ESTUDIO DE SUELOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO PROGRESO CORRALEJA

“ESTUDIOS DE LA REHABILITACIÓN DE LA VÍA PROGRESO-CORRALEJA, UBICADA EN EL

CANTÓN NABÓN, DE 16,7 KM”

Informe PreliminarDiseño de Pavimentos

ESTUDIOS PARA REHABILITACIÓN DE LA VIA PROGRESO – CORRALEJA, UBICADA EN EL CANTON NABÓN DE 16,7 KM

DISEÑO DE PAVIMENTO

CONTENIDO

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

1.1. ANTECEDENTES......................................................................................................1

1.2. OBJETIVO..................................................................................................................1

1.3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO..........................................................................1

1.4. METODOLOGÍA DE TRABAJO..............................................................................2

2. ESTUDIO DE TRÁFICO...................................................................................................3

2.1. DETERMINACIÓN DEL TPDA................................................................................3

2.1.1. CONTEO VEHICULAR.....................................................................................4

2.1.2. TRÁFICO PROMEDIO DIARIO.......................................................................4

2.1.3. CÁLCULO DEL TRÁFICO PROMEDIO DIARIO ANUAL.............................5

2.1.4. TASAS DE CRECIMIENTO..............................................................................7

2.1.5. PROYECCIONES DEL TPDA..........................................................................8

2.2. CONSIDERACIONES PARA EL CÁLCULO DE EJES EQUIVALENTES.........9

2.3. CALCULO DEL FACTOR EQUIVALENTE DE CARGA.......................................9

2.4. CÁLCULO DE EJES EQUIVALENTES DE CARGA (ESALs)...........................10

3. ESTUDIO DE SUELOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO...................................12

3.1. TRABAJO DE CAMPO...........................................................................................12

3.1.1. CONO DINÁMICO DE PENETRACION.......................................................13

3.2. ENSAYOS DE LABORATORIO............................................................................14

3.3. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA..................................................................15

4. DISEÑO DE PAVIMENTO POR EL MÉTODO DE LA AASHTO 1993......................27

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..............................................................37

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................37

LISTADO DE ANEXOS

1




Anexo No Contenido

A Ubicación de calicatasB Resultados Cono Dinámico de PenetraciónC Ensayos de LaboratorioD Áreas a reponer estructura de calzada

2




ESTUDIOS PARA REHABILITACIÓN DE LA VIA PROGRESO – CORRALEJA, UBICADA EN EL CANTON NABÓN DE 16,7 KM

DISEÑO DE PAVIMENTO

1. INTRODUCCIÓN

1.1. ANTECEDENTES

El Ministerio de Transporte y Obras Públicas ha contratado los ESTUDIOS DE LA REHABILITACION DE LA VIA PROGRESO - CORRALEJA, UBICADA EN EL CANTON NABON DE 16,7 KM, para brindar mayor comodidad a los habitantes de la parroquia Progreso y la comunidad de Corraleja, perteneciente a esta última.

1.2. OBJETIVO

Establecer dos alternativas de diseño de la estructura del pavimento determinando los espesores de las capas de cada una de ellas. Para este tipo de vía se optará por el pavimento flexible: 1º Alternativa. Carpeta Asfáltica. 2º Alternativa. Doble tratamiento superficial Bituminoso.

1.3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

La Rehabilitación de la vía inicia en la entrada al Progreso, acceso de la carretera E35 Cumbe-La Jarata-Oña (Km 0+000) y finaliza en Corraleja (Km 15+979.15).

La zona en estudio se encuentra ubicada al sur de la República del Ecuador, al suroeste del Cantón Nabón. Se encuentra dentro de las coordenadas: 0+000 – 702415.062 E, 9630561.231N; 15+979.15 – 696194.218 E, 9625485.446N.

Adicionalmente, en base a los recorridos de campo realizados conjuntamente con la Supervisión se contemplan en el presente estudio el ingreso alterno al centro parroquial de El Progreso y el ingreso al colegio del centro parroquial, para los que se considerará la misma estructura de pavimento.

En la figura Nº1 se presenta el mapa de ubicación de la zona en estudio:

1




Figura Nº 1 Ubicación de la zona en estudio

De acuerdo a los términos de referencia la vía tiene las siguientes características:

Datos Importantes Existente PropuestaLongitud (km) 16,7 -Tipo de vía C.V. - clase 5 C.V. – clase 7Tipo de terreno Montañoso MontañosoSección transversal (m) 6.00 6.00Tipo de capa de rodadura Granular D.T.S.B a base asfáltica

Cuadro 1. Características del proyecto

1.4. METODOLOGÍA DE TRABAJO

La presente investigación se ha realizado en base a trabajos de campo y escritorio, cuyo procedimiento se detalla continuación:

1. Ejecución de 10 calicatas hasta una profundidad de 1.50 m, separadas 2 km de donde se tomaron muestras representativas para los respectivos ensayos de laboratorio.

2. Ensayos de campo mediante el Cono Dinámico de Penetración.3. Estimación de las cargas de tráfico que soportará la estructura.4. Diseño de los espesores de la estructura del pavimento por el método

AASTHO 1993.

2




2. ESTUDIO DE TRÁFICO

La Ingeniería de Tráfico es una herramienta fundamental dentro de lo que constituye el estudio del flujo vehicular, la cual nos permite tener un conocimiento más profundo en cuanto a lo que se refiere al volumen de tráfico, variación, tasas de crecimiento, y clasificación del parque automotor; parámetros que nos ayudan a determinar la capacidad o volumen máximo de vehículos que una carretera puede absorber.

La información sobre el tráfico debe comprender la determinación del tráfico actual (volúmenes y tipos de vehículos), en base a conteos e investigaciones de origen – destino y del tráfico futuro a base de pronósticos.

Este tipo de investigaciones en los proyectos de mejoramiento de carreteras existentes (rectificación de trazado, ensanchamiento, pavimentación, etc.) o de construcción de carreteras alternas entre puntos ya conectados por vías de comunicación, es relativamente fácil cuantificar el tránsito actual y pronosticar la demanda futura.

Previo a realizar el diseño de pavimento se requiere del estudio de tráfico para estimarlo para un periodo de diseño de 10 y 20 años.

2.1. DETERMINACIÓN DEL TPDA

El Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) es el número de vehículos que transitan por una sección de vía en una unidad de tiempo; o es también el promedio de los volúmenes diarios registrados en un determinado período. Es primordial para el diseño geométrico de una carretera al considerar los vehículos livianos y buses, como también para el diseño de la estructura del pavimento.

El TPDA nos permite tener un conocimiento más profundo en cuanto al volumen de tráfico anual, variaciones del tráfico, la tasa de crecimiento, y clasificación del parque automotor; parámetros que nos ayudan a determinar la capacidad de soporte de una vía.

Una vez que obtenemos los datos resultantes de un conteo manual (tráfico observado) como del automático procedemos a calcular el TPDA, multiplicando el tráfico observado por los siguientes factores de variación: horario, diario, semanal, mensual; para los cuales requerimos conocer el consumo de combustibles, el crecimiento poblacional y el número de vehículos matriculados por clase.

Los diseños depende de forma directa del tránsito promedio diaria anual (TPDA), sin embargo lo que es aún más importante es la proyección del tránsito ya que las vías se diseñan para base al tráfico actual y futuro en periodos de 10 y 20 años, para esto deben utilizarse métodos confiables que reflejes óptimos resultados.

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2.1.1. CONTEO VEHICULAR

El conteo vehicular se realizó los días en donde transitan un mayor número de vehículos para de esta manera obtener una muestra representativa.

Se establecieron dos estaciones de conteo, una en Progreso y otra en Susudel, de acuerdo al criterio emitido por el especialista de tráfico del Ministerio de Transporte y Obras Públicas, de los cuales se obtuvieron los siguientes resultados (cuadro 2. Conteos manuales – Estación Progreso y cuadro 3. Conteos manuales – Estación Susudel:

2 ejes simples

Buses1 eje simple y eje simple con doble llanta (no buses)

1 eje simple y 1 tandem

TIPO A TIPO B TIPO C TIPO D

Jueves 8 de agosto 53 5 15 0 73

Viernes 9 de agosto 50 3 12 0 65

Sabado 10 de agosto 46 3 21 0 70

Domingo 11 de agosto 102 3 18 0 123

RESULTADOS DE LOS CONTEOS MANUALES - ESTACION PROGRESO

DIA TOTAL

Cuadro 2. Conteos manuales – Estación Progreso

2 ejes simples

Buses1 eje simple y eje simple con doble llanta (no buses)


TIPO A TIPO B TIPO C TIPO D

Jueves 8 de agosto 37 2 3 0 42

Viernes 9 de agosto 50 2 4 0 56

Sabado 10 de agosto 48 2 3 0 53

Domingo 11 de agosto 58 5 6 0 69

RESULTADOS DE LOS CONTEOS MANUALES - ESTACION SUSUDEL

DIA TOTAL

Cuadro 3. Conteos manuales – Estación Susudel

2.1.2. TRÁFICO PROMEDIO DIARIO

Para obtener el tráfico promedio diario, se procede a tabular los datos por cada hora de acuerdo a la clasificación vehicular empleada. Se totalizan las frecuencias horarias para obtener la composición del tráfico duras las 24 horas, con lo que se consigue obtener los porcentajes de los diferentes tipos de vehículos que transitan por esta vía.

4




Para determinar el Tránsito Promedio Diario (TPD), se suman los totales diarios y se dividen para el número de días que duró el conteo, como se presentan en el Cuadro 4 y Cuadro 5.

JUEVES a

VIERNES b

SABADO c

DOMINGO d

TRAFICO PROMEDIO

DIARIO ((a+b)*5/2 + (c+d))

/ 7TIPO A 53 50 46 102 58

TIPO B 5 3 3 3 4

TIPO C 15 12 21 18 15

TIPO D 0 0 0 0 0

TRAFICO PROMEDIO DIARIO TOTAL 77

VEHICULOS

DIAS DE CONTEO

Cuadro 4. TPD – Estación Progreso

JUEVES a

VIERNES b

SABADO c

DOMINGO d

TRAFICO PROMEDIO

DIARIO ((a+b)*5/2 + (c+d))

/ 7TIPO A 37 50 48 58 46

TIPO B 2 2 2 5 2

TIPO C 3 4 3 6 4

TIPO D 0 0 0 0 0

TRAFICO PROMEDIO DIARIO TOTAL 52

VEHICULOS

DIAS DE CONTEO

Cuadro 5. TPD – Estación Susudel

2.1.3. CÁLCULO DEL TRÁFICO PROMEDIO DIARIO ANUAL

Una vez calculado el TPD se procede a determinar el TPDA 2013 empleando los factores horarios, diarios, semanales y mensuales. Los factores y los porcentajes del conteo ponderado se observan en el Cuadro 6. Estación Progreso y Cuadro 7. Estación Susudel.

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Tipo de vehiculo2 ejes

simplesBuses

1 eje simple y eje simple con doble llanta (no buses)


Nomenclatura TIPO A TIPO B TIPO C TIPO D

Numero de vehiculos 58 4 15 0 77

Porcentaje 75.37 4.83 19.80 0.00 100.00

FACTOR HORARIO (FH) ------- > FH= 1.1 al carecer de conteos automaticos

FACTOR DIARIO (FD) ------- > FD= 1 por ser una estimacion ponderada

FACTOR SEMANAL (FS) ------- > FS= 1 al carecer de conteos automaticos

FACTOR MENSUAL (FM) ------- > FM= 0.9724 del consumo de combustible

TPDA=TRAFICO EN EL CONTEO MANUAL * FH * FD * FS * FM

TOTAL

PORCENTAJES CORRESPONDIENTES AL CONTEO PONDERADO

FACTORES PARA DETERMINAR EL TRAFICO PROMEDIO DIARIO ANNUAL (TPDA)

Cuadro 6. Porcentajes del conteo ponderado y Factores para determinar el TPDA – Estación Progreso

Tipo de vehiculo2 ejes

simplesBuses

1 eje simple y eje simple con doble llanta (no buses)


Nomenclatura TIPO A TIPO B TIPO C TIPO D

Numero de vehiculos 46 2 4 0 52

Porcentaje 88.15 4.63 7.22 0.00 100.00

FACTOR HORARIO (FH) ------- > FH= 1.1 al carecer de conteos automaticos

FACTOR DIARIO (FD) ------- > FD= 1 por ser una estimacion ponderada

FACTOR SEMANAL (FS) ------- > FS= 1 al carecer de conteos automaticos

FACTOR MENSUAL (FM) ------- > FM= 0.9724 del consumo de combustible

TPDA=TRAFICO EN EL CONTEO MANUAL * FH * FD * FS * FM

TOTAL

PORCENTAJES CORRESPONDIENTES AL CONTEO PONDERADO

FACTORES PARA DETERMINAR EL TRAFICO PROMEDIO DIARIO ANUAL (TPDA)

Cuadro 7. Porcentajes del conteo ponderado y Factores para determinar el TPDA – Estación Susudel

Los resultados del cálculo del TPDA 2013 se presentan en los Cuadros 8 y 9 para la estación de Progreso y Susudel respectivamente:

6




TPDA (2013) VEHICULOS TIPO A: 62

TPDA (2013) VEHICULOS TIPO B: 4

TPDA (2013) VEHICULOS TIPO C: 16

TPDA (2013) VEHICULOS TIPO D: 0

TPDA (2013) TOTAL: 82

TPDA 2013

Cuadro 8. TPDA 2013 – Estación Progreso

TPDA (2013) VEHICULOS TIPO A: 49

TPDA (2013) VEHICULOS TIPO B: 3

TPDA (2013) VEHICULOS TIPO C: 4

TPDA (2013) VEHICULOS TIPO D: 0

TPDA (2013) TOTAL: 56

TPDA (2013)

Cuadro 9. TPDA 2013 – Estación Susudel

2.1.4. TASAS DE CRECIMIENTO

Como se mencionó anteriormente se requiere las proyecciones del TPDA 2013 hasta 20 años para el diseño de pavimento. Para el cálculo de las proyecciones se tomaran las tasas de crecimiento para el Azuay sugeridas por el Ministerio de Transporte y Obras Públicas como se presenta en el Cuadro 10.

TASAS DE CRECIMIENTO POR QUINQUENIO AZUAY

PERIODO LIVIANO BUS CAMION

2012 - 2015 4.39 1.69 3.37

2015 - 2020 3.88 1.5 3.08

2020 - 2025 3.38 1.35 2.78

2025 - 2030 3.02 1.23 2.52

2030 - 2035 2.77 1.13 2.29

Fuente 2012 MTOP

Cuadro 10. Tasas de crecimiento para el Azuay

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2.1.5. PROYECCIONES DEL TPDA

Las proyecciones del TPDA se las realizará empleando las tasas de crecimiento propuestas en el acápite 2.1.4.

Inicialmente se hace una proyección del TPDA 2013 para el año estimado de funcionamiento (2014) como se observa en los Cuadros 11 y 12:

AÑOTasa crec.

(%)TPDA

Veh. Tipo ATPDA

Veh. Tipo BTPDA

Veh. Tipo CTPDA

Veh. Tipo DTPDA

TOTAL

2014 2.6 64 4 17 0 84

Tasa de creciento poblacional del azuay: 2,6 Fuente: INNEC

PROYECCION DEL TPDA ACTUAL (2013) AL AÑO DE FUNCIONAMIENTO ESTIMADO (2014)

Cuadro 11. Proyección TPDA 2013 a 2014 – Estación Progreso

AÑOTasa crec.

(%)TPDA

Veh. Tipo ATPDA

Veh. Tipo BTPDA

Veh. Tipo CTPDA

Veh. Tipo DTPDA

TOTAL

2014 2.6 51 3 4 0 58

Tasa de creciento poblacional del azuay: 2,6 Fuente: INNEC

PROYECCION DEL TPDA ACTUAL (2013) AL AÑO DE FUNCIONAMIENTO ESTIMADO (2014)

Cuadro 12. Proyección TPDA 2013 a 2014 – Estación Susudel

Las proyecciones del TPDA para los periodos de diseño se presentan en los Cuadros 13 y 14:

AÑOTPDA

LIVIANOTPDA BUS

TPDA Veh. TIPO C

TPDA Veh. TIPO D

TPDA TOTAL

2024 92 5 22 0 119

2034 123 5 29 0 157

PROYECCIONES DEL TPDA PARA LAS ETAPAS DEL PROYECTO

Cuadro 13. Proyecciones – Estación Progreso

AÑOTPDA

LIVIANOTPDA BUS

TPDA Veh. TIPO C

TPDA Veh. TIPO D

TPDA TOTAL

2024 73 3 6 0 82

2034 98 3 7 0 108

PROYECCIONES DEL TPDA PARA LAS ETAPAS DEL PROYECTO

Cuadro 14. Proyecciones – Estación Susudel

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2.2. CONSIDERACIONES PARA EL CÁLCULO DE EJES EQUIVALENTES

Se debe tener en consideración que para el cálculo de los ejes equivalentes es necesario conocer las cargas que son transmitidas al pavimento mediante los dispositivos de apoyo como son los ejes que distribuyen la carga toral sobre una mayor superficie.

La carga uniformizada que se obtiene al determinar un numero equivalentes de ejes según la AASHTO es de 18.000 Libras o 8.2 Toneladas.

En el diseño de pavimento se consideran las cargas que generan los vehículos pesados como buses y camiones.

2.3. CALCULO DEL FACTOR EQUIVALENTE DE CARGA

Este factor expresa el daño que ha producido cada eje en el pavimento, al ser necesario expresar el daño en términos del deterioro generado por un vehículo, se suman todos los factores equivalentes de carga y se obtiene el Factor Camión.

El factor equivalente de carga (FEC) se obtiene a partir de la siguiente expresión:

FEC=( PPo )N

Donde:

P = carga máxima por eje del camión

Po = eje equivalente de carga

N = coeficiente empírico (según se determinó en el ensayo AASHTO el valor oscila entre 3.8-4.2, por lo que se adopta un valor de 4).

En los Cuadros 15 y 16 se determina el Factor camión para las Estaciones de Progreso y Susudel:

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TIPO DE VEHICULO N° DE EJESPESO POR EJE (TON)

PORCENTAJE DEL TRAFICO

FACTOR DE CARGA *

CARGA EQUIVALENTE

1 1 75.37 0.00022 0.00017

2 2.5 0.00864 0.00651

1 3.9 4.83 0.05117 0.00247

2 9.2 1.58451 0.07657

1 5.5 19.80 0.20239 0.04006

2 11 3.23829 0.641040.76683

Tipo A (Liviano)

CALCULO DEL FACTOR CAMION

FACTOR CAMION

Tipo B (Bus)

Tipo C (Camion C2)

Cuadro 15. Factor Camión – Estación Progreso

TIPO DE VEHICULON° DE EJES

PESO POR EJE (TON)

PORCENTAJE DEL TRAFICO

FACTOR DE CARGA *

CARGA EQUIVALENTE

1 1 88.15 0.00022 0.00019

2 2.5 0.00864 0.00762

1 3.9 4.63 0.05117 0.00237

2 9.2 1.58451 0.07340

1 5.5 7.22 0.20239 0.01461

2 11 3.23829 0.233830.33202FACTOR CAMION

CALCULO DEL FACTOR CAMION

Tipo B (Bus)

Tipo C (Camion C2)

Tipo A (Liviano)

Cuadro 16. Factor Camión – Estación Susudel

2.4. CÁLCULO DE EJES EQUIVALENTES DE CARGA (ESALs)

El tránsito está compuesto por vehículos de diferente peso y cantidad de ejes, por lo que para efectos de cálculos de transforma en un número equivalente de ejes tipo de 80 KN con el nombre de Carga de eje simple equivalente (ESALs).

Al tener distintos espesores y materiales de pavimentos responden de diferente manera a una misma carga, es por esto que las fallas serán distintas de acuerdo a la intensidad de la carga y características del pavimento. Teniendo en cuenta esta diferencia el transito se reduce a un número equivalente de ejes de una determinada carga que producirá el mismo daño que toda la composición de tránsito.

Anteriormente se determinaron el Factor de Carga y El Factor Camión, obtenidos estos datos se procede a calcular el Número de Ejes Equivales de 8.2 Tn para el período de diseño (N):

10

N=TPDA i+TPDA f

2∗K∗n∗Fc




Donde:

TPDAi = Tráfico promedio diario anual al primer año

TPDAf = Tráfico promedio diario anual al final del período

K = Porcentaje de distribución de tráfico, dependiendo del número de carriles. Se asume el valor de k=0,5 como porcentaje de distribución del tráfico, ya que la vía en estudio es de 2 carriles.

n = Número de años que corresponde al periodo de diseño. En la formula convertir a días.

Fc = Factor Camión

En los Cuadros 17 y 18 se presenta el tráfico de diseño para las diferentes etapas:

TRAFICO DE DISEÑO 1º ETAPA:N10 = 131383.01


ESTACION PROGRESO

Cuadro 17. Tráfico de Diseño – Estación Progreso



ESTACION SUSUDEL

Cuadro 18. Tráfico de Diseño – Estación Susudel

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3. ESTUDIO DE SUELOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO

El estudio consiste en determinar las principales propiedades de los materiales de la subrasante, como, análisis granulométricos, densidad máxima, valor del CBR, para la la Rehabilitación de la Vía Progreso - Corraleja, ubicada en el Cantón Nabón, de 16,7 km de longitud.

3.1. TRABAJO DE CAMPO

Los trabajos de campo iniciaron con los recorridos para determinar las zona con problemas para poder empezar con la exploración geotécnica, para ello se procedió a realizar diez calicatas a cielo abierto hasta una profundidad de 1.50 m, de donde se tomaron muestras representativas para los correspondientes ensayos de laboratorio, además se realizaron ensayos con el cono dinámico de penetración (CDP).

A continuación se detalla la ubicación de las calitas a cielo abierto y se observa en forma explícita en el Anexo A. Ubicación de calicatas:

CALICATAS Nº Coordenadas UTM FOTO Nº

X Y

1 702.398 9’630.575 1 - 2

2 701.185 9’630.412 3 - 4

3 700.233 9’630.595 5 - 6

4 699.366 9’630.333 7 - 8

5 698.678 9’630.375 9 - 10

6 697.676 9’630.101 11 - 12

7 696.716 9’628.730 13 - 14

8 695.058 9’628.523 15 - 16

9 695.689 9’627.645 17 - 18

10 696.383 9’625.940 19 - 20Cuadro 19. Ubicación de Calicatas

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3.1.1. CONO DINÁMICO DE PENETRACION

Mediante este ensayo se evalúa la resistencia in situ de suelos inalterados, la tasa de penetración de DCP de 8 kg puede ser empleada para estimar la CBR in situ. Esta medida de CBR de campo por lo general no se correlaciona con el CBR de laboratorio, por lo que este ensayo debe interpretarse entonces como una evaluación del la resistencia in situ de la subrasante bajo las condiciones existentes en el terreno.

El equipo que se empleó para este ensayo consta de (ver figura 2):

Un martillo de 8 kg de peso. Una regleta de medida de altura de caída de 575 mm Barras roscables. Cono de 60º de 20 mm de diámetro

Figura 2. Equipo para DCP

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Los resultados de los DCP se presentan en el Anexo B y un resumen a continuación:

CALICATA Nº

CBR 95%

1 5.81

2 6.72

3 4.11

4 3.65

5 9.65

6 7.94

7 6.99

8 5.44

9 15.19

10 3.65

Cuadro 20. Resultados DCP

3.2. ENSAYOS DE LABORATORIO

Los ensayos de laboratorio nos darán los parámetros mecánicos del suelo donde se prevé construir las obras de infraestructura. Las propiedades del suelo se pueden obtener a través de pruebas de laboratorio como:

Contenido de humedad natural (ASTM D2216). Plasticidad a través de los Límites de Atterberg: límite líquido (ASTM 423-66) y

límite plástico (ASTM 424-59). Distribución granulométrica (ASTM D422-63). Compactación: Proctor Modificado bajo la norma ASSHTO T180-70 Prueba de Valor Relativo de Soporte CBR (ASTM D1883-73)

A continuación se presenta un resumen de los ensayos realizados, y los ensayos en su totalidad se presentan en el Anexo C.

CALICATA Nº

MUESTRA Nº

% nat % LL % LP % IP SUCS ASSHTO CBR 95%

1 1 24.30 37.52 22.93 14.5 SC A-2-6 -

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CALICATA Nº

MUESTRA Nº

% nat % LL % LP % IP SUCS ASSHTO CBR 95%

9

1 2 25.97 NP NP NP SM A-2-4 -

1 3 20.48 NP NP NP SM A-1-b -

2 1 26.78 47.70 22.32 25.38

CL A-7-6 -

3 1 32.74 48.65 18.97 29.68

CL A-7-6 3.35

4 1 35.31 31.45 24.24 7.21 SM A-2-4 -

5 1 29.30 48.70 22.58 26.12

CL A-7-6 -

6 1 25.86 35.45 23.47 11.98

GC A-2-4 12.80

7 1 25.74 NP NP NP SW A-1-b -

7 2 25.49 NP NP NP SM A-1-b -

8 1 18.24 NP NP NP GP A-1-a -

8 2 27.08 49.48 20.52 28.96

CL A-7-6 4.50

9 1 16.69 NP NP NP SP A-1-b -

9 2 10.42 NP NP NP SP A-1-b -

10 1 37.02 54.55 22.89 31.66

CH A-7-6 -

Cuadro 21. Resultados de Laboratorio

3.3. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA

El propósito fundamental de la investigación geotécnica es definir las condiciones físicas y características geomecánicas del subsuelo en la zona de estudio por medio de la toma de muestras y ensayos de laboratorio. A continuación se presentan las hojas de registro de los perfiles estratigráficos y en el Anexo A se observa su ubicación el perfil de la vía.

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VIA PROGRESO-CORRALEJA

Obra: Estudios de ingenieríaCalicata: C-1Coordenadas: X: 702.398 Y: 9’630.575Fecha: 24 de junio de 2013

Profundidad:1.82 m

Descripción:

De 0.00 m – 0.35: Lastre. De 0.35 m – 0.60: Material areno

arcilloso color naranja. De 0.60 m – 1.32 m: Material

areno limoso de color café obscuro.

De 1.32 m – 1.82 m: Arena con contenido de limos, de color café.

Nivel Freático: No se encontró nivel freático.

Columna Estratigráfica

Foto Nº1Foto Nº2

16

Lastre

Material areno arcilloso0.35

0.25

0.50 Arena con contenido de limos

Material areno limoso

0.72





Obra: Estudios de ingenieríaCalicata: C-2Coordenadas: X: 701.185 Y: 9’630.412Fecha: 24 de junio 2013

Profundidad:1.50m

Descripción:

De 0.00 m – 0.25: Lastre. De 0.25 m – 1.50: Material arcilloso de

color habano (arcillas inorgánicas de baja compresibilidad).



Foto Nº3Foto Nº4

17

Lastre0.25

1.25Material arcilloso






Profundidad: 1.50 m

Descripción:

De 0.00 m – 0.08: Material de relleno De 0.08 m – 1.42: Suelo arcilloso de

color naranja.



Foto Nº5 Foto Nº6

18

0.08 Lastre

1.42 Suelo arcilloso






Profundidad: 1.60 m

Descripción:

De 0.00 m – 1.20 m: Capa vegetal de color café

De 1.20 m – 1.60 m: Suelo areno limoso de color plomo.

Nivel Freático: Se encontró nivel freático a la profundidad de 1.20 m.


Foto Nº7 Foto Nº8

VIA PROGRESO-CORRALEJA Obra: Estudios de ingeniería

19

Capa vegetal1.20

Suelo areno limoso

0.40




Calicata: C-5Coordenadas: X: 698.681 Y: 9’630.373Fecha:24 de junio de 2013

Profundidad: 1.50 m

Descripción:

De 0.00 m – 0.20 m: Lastre color habano.

De 0.20 m – 1.30 m: Suelo fino arcilloso de color habano (arcillas inorgánicas de baja plasticidad).



Foto Nº9

Foto Nº10

VIA PROGRESO-CORRALEJA Obra: Estudios de ingenieríaCalicata: C-6

20

Lastre0.20

Suelo arcilloso

1.30




Coordenadas: X: 697676 Y: 9’630.101Fecha: 24 de junio de 2013

Profundidad: 1.55 m

Descripción:

De 0.00 m – 0.30 m: Lastre color habano.

De 0.30 m – 1.25 m: Material granular con matriz arcillosa de color café



Foto Nº11Foto Nº12

VIA PROGRESO-CORRALEJA Obra: Estudios de ingenieríaCalicata: C-7

21

Lastre0.30

Material granular con matriz arcillosa

1.25




Coordenadas: X: 696.716 Y: 9’628.730Fecha: 24 de junio de 2013

Profundidad: 1.75 m

Descripción:

De 0.00 m – 0.40 m: Lastre de color habano

De 0.40 m – 1.00 m: Arenas bien gradadas de color plomizo.

De 1.00 m – 1.75 m: Suelo areno limoso de color café.



Foto Nº13 Foto Nº14

VIA PROGRESO-CORRALEJA Obra: Estudios de ingenieríaCalicata: C-8Coordenadas: X: 695.058 Y: 9’628.523

22

Lastre

Arenas bien gradadas

0.40

0.60

Material areno limoso

0.75




Fecha: 24 de junio de 2013Profundidad: 1.75m

Descripción:


De 0.50 m – 1.30 m: Material granular de color café claro

De 1.30 m – 1.75 m: Arcillas inorgánicas de baja compresibilidad de color café






23

Lastre

Material granular de color café claro

0.50

0.80

Suelo arcilloso

0.45




Profundidad: 2.20m

Descripción:


De 0.70 m – 2.10 m: Material de relleno color plomizo, arena pobremente gradada.

De 2.10 m – 2.20 m: Material arenoso color café






24

Lastre color habano

Arena pobremente gradada

0.70

1.40

Material arenoso color café

0.10




Profundidad: 1.60m

Descripción:

De 0.00 m – 0.20 m: Lastre de color De 0.20 m – 1.60 m: Material arcilloso de

color rojizo (arcillas inorgánicas de alta compresibilidad).

Nivel Freático: Se encontró nivel freático a la profundidad de muestreo.


Foto Nº19Foto Nº20

De las investigaciones realizadas se observa que la vía tiene una estructura de pavimento conformada de la siguiente manera:

Capa de sub-base clase 3, con un espesor variable que va desde 0.20 m hasta 0.70 m. Se trata de un material que posee las siguientes características:

% nat

% LL % LP % IP SUCS ASSHTO

25

Lastre

Material arcilloso

0.20

1.40




16.82 30.80 24.45

6.35 SM A-2-4

Cuadro 22. Características del material de la estructura

En la subrasante se aprecian los siguientes materiales (según clasificación ASSHTO): GC – GP –SM – SC – SW - SP - CL - CH.

Módulo Resiliente de la subrasante.: Este valor se determina con un equipo especial, razón por la cual se han establecido correlaciones para determinarlo a partir de otros ensayos. Heukelom y Klomp, han encontrado una relación entre el MR medido en el campo y el C.B.R. obtenido en laboratorio para la misma densidad.

MR (lb/pulg2) = 1500*CBR para CBR<10% MR (lb/pulg2) = 1000*CBR para CBR>10%

CALICATA Nº

MR

(lb/pulg2)

1 8715

2 10080

3 6165

4 5475

5 14475

6 11910

7 10485

8 8160

9 15190

10 5475

Cuadro 23. Módulo Resiliente de la Subrasante

En la figura 3 se presenta la relación entre los módulos de elasticidad y humedad natural obtenidos a lo largo de la vía:

26




5 10 15 20 25 30 35 400

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

E vs. Humedad Natural

Humedad Natural (%)

Mod

ulo

de E

lasti

cidad

(lb/

pulg

2)

Figura 3. Módulo de elasticidad vs Humedad natural

4. DISEÑO DE PAVIMENTO POR EL MÉTODO DE LA AASHTO 1993

Parámetros de diseño

Para la aplicación del método de la ASSHTO 1993, es necesario conocer los siguientes parámetros:

1. Restricciones de tiempo: Aquí se escogen los datos de entrada para los períodos de análisis que afectarán o restringirán el diseño del pavimento desde el punto de vista del tiempo. Es decir, permiten seleccionar diversas estrategias de diseño, desde estructuras construidas para que duren todo el período de análisis hasta construcción por etapas con una estructura inicial y colocación de sobrecapas programadas.

• Período de diseño: Es el tiempo que dura una estructura inicial de pavimento antes de que requiera rehabilitación también se refiere al lapso entre dos rehabilitaciones sucesivas.

• Período de análisis: Se refiere al período para el cual se va a adelantar el análisis, es decir, el transcurso de tiempo que cualquier estrategia de diseño debe cubrir. El período de análisis es análogo al término "período de diseño".

2. Confiabilidad: Proceso de diseño-comportamiento de un pavimento a la probabilidad de que una sección diseñada usando dicho proceso, se comportará satisfactoriamente bajo las condiciones de tránsito y ambientales durante el período de diseño.

27




El factor de confiabilidad de diseño tiene en cuenta variaciones al azar tanto en la predicción del tránsito como en la predicción del comportamiento y por lo tanto proporciona un nivel predeterminado de confianza (R) en que los tramos del pavimento sobrevivirán al período para el cual fueron diseñados.

El Cuadro 24 se presenta los niveles de confiabilidad recomendables, para clasificaciones funcionales diferentes.

Niveles de confiabilidad sugeridos para diferentes carretera

Clasificación Nivel de Confiabilidad recomendado

Urbana Rural

Autopistas interestatales y otras

85 – 99.9 80 – 99.9

Arterias principales 80 - 99 75 – 95

Colectoras de Tránsitos 80 - 95 75 – 95

Carreteras locales 50 - 80 50 – 80

Cuadro 24. Niveles de confiabilidad

Para este tipo de carreteras se tomará R=70, según lo establecido en los TDRs.

Los valores de So desarrollados en el AASHTO ROAD TEST no incluyeron error por el tránsito; sin embargo, el error en la predicción del comportamiento desarrollado en el tramo de ensayo fue de 0.35 para los pavimentos flexibles, lo cual corresponde a una desviación estándar total de 0.45.

3. Efectos ambientales: Los cambios de temperatura y humedad, pueden tener efecto sobre la resistencia, la durabilidad y la capacidad de resistir cargas de los materiales, del pavimento y de la subrasante. Otro impacto ambiental importante, es el efecto directo que la expansión de la subrasante, puede tener sobre la pérdida de la calidad de la rodadura y la serviciabilidad.

4. Índice de servicio: Este índice de servicio es un parámetro fundamental en el diseño de pavimentos, y sirve para estimar las condiciones del pavimento al término del período de diseño, este es un número comprendido entre 0 y 5, que para el tipo de vía analizada, las normas recomiendan un valor de índice de servicio inicial de 4.2 y el final de 2.5.

P0 = 4.2

Pt = 2.5

ΔPSI=P0−Pt=1 .7

28




5. Resistencia de la subrasante: El valor de la resistencia de la subrasante se estimó mediante el ensayo de CBR. Para lo cual se realizó un análisis completo del suelo de las vías, como son los ensayos de:

Granulometría ClasificaciónLímitesCompactaciónEsponjamientoCBR

Los datos y resultados de todos estos ensayos se incluyen en el Anexo C.

Para obtener el CBR de diseño se tomaron los valores del CBR de los ensayos realizados en el campo cuyos resultados se indican en el Cuadro 25:

POZO CBR %4 y 10 3.65 100.000

3 4.11 88.98 5.44 77.81 5.81 66.72 6.72 55.67 6.99 44.46 7.94 33.35 9.65 22.21 15.19 11.1

Cuadro 25. Listado de CBRs

29




1.00 3.00 5.00 7.00 9.00 11.00 13.00 15.00 17.000.000

10.00020.00030.00040.00050.00060.00070.00080.00090.000

100.000110.000

f(x) = − 7.83533969992557 x + 112.579416705014

CBR vs % De valores mayores o iguales de cada uno

CBR

% D

e va

lore

s may

ores

o ig

ules

El CBR que corresponde al percentil de 75% es:

CBRdiseño = 4.90%

Propiedades de los Materiales

Módulo Resiliente de la subrasante:

MR (lb/pulg2) = 1500*CBR para CBR<=10% MR (lb/pulg2) = 1000*CBR para CBR>10%

MR = 1500*4.90

MR = 7350 lb/pulg2

Características de los materiales del pavimento: Las características de las diferentes capas se evalúan a través de sus módulos de elasticidad, obtenidos por ensayos de laboratorio.

El método asigna a cada capa del pavimento un coeficiente (Di), los cuales son requeridos para el diseño. Los coeficientes permiten convertir los espesores reales a números estructurales (SN) siendo cada coeficiente una medida de la capacidad relativa de cada material para funcionar como parte de la estructura del pavimento.

Características y diseño estructural del pavimento

30




1. Drenaje: Este método deja en libertad al ingeniero para identificar la calidad de drenaje. A continuación se dan definiciones generales para diferentes niveles de drenaje de la estructura, cuadro 26:

Calidad del Drenaje Término para remoción del agua

Excelente 2 horas

Buena 1día

Aceptable 1 semana

Pobre 1 mes

Muy pobre El agua no drena

Cuadro 26. Calidad del drenaje

El tratamiento para el nivel esperado de drenaje del pavimento flexible se lo realiza a través del empleo de coeficiente de capas modificadas, dichos factores se presenta en el siguiente cuadro y son aplicables solo a capas granulares:

Valores de mi recomendados para modificar los coeficientes de capas de base y sub-base granulares

Calidad del drenaje

% de tiempo de exposición de la estructura del pavimento a nivel de humedad próximos a la saturación

<1% 1-5% 5-25% >25%

Excelente 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20

Bueno 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00

Aceptable 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80

Pobre 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60

Muy pobre 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40

Cuadro 27 Valores de mi

2. Numero Estructural (SN)

31




Con los parámetros explicados anteriormente se obtiene el número estructural de un pavimento, el mismo represente el espesor total del pavimento, el cual debe ser transformado en espesores efectivos de cada una de las capas que lo constituirán, mediante el uso de coeficientes que representan la resistencia relativa del material de cada capa, para expresar esta conversión, se aplica la siguiente ecuación:

SN=a1D1+a2D2+a3D3+. . .. .+anDn

En donde:

SN = número estructural abstracto que expresa la resistencia necesaria del

pavimento total.

a1, a2, a3,..., an = coeficientes estructurales de la resistencia relativa del material que deben utilizarse para cada capa del pavimento.

D1, D2, D3, ... , Dn = Espesores correspondientes de cada capa.

n = número de capas.

3. Propiedades estructurales de los materiales

Para obtener los coeficientes estructurales de las diferentes capas que conforman la estructura del pavimento recurrimos al cuadro 28.

COEFICIENTE DE CAPASDISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

METODO AASHOCLASE DE MATERIAL NORMAS COEF. (cu)CAPA DE SUPERFICIEConcreto AsfálticoArena AsfálticaCarpeta Bituminosa Mezclada en el Camino

CAPA DE BASEAgregados Triturados graduados uniformementeGrava Graduada UniformementeConcreto AsfálticoArena AsfálticaAgregado Grueso Estabilizado con cementoAgregado Grueso Estabilizado con calSuelo Cemento

CAPA DE SUB-BASEArena – Grava, graduada uniformementeSuelo – CementoSuelo – Cal

MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTEArena o Suelo Seleccionado

EST. DE MARSHALL 1000-1800 LBS EST. DE MARSHALL 500-800 LBSEST. DE MARSHALL 300-600 LBS

P.I. 0-4, C B R > 100%P.I. 0-4, C B R > 30- 80%EST. DE MARSHALL 1000-1600 LBSEST. DE MARSHALL 500-800 LBSRESIST. A LA COMP. 28-46 KG/CM2RESIST. A LA COMP. 7 KG/CM2RESIST. A LA COMP. 18-32 KG/CM2

P.I. 0-6, C B R 30 +%RESIST. A LA COMP. 18-32 KG/CM2RESIST. A LA COMP. 5 KG/CM2

P.I. 0-10

0.134-0.1730.079-0.1180.059-0.098

0.047-0.0550.028-0.0510.098-0.1380.059-0.0980.079-0.1380.059-0.1180.047-0.079

0.035-0.0430.059-0.0710.059-0.071

0.020-0.035

32




Suelo con Cal

TRATAMIENTO SUPERFICIAL BITUMINOSOTriple RiegoDoble RiegoSimple Riego

3% MIN. DE CAL EN PESO DE LOS SUELOS

0.028-0.039

0.400.250.15

* USAR ESTOS VALORES PARA LOS DIFERENTES TIPOS DE TRATAMIENTOS BITUMINOSOS, SIN CALCULAR ESPESORES

Fuente: MOP “Diseño de Pavimento Flexible” Método AASHO.Cuadro 28

Del cual obtenemos:

a1 = 0.154 Concreto asfáltico, estabilidad 1000-1800 lb. Fluencia = 8 - 18a2 = 0.040 de la capa de basea3 = 0.035 de la capa sub-base clase 3a4 = 0.020 de la capa de mejoramiento

33




PRIMERA ALTERNATIVA:

DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE 1º ETAPA (10 AÑOS): Carpeta Asfáltica

DATOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS DE ACUERDO AL MÉTODO AASHTO

DISEÑO CON SUB-BASE EN ESTADO

NATURAL

W18: Número de cargas de 18 kips (80 kN) previstas 131383.01

log (W18) requerido 5.12

ZR: Abscisa correspondiente un área igual a laconfiabilidad R en la curva de distribución

-0.524

S0: Desvío standar de todas las variables 0.45

SN: Coeficiente estrutctural requerido. 2.17

DPSI: Pérdida de serviciabilidad prevista en el diseño 2.2

p0: Serviciabilidad inicial 4.2

pt: Serviciabilidad final 2

Mr: Módulo resiliente de la subrasante 7350

Ti: Trafico incial en el periodo de diseño 82

Tf: Trafico final en el periodo de diseño 108

Nc: Número de carriles, 2 carriles 0.5

t: Período de diseño 10

Fc: Factor camión 0.757841314

log w18 calculado 5.12

ESTRUCTURA DE PAVIMENTOMejoramiento 7.90 in 20.00 cm 0.40Base granular 7.90 in 20.00 cm 0.8Carpeta asfáltica 3.00 in 7.62 cm 1.17Número estructural calculado (SN calculado) 2.37

FORMULA DE DISEÑO MÉTODO AASHTO 1993

FctNcTfTi

W *365***218

34




DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE 2º ETAPA (20 AÑOS): Carpeta Asfáltica


DISEÑO CON SUB-BASE EN ESTADO

NATURAL




-0.524













SN adicional requerido para 20 años 0.31

ESTRUCTURA DE PAVIMENTOCarpeta asfáltica 2.00 in 5.08 cm 0.78Número estructural calculado (SN calculado) 0.78

FORMULA DE DISEÑO MÉTODO AASHTO 1993

FctNcTfTi

W *365***218

En la segunda etapa (dentro de los próximos 10 años, período 2024-2034) se incrementará en 2 pulgadas (5.08 cm) la carpeta asfáltica.

SEGUNDA ALTERNATIVA:

35




DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL BITUMINOSO: 10 AÑOS

FORMULA DE DISEÑO MÉTODO AASHTO


DISEÑO CON BASE EN ESTADO NATURAL




-0.524













ESTRUCTURA DE PAVIMENTOMejoramiento 12.00 in 30.00 cm 0.6Sub - base granular 8.00 in 20.00 cm 0.8Base granular 6.00 in 15.00 cm 0.525DTSB 0.00 in 0.00 cm 0.25Número estructural calculado (SN calculado) 2.18

FctNcTfTi

W *365***218

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5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Una vez analizadas las dos alternativas, la consultora recomienda optar la primera alternativa, la colocación de la carpeta asfáltica.

Se recomienda continuar con el buen mantenimiento que se ha venido dando a las cunetas, conservando de esta manera en buen estado la vía.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

González de Vallejo, Ingeniería geológica, 2004. AASHTO, Guide for the design o pavements structures, 1993 MOP-001-F-2002, Especificaciones generales para la construcción de caminos

y puentes.

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ESTUDIO DE SUELOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO PROGRESO CORRALEJA

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