. Región Litoral Argentina.

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