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• EMERSON AMADO LEON

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TALLER PRIMER CORTE PAVIMENTOS

1.Investigar y describir la metodología de toma de muestras CBR inalteradas en campo para determinar la capacidad portante del suelo. Este ensayo es utilizado principalmente para evaluar la resistencia a desarrollar por los materiales que componen las diferentes capas de una estructura de pavimento, con respecto al ensayo de CBR en laboratorio la diferencia esta enmarcada en la toma de la muestra a estudiar. Para el proceso de toma de muestras se utilizan los mismos moldes para CBR en laboratorio establecidos en nuestro caso en la norma INV E-169-13 y se aplica generalmente sobre suelos de subrasante. Para la toma de la muestra se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:  



Se debe retirar la capa vegetal es decir partículas que se encuentran sueltas en el área donde se prevé tomar la muestra. Armar el dispositivo de anillos CBR de manera correcta lo cual permita obtener una muestra optima con el proceso de hincado de los moldes en el terreno, el cual se debe realizar de manera lenta que permitan la perforación del molde en el área de estudio de manera nivelada hasta obtener la suficiente profundidad que permita contemplar como una muestra adecuada de acuerdo con la normatividad. Se deben tener en cuenta las siguientes características para la muestra, que sea representativa, manejable y que no se destruya fácilmente en el ejercicio.

2. Investigar sobre las diferentes correlaciones entre el CBR y el SPT. En el libro Instrucción para el diseño de firmes de la red de carreteras de Andalucía. Junta de Andalucía, Consejería de obras públicas y transporte. 2007. Se presenta la siguiente correlación:

Cuando no sea posible efectuar el ensayo del CBR sobre muestras recompactadas, excepcionalmente y previa justificación, se puede admitir su estimación a partir de otras técnicas convencionales de reconocimiento geotécnico como son los ensayos SPT, de penetración dinámica, o presiométricos. En particular, cuando se estime a partir de ensayos SPT, se utilizará la correlación de la tabla 4.4.

Adicionalmente en el articulo PROPUESTA DE CORRELACIÓN ENTRE PROPIEDADES GEOTÉCNICAS DE MATERIALES DE EDAD TRIÁSICA EN LAS CORDILLERAS BÉTICAS (ANDALUCÍA, ESPAÑA) del Doctor Juan Carlos del Pozo se encuentra la siguiente correlación:

La ecuación obtenida, considerando la relación entre el índice C.B.R. y el valor de N es: Ind .CBR=0,0739 N ( SPT )+2,386

La correlación obtenida se puede definir según la siguiente tabla:

3. Investigar sobre capacidad y niveles de servicio de las carreteras en Colombia. ¿Cuál es la metodología de estimación y cálculo de estos? Explique, cuáles son los seis niveles de servicio establecidos para Colombia. Capacidad de Servicio Se considera la capacidad de servicio de las carreteras de Colombia al flujo máximo horario al que se puede razonablemente esperar que las personas o vehículos que pasan un punto o sección uniforme de un carril o calzada durante un periodo de tiempo dado bajo condiciones optimas de prevalencia de la vía, del control y del tránsito. La capacidad se define sobre la base de una “esperanza razonable”. Debe tenerse en cuenta que se consideran condiciones promedio, y que las características de los conductores, los vehículos y ambientales, puede diferir de una región a otra. La capacidad está dada bajo condiciones prevalecientes de la vía (características geométricas, tipo de sección, pendientes, dimensiones de carriles, bermas, etc.), del control (dispositivos de control de transito como semáforos, señales, movimientos permitidos), y del tránsito (composición vehicular, velocidad, características del flujo vehicular).

Niveles de Servicio Este concepto es utilizado como evaluación de la calidad en el flujo vehicular. Considerado como una medida cualitativa que permite ver las condiciones de operación de un flujo vehicular y la percepción de este por los conductores o pasajeros. Esto descrito por medio de factores tales como velocidad y tiempo en el recorrido, libertad de maniobra, las interrupciones a la circulación, la comodidad y la seguridad vial. Para cada tipo de infraestructura se definen 6 niveles de servicio, para los cuales se disponen de procedimientos de análisis, se les otorga una letra desde la A hasta la F siendo el nivel de servicio (NS) A el que representa las mejores condiciones operativas, y el NS F, las peores. A continuación, los niveles de servicio: 

Nivel A: Representa una circulación a flujo libre. Los usuarios, considerados en forma individual, están virtualmente exentos de los efectos de la presencia de otros en la circulación. Poseen una alta libertad para seleccionar sus velocidades deseadas y maniobrar dentro del tránsito. El nivel general de comodidad y conveniencia proporcionado por la circulación al motorista, pasajero o peatón es

excelente. 









Nivel B: Está dentro del rango del flujo estable, aunque se empiezan a observar otros vehículos integrantes de la circulación. La libertad de selección de las velocidades deseadas sigue relativamente inafectada, aunque disminuye un poco la libertad de maniobra en relación con la del nivel de servicio A. El nivel de comodidad y conveniencia es algo inferior a los del nivel de servicio A, porque la presencia de otros comienza a influir en el comportamiento individual de cada uno. Nivel C: Pertenece al rango del flujo estable, pero marca el comienzo del dominio en el que la operación de los usuarios individuales se ve afectada de forma significativa por las interacciones con los otros usuarios. La selección de velocidad se ve afectada por la presencia de otros, y la libertad de maniobra comienza a ser restringida. El nivel de comodidad y conveniencia desciende notablemente. Nivel D: Representa una circulación de densidad elevada, aunque estable. La velocidad y libertad de maniobra quedan seriamente restringidas, y el conductor o peatón experimenta un nivel general de comodidad y conveniencia bajo. Los pequeños incrementos del flujo generalmente ocasionan problemas de funcionamiento. Nivel E: El funcionamiento está en él, o cerca del, límite de su capacidad. La velocidad de todos se ve reducida a un valor bajo, bastante uniforme. La libertad de maniobra para circular es extremadamente difícil, y se consigue forzando a un vehículo o peatón a “ceder el paso”. Los niveles de comodidad y conveniencia son enormemente bajos, siendo muy elevada la frustración de los conductores o peatones. La circulación es normalmente inestable, debido a que los pequeños aumentos del flujo o ligeras perturbaciones del tránsito producen colapsos. Nivel F: Representa condiciones de flujo forzado. Esta situación se produce cuando la cantidad de tránsito que se acerca a un punto o calzada excede la cantidad que puede pasar por él. En estos lugares se forman colas, donde la operación se caracteriza por la existencia de ondas de parada y arranque, extremadamente inestables.

Condiciones ideales Las condiciones ideales de una vía de dos carriles son las siguientes:      

Velocidad de proyecto, igual o mayor de 90 k/h. Carriles de 3,65 m de ancho. Bermas de 1,8m o más. Inexistencia de tramos con prohibición de adelantamiento. No existencia de vehículos pesados. Distribución direccional 50/50.

 

Ninguna restricción al tránsito principal debido a algún tipo de control o vehículos que giren. Terreno Plano.

Cálculo de la Capacidad Se calcula la Capacidad del sector en vehículos mixtos máximo, que puede circular durante la hora pico, en ambos sentidos sin causar congestión suponiendo que no hay variaciones aleatorias. C 60=Fpe∗Fd∗Fcb∗Fp∗Ci Se determina el Volumen mixto máximo que debe circular durante la hora pico sin que se produzca congestión durante el período de cinco minutos de mayor tránsito de esa hora. C 5=C 60∗FPH∗FHMD Determinación del Factor horario de máxima demanda FHMD=VHMD / 4∗( qmax15 minutos ) Se determinan las relaciones “Q/C60” y “Q/C5” las cuales buscan hacer una comparación de la demanda real frente al flujo ofrecido en las condiciones actuales que puede alojar la vía.

Determinación del Nivel de Servicio

En la tabla anterior se encuentra la velocidad ideal a flujo libre, Vi, en pendientes ascendentes para una pendiente dada y una longitud caracterizada.

Con Vi se calcula la velocidad de automóviles a flujo restringido V1; con el factor de la utilización de la capacidad fu de la siguiente tabla.

Vi∗Fu=V 1 Con los factores de superficie de rodadura “fsr” y del efecto combinado del ancho de carril y berma “fcb” tomados de las siguientes tablas, respectivamente se calcula la velocidad a flujo restringido, V2, para las condiciones de la vía.

Fsr∗Fcb∗V 1=V 2

Se determina el factor total por vehículos pesados “fpt”, a partir de los factores de corrección del nivel de servicio por la presencia de vehículos pesado en pendientes ascendentes, fp1 y fp2 de las siguientes tablas

Fpt =Fp 1∗Fp 2 Se halla la velocidad de transito mixto a flujo restringido para las condiciones de la via en tangente V3 V 3=Fpt∗V 2

Se calcula la velocidad máxima que permite la curva más cerrada, de acuerdo a la siguiente tabla

Si V3Vc determinar la velocidad media V a partir del procedimiento cuando la curvatura la limita:   

 

Radio∗Deflexion∗π =Lc 180 El calculo de la longitud acelerando y desacelerando es: 130+ Lc=Lda El recorrido con velocidad V3 se determina por medio de la longitud del tramo L: La longitud de curva es:

100∗L−Lda=L 3 El tiempo transcurrido a la velocidad V3 es: 3,6∗L3 / V 3=T 3 Los tiempos de aceleración y desaceleración son respectivamente:

Por último, se determina el Nivel de Servicio a partir de la velocidad media, V de acuerdo a la siguiente tabla:

4. Ejercicio: Calcular el número de ejes equivalentes diarios acumulados de 8.2 ton.; Para un periodo de diseño de 10 años considerando lo siguiente.   

TPDM total mixtos= 63000 Año base 2020 Composición vehicular=

  

Factor direccional= 100% Factor distribución carril= 75% Factores daño INVIAS

Considere una rata de crecimiento anual porcentual igual para cada vehículo, de acuerdo con el último dígito de su código, mi código es D7303716 entonces la rata de crecimiento anual es de 6%.

El número de ejes acumulados en 10 años es de 7111987 Se anexa Excel de procedimiento.

5. Ejercicio: De acuerdo con la formulación de IVANOV, estimar el espesor de material granular requerido de mejoramiento de la subrasante, a partir de la siguiente información: CBR material mejoramiento 10% Radio de carga 15 cm CBR equivalente 5.0 % CBR subrasante: m: d7303716 CBR= 1.6% Use una correlación de 100 * CBR para obtener el módulo (kg/cm²) en cada material E(kg/cm²)100*CBR   CBR Granular CBR Equivalente CBR subrasante

%

√

E Granula r Esr

√

1000 =2,08138 160

n=

2,5

n=

2,5

E (Kg/cm2) 10% 1000 5% 500 1,6 160

IVANOV Eeq=

Esr 2 1 n∗h granular 1− (1− 3,5 ) tan−1 ( ) π 2a n

El ejercicio pide hallar h granular y tenemos el Eeq 500 por lo tanto iteramos valores en la ecuación para h granular hasta conseguir un valor que cumpla la igualdad para este caso no dio un valor de h granular de 32,83 cm.

H gran prop Esr 2/π 60 160 0,636619772 50 160 0,636619772 40 160 0,636619772 35 160 0,636619772 34 160 0,636619772 33,5 160 0,636619772 33 160 0,636619772 32,83 160 0,636619772

ATAN(n*Hgranular/2a 1-1/n^3,5 ) 0,92312765 1,335038389 0,92312765 1,290135175 0,92312765 1,224941688 0,92312765 1,180146547 0,92312765 1,169834968 0,92312765 1,164483795 0,92312765 1,158996121 0,92312765 1,157098344

Eeq Iterado Eeq Teorico 742,725164 500 661,67196 500 571,1742726 500 522,108132 500 511,9838601 500 506,8830996 500 501,7567146 500 500,0079268 500

6. Ejercicio: A partir de la siguiente información, resultados de penetrómetro de cono dinámico (PDC), calcule el CBR de acuerdo con el ensayo asignado conforme al último dígito de su código. Tenga en cuenta lo siguiente:

a. Realice el diagrama de evolución N° de golpes / Penetración

Evolucion de la Penetracion 0

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Penetracion (mm)

100 200 300 400 500 600 700 800

Numero de Golpes

Tabla de datos anexo en archivo de Excel

20

22

24

26

28

30

b) Calcule las pendientes necesarias y realice el diagrama estructural

PENETRACION (mm)

PENDIENTE DESDE (golpe) HASTA (golpe) 1 0 2 7 3 23

7 23 29

DN(mm/golpe) 35,71428571 25 23,33333333

250 400 140

DIAGRAMA ESTRUCTURAL 22 0

24

26

28

30

32

34

36

38

Penetracion (mm)

100 200 300 400 500 600 700 800 900

PDC (mm/golpe)

c) Calcule el CBR, a partir de las 2 correlaciones señaladas en clase entre el CBR e índice de penetración, tenga en cuenta el tipo de material.

PENETRACION (mm)

PENDIENTE DESDE (golpe) HASTA (golpe) 1 0 2 7 3 23

7 23 29

250 400 140 PROMEDIO

DN(mm/golpe) 35,71428571 25 23,33333333 28,01587302

Suelo fino  

UPTC CBR= 30,52*(28) ^-0,62= 3,8667% Bateman CBR= 37,9*(28) ^-0,69= 3,8027%

7. A partir de la información consignada en el documento de volúmenes de tránsito 2010- 2011 del INVIAS, y de acuerdo con el último dígito de su código registrado en la siguiente tabla, evalúe: a) Graficar las proyecciones estadísticas de regresión TPD vs Año (Lineal, Exponencial, Logarítmica, Polinómica y Potencial), presentar las ecuaciones e indicar cuál de ellas es la adecuada para realizar una línea de tendencia. Código D 7303716 por lo tanto corresponde Caldas Estación 702

TPD 1200 1000

TPD

800 600 400

f(x) = 811701699211.21 exp( − 0.01 x ) R² = 0.02

200 0 1996

1998

2000

2002

2004

2006

AÑO TPD

Exponential (TPD)

2008

2010

2012

TPD 1200 1000

TPD

800 600 400

f(x) = − 10.49 x + 21677.45 R² = 0.06

200 0 1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

2008

2010

2012

2008

2010

2012

AÑO TPD

Linear (TPD)

TPD 1200 1000

TPD

800 600 400

f(x) = − 21069 ln(x) + 160850.55 R² = 0.06

200 0 1996

1998

2000

2002

2004

2006

AÑO TPD

Logarithmic (TPD)

TPD 1200 1000

TPD

800 600 400

f(x) = 2.11E+72 x^-21.05 R² = 0.02

200 0 1996

1998

2000

2002

2004

2006

AÑO TPD

Power (TPD)

TPD 1200 1000

TPD

800 600

f(x) = 7.7 x² − 30855.74 x + 30928474.36 R² = 0.5

400 200 0 1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

AÑO TPD

Polynomial (TPD)

La ecuación optima para realizar la línea de tendencia es la polinómica de segundo grado.

b) Con base en la ecuación seleccionada, realice una proyección del TPD para los años desde 2020 hasta 2029.

Año

TPD 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029

497,3 486,815 476,33 465,845 455,36 444,875 434,39 423,905 413,42 402,935

C) Tomando como referencia los resultados del numeral anterior y los porcentajes vehiculares tipo buses y camiones consignados en el último año de registro 2011 (mismo para todos los años a partir de este) calcule el TPD de vehículos tipo buses y camiones para el periodo 2020 – 2029.

Año 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029

TPD 497 487 476 466 455 445 434 424 413 403

% BUSES 11% 11% 11% 11% 11% 11% 11% 11% 11% 11%

TPD % CAMIONES 21% 21% 21% 21% 21% 21% 21% 21% 21% 21%

BUSES 55 54 52 51 50 49 48 47 45 44

CAMIONES 104 102 100 98 96 93 91 89 87 85