Diseño de pavimento.

En aras de buscar que la vía que se planea construir se acople lo más posible con la infraestructura de la zona, se escogió hacer el diseño en pavimento flexible, también teniendo en cuenta costos debido a la magnitud del proyecto.

Mediante un aforo realizado el día 22 de octubre del presente año, en la vía Juan De Acosta – Baranoa, se logró obtener una noción de la cantidad y las clases de vehículos que circulan por ahí, para estimar un TPD (tránsito promedio diario) para el proyecto y poder realizar el diseño del pavimento.

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Tabla X. Fuente: realización propia.

Los resultados obtenidos del aforo se muestran en la tabla anterior. Podemos ver que es una vía con un flujo vehicular intermedio, el cual se espera reducir con la realización del proyecto, y que casi la mitad (42%) de los vehículos aforados manejan altas cargas por lo que representan la porción que se tendrá en cuenta para la realización de los cálculos.

Se estimó un TPD de 3106 vehículos, de los cuales, aproximadamente 1307 se tomaron en consideración para el diseño.

Debido a que la metodología que se usó para la conformación de la estructura final del pavimento considera el número de ejes simples equivalentes de 80 kN en el carril de diseño y durante el período de diseño, y la vía es de dos carriles en dos sentidos, el TPD se dividió en dos, en cumplimiento del procedimiento establecido por éste método.

La clasificación de vehículos pesados que se tuvieron en cuenta fueron los C2-P, C2-G, buses, una proporción pequeña de busetas, y buscando ser lo más conservadores posibles, los camiones de modelo que se usaron dentro de la categoría ≥C3, fueron los C3S3.

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Imagen X. Fuente: realización propia.

Para darle una contextualización más acertada al lector, en la imagen anterior se muestra un esquema de la tipología de vehículos que se aforaron y usaron para el diseño, junto con sus respectivas cargas por eje en kN. A partir de las cargas se procedió a hacer el cálculo de los FECE´s por cada camión usando las cargas de referencia propuestas por el INVIAS y que se muestran a continuación:

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Imagen X. Fuente: manual del INVIAS

Para el cálculo de los FECE de cada camión se usó la fórmula:

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Donde,

FECE: Factor de Equivalencia de Carga por Eje.

Pi: Carga por eje.

Pr: Carga de referencia por eje.

El FECE total de cada vehículo corresponde a la sumatoria de cada uno de los factores de equivalencia de carga por cada eje que tenga. De esta manera, los cálculos obtenidos fueron los siguientes:

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Tabla X. Fuente: realización propia.

Después de obtener el FECE de cada camión, se tomó el número de cada que pasó en el día y se multiplicó por éste factor para saber cuál es el número de ejes equivalentes de 80 kN que pasaron en promedio el día del aforo, como se muestra en la tabla que sigue:

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Tabla X. Fuente: realización propia.

Ahora que se sabe el tránsito inicial que circulará sobre la vía en el año 1, se hará una proyección de cuál será al final del periodo de diseño, el cual se estableció para 20 años. La proyección se hizo asumiendo un crecimiento anual vehicular del 4% y se utilizó la fórmula que se presenta a continuación:

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Donde,

T: tránsito para el periodo de diseño.

r: tasa de crecimiento vehicular.

n: tiempo en años de diseño del pavimento.

Ti: tránsito inicial anual.

Para efectos de la realización del cálculo anterior, el factor “n” no se tomó de 20 años como se dijo anteriormente, ese, en efecto, será  el periodo de diseño pero se tomó de 15 años para no incurrir en sobredimensionamientos para la estructura del pavimento, dándonos como resultado que el tránsito para el periodo de diseño será de 1.979.770 vehículos pesados. De ésta manera, la vía se clasifica como T4 según lo estipulado en el INVIAS, la cual aplica para flujo entre 1,5 y 3,0 millones de ejes equivalentes durante el periodo de diseño.

Lo siguiente, es la clasificación del suelo según su CBR, para lo cual el INVIAS, ha propuesto unas tablas con unos rangos para darle un distintivo. Debido a que no se hizo ningún tipo de estudio de suelos, ni experimentos que nos diera con certeza éste valor para el suelo sobre el cual se construirá la vía, siendo conservadores, se asumió un CBR de 6, encajándolo dentro de la clasificación S3.

De ésta manera podemos proceder a proponer la estructura que tendrá el pavimento construido para soportar las cargas a las que será sometido.

Se escogió un pavimento con base granular y rodadura semi-estructural debido a las condiciones de carga que tendrá que soportar el pavimento, quedando el diseño, esquemáticamente de la siguiente manera:

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Imagen X. Fuente: manual del INVIAS

50mm de arena-asfalto, 175mm de base granular y 275 mm de sub-base granular.

Con esta configuración de las capas del pavimento, concluimos el diseño asegurando que no presentará fallas durante su vida útil si durante su construcción se siguen los criterios mínimos de calidad de los materiales y para su conformación final. No obstante lo anterior, se deben hacer los mantenimientos que se requieran con la periodicidad de norma.

PAVIMENTO RÍGIDO

La alternativa de pavimento rígido, se diseñará por el método de la PCA. En este método, en principio es parecido al del diseño de pavimento flexible que propone el INVIAS. La diferencia radica en que en la PCA el espesor de las capas son propuestas por el diseñador y que a partir de esto se diseña por ensayo y error.

El pavimento rígido de éste diseño será sin confinamiento lateral, es decir sin berma, pero con barras de transferencia de carga.

Como se mencionó anteriormente, se desconocen las propiedades mecánicas del suelo de soporte del pavimento, por lo que fue necesario asumirlas en su totalidad para poder proseguir con el diseño. En esta ocasión se tomó un valor de K para la sub-rasante de 40 Mpa/m, espesor de la sub-base granular de 150 mm, espesor de la losa de concreto de 240mm y módulo de rotura del concreto de 4,0 MPa.

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