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Estabilización de taludes y diseño de la estructura de pavimento para un tramo de
248 metros de vía en el Municipio de Jericó, Antioquia
Daniela Barragán Guzmán
Yenifer Mujica Gutiérrez
Universidad Cooperativa de Colombia
Facultad de Ingenierías
Departamento de Ingeniería Civil
Medellín, Colombia
2021
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Estabilización de taludes y diseño de la estructura de pavimento para un tramo de
248 metros de vía en el Municipio de Jericó, Antioquia
Daniela Barragán Guzmán
Yenifer Mujica Gutiérrez
Jurado de revisión:
PhD. Vanessa Senior Arrieta
Asesores
Ing. Oscar Egidio Rodríguez González
Ing. Eduard Danilo Vanegas Chaverra
Ing. Hernando Eudoro Muñoz Lara
Trabajo de grado para optar por el título de Ingeniero Civil
Universidad Cooperativa de Colombia
Facultad de Ingenierías
Departamento de Ingeniería Civil
Medellín, Colombia
2021
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Nota de los autores
Este documento está protegido por Creative Commons Colombia a través de la licencia
Atribución – No comercial – Sin Derivar, la cual sólo permite descargar la obra y
compartirla con otras personas siempre que se reconozca la autoría, que la obra circule
íntegra y sin cambios y que no sea utilizada comercialmente.
El uso indebido, revisión no autorizada, retención, distribución, divulgación, copia,
impresión o reproducción de este documento por cualquier medio está estrictamente
prohibido por los autores, quienes quedan exonerados de cualquier responsabilidad en caso
de que la obra sea utilizada de forma diferente a la estipulada, so pena de incumplimiento
en lo establecido en la legislación colombiana e internacional vigente. Este documento no
representa ni constituye la opinión de la Universidad Cooperativa de Colombia.
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Gracias a nuestros padres y familiares por su constante apoyo durante la realización de
este proyecto de grado, gracias a los asesores del diplomado en geotecnia vial por sus
conocimientos otorgados y por el acompañamiento constante.
D. Barragán, J. Mujica
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Contenido
Resumen ............................................................................................................................ 12
Abstract .............................................................................................................................. 12
Introducción ....................................................................................................................... 13
2. Normatividad y marco regulatorio considerado ........................................................ 14
3. Objetivos .................................................................................................................... 15
3.1. General ................................................................................................................ 15
3.2. Específicos .......................................................................................................... 15
4. Marco conceptual y teórico ....................................................................................... 16
4.1. Reconocimiento de la estabilidad del talud de corte ........................................... 16
4.2. Reconocimiento del nivel freático ...................................................................... 16
4.3. Taludes de corte .................................................................................................. 16
4.4. Pendiente estándar de taludes ............................................................................. 17
4.5. Análisis de estabilidad de rellenos ...................................................................... 17
5. Generalidades ............................................................................................................ 18
5.1. Localización general del proyecto ...................................................................... 18
5.2. Localización de la zona de estudio ..................................................................... 19
5.3. Descripción del proyecto .................................................................................... 20
5.4. Usos del suelo ..................................................................................................... 22
5.4.1. Zona baja ..................................................................................................... 24
5.4.2. Zona Media .................................................................................................. 25
5.4.3. Zona Alta ..................................................................................................... 25
6. Exploración del subsuelo ........................................................................................... 25
6.1. Descripción del ensayo SPT ............................................................................... 25
6.2. Sondeos exploratorios ......................................................................................... 26
7. Componente geológico .............................................................................................. 30
7.1. Geología regional ................................................................................................ 30
7.1.1. Formación combia (TMC) ........................................................................... 30
7.1.2. Formación Amaga (TOS) ............................................................................ 31
7.2. Análisis multitemporal ........................................................................................ 31
7.2.1. Año 2015 ..................................................................................................... 32
7.2.2. Año 2020 ..................................................................................................... 33
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8. Componente geotécnico ............................................................................................ 34
8.1. Ensayos de clasificación ..................................................................................... 34
8.1.1. Límites de Atterberg .................................................................................... 34
8.1.2. Determinación del Índice Plástico ............................................................... 34
8.1.3. Granulometría .............................................................................................. 34
8.2. Caracterización física de los suelos .................................................................... 35
8.2.1. Nivel Freático .............................................................................................. 35
8.2.2. Estratigrafía ................................................................................................. 35
8.2.3. Material Orgánico ........................................................................................ 36
8.2.4. Suelo residual .............................................................................................. 36
8.3. Caracterización mecánica de los suelos .............................................................. 37
8.3.1. Corte directo ................................................................................................ 37
8.3.2. Correlaciones entre N (golpes/pie) y resistencia efectiva de los suelos ...... 38
9. Componentes sísmicos .............................................................................................. 43
9.1. Movimientos sísmicos prescritos ........................................................................ 43
9.2. Perfil del suelo .................................................................................................... 43
9.3. Espectro de diseño para análisis sísmico ............................................................ 47
9.3.1. Coeficiente Horizontal ................................................................................. 47
9.3.2. Coeficiente Vertical ..................................................................................... 48
9.3.3. Factor de seguridad ...................................................................................... 48
10. Análisis de estabilidad ............................................................................................ 50
10.1. Perfil sección 1 ................................................................................................ 51
10.1.1. Condición Natural .................................................................................... 51
10.1.2. Condición cortes del terreno .................................................................... 52
10.1.3. Condición Cortes del terreno ................................................................... 53
10.2. Perfil sección 2 ................................................................................................ 54
10.2.1. Condición Natural .................................................................................... 54
10.2.2. Condición Cortes y Llenos del terreno .................................................... 55
10.3. Empujes para el diseño estructural del muro .................................................. 57
10.3.1. Coeficiente de empuje en reposo ............................................................. 59
10.3.2. Coeficiente de empuje dinámico .............................................................. 60
11. Recomendaciones geotécnicas ............................................................................... 62
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11.1. Estructuras de contención................................................................................ 62
11.2. Conformación de taludes existentes ................................................................ 62
11.3. Lleno y reemplazos estructurales .................................................................... 63
11.4. Material de préstamo ....................................................................................... 64
12. Diseño de pavimento .............................................................................................. 65
12.1. Método de diseño ............................................................................................ 65
12.2. VARIABLE TRANSITO ................................................................................ 65
12.3. Números de ejes equivalentes ......................................................................... 67
12.4. Factor de distribución direccional ................................................................... 68
12.5. Factor camión .................................................................................................. 68
12.6. Caracterización de los materiales .................................................................... 69
12.7. Características de los materiales ..................................................................... 70
12.8. CONCRETO ASFÁLTICO ............................................................................ 70
12.9. Materiales granulares no tratados .................................................................... 71
12.10. VENTAJAS DE PAVIMENTOS DE ASFALTO FULL-DEPTH ............. 71
12.11. Recomendación estructura de pavimento .................................................... 72
13. Conclusiones académicas ....................................................................................... 74
14. Bibliografía ............................................................................................................. 75
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Índice de tablas
Tabla 1. Sondeos exploratorios ......................................................................................... 27
Tabla 2. Perfil estratigráfico. ............................................................................................. 36
Tabla 3. Resumen resultados ensayos de clasificación para el estrato de suelo residual .. 37
Tabla 4. Correlaciones Sondeo 2. Fuente: Elaboración propia. ........................................ 40
Tabla 5. Correlaciones Sondeo3. Fuente: Elaboración propia ......................................... 41
Tabla 6. Resumen propiedades mecánicas. ....................................................................... 42
Tabla 7. Ecuaciones empíricas de correlación N del SPT con la velocidad de ondas de
corte VS. ............................................................................................................................ 43
Tabla 8. Correlación N del SPT con la velocidad de ondas de corte VS. ......................... 44
Tabla 9. Clasificación de los perfiles de suelo. ................................................................. 45
Tabla 10. Valores del coeficiente Fa, para la zona de periodos cortos del espectro. ........ 46
Tabla 11. Valores del coeficiente Fv, para la zona de periodos cortos del espectro ......... 46
Tabla 12. Valores del coeficiente de importancia, I. ......................................................... 47
Tabla 13. Valores del coeficiente de importancia, I. ......................................................... 48
Tabla 14. Factores de Seguridad Básicos Mínimos Directos. ........................................... 49
Tabla 15. Resumen empujes estáticos ............................................................................... 59
Tabla 16. Coeficiente de empuje pasivo. Fuente: Elaboración Propia .............................. 60
Tabla 17. Resumen empujes con sismo. Fuente: Elaboración Propia ............................... 61
Tabla 18. Aforos. ............................................................................................................... 65
Tabla 19. Cálculo del TPDA ............................................................................................. 65
Tabla 20. Factor camión .................................................................................................... 68
Tabla 21. Cálculo del módulo de resiliencia para la subrasante ........................................ 69
Tabla 22. Temperaturas convenientes para el asfalto ........................................................ 71
Tabla 23. Espesor del asfalto Full-Depth .......................................................................... 72
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Índice de figuras
Figura 1. Localización general de la zona de estudio. Mapas del Municipio de Santo
Domingo, Departamento de Antioquia, Colombia (Modificado)...................................... 18
Figura 2. Localización de la zona de estudio..................................................................... 19
Figura 3. Perfil longitudinal. Fuente: (Google Earth, Modificado). .................................. 20
Figura 4. Perfil Transversal. Fuente: (Google Earth, Modificado). .................................. 20
Figura 5. Propuesta de Zonificación Rural para el municipio de Jericó............................ 24
Figura 6. Esquema básico del sondeo a percusión. Fuente: R. E. López Menardi. ........... 26
Figura 7. Ubicación sondeos exploratorios. ...................................................................... 27
Figura 8. Geología Regional. ............................................................................................. 30
Figura 9. Análisis multitemporal año 2015. ...................................................................... 32
Figura 10. Análisis multitemporal año 2020. .................................................................... 33
Figura 11. Instrumentación ensayos de clasificación. ....................................................... 35
Figura 12. Dispositivo para el ensayo del corte directo .................................................... 37
Figura 13. Envolvente de falla CD Suelo Residual. .......................................................... 38
Figura 14. Envolvente de falla Correlaciones N SPT, Suelo Residual.............................. 41
Figura 15. Espectro Elástico de Aceleraciones de Diseño como fracción de g. ................ 47
Figura 16. Plano topográfico, vista de perfiles para el análisis de estabilidad. Fuente:
Profesores de la diplomada área de geotecnia. .................................................................. 50
Figura 17. Análisis de estabilidad estático Condiciones Naturales. .................................. 51
Figura 18. Análisis de estabilidad seudo-estático Condiciones Naturales. ....................... 51
Figura 19. Análisis de estabilidad estático Condiciones Cortes de terreno. ...................... 52
Figura 20. Análisis de estabilidad seudo-estático Condiciones Corte de terreno. ............. 52
Figura 21. Análisis de estabilidad estático Condiciones estables. ..................................... 53
Figura 22. Análisis de estabilidad seudo-estático Condiciones estables. .......................... 53
Figura 23. Análisis de estabilidad estático Condiciones Naturales. .................................. 54
Figura 24. Análisis de estabilidad seudo-estático Condiciones Naturales. ....................... 54
Figura 25. Análisis de estabilidad estático Condiciones Cortes de terreno. ...................... 55
Figura 26. Análisis de estabilidad seudo-estático Condiciones Corte de terreno. ............. 55
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Figura 27. Análisis de estabilidad estático Condiciones estables. ..................................... 56
Figura 28. Análisis de estabilidad seudo-estático Condiciones estables. .......................... 56
Figura 29. Variación del coeficiente de presión de tierras, K, con el desplazamiento. ..... 57
Figura 30. Desviación estándar. Fuente: Volúmenes de transito ...................................... 66
Figura 31. Rango del tránsito promedio diario anual ........................................................ 66
Figura 32. Ajustes de volúmenes de transito ..................................................................... 67
Figura 33. Porcentaje de Tráfico Total de Camiones en el carril de diseño ...................... 68
Figura 34. Valor Percentil del MR para Diseño de la Subrasante, de acuerdo con el nivel
del transito ......................................................................................................................... 69
Figura 35. Módulo de resiliencia para la subrasante ......................................................... 70
Figura 36. Grafica para el cálculo del espesor del asfalto Full-Depth. ............................. 72
Figura 37. Pavimento Full Depth ...................................................................................... 73
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Índice de fotografías
Fotografía 1. Reconocimiento de campo ........................................................................... 21
Fotografía 2. Reconocimiento de campo. .......................................................................... 21
Fotografía 3. Reconocimiento de campo. .......................................................................... 22
Fotografía 4. Sondeos exploratorios. ................................................................................. 27
Fotografía 5. Sondeos exploratorios. ................................................................................. 28
Fotografía 6. Muestras recuperadas. .................................................................................. 29
Fotografía 7. Muestras recuperadas. .................................................................................. 29
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Resumen
Este documento reúne las consideraciones técnicas y académicas para el estudio geotécnico
para la estabilización de taludes y propiamente de un diseño de pavimento que está ubicado
en el municipio de Jericó. La exploración de campo consta de tres sondeos, recuperación
de muestras alteradas e inalteradas, y ensayos de laboratorio para la determinación de los
porcentajes de humedad natural, límites de Atterberg (también llamados límites de
plasticidad o límites de consistencia), granulometría, corte directo y ensayos de CBR. Para
la clasificación física y mecánica de los estratos se emplea el análisis de estabilidad,
determinando así los perfiles de los planos topográficos. La estructura de pavimento
cumple con las condiciones establecidas de acuerdo con la normatividad vigente,
incluyendo las recomendaciones y planteamientos técnicos establecidos en la normatividad
Colombia NSR-10, INVIAS y EPM.
Palabras clave: Estabilización de taludes, diseño de pavimento, exploración.
Abstract
This document gathers the technical and academic considerations for the geotechnical
study for slope stabilization and pavement design in the municipality of Jericho. The field
exploration consists of three borings, recovery of disturbed and undisturbed samples, and
laboratory tests for the determination of the percentages of natural moisture, Atterberg
limits (also called plasticity or consistency limits), granulometry, direct shear and CBR
tests. Stability analysis is used for the physical and mechanical classification of the strata,
thus determining the profiles of the topographic planes. The pavement structure complies
with the conditions established in accordance with current regulations, including the
recommendations and technical approaches established in the Colombian NSR-10,
INVIAS and EPM standards.
Keywords: Slope stabilization, pavement design, exploration.
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Introducción
El Proyecto de estudio geotécnico para la estabilización de taludes y diseño de la estructura
de pavimento para un tramo de 248 m de vía en el Municipio de Jericó (Antioquia), se
realiza a partir de la información de campo y laboratorio entregada por los decentes del
diplomado en geotecnia vial.
En el presente estudio se parte de la exploración de campo, que consta de 3 sondeos que
alcanzaron una profundidad máxima de 8.0 m, de ahí se recuperaron muestras alteradas e
inalteradas, para los respectivos ensayos de laboratorio tales como, humedad natural,
límites de Atterberg, granulometría, corte directo y CBR. De igual forma al clasificar física
y mecánicamente los estratos, se realiza el análisis de estabilidad para determinados
perfiles resultado de planos topográficos.
En el capítulo de pavimento, se realiza detalladamente el proceso para determinar la
estructura de pavimento, acorde a las condiciones de tránsito, de la subrasante y
condiciones climáticas.
Las recomendaciones y planteamientos que se presentan en este informe académico parten
de fundamentos técnicos de las normas colombianas NSR-10, INVIAS y EPM.
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1. Normatividad y marco regulatorio considerado
Este documento se realizó con fundamento en la normatividad colombiana, especialmente
en las contenidas en el reglamento colombiano de construcción sismo resistente NSR-10,
emitida a través Decreto 926 de marzo de 2010.
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2. Objetivos
2.1. General
Caracterizar física y mecánicamente el subsuelo, mediante ensayos de campo y laboratorio
que permita realizar el análisis de estabilidad de taludes y el diseño de una estructura de
pavimento para un tramo de vía en el municipio de Jericó (Antioquia).
2.2. Específicos
Realizar una investigación detallada sobre el lugar de estudio
Analizar la información entregada por los asesores, tales como ensayos de
laboratorio, de campo, aforos vehiculares y planos topográficos.
Obtener los resultados de ensayos de laboratorio para cada estrato del subsuelo
identificado
Analizar los taludes mediante las indicaciones dadas por la norma NSR-10
Recomendar las respectivas obras geotécnicas resultado del análisis de estabilidad
Determinar paso a paso el diseño de la estructura de pavimento.
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3. Marco conceptual y teórico
3.1. Reconocimiento de la estabilidad del talud de corte
Los taludes de corte tienen propiedades que los hacen complicados en textura y
susceptibles de ser inestables. Por lo tanto, debe notarse que los cálculos de estabilidad se
aplican solamente en casos excepcionales cuando se analiza la estabilidad de los taludes de
corte.
Debido a esto, las pendientes se determinan en función de tablas, con bases empíricas y
compiladas en base a la geología, profundidad del corte, etc.
Sin embargo, los problemas relacionados con fallas de taludes se han tomado de los
resultados de numerosas obras ejecutadas en taludes, habiéndose precisado los puntos
importantes en el reconocimiento de la estabilidad de taludes. Por lo tanto, el
reconocimiento debe ejecutarse tomando integralmente en cuenta dichos puntos.
3.2. Reconocimiento del nivel freático
Es muy conocido que los deslizamientos ocurren durante los periodos de lluvia y deshielo,
y que el movimiento del deslizamiento se activa conforme se eleva el nivel freático. Se
puede obtener información relevante al mecanismo de generación y grado de peligro del
deslizamiento, al determinar las condiciones del nivel freático en el área del deslizamiento
(localización de la capa por donde fluye el agua, fluctuación del nivel, flujo, trayectoria de
escorrentía, velocidad, calidad y temperatura del agua, etc.), para hacer posible examinar
la cantidad y localización de drenajes efectivos como medidas de protección basadas en la
distribución del nivel freático. Estos reconocimientos pueden clasificarse en distribución y
presión del agua freática.
3.3. Taludes de corte
Los taludes de corte son diferentes a los rellenos en terreno malo, por lo que es muy difícil
determinar su diseño apropiado solamente con cálculos de estabilidad, debido a que la
formación geológica del terreno es complicada, las características del suelo varían
Considerablemente, la predicción de la localización de superficies de falla y los parámetros
de resistencia del suelo es difícil, y la resistencia cortante disminuye con el tiempo debido
al intemperismo después de la excavación. Además, existen otros factores que se traslapan
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de manera complicada, tales como condiciones de corte artificial, grado de drenaje y
trabajos de protección, lluvias fuertes y terremotos, que hacen difícil predecir las fallas de
taludes después de terminados, y planear en avance las medidas de protección apropiadas.
3.4. Pendiente estándar de taludes
El terreno natural es extremadamente complicado y no uniforme en sus propiedades. Los
taludes de corte tienden a ser inestables después de terminados los trabajos de corte. Por lo
tanto, los cálculos de estabilidad son significativos solo en casos raros cuando se analiza la
estabilidad de taludes de corte.
3.5. Análisis de estabilidad de rellenos
Las inclinaciones normales se aplican a los taludes de relleno; sin embargo, su estabilidad
debe verificarse con cálculos u otros métodos, en los casos descritos a continuación. Sin
embargo, en vez de determinar el gradiente en base a los cálculos de estabilidad, debe
realizarse una evaluación integral después de revisar los registros de los trabajos de taludes
en áreas adyacentes, o ejemplos de desastres pasados en suelos de condiciones similares.
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4. Generalidades
4.1. Localización general del proyecto
El municipio de Jericó, situado en la subregión suroeste del departamento de Antioquia.
El territorio municipal de Jericó́, limita al norte con el municipio de Fredonia; por el este
con el municipio de Támesis; por el sur con el municipio de Jardín; por el oeste con los
municipios de Tarso y Pueblorrico y por el suroeste con el municipio de Andes, su territorio
tiene una extensión de 193 Km2 con superficie ondulada, donde predominan los pisos
térmicos frío, templado y cálido. Los Ríos Piedras y Frío y otras aguas menores forman la
hidrografía local. La cabecera urbana se encuentra a una altura de 2.000 metros sobre el
nivel del mar y tiene una temperatura ambiente promedio de 18°C [1]. Sus coordenadas
globales son 5°47′28″N y 75°47′09″O.
Figura 1. Localización general de la zona de estudio. Mapas del Municipio de Santo Domingo,
Departamento de Antioquia, Colombia (Modificado).
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4.2. Localización de la zona de estudio
El proyecto está ubicado en la vía Pueblo Rico-Jericó, en la entrada a la cabecera municipal
de Jericó (Antioquia). Las coordenadas del proyecto son 6°33'1.76" en latitud Norte y
75°11'23.88" en longitud Oeste.
Figura 2. Localización de la zona de estudio.
Fuente: (Google Earth, Modificado).
Con la finalidad de identificar las pendientes que forman parte de la topografía de la zona
de estudio, se extrae de Google Earth los perfiles de elevación transversal y longitudinal.
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Figura 3. Perfil longitudinal. Fuente: (Google Earth, Modificado).
Figura 4. Perfil Transversal. Fuente: (Google Earth, Modificado).
4.3. Descripción del proyecto
El proyecto consta de la caracterización física y mecánica del subsuelo, mediante ensayos
de campo y laboratorio que permita realizar el análisis de estabilidad de taludes que
involucran los 248 metros de un tramo de vía en el municipio de Jericó (Antioquia),
garantizando que el diseño de la estructura de pavimento propuesta tenga una vida útil
efectiva.
A partir de la referenciación geográfica de la zona de estudio, se determinó mediante un
examen visual realizado al lote y a las zonas aledañas lo siguiente:
El lote tiene fácil acceso vehicular.
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Cerca del lote se encuentra estructuras aledañas en buen estado, de 1 a 2 niveles.
La topografía presentada en el sitio de estudio es media a alta
Se identifican conformación de llenos y terraplenes
Fotografía 1. Reconocimiento de campo
Fotografía 2. Reconocimiento de campo.
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Fotografía 3. Reconocimiento de campo.
4.4. Usos del suelo
El componente rural deberá́ identificar, señalar y delimitar las áreas forestales,
agropecuarias y mineras. Así́ mismo, las áreas que forman parte de los sistemas de
aprovisionamiento de los servicios públicos y para la disposición final de residuos sólidos
y líquidos. [1]
Es necesario conocer las siguientes definiciones retomadas del Articulo 1, Decreto 3600
de 2007:
“Uso principal
Uso deseable que coincide con la función específica de la zona y que ofrece las mayores
ventajas para el desarrollo sostenible.
Uso compatible o complementario
Uso que no se opone al principal y concuerda con la potencialidad, productividad y
protección del suelo y demás recursos naturales conexos.
Uso condicionado o restringido
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Usos que presenta algún grado de incompatibilidad urbanística y/o ambiental que se puede
controlar de acuerdo con las condiciones que impongan las normas urbanísticas y
ambientales correspondientes
Uso prohibido
Uso incompatible con el uso principal de una zona, con los objetivos de conservación
ambiental y de planificación ambiental y territorial, y por consiguiente implica graves
riesgos de tipo ecológico y/o socia.”
La metodología que se utilizó para hacer la zonificación fue la de agrupar los predios por
tamaño, además se tuvo en cuenta la pendiente. Se encontró que en el centro del municipio
predominan tamaños de predio pequeños y a medida que se aleja del centro el tamaño va
aumentando, obteniéndose tres zonas respectivamente: Zona Baja, Zona Media y Zona
Alta1.
Luego, el plano de zonificación rural lo componen las cuatro zonas ya mencionadas (Baja,
Media, Alta y de Protección) además de la zona urbana2.
1 Fuente: (Luis Carlos Agudelo P., 2008) 2 Fuente: (Luis Carlos Agudelo P., 2008)
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Figura 5. Propuesta de Zonificación Rural para el municipio de Jericó.
4.4.1. Zona baja
Usos Permitidos: Ganadería y Parcelaciones
Usos Restringidos: Industrias Pecuarias y Agroindustriales. El Índice de Ocupación
para estas no debe ser mayor al 20% del área total.
Usos Prohibidos: Industriales, Infraestructuras de saneamiento de alto impacto
(Frigoríficos, mataderos, rellenos sanitarios, escombreras).
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4.4.2. Zona Media
Usos Permitidos: Agricultura y Ganadería
Usos Restringidos: Parcelaciones, establecimientos Agroindustriales (Producción
de derivados de café, plátano, cítricos, frutales, legumbres).
Usos Prohibidos: Residenciales intensivos (edificios), industria pesada que genere
alta contaminación y ruido (talleres de maquinaria pesada, que generen un volumen
importante de desechos salidos).
4.4.3. Zona Alta
Usos Permitidos: Agropecuarios
Usos Restringidos: Fincas de recreo, finca-hoteles, establecimientos de
tipo industrial (rellenos sanitarios, mataderos).
Usos Prohibidos: Parcelaciones
5. Exploración del subsuelo
Se realiza la exploración del subsuelo del área de estudio, mediante el ensayo de
penetración estándar SPT.
5.1. Descripción del ensayo SPT
El ensayo de penetración estándar (SPT de las siglas inglesas Standard Penetración Test)
consiste en la hinca mediante golpeo de un útil (toma muestras o cuchara) con geometría
de tubo, de 60 cm de longitud, fabricado en acero y seccionado longitudinalmente en dos
mitades. Cabe indicar que, al contrario de lo indicado para los ensayos de penetración
dinámica continua, el ensayo SPT cuenta con un recorrido limitado a la longitud de la toma
muestras (la hinca se limita a 45 cm o a 60 cm) por lo que se ejecuta en el fondo de la
perforación durante la realización de un sondeo geotécnico (Geotécnicos, 2020).
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Figura 6. Esquema básico del sondeo a percusión. Fuente: R. E. López Menardi.
5.2. Sondeos exploratorios
Se realizó un total de 3 perforaciones alcanzando una profundidad de 8 metros, en la figura
10 se referencia en el plano la ubicación y coordenadas de cada uno de los sondeos.
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Figura 7. Ubicación sondeos exploratorios.
Tabla 1. Sondeos exploratorios
Sondeo Profundidad (m)
Sondeo 1 6.00
Sondeo 2 8.00
Sondeo 3 6.00
Fotografía 4. Sondeos exploratorios.
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Fotografía 5. Sondeos exploratorios.
Se recuperó en total 20 muestras entre alteradas e inalteradas, las cuales sirvieron para el
desarrollo de ensayos de laboratorio. A continuación, en las fotografías 6 y 7 se referencian
4 de las muestras recuperadas.
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Fotografía 6. Muestras recuperadas.
Fotografía 7. Muestras recuperadas.
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6. Componente geológico
6.1. Geología regional
Figura 8. Geología Regional.
6.1.1. Formación Combia (TMC)
Esta formación definida por Grosse (1926) aflora principalmente al oeste del Río Cauca y
tiene su sección tipo en el alto de Combia en las inmediaciones del municipio de Fredonia.
Reposa discordantemente sobre la formación Amagá en contacto erosivo . (Instituto
Geológico Colombiano, 1980)
Está compuesta por dos miembros: uno volcánico con la presencia de conglomerados de
matriz tobácea, areniscas tobáceas, tobas soldadas, tobas de cristales, tobas de cenizas,
aglomerados, brechas volcánicas y derrames de basaltos y andesitas. El miembro superior
o sedimentario presenta areniscas de grano fino a medio y arcillolitas de color crema –
rojizo (González 1980). Se le ha asignado una edad Mioceno Superior – Plioceno. (Instituto
Geológico Colombiano, 1980).
En el municipio de Venecia es la formación litológica que cubre mayor área en superficie.
Se ubica geográficamente en la parte sur del municipio, aflorando en una franja que cubre
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la zona en dirección este – oeste (Ver mapa geológico). Localmente se encuentra instruido
por cuerpos porfídicos y sobre él descansan varios depósitos de vertiente de edad
cuaternaria. (Instituto Geológico Colombiano, 1980).
6.1.2. Formación Amagá (TOS)
Estas rocas sedimentarias continentales se localizan entre los sistemas de fallas de Romeral
al este y el sistema Cauca al oeste, en el departamento de Antioquia. Reposa
discordantemente sobre la Formación Quebrada grande (Contacto fallado). Esta formación
ha tenido múltiples nombres y divisiones. La última revisión de la estratigrafía de esta
formación de acuerdo a las normas internacionales, propuesta por Guzmán (1993),
recomienda conservar el nombre actual y propone la siguiente división de base a techo
atendiendo a un estrato tipo compuesto: en la base se tiene una secuencia esencialmente
conglomerática, con 100 metros de espesor aproximado llamada miembro Peñitas; la
segunda parte corresponde a una alternancia de areniscas, lutitas y carbones con cerca de
350 metros de espesor, el autor propone llamarlo el miembro Sabaletas. La parte superior
presenta areniscas y lutitas con esporádicos carbones con un espesor de 100 metros en
promedio, que podría denominarse el miembro Fredonia, según Guzmán (Tomado de Gil,
1996a). En cuanto a la edad de esta formación, de acuerdo con el contenido palinológico,
se establece que corresponde al Oligoceno Superior - Mioceno Inferior (Van der Hammen).
(Instituto Geológico Colombiano, 1980)
El miembro superior de la formación Amagá aflora en casi la totalidad del municipio,
presentándose como una franja en sentido este – oeste (Ver mapa geológico). La cabecera
municipal se encuentra sobre un depósito de vertiente el cual descansa sobre este miembro.
(Instituto Geológico Colombiano, 1980).
6.2. Análisis multitemporal
Se realiza un análisis de la zona de estudio a través de los años, para identificar sus cambios
en la capa superficial, a partir de imágenes satelitales de Google Earth.
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6.2.1. Año 2015
Figura 9. Análisis multitemporal año 2015.
Se realiza el análisis multitemporal para el año 2015, donde se evidencia un proceso
morfodinámico de movimiento en masa de un talud al costado derecho de la vía.
Movimiento en Masa
Por movimientos en masa se entiende el desplazamiento del terreno que constituye una
ladera o un talud, hacia el exterior de este y en sentido descendente. Son movimientos
ladera abajo de masas de suelo o roca sobre una o varias superficies de rotura, o zonas
relativamente delgadas con intensa deformación de corte, en los que se preserva a grandes
rasgos la forma de masa desplazada.
Las superficies pueden coincidir con planos estructurales (deslizamientos traslacionales de
rocas o de capas delgadas de suelo), o son inducidas (deslizamientos rotacionales en suelos
y/o materiales intermedios). (Carlos Enrique Escobar, 2017).
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6.2.2. Año 2020
Figura 10. Análisis multitemporal año 2020.
Para el año 2020 se evidencia pérdida de la capa vegetal en parte del área de estudio,
ocasionando procesos erosivos que conllevan a procesos morfodinámicos de mayor
magnitud, como lo es los deslizamientos.
Es preocupante las condiciones que se evidencian, porque dan una idea hipotética de las
condiciones de estabilidad de la zona, y lo que implica que la estructura de pavimento se
pueda garantizar con obras seguras.
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7. Componente geotécnico
7.1. Ensayos de clasificación
7.1.1. Límites de Atterberg
El estudio de las características de plasticidad de los suelos finos es necesario para la
correcta previsión de los aspectos fundamentales de su comportamiento, el cual depende
de la presencia de agua. La caracterización de la plasticidad de un suelo implica la
cuantificación de valores característicos de contenido de humedad, a los cuales
corresponden alteraciones significativas del comportamiento del suelo. En tal sentido, el
límite plástico es el contenido de humedad que separa los estados plástico y semisólido, en
tanto que el límite líquido es el grado de humedad que fija la frontera entre los estados
semilíquido y plástico . (Instituto de Estructuras y Transporte, s.f.).
El trabajo en el laboratorio se basa en la norma ASTM D4318.
La determinación de los límites de Atterberg se realiza sobre materiales que pasan por el
tamiz Nº40. En consecuencia, una vez obtenida la muestra de suelo en el campo, para
obtener el material necesario para la determinación de los límites, se seca esta muestra, se
pulveriza en un mortero y se pasa el material pulverizado por el tamiz Nº40, de modo de
obtener unos 200g de material que pase por el tamiz Nº40. (Instituto de Estructuras y
Transporte, s.f.)
7.1.2. Determinación del Índice Plástico
El Índice Plástico viene dado por la diferencia entre el Límite Líquido y el Límite Plástico.
Investigadores como Seed, Woodward y Lundgren demostraron que las características
plásticas de los suelos pueden ser usados como un indicador primario de las características
expansivas de arcillas. (Instituto de Estructuras y Transporte, s.f.)
7.1.3. Granulometría
Su finalidad de obtener la distribución por tamaño de las partículas presentes en una
muestra de suelo, permitiendo la clasificación mediante los sistemas AASHTO o USCS.
El ensayo es importante, ya que gran parte de los criterios de aceptación para ser utilizados
en bases o subbases de carreteras, presas de tierra o diques, drenajes, etc. dependen de este
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análisis. Para ellos se emplean tamices normalizados y numerados, dispuestos en orden
decreciente. (Instituto de Estructuras y Transporte, s.f.).
Figura 11. Instrumentación ensayos de clasificación.
Para el presente proyecto se realizaron un total de 4 ensayos de límites de Atterberg y 7 de
granulometría, de igual forma se realizaron también 10 ensayos de contenido de humedad
natural.
7.2. Caracterización física de los suelos
7.2.1. Nivel Freático
El nivel freático es el lugar geométrico de los niveles alcanzados por el agua subterránea
en pozos de observación.
El nivel freático y su profundidad respecto a la superficie del terreno natural es un dato
fundamental aportado por el estudio geotécnico a la hora de proyectar la construcción de
cimentaciones. Cabe señalar en cuanto a la piezometría del acuífero que la cota del nivel
freático no es estable a lo largo del tiempo, sino que está sujeta a variaciones, según las
estaciones y otros factores. (Cubica, 2019)
De los registros de perforación del ensayo de SPT, no se reportan niveles freáticos en la
zona de exploración.
7.2.2. Estratigrafía
A partir de las muestras recuperadas en campo y los ensayos de laboratorio realizados se
caracteriza físicamente los estratos del subsuelo en la zona de estudio.
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Tabla 2. Perfil estratigráfico.
Profundidad(m) S1 S2 S3
1.00 MO MO MO
2.00
3.00
4.00 SR SR SR
5.00
6.00
7.00
8.00
Donde: MO: Material Orgánico SR: Suelo Residual
7.2.3. Material Orgánico
La materia o componente orgánicos del suelo agrupa varios compuestos que varían en
proporción y estado. La materia orgánica está compuesta por residuos animales o vegetales.
Los suelos con alto contenido de materia orgánica no son aptos para el apoyo de estructuras.
Estos suelos tienen una gran deformabilidad e inestabilidad, poseen muy baja resistencia
(capacidad portante baja) y tienden a reducir paulatinamente su volumen debido a la
descomposición de la materia orgánica (Construmática, 2018).
El material presenta una consistencia rígida, puesto que el promedio del N Golpes SPT es
de 14 Golpes/pie, el peso específico para este estrato es de 15,60 kN/m3.
7.2.4. Suelo residual
Material proveniente de la roca que no ha sido transportado desde su localización original
y mantiene los planos de debilidad de la roca dentro de determinadas profundidades. El
espesor del suelo residual depende del tipo de roca y varía con la edad y la intensidad de
meteorización, la que, a su vez, depende del clima y la pluviometría. (Rivera, 2007).
El material presenta una consistencia rígida, puesto que el promedio del N Golpes SPT es
de 14 Golpes/pie, el peso específico húmedo para este estrato es de 18,40 kN/m3.
A continuación, se determina los resultados promedio de ensayos de clasificación para cada
estrato del subsuelo, se tiene en cuenta las muestras recuperadas en campo de cada sondeo
realizado.
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Tabla 3. Resumen resultados ensayos de clasificación para el estrato de suelo residual
Estrato % Finos %
Arenas
% Gravas % LL % LP % IP
Mínimo 35.10 29.59 2.14 39.16 32.50 3.62
Máximo 75.19 73.99 23.22 48.52 40.25 10.65
7.3. Caracterización mecánica de los suelos
Con la finalidad de conocer los parámetros de resistencia de cada uno de los estratos se
realizan los cálculos necesarios de laboratorio de corte directo y correlaciones del N Golpes
SPT.
7.3.1. Corte directo
El ensayo consiste en: (a) Colocación de la muestra de ensayo en el dispositivo de corte
directo; (b) A aplicación de una carga normal determinada; (c) Disposición de los medios
de drenaje y humedecimiento de la muestra; (d) Consolidación de la muestra bajo la carga
normal; (e) Liberación de los marcos que sostienen la muestra; (f) Aplicación de la fuerza
de corte para hacer fallar la muestra. Generalmente tres o más muestras son ensayadas,
cada una bajo fuerza normal diferente, para determinar los efectos sobre la resistencia al
corte y las deformaciones. El intervalo de las cargas normales usadas deberá́ ser el
apropiado y en concordancia para las condiciones del suelo investigado [2].
Figura 12. Dispositivo para el ensayo del corte directo
Se realiza el ensayo CD a la muestra 4 del sondeo 2, que a partir del registro de perforación
y tabla estratigráfica se denomina suelo residual.
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Figura 13. Envolvente de falla CD Suelo Residual.
De la figura 13 se obtiene una cohesión de 52,29 kN/m3 y ángulo de fricción de 24, 5º.
7.3.2. Correlaciones entre N (golpes/pie) y resistencia efectiva de los suelos
Existen numerosas correlaciones entre N y φ', pero, antes de mencionar algunas de ellas,
es conveniente discutir cual valor de φ' es el que se está obteniendo. Dado que la mayor
parte de estas correlaciones fueron obtenidas con materiales granulares, para los cuales
usualmente c' = 0, lo que realmente se obtiene es la relación entre esfuerzos cortantes y
esfuerzos normales efectivos [3]. Se tienen las siguientes fórmulas para el cálculo del
ángulo de fricción:
Peck 𝜑′𝑒𝑞 = 28.5 + 0.25 ∗ 𝑁145
Peck, Hanson y Thombum 𝜑′𝑒𝑞 = 26.25 ∗ (2 − exp(−𝑁145/62))
Kishida 𝜑′𝑒𝑞 = 15 + (20 ∗ 𝑁172)0.5
Schmertmann 𝜑′𝑒𝑞 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛(𝑁160/32.5)0.34
JNR 𝜑′𝑒𝑞 = 27 + 0.30 ∗ 𝑁172
JRB 𝜑′𝑒𝑞 = 15 + (15 ∗ 𝑁172)0.5
El procedimiento para obtener valores aproximados de valores efectivos de resistencia c' y
φ’ con SPT es el siguiente, teniendo en cuenta todo lo expuesto anteriormente:
Obtener el valor de N (golpes/pie) en campo, con la profundidad respectiva e
identificar al tipo de suelo en el cual se hizo el ensayo.
Colocar al ensayo la profundidad media entre las dos lecturas de golpes que se usen
σ
(kPa)
τ
(kPa)
15 63.5
150 112.3
298 192
52
24,5°
CD S2 M4
Cohesión (kPa)
Ángulo de
fricción
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00Es
fuer
zo c
ort
an
te (
kPa
)
Esfuerzo axial (kPa)
Corte directo CD
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Obtener o estimar el valor del peso unitario total de la muestra, preferentemente en
el sitio. Esta se puede obtener de la muestra de la cuchara perdida, pero corrigiendo
el área por la compresión que sufre la muestra al entrar al muestreador.
Obtener lo más fiablemente posible la posición del nivel piezométrico
Calcular el valor de los esfuerzos totales (σ), la presión de poros (uw) y los
esfuerzos efectivos (σ’ = σ - uw) para toda la columna de ensayo. Hay que tener en
cuenta que el material puede estar saturado y la presión de poros puede ser negativa
hasta la altura de capilaridad.
El valor de N45 para Colombia se corrige por confinamiento con la formulación de
Cn de Seed-Idriss (Marcuson), Fórmula (5f), teniendo cuidado que Cn ≤ 2.
Se obtiene el valor de φeq’ con la fórmula de Kishida (8c).
Se calcula el valor de τ = σ’ × tan(φeq’)
Se agrupan los valores de τ y σ’ por tipos de materiales
Se hace la regresión τ vs σ' para cada tipo de material y se obtienen c' y tanφ’. Si en
la regresión resulta c' < 0, se obliga a la regresión a pasar por cero.
Se puede obtener el φ’ mínimo de cada material haciendo φ’ mínimo = φeq’ mínimo
Se colocan los resultados en un diagrama c' - tanφ' y si son materiales del mismo
origen geológico, los puntos normalmente se alinean en forma aproximada.
Para el cálculo de las correlaciones se utilizaron los 3 sondeos de exploración realizados,
teniendo en cuenta los estratos previamente mencionados en este informe.
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Tabla 3. Correlaciones Sondeo 1.
Clasificación
geológica
Prof.
(m)
N de
campo
ϒ σ N
corregido
Peck Peck-
Hanson-
Thombum
Kishida Φ’eq τ
[m] [golpe
/ft]
[kN/
m3]
[kPa] [golpe/ ft] Φ’eq Φ’eq Φ’eq Mín. [kPa]
Material
orgánico 0.73 12 15.6 11.3 12 32 31 27 26 5.76
Suelo
residual
1.73 30 18.4 29.7 25 35 35 33
26
19.2
2.73 18 18.4 48.1 13 32 31 28 25.58
3.73 19 18.4 66.5 12 32 31 27 33.89
4.73 33 18.4 84.9 20 34 33 31 51.02
5.73 40 18.4 103.3 22 34 34 32 64.56
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 4. Correlaciones Sondeo 2. Fuente: Elaboración propia.
Clasificación
Geológica
Profundidad
N de
campo
ϒ
σ ᷅
N
corregido
Peck
Peck-
Hanson-
Thombum
Kishida
Ф’eq
Mínimo
τ
[m] [golpes/
pie]
[kN/m3] [kPa] [golpes/
pie]
Ф’eq Ф’eq Ф’eq [kPa]
MATERIAL
ORGÁNICO 0,73 7 15,60 11,3 7 30 29 24 23 5,04
SUELO
RESIDUAL
1,73 20 18,40 29,7 17 33 33 30
28
17,15
2,73 25 18,40 48,1 18 33 33 30 27,78
3,73 30 18,40 66,5 18 33 33 30 38,40
4,73 35 18,40 84,9 21 34 34 31 51,02
5,73 54 18,40 103,3 29 36 36 34 69,68
6,73 68 18,40 121,7 38 38 38 37 91,72
7,73 86 18,40 140,1 46 40 40 39 113,46
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Tabla 5. Correlaciones Sondeo3. Fuente: Elaboración propia
Clasificación
Geológica
Profundo
N de
campo
ϒ
σ᷅
N corregido
Peck
Peck-Hanson-
Thombum
Kishida
Ф’eq
Mínimo
τ
N45 Prom
[m] [golpes/pie] [kN/m3] [kPa] [golpes/pie] Ф’eq Ф’eq Ф’eq [kPa] [golpes/pie]
MATERIAL
ORGÁNICO 0,73 24 15,60 11,3 23 34 34 32 30 7,07
23
SUELO
RESIDUAL
1,73 29 18,40 29,7 24 35 35 32
26
18,56
2,73 53 18,40 48,1 37 38 38 37 36,25
23 3,73 20 18,40 66,5 12 32 31 27 33,89
4,73 35 18,40 84,9 21 34 34 31 51,02
5,73 43 18,40 103,3 23 34 34 32 64,56
Figura 14. Envolvente de falla Correlaciones N SPT, Suelo Residual.
Se realiza la envolvente para el estrato de suelo residual. De la figura 24 se obtiene una
cohesión de 0 kN/m3 y ángulo de fricción de 37.9º.
Los resultados de los parámetros mecánicos del suelo se encuentran resumidos en las
siguientes tablas.
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Tabla 6. Resumen propiedades mecánicas.
Estrato Peso específico
(kN/m3)
Ángulo de fricción
(°)
Cohesión
(kPa)
Suelo Residual 18.40 52.29 24.50
Fuente: Elaboración propia.
NOTA: El estrato de material orgánico (MO), técnicamente por sus características físicas
y mecánicas no es acto para ser material de soporte, de tal forma se retira.
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8. Componentes sísmicos
8.1. Movimientos sísmicos prescritos
Para efectos del diseño sísmico de la estructura, ésta debe localizarse dentro de una de las
zonas de amenaza sísmica, baja, intermedia o alta, y además deben utilizarse los
movimientos sísmicos de diseño definidos en el titulo A de la NSR-10. (NSR-10, Titulo A,
2010).
Para el municipio de Jericó Antioquia, movimientos sísmicos de diseño se definen en
función de la aceleración pico efectiva, representado por los parámetros:
Aa: 0.25
Av: 0.25
Zona de amenaza sísmica: Alta
8.2. Perfil del suelo
A pesar de la importancia de la medición de la velocidad de ondas de corte, es poco común
la realización de dichos ensayos, excepto en proyectos especiales. Por lo tanto, se recurre
a correlaciones desarrolladas en diferentes partes del mundo (Imai y Yoshimura, 1970;
Ohba y Toriumi ,1970; Hara et al., 1974; Imai, 1977; Ohta y Goto, 1978; Wroth et al.,1979;
Imai y Tonouchi, 1982; Okamoto et al., 1989; Japan Road Asociación, 2002, entre otras)
[4].
Tabla 7. Ecuaciones empíricas de correlación N del SPT con la velocidad de ondas de corte VS.
Investigadores Ecuación Observaciones
Imai y Yoshimura (1970) 𝑉𝑠 = 76𝑁0.33
Ohba y Toriumi (1970) 𝑉𝑠84𝑁0.31
Imai (1977) 𝑉𝑠 = 𝑎𝑁𝑏 a=102, b=0.29 Arcilla Holoceno
a=81, b=0.33 Arena Holoceno
a=114, b=0.29 Arcilla Pleistoceno
a=97, b=0.32 Arena Pleistoceno
Ohta y Goto (1978) 𝑉𝑠 = 85.34𝑁0.348 Para todo tipo de suelo
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Okamoto et al. (1989) 𝑉𝑠 = 125𝑁0.3 Arena del Pleistoceno
Japan Road Association
(2002)
𝑉𝑠 = 80𝑁1/3
𝑉𝑠 = 100𝑁1/3
Arenas
Arcilla
Para el presente informe se realiza las correlaciones utilizando cada uno de los 3 sondeos
exploratorios y las teorías anteriormente propuestas.
Tabla 8. Correlación N del SPT con la velocidad de ondas de corte VS.
Prof.
(m)
numero de
golpes (N)
Velocidad de onda (m/s) S1
Imai y
Yoshimura
Ohba y
Toriumi
Ohta y
Goto
Okamoto
et al
JRA
Arenas
JRA
Arcillas
Alfaro
Maheswa
ri et. al.
prom
1 12 172,56 181,48 202,63 263,43 183,15 228,94 228,45 202,06 207,84
2 30 233,49 241,09 278,73 346,77 248,58 310,72 310,05 266,23 279,46
3 18 197,27 205,79 233,34 297,50 209,66 262,07 261,51 228,29 236,93
4 19 200,82 209,26 237,77 302,37 213,47 266,84 266,26 232,03 241,10
5 33 240,95 248,32 288,13 356,83 256,60 320,75 320,06 273,98 288,20
6 40 256,74 263,58 308,08 378,03 273,60 342,00 341,25 290,31 306,70
Prof.
(m)
numero de
golpes (N)
Velocidad de onda (m/s) S2
Imai y
Yoshimura
Ohba y
Toriumi
Ohta y
Goto
Okamoto
et al
JRA
Arenas
JRA
Arcillas
Alfaro
Maheswa
ri et. al.
prom
1 7 144,44 153,55 167,98 224,10 153,03 191,29 190,88 171,80 174,63
2 20 204,25 212,62 242,05 307,06 217,15 271,44 270,85 235,64 245,13
3 25 219,85 227,85 261,60 328,32 233,92 292,40 291,77 252,01 263,46
4 30 233,49 241,09 278,73 346,77 248,58 310,72 310,05 266,23 279,46
5 35 245,67 252,90 294,10 363,19 261,69 327,11 326,40 278,87 293,74
6 54 283,47 289,28 342,00 413,65 302,38 377,98 377,16 317,76 337,96
7 68 305,87 310,71 370,57 443,26 326,53 408,17 407,28 340,59 364,12
8 86 330,52 334,17 402,12 475,62 353,12 441,40 440,44 365,53 392,87
Prof.
(m)
numero de
golpes (N)
Velocidad de onda (m/s) S3
Imai y
Yoshimura
Ohba y
Toriumi
Ohta y
Goto
Okamoto
et al
JRA
Arenas
JRA
Arcillas
Alfaro
Maheswa
ri et. al.
prom
1 24 216,91 224,98 257,91 324,32 230,76 288,45 287,82 248,94 260,01
2 29 230,89 238,57 275,47 343,26 245,79 307,23 306,56 263,53 276,41
3 53 281,72 287,61 339,78 411,33 300,50 375,63 374,81 315,97 335,92
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4 20 204,25 212,62 242,05 307,06 217,15 271,44 270,85 235,64 245,13
5 35 245,67 252,90 294,10 363,19 261,69 327,11 326,40 278,87 293,74
6 43 262,94 269,56 315,94 386,32 280,27 350,34 349,58 296,70 313,96
Fuente: Elaboración propia
Se obtiene un Vs promedio de 281,84, de tal forma a partir de los perfiles de suelo dado
por la NSR-10 en el titulo H, en la tabla A.2.4- 1, para la zona de estudio se obtiene un
perfil de suelo Tipo D.
Tabla 9. Clasificación de los perfiles de suelo.
Se dan los valores del coeficiente Fa que amplifica las ordenadas del espectro en roca para
tener en cuenta los efectos de sitio en el rango de periodos cortos del orden de T0. Para
valores intermedios de Aa se permite interpolar linealmente entre valores del mismo tipo
de perfil.
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Tabla 10. Valores del coeficiente Fa, para la zona de periodos cortos del espectro.
De tal forma el Fa: 1.5
Se dan los valores del coeficiente Fv que amplifica las ordenadas del espectro en roca para
tener en cuenta los efectos de sitio en el rangode periodos intermedios del orden de 1 s .
Para valores intermedios de Av se permite interpolar linealmente entre valores del mismo
tipo de perfil.
Tabla 11. Valores del coeficiente Fv, para la zona de periodos cortos del espectro
De tal forma el Fv: 1.9
El Coeficiente de Importancia, I, modifica el espectro, y con ello las fuerzas de diseño, de
acuerdo con el grupo de uso a que esté asignada al proyecto
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Tabla 12. Valores del coeficiente de importancia, I.
Grupo de uso Coeficiente de importancia I
IV 1.50
III 1.25
II 1.10
I 1.00
8.3. Espectro de diseño para análisis sísmico
En análisis dinámico, solo para modos diferentes al fundamental en cada dirección
principal en planta [5].
Este espectro está definido para un coeficiente de amortiguamiento del 5 por ciento del
crítico.
Figura 15. Espectro Elástico de Aceleraciones de Diseño como fracción de g.
A continuación, se determinan los coeficientes de aceleración horizontal y vertical para el
análisis seudo-estático.
8.3.1. Coeficiente Horizontal
𝐶.𝐻 = 𝐴𝑎 ∗ 𝐹𝑎 ∗ 𝐼 ∗ 𝐾𝑠𝑡/𝑎𝑚𝑎𝑥
Donde Para efectos del análisis y diseño de taludes, se debe emplear la aceleración máxima
del terreno, amax obtenida bien sea de un espectro (aceleración del espectro de diseño para
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periodo cero) o por medio de análisis de amplificación de onda unidimensional o
bidimensional.
El coeficiente sísmico de diseño para análisis seudo-estático de taludes KST tiene valor
inferior o igual al de amax y se admiten los siguientes valores mínimos de KST amax,
dependiendo del tipo de material térreo (reforzado o no) y del tipo de análisis. (NSR-10,
Titulo H, 2010)
Tabla 13. Valores del coeficiente de importancia, I.
De tal forma se determina un Kst/amax igual a 0.80, siendo así el coeficiente horizontal:
𝐶.𝐻 = 0.25 ∗ 1.51.00 ∗ 0.80
𝐶.𝐻 = 0.30
8.3.2. Coeficiente Vertical
El coeficiente vertical se calcula a partir de multiplicar el coeficiente horizontal por sus 2/3
partes, es decir:
𝐶. 𝑉 =2
3∗ 𝐶.𝐻 ∗ 𝐶. 𝑉 =
2
3∗ 0.3
8.3.3. Factor de seguridad
En cualquier caso los Factores de Seguridad Básicos FSB aplicados al material térreo
(suelo, roca o material intermedio) no deben ser inferiores a los Factores de Seguridad
Básicos Mínimos FSBM o FSBUM de la tabla H.2.4-1, en la cual las cargas se refieren a
valores nominales sin coeficientes de mayoración.
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Tabla 14. Factores de Seguridad Básicos Mínimos Directos.
Para el análisis estático se determina un F.S mayor o igual a 1.5 y para el análisis seudo-
estático se determina un F.S mayor o igual a 1.05.
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9. Análisis de estabilidad
Para los análisis de estabilidad se requiere contar con un modelo geológico-geotécnico que
contenga al menos una sección transversal del terreno que incluyendo la localización y
características de la estructura, represente razonablemente la topografía de la superficie del
talud, en donde éste sea más alto o más empinado, la distribución de los materiales en
profundidad, las condiciones del agua subterránea y la localización de sobrecargas, que
definan el o los mecanismos de falla que se deban considerar para los análisis de
estabilidad. Cuando la irregularidad morfológica o litológico del terreno así lo indique, se
requerirá́ contar con por lo menos una sección en cada zona homogénea definida en el
modelo del área de estudio, en donde a criterio del ingeniero de geotecnia, exista
probabilidad cinemática de que se presenten procesos de inestabilidad. (NSR-10, Titulo H,
2010).
A continuación se muestran los perfiles para el análisis de estabilidad
Figura 16. Plano topográfico, vista de perfiles para el análisis de estabilidad. Fuente: Profesores
de la diplomada área de geotecnia.
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9.1. Perfil sección 1
9.1.1. Condición Natural
Las siguientes figuras (27 y 28) representan el análisis de estabilidad para el perfil en las
condiciones actuales del terreno en su forma estática y seudo-estática. Como se observa el
talud no cumple con el factor de seguridad mayor a 1.5 para estado estático y 1.05 para
estado seudo-estático. Es decir, se encuentra inestable.
Figura 17. Análisis de estabilidad estático Condiciones Naturales.
Figura 18. Análisis de estabilidad seudo-estático Condiciones Naturales.
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9.1.2. Condición cortes del terreno
Las siguientes figuras (29 y 30) representan el análisis de estabilidad para el perfil al
realizar la proyección del trazado de la vía en el terreno en su forma estática y seudo-
estática. Como se observa el talud no cumple con el factor de seguridad mayor a 1.5 para
estado estático y 1.05 para estado seudo-estático. es decir, se encuentra inestable.
Figura 19. Análisis de estabilidad estático Condiciones Cortes de terreno.
Figura 20. Análisis de estabilidad seudo-estático Condiciones Corte de terreno.
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9.1.3. Condición Cortes del terreno
Las siguientes figuras (31 y 32) representan el análisis de estabilidad para el perfil al
realizar perfilación de la geometría de los taludes y reemplazo de material orgánico de la
capa superficial del terreno para su análisis estática y seudo-estática. Como se observa el
talud cumple con el factor de seguridad mayor a 1.5 para estado estático y 1.05 para estado
seudo-estático. es decir, se encuentra estable.
Figura 21. Análisis de estabilidad estático Condiciones estables.
Figura 22. Análisis de estabilidad seudo-estático Condiciones estables.
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9.2. Perfil sección 2
9.2.1. Condición Natural
Las siguientes figuras (33 y 34) representan el análisis de estabilidad para el perfil en las
condiciones actuales del terreno en su forma estática y seudo-estática. Como se observa el
talud no cumple con el factor de seguridad mayor a 1.5 para estado estático y 1.05 para
estado seudo-estatico. es decir, se encuentra inestable.
Figura 23. Análisis de estabilidad estático Condiciones Naturales.
Figura 24. Análisis de estabilidad seudo-estático Condiciones Naturales.
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9.2.2. Condición Cortes y Llenos del terreno
Las siguientes figuras (35 y 36) representan el análisis de estabilidad para el perfil al
realizar la proyección del trazado de la vía en el terreno, realizando cortes y llenos para el
análisis estático y seudo- estatico. Como se observa el talud cumple con el factor de
seguridad mayor a 1.5 para estado estático, pero no cumple con el mayor o igual a 1.05
para estado seudo-estatico. es decir, se encuentra inestable.
Figura 25. Análisis de estabilidad estático Condiciones Cortes de terreno.
Figura 26. Análisis de estabilidad seudo-estático Condiciones Corte de terreno.
Condición, Obra de contención y Perfilación de taludes
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Las siguientes figuras (37 y 38) representan el análisis de estabilidad para el perfil al
realizar perfilación de la geometría de los taludes y muro en concreto con una altura de 4
metros, para su análisis estática y seudo-estática. Como se observa el talud cumple con el
factor de seguridad mayor a 1.5 para estado estático y 1.05 para estado seudo-estatico. es
decir, se encuentra estable.
Figura 27. Análisis de estabilidad estático Condiciones estables.
Figura 28. Análisis de estabilidad seudo-estático Condiciones estables.
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9.3. Empujes para el diseño estructural del muro
La presión que las tierras ejercen sobre la estructura que las contiene mantiene una estrecha
interacción entre una y otro. Depende, en términos generales del desplazamiento del
conjunto, así́: en el estado natural sin deformaciones laterales, se dice que la presión es la
del reposo; si el muro cede, la presión disminuye hasta un mínimo que se identifica como
el estado activo; si por el contrario, el muro se desplaza contra el frente de tierra, la presión
sube hasta un máximo que se identifica como el estado pasivo. Si el desplazamiento del
muro es vertical o implica un giro sobre la base, su distribución debe ser lineal o similar a
la hidrostática; si el giro se efectúa alrededor del extremo superior del muro, la distribución
debe adoptar una forma curvilínea. (NSR-10, Titulo H, 2010)
La fuerza por unidad de área para las condiciones del terreno se debe obtener mediante la
siguiente ecuación:
𝜎𝑎 = 𝛾𝑍𝐾𝑎′ cos 𝛼
Donde:
𝜸: Peso unitario del suelo
𝐾" :Coeficiente activo de Rankine
𝛼: Ángulo del talud respecto a la horizontal
𝑍:Altura del muro de contención
Figura 29. Variación del coeficiente de presión de tierras, K, con el desplazamiento.
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El coeficiente de presión activo de tierra se obtiene a partir de la siguiente ecuación:
𝐾𝑎′
= (1
cos2 ∅′) {2 cos2 𝛼 + [2(
𝑐′
𝛾𝑍) cos∅′ sin ∅′]
− √4 cos2 𝛼 (cos2 𝛼 − cos2 ∅′) + 4 (𝑐′
𝛾𝑍)2
cos2 ∅′ + 8(𝑐′
𝛾𝑍) cos2 𝛼 cos ∅′ sin ∅′} − 1
Dónde:
∅′: Angulo de fricción del suelo
𝛼: Angulo de inclinación del talud, es igual a cero.
𝑐’: Cohesión del suelo
𝜸: Peso unitario del suelo
𝑍:Altura del muro de contención
La fuerza por unidad de longitud para las condiciones del terreno se debe obtener mediante
la siguiente ecuación:
Donde:
𝑃𝑎 =1
2𝜎𝑎𝑍 + 𝐾𝑎′𝑞𝑍
𝜎𝑎: Fuerza sobre el muro por unidad de área
𝑍: Altura del muro de contención
De acuerdo con lo anterior se tienen los siguientes resultados:
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Tabla 15. Resumen empujes estáticos
𝑲𝒂 0.36
𝑷𝒂 [kN/m] 26,43
Tabla 13. Resumen empujes estáticos.
9.3.1. Coeficiente de empuje en reposo
En este caso el coeficiente de empuje en reposo depende del estado tensional del suelo
debido a los esfuerzos tectónicos a los que haya sido sometido el terreno y al grado de
consolidación.
No obstante, como aproximación se podrían emplearse las siguientes ecuaciones:
Para suelos Normalmente Consolidados
𝑘0 = 1 − 𝑠𝑒𝑛∅′
Dónde:
K0 = Coeficiente de empuje en reposo
∅′ = Angulo de fricción interna del suelo
Para suelos Sobre Consolidados
𝑘0 = (1 − 𝑠𝑒𝑛∅′)OCR𝑠𝑒𝑛∅′
Donde:
K0 = Coeficiente de empuje en reposo
∅′ = Angulo de fricción interna del suelo
OCR = Relación de sobre consolidación
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Tabla 16. Coeficiente de empuje pasivo.
𝑲𝟎 72
Fuente: Elaboración Propia
9.3.2. Coeficiente de empuje dinámico
Para el coeficiente de empuje dinámico se utilizó la teoría de Mononobe Okabe, criterio
más usado para considerar el efecto del sismo en la estructura de contención la cual está
sujeta a fuerzas horizontales y verticales inducidas por el sismo Calculándose por las
siguientes ecuaciones:
𝐸𝐴𝑇 = 𝐸𝐴𝐸 +𝐸𝐴𝐷
Donde:
𝐸𝐴𝑇= Empuje activo Total
𝐸𝐴𝐸 = Empuje activo Estático
𝐸𝐴𝐷 = Empuje activo Dinámico
𝐸𝐴𝑇 =1
2𝛾𝐻2(1 −𝐾𝑉)𝐾𝐴𝐷
Dónde:
𝐸𝐴𝑇= Empuje activo total (Estático más Dinámico) H = Altura del Muro
𝐾𝑉 = Coeficiente Sísmico de aceleración Vertical
𝛾 = Peso Específico del material
𝐸𝑃𝑇 =1
2𝛾𝐻2(1 −𝑘𝑣)𝐾𝑃𝑇
Donde:
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𝐸𝑃𝑇= Empuje Pasivo total (Estático más Dinámico) H = Altura del Muro
𝑘𝑉 = Coeficiente Sísmico de aceleración Vertical
𝛾 = Peso Específico del material
Tabla 17. Resumen empujes con sismo. Fuente: Elaboración Propia
𝑲𝑨𝑫 0.59
𝑲𝑷𝑫 2.93
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10. Recomendaciones geotécnicas
10.1. Estructuras de contención
Durante los procesos constructivos que involucran estructuras de contención,
independientemente del tipo de estructura del cual se trate (cantiliver, de gravedad, con
contrafuertes, apuntalada, etc.), se deberá prever los cuidados necesarios para no inducir
sobreesfuerzos que conlleven deformaciones sobre estas y que posteriormente puedan
reducir la capacidad de soporte para la cual fueron diseñadas, bajo la condición de carga
final de trabajo.
Se debe incluir la secuencia completa de ejecución de actividades, de manera tal que se
garantice que ni los suelos de cimentación ni aquellos que servirán de relleno a la estructura
de contención, sufran variaciones importantes en su rigidez y resistencia, y de manera
particular en la densidad del material a colocar en el trasdós del muro, toda vez que este
factor puede inducir degradación prematura de la estructura de contención.
Los sistemas de drenaje preventivo deberán diseñarse e instalarse en la forma adecuada
para buscar tanto la estabilidad de la estructura de contención como del material contenido
y la menor variación posible de las trayectorias de drenaje naturales. Cuando se trate de
estructuras de contención relacionadas con estabilidad de taludes o laderas producto de
análisis en estudios de remoción en masa, se deberán tener en cuenta además de los
requisitos contemplados en estas normas, aquellos prescritos por las normas que regulen
ese tipo de estudios en cada zona geográfica del país. (NSR-10, Titulo H, 2010)
10.2. Conformación de taludes existentes
Las obras de conformación de taludes existentes se ejecutarán con posterioridad a la
construcción de los drenes y obras de arte que puedan impedir o dificultar su realización.
Se eliminará de la superficie de los taludes cualquier material blando, inadecuado o
inestable que no se pueda compactar debidamente o que el Interventor considere que no
sirva a los fines previstos. Los huecos resultantes se rellenarán con materiales adecuados
provenientes de la misma explanación, de acuerdo con las indicaciones del Interventor.
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En caso de que se produzca un deslizamiento o un proceso de inestabilidad en el talud de
un terraplén, se deberá retirar y sustituir el material afectado por el mismo, y reparar el
daño producido en la obra. El contacto entre el material sustituido y el remanente en el
talud se deberá escalonar para asegurar la estabilidad del primero. A continuación, la
superficie final del talud se deberá perfilar de acuerdo con los criterios definidos en este
Artículo.
Los taludes deberán quedar conformados de acuerdo con el proyecto y las ordenes
complementarias del Interventor, debiendo mantenerse en perfecto estado hasta el recibo
definitivo de las obras, tanto en lo que se refiere a los aspectos funcionales como a los
estéticos.
El perfilado de taludes que se efectúe para armonizar con el paisaje circundante se deberá
hacer con una transición gradual entre taludes
de distinta inclinación. En los tramos de paso de excavación a terraplén y viceversa, los
taludes se alabearán para unirlos sin discontinuidades visibles. (INVIAS,
CONFORMACIÓN DE TALUDES EXISTENTES, 2013)
10.3. Lleno y reemplazos estructurales
Los llenos consisten en la colocación de capas, conformación y compactación de materiales
provenientes de las excavaciones, corte, material de préstamo o materiales. Al material a
utilizar para el lleno se le deben realizar los análisis de laboratorio pertinentes, para
garantizar que cuente con las propiedades físicas y mecánicas adecuadas para alcanzar el
grado de compactación y mínimo asentamiento requerido. (EPM, 2018)
Los materiales del lleno deben extenderse en capas horizontales y espesor uniforme de tal
forma que permita obtener el grado de compactación requerido.
En zonas anegadas, se debe vaciar una capa de concreto de baja resistencia de 5 cm de
espesor, por encima de la superficie de anegamiento.
Los llenos alrededor de pilas y alcantarillas deben depositarse simultáneamente en todos
los lados de la estructura y aproximadamente a la misma elevación. Los llenos al respaldo
de estribos, muros y otras estructuras, se deben ejecutar de manera tal que no se pongan en
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peligro su integridad y estabilidad, los procedimientos empleados para este fin deben contar
con previa aprobación de la Interventoría. (EPM, 2018)
Cuando sea necesaria la colocación de capas filtrantes detrás de estribos, muros y otras
obras, las capas deben colocarse y compactarse antes que los demás materiales de lleno,
tomando precauciones que garanticen que el material de las capas filtrantes no contamine
el material de lleno, si es del caso se deben utilizar geotextiles de acuerdo con las
indicaciones dadas en el diseño. Si no se requieren capas filtrantes al respaldo de las
estructuras, se debe
colocar grava en las cercanías de los orificios de drenaje, para evitar presiones excesivas
y segregación del material de lleno. (EPM, 2018).
10.4. Material de préstamo
Llenos realizados con materiales diferentes a los extraídos del área o zona de trabajo, estos
materiales pueden ser limos, arenillas u otros que al ser compactados tengan una densidad
seca mayor o igual al 95% de la densidad seca máximo obtenido mediante el ensayo Proctor
Modificado.
Si se van a utilizar materiales obtenidos por fuera del área de la obra o de préstamo, se
deben presentar los resultados de los ensayos necesarios: Proctor modificado, CBR, límites
de consistencia, gradación por mallas, lavado sobre malla No. 200, contenido de material
orgánico y otros que se consideren necesarios, con base en los cuales la Interventoría pueda
autorizar su utilización. (EPM, 2018)
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11. Diseño de pavimento
11.1. Método de diseño
Para el diseño de pavimentos flexibles se tomó como metodología de volúmenes de tránsito
el cual es una combinación de métodos existentes y se fundamenta en los métodos
AASHTO e INA.
11.2. VARIABLE TRANSITO
Se tuvieron en cuenta los aforos entregados por el docente para el análisis del TDPA que
es igual a un TDP el cual equivale a 435.
Mediante el cálculo se procedió a calcular el TPDi, pero al ser mayor a los TPDA
encontrados procedemos a elegir unos de los TPDA y se escogió el mayor para así tener
un N mayor y espesor de pavimento máximo.
Tabla 18. Aforos.
DIA LIVIANOS BUSES CAMIONES
C2-PEQUEÑO C2-GRANDE C3 y C4 C5 >C5
15-ago-19 36 6 10 10 0 0 0 62
16-ago-19 13 6 8 6 0 0 0 33
17-ago-19 20 5 11 11 0 0 0 47
TPD 69 17 29 27 0 0 0
Fuente: Docente diplomado en geotecnia vial
Tabla 19. Cálculo del TPDA
TOTAL 142
TOTAL CAMIONES 56
TOTAL BUSES 17
TOTAL AUTOS 69
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PAVIMENTO CAICEDO LA USA DIA TD (Tdi-TPDS) (Tdi-TPDS)^2
DIA TRANSITO DIARO 1 62 15 215
1 62 2 33 -14 205
2 33 3 47 0 0
3 47 TPDS 20 suma(Tdi-TPDS)^2 421
TPD 142 S 15
TPDS 47 TPDA+ 435
TPDA- 406
TPDM 36
Fm 12
Fd 0,33
TPDi 568
A continuación, se presenta la ecuación utilizada para determinar la desviación estándar de la
muestra:
𝑠 = √∑(𝑇𝐷𝑖−𝑇𝑃𝐷𝑆)
2
𝑛−1Ecuación 1
El rango del tránsito promedio diario anual (TPDA) está dado por:
𝑇𝑃𝐷𝐴 = 𝑇𝑃𝐷𝑆 ± 𝑧𝑐𝑠
√𝑛[√
𝑁−𝑛
𝑁−1]Ecuación 2
Donde tomamos 𝑧𝑐 como 1.64 para una confiabilidad del 90%
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Figura 30. Ajustes de volúmenes de transito
Después de ello realizamos el valor de N y un periodo de diseño de 20 años con una tasa
de crecimiento del tránsito 3% por norma la tasa del crecimiento del tránsito según el INA
es de 0% al 10%
11.3. Números de ejes equivalentes
𝑁 = 𝑇𝑃𝐷𝐴 ∗𝐴
100∗
𝐵
100∗ 365 ∗
(1 + 𝑟)𝑛 − 1
ln(1 + 𝑟)∗ 𝐹. 𝐶.
Donde:
A: Factor de distribución direccional.
B: Factor de distribución para carril de diseño.
r: Rata de crecimiento del tránsito.
TPDA: Tránsito promedio diario anual.
F.C: Factor camión
n: Lapso que transcurre desde que un pavimento se da al servicio hasta que alcanza su
índice de servicio terminal.
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11.4. Factor de distribución direccional
Para calles y carreteras de dos carriles, el Carril de Diseño puede ser cualquier carril de la
facilidad del pavimento. Para las calles y carreteras de carriles múltiples es generalmente
el carril externo. Bajo algunas condiciones los camiones pueden viajar más en una
dirección que en la otra. En muchos lugares, camiones cargados viajarán en una dirección
y camiones vacíos en la otra dirección. En la ausencia de datos específicos, la figura 43
puede usarse para determinar la proporción relativa de camiones a ser esperados para el
Carril del Diseño.
Tabla 20. Porcentaje de Tráfico Total de Camiones en el carril de diseño
Número de Carriles de Tráfico (Dos
Direcciones)
Porcentaje de Camiones en el Carril de
Diseño
2 50
4 45 (35-48)
6 ó más 10 (25-48)
11.5. Factor camión
Tabla 21. Factor camión
CAMIONES TIPO %
C2P 51,79%
C2G 48,21%
C3 y C4 0,00% C5 0,00%
>C5 0,00% FACTOR CAMIÓN= 1,4
El Factor camión se puede entender como el número de aplicaciones de ejes sencillos
cargados con 81.81 kN (8.2 toneladas) que es necesario que circulen por un pavimento para
hacer el mismo daño que un camión con una carga cualquiera.
𝑁 = 435 ∗50
100∗100
100∗ 365 ∗
(1 + 0,03)𝑛 − 1
𝑙𝑛(1 + 0,03)∗ 1,4
𝑁 = 3′005.792
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11.6. Caracterización de los materiales
Para el diseño de los espesores de una sección estructural del pavimento flexible, el método
del Instituto del Asfalto considera importante caracterizar los materiales mediante la
determinación del Módulo de Resiliencia (MR). En orden de facilitar el uso de los ábacos
de diseño con otros ensayos ampliamente usados, se han establecido correlaciones con el
Índice de Soporte California (CBR).
El módulo de resiliencia puede ser aproximado de los valores de los ensayos CBR según
la relación: MR (MPa) = 10.3 CBR o MR (psi) = 1500 CBR.
El módulo de resiliencia de la subrasante de diseño está definido como el valor del módulo
de resiliencia de la subrasante que es menor del 60, 75, o 87,5 por ciento de todos los
valores del ensayo en la sección. Estos porcentajes se relacionan a los niveles de tráfico
como se muestra en la Tabla 22
Tabla 22. Valor Percentil del MR para Diseño de la Subrasante, de acuerdo con el nivel del transito
Nivel de tráfico EAL Valor de la Subrasante de Diseño
104 ó menos 60
Entre 104 y 106 75
106 ó más 87.5
Tabla 23. Cálculo del módulo de resiliencia para la subrasante
CÁLCULO MODULO DE RESILIENCIA
CBR (%)
MODULO DE
RESILIENCIA
N° de valores
mayores o iguales
Porcentaje de
valores mayores o
iguales Mpa Psi
3,9 40,17 5850 1 25%
4,1 42,23 6150 2 50%
4,7 48,41 7050 3 75%
5,2 53,56 7800 4 100%
ƩMr 184,37 26850
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Figura 31. Módulo de resiliencia para la subrasante
11.7. Características de los materiales
Todos los materiales se caracterizan por un módulo de elasticidad (también llamado
módulo dinámico, en mezclas asfálticas; o módulo de resiliencia, en materiales granulares
no tratados o materiales de suelos) y el módulo de Poisson. Los valores específicos fueron
seleccionados basados en la experiencia y el estudio extenso de datos de ensayos reales.
Tabla 24. Porcentaje y Mr de la subrasante
MATERIALES
SUBRASANTE CBR % = 4,70
MR SUBRASANTE= 7050 psi
MR SUBRASANTE= 48,41 Mpa
11.8. CONCRETO ASFÁLTICO
El módulo dinámico de las mezclas de concreto asfáltico es muy dependiente de la
temperatura del pavimento. Para simular los efectos de temperatura como los cambios a lo
largo del año, fueron utilizadas tres distribuciones típicas de temperatura promedio mensual
100
%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20% 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500
8000 8500
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del aire, representando tres regiones climáticas típicas de América del Norte. Los valores
del módulo dinámico apropiados fueron seleccionados después de un estudio extenso de
las relaciones de módulo-temperatura y propiedades del asfalto.
11.9. Materiales granulares no tratados
El módulo de resiliencia de los materiales granulares no tratados varían con las condiciones
de esfuerzos en el pavimento. En el desarrollo del método del Instituto del Asfalto, tres
juegos de condiciones medioambientales fueron seleccionados para representar el rango de
condiciones a que el manual debe aplicar:
Tabla 24. Temperaturas convenientes para el asfalto
Temperatura Promedio Anual del Aire Efectos de Heladas
≤7°C (45°F) Si
15.5°C (60°F) Posible
≥24°C (75°F) No Fuente: Asphalt Institute’s Thickness Design Manual (MS-1)
La Temperatura Promedio Anual del Aire (MAAT) fue usada para caracterizar las
condiciones medioambientales aplicables a cada región, y las características de los
materiales fueron seleccionadas apropiadamente.
11.10. VENTAJAS DE PAVIMENTOS DE ASFALTO FULL-DEPTH
1. El tiempo requerido para la construcción es reducido.
2. Cuando el espesor colocado es de 100 mm (4 in.) o más, pueden extenderse las
temporadas de construcción.
3. Hay menos interferencia con las utilidades en una construcción de calle de ciudad
porque los pavimentos Full- Depth son más delgados que las estructuras de pavimento con
capas de agregado no tratado.
4. Son generalmente menos afectados por la humedad
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Figura 32. Grafica para el cálculo del espesor del asfalto Full-Depth.
Tabla 25. Espesor del asfalto Full-Depth
ESPESORES DEL PAVIMENTO
e= 230 mm
e= 23 Cm
11.11. Recomendación estructura de pavimento
Para el diseño de pavimento las recomendaciones dadas es realizarse el procedimiento a
cualquier hora de la tarde para que cumpla la temperatura ambiente recomendada y
trabajaremos con una mezcla Full Depth con un espesor total de 23 cm.
• FULL DEPTH ASPHALT CONCRETE= 23 Cm
• SUBRASANTE= 4,7% y Mr= 7050 Psi
FULL DEPTH ASPHALT CONCRETE
D1=23 cm
SUBRASANTE
MR=7050
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CBR=4,7%
Figura 33. Pavimento Full Depth
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12. Conclusiones académicas
Haber profundizado temas vistos previamente durante el pregrado, en áreas de
mucha importancia como los suelos y pavimentos.
Se logra fortalecer conocimientos prácticos que sin duda alguna servirán de mucha
ayuda en nuestro proceso como profesionales en el campo laboral
A nivel técnico se pudo identificar como la normatividad siempre será la base del
buen resultado de los proyectos, que se garanticen obras seguras, económicas y
eficaces.
Durante la realización del análisis de estabilidad de taludes, se pudo identificar la
importancia de los parámetros mecánicos de los suelos en el factor de seguridad.
El muro propuesto, es netamente con fines de confinar el material de lleno, por más
que el programa muestre un factor de seguridad estables, técnicamente las
condiciones del lleno se prestan para ser confinados por una obra de contención.
La metodología propuesta para el diseño de la estructura de pavimento fue sin duda
de mucho provecho a nivel de adquirir conocimientos, sin embargo, sería bueno
implementar metodologías como el INVIAS, y más opciones de estructuras ya que
no siempre las condiciones del proyecto se prestan para pavimentos asfálticos.
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13. Bibliografía
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