UNIVERSIDAD ANDINA

“NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ”

FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS

ESCUELA PROFESIONAL DE CIVIL

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

INFLUENCIA DEL GRADO DE SATURACIÓN, ESPESOR Y TIPO DE MEJORAMIENTO EN EL VALOR DE DISEÑO DE SUBRASANTES

COMPUESTAS DE PAVIMENTOS

PRESENTADO POR:

WILFREDO DAVID SUPO PACORI

LINEA DE INVESTIGACION:

TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN

JULIACA – PERÚ

2018

INFLUENCIA DEL GRADO DE SATURACIÓN, ESPESOR Y TIPO DE

MEJORAMIENTO EN EL VALOR DE DISEÑO DE SUBRASANTES COMPUESTAS

DE PAVIMENTOS

Autor: Wilfredo David Supo Pacori

Línea de investigación: Tecnología de la construcción

Presentación

El presente proyecto de investigación busca demostrar que, con los materiales disponibles en nuestro

medio, utilizados técnicamente y basado en conocimiento científico es posible superar el deficiente

desempeño de las estructuras de pavimento en la ciudad de Juliaca, observados los últimos 20 años.

La solución integral al problema de desempeño de los pavimentos en nuestra ciudad requiere emprender

proyectos de investigación que estudien los múltiples factores lo afectan; el factor suelo de subrasante

como uno de los más importantes y de urgente estudio, debe ser uno de los primeros en ser estudiados

debido a que éste factor es el punto de inicio del proceso de diseño en la etapa de factibilidad del proyecto

y variable fundamental para la toma de decisiones en cuanto a los componentes estructurales de los

pavimentos.

Se plantea realizar un experimento en donde se ponen a prueba 12 secciones de subrasante compuesta

por suelo natural y suelo de mejoramiento proveniente de la cantera “Isla” en espesores de 20, 40, 60 y

80cm, estabilizados con cal, cemento y sin estabilizar. Estos especímenes serán sometidos a grados de

saturación que van de 0 a 100%, se medirán deflexiones con el deflectómetro de impacto liviano (LWD)

para determinar módulo de resiliencia de las subrasantes por retrocálculo.

1. El problema:

1.1. Exposición de la situación problemática

Las condiciones desfavorables para el drenaje de aguas pluviales en la ciudad de Juliaca, hacen

necesaria el planteamiento de una subestructura (subrasante del pavimento) de resistencia no

susceptible a la saturación ni al estado sumergido en que ocasionalmente (período de lluvias) estaría

sometida la estructura del pavimento. Como se sabe de diciembre a marzo las precipitaciones

pluviales varían de 85.9 a 183.3mm, provocando inundaciones por falta de un buen sistema de

drenaje (INEI 2012).

En la ciudad de Juliaca se tiene disponibilidad de materiales que cumplen con la condición de no

susceptibilidad estructural frente al servicio en condición saturada, pero incomprensiblemente se

prefiere utilizar suelos que en estado saturado ofrecen un comportamiento deficiente o insuficiente

estructuralmente frente a los requerimientos del tráfico y cargas de las vías importantes en la ciudad,

esto se demuestra haciendo una revisión de los expedientes técnicos de las obras viales más

importantes en nuestra ciudad en donde se plantea como subrasante capa de pedraplén, capa de

relleno y corona de subrasante de suelo proveniente de la cantera “Taparachi”, subbase mezcla de

suelo de la cantera “Taparachi” (60%) y suelo de la cantera “Isla” (40%), base mezcla de suelos de

las canteras “Taparachi” e “Isla” con una participación 40 y 60% respectivamente.

Las propiedades físico-mecánicas del suelo de la cantera “Taparachi” han sido ampliamente

estudiadas, entre sus propiedades más importantes se tiene: clasificación según el Sistema

Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) GP-GC (Grava pobremente graduada con arcilla) y

suelos finos con porcentajes de 6 a 12, índice de plasticidad de 7-11%, entre otras; precisamente

estas dos últimas propiedades físicas hacen que su comportamiento mecánico sea afectada por el

grado de saturación.

Por las razones expuestas; se plantea en el presente proyecto de investigación analizar

experimentalmente el comportamiento estructural de secciones de prueba a escala real de

subrasante de pavimentos compuestos por suelo natural y suelos de mejoramiento no susceptibles

estructuralmente al grado de saturación. Se busca explicar la forma en que varía el valor de diseño

de la subrasante compuesta del pavimento en relación a su grado de saturación, espesor y tipo de

suelo de mejoramiento; y demostrar que existe un espesor y tipo de mejoramiento que permite

obtener un valor de diseño de subrasante de pavimento, no susceptible a su grado de saturación.

1.2. Formulación del planteamiento del problema

1.2.1. Problema General

¿Cómo varía el valor de diseño de la subrasante compuesta del pavimento en relación a su grado

de saturación, espesor y tipo de suelo de mejoramiento; y qué espesor y tipo de mejoramiento

permitirá obtener un valor de diseño de subrasante de pavimento no susceptible a su grado de

saturación?

1.2.2. Problemas específicos

PE1. ¿Qué características físico-mecánicas tiene el suelo natural de la subrasante del pavimento?

PE2. ¿Qué características físico-mecánicas presenta el suelo de mejoramiento de la subrasante del

pavimento?

PE3. ¿Cómo influye el espesor del mejoramiento de la subrasante, conformado por suelo de la

cantera “Isla” en su valor de diseño, para grados de saturación de 0 a 100%?

PE4. ¿Cómo influye el espesor del mejoramiento de la subrasante, conformado por suelo de la

cantera “Isla” estabilizado con cal, en su valor de diseño para grados de saturación de 0 a 100%?

PE5. ¿Cómo influye el espesor del mejoramiento de la subrasante, conformado por suelo de la

cantera “Isla” estabilizado con cemento Portland, en su valor de diseño para grados de saturación

de 0 a 100%?

PE6. ¿Qué niveles de susceptibilidad a grados de saturación de 0 a 100%, le corresponden a cada

sección de subrasante compuesta estudiada?

1.3. Justificación

El comportamiento deficiente observado en la mayoría de estructuras de pavimento de la ciudad de

Juliaca a lo largo de estos últimos 20 años se debe probablemente a un diseño inadecuado, proceso

constructivo deficiente, mantenimiento preventivo o periódico inexistente, clima adverso, nivel

freático superficial, sistema de drenaje deficiente o inexistente. Desde nuestro punto de vista los

factores más influyentes en el comportamiento deficiente de las estructuras de pavimento son: el

sistema de drenaje inexistente y el inadecuado uso de los materiales (suelos), por tal razón con el

presente proyecto se pretende demostrar que con los materiales disponibles en la zona es posible

proponer una subestructura y consecuentemente una estructura de pavimento que no dependa

significativamente de un sistema de drenaje; es decir que pueda prestar servicio aún en estado

sumergido sin sufrir deterioro o disminución de su nivel de serviciabilidad.

En cuanto al cálculo de espesor de mejoramiento de suelo de subrasante especificado en el Manual

de Carreteras del MTC del Perú, se puede afirmar que al comparar los resultados obtenidos en la

tesis (Olarte P. 2015) con los procesados por la metodología recomendada en el Manual de

Carreteras del MTC (MTC-SP 2014), se concluye que los resultados son diferentes debido a que el

procedimiento del Manual de Carreteras MTC no tiene un sustento técnico y no considera todas las

variables y parámetros que inciden en el dimensionamiento del espesor adecuado de subrasante

mejorada en pavimentos flexibles. (Olarte P. 2015, p. 114)

Este trabajo permitirá proponer diseños de una subestructura y estructura de pavimento para la

ciudad de Juliaca con un racional uso de materiales disponibles en la zona aprovechando sus

propiedades físico-mecánicas para contrarrestar los efectos perjudiciales del agua tanto en la

subrasante como en la estructura de cualquier pavimento.

Con los resultados del presente proyecto se beneficiará a toda la población de la ciudad de Juliaca,

ya que permitirá que los importantes montos de inversión en la construcción de infraestructura vial

ofrezcan relaciones costo-beneficio aceptables. Asimismo, se debe considerar que un uso eficiente

de los materiales extraídos de la naturaleza siempre permitirá reducir la huella ecológica de las

actividades de construcción.

2. Objetivos

2.1. Objetivo general

Explicar la forma en que varía el valor de diseño de la subrasante compuesta del pavimento en

relación a su grado de saturación, espesor y tipo de suelo de mejoramiento; y demostrar que existe

un espesor y tipo de mejoramiento que permite obtener un valor de diseño de subrasante de

pavimento, no susceptible a su grado de saturación.

2.2. Objetivos específicos

OE1. Estimar los valores de las propiedades físico-mecánicas del suelo natural de la subrasante del

pavimento.

OE2. Estimar los valores de las propiedades físico-mecánicas del suelo de mejoramiento de la

subrasante del pavimento.

OE3. Demostrar la influencia del espesor del mejoramiento de la subrasante, conformado por suelo

de la cantera “Isla” en su valor de diseño, para grados de saturación de 0 a 100%.

OE4. Demostrar la influencia del espesor del mejoramiento de la subrasante, conformado por suelo

de la cantera “Isla” estabilizado con cal, en su valor de diseño para grados de saturación de 0 a

100%.

OE5. Demostrar la influencia del espesor del mejoramiento de la subrasante, conformado por suelo

de la cantera “Isla” estabilizado con cemento Portland, en su valor de diseño para grados de

saturación de 0 a 100%.

OE6. Determinar los niveles de susceptibilidad a grados de saturación de 0 a 100%

correspondientes a cada sección de subrasante compuesta estudiada.

3. Marco teórico referencial

3.1. Antecedentes de la investigación

En (Pandales y Pedroza 2018) se planteó determinar la influencia del contenido de cal sobre los

módulos de resiliencia de una estructura de pavimento flexible con base estabilizada con cal,

efectúa los procedimientos de deflectometría con viga Benkelman, ensayos de placa en campo y

modelado por elementos finitos de las estructuras ensayadas; concluye finalmente que la

estabilización de suelos granulares con cal aumenta el valor del módulo resiliente de una estructura

de pavimento flexible. Tanto así, que suelos que no cumplen las especificaciones para ser usados

como capas estructurales de pavimentos flexibles al ser estabilizados con cal mejoran sus

propiedades mecánicas por encima de bases granulares que cumplen dichas especificaciones. Por

otro lado sugiere futuras investigaciones que deben realizar mayor número de ensayos para realizar

un análisis estadístico profundo acerca del porcentaje óptimo de cal para el mejoramiento de los

suelos; además de un control de las características y propiedades de la subrasante para determinar

su influencia en los resultados.

(Vásquez V. y García O. 2017) El objetivo de este trabajo de investigación es revisar las

herramientas numéricas disponibles para el análisis de capas de conformación (Burmister,

Odemark, Ivanov, Kirk y Guía Francesa de Diseño) y proponer una estrategia de pruebas de campo

con deflectómetro liviano (LWD) para validar los resultados en las fases tempranas de la

construcción y retroalimentar la metodología para el diseño de pavimentos asfálticos. Asimismo,

recomienda implementar la medida in situ de los módulos elásticos movilizados por los suelos de

subrasante y las capas de conformación considerando la no linealidad de los materiales, es decir,

evaluándolos con niveles de esfuerzo representativos de las condiciones a largo plazo durante la

operación del pavimento. En ese sentido son útiles equipos como los LWD, los ensayos de placa o

incluso la viga Benkelman pero bajo una carga reducida.

En (Del Aguila 2007) se presenta el desarrollo de un método para ser aplicado en obra que permite

valuar la capacidad de soporte de los suelos de subrasante basado en la medición y análisis de

deflexiones con la metodología Hogg-Burmister, busca el adecuado dimensionamiento de la altura

de los terraplenes, el aporte y eficiencia de los materiales empleados en su construcción;

considerando el efecto de la ubicación del nivel freático en la capacidad resistente de los suelos,

entre otros aspectos. Incluye también verificaciones efectuadas aplicando el método riguroso. Se

utilizará la metodología planteada en (Del Águila, 2007) para comparar los resultados con la

aplicación de otros métodos con la finalidad de determinar cuál de ellos es el adecuado para las

condiciones locales de la ciudad de Juliaca.

(Ying et al. 2010) Investigan los principios fundamentales de las metodologías de análisis inverso

de pavimentos flexibles y rígidos y sus potenciales limitaciones, se adoptó el enfoque de análisis

inverso de dos capas propuesto por la Guía de Diseño AASHTO 1993 para la evaluación estructural

de los pavimentos existentes. Los módulos de capa de ensayos de laboratorio (o estáticos) se

compararon con los módulos de análisis inverso (o dinámicos) utilizando la base de datos LTPP

(Long-Term Pavement Performance; Desempeño del Pavimento a Largo Plazo), la investigación

encuentra una variabilidad relativamente alta entre las relaciones de los módulos estáticos y

dinámicos (factor de ajuste de 0,33 aproximadamente, para convertir el Módulo de resiliencia

dinámico de la subrasante MR en MR estático por análisis inverso en AC), lo que indica la necesidad

de más investigación para mejorar el actual estado-del-arte del análisis inverso. Se propuso un

modelo de regresión revisado para futuras aplicaciones prácticas.

3.2. Marco teórico inicial que sustenta el proyecto de investigación

3.2.1. Valor de diseño de subrasante

En la sección suelos y pavimentos del Manual de Carreteras del MTC (2014, p. 35), se establece

un procedimiento para determinar el valor de diseño de la subrasante en términos de CBR y es

como sigue:

a. En los sectores con 6 o más valores de CBR realizados por tipo de suelo representativo o por

sección de características homogéneas de suelos, se determinará el valor de CBR de diseño de

la subrasante considerando el promedio del total de los valores analizados por sector de

características homogéneas.

b. En los sectores con menos de 6 valores de CBR realizados por tipo de suelo representativo o

por sección de características homogéneas de suelos, se determinará el valor de CBR de diseño

de la subrasante en función a los siguientes criterios:

Si los valores son parecidos o similares, tomar el valor promedio.

Si los valores no son parecidos o no son similares, tomar el valor crítico (el más bajo) o

en todo caso subdividir la sección a fin de agrupar subsectores con valores de CBR

parecidos o similares y definir el valor promedio. La longitud de los subsectores no será

menor a 100 m.

Se considera valores parecidos o similares de CBR los que se encuentran dentro de un determinado

rango de categoría de subrasante, según Tabla 3-1.

c. Una vez definido el valor del CBR de diseño, para cada sector de características homogéneas,

se clasificará a que categoría de subrasante pertenece el sector o sub-tramo, según lo siguiente:

Tabla 3-1. Categorías de subrasante MTC, (MTC-SP 2014, p. 35)

Cada valor de CBR de los tramos homogéneos representa al compuesto: Suelo natural y suelo de

mejoramiento para secciones en relleno o corte, este valor toma la denominación de CBRcompuesto.

3.2.2. Módulo de resiliencia compuesto

Generalmente la subrasante de un pavimento está compuesta por más de una capa, por lo que es

necesario establecer un procedimiento para determinar el valor de diseño de la subrasante

considerando este aspecto, AASHTO 2002 emplea la ecuación (3.1) para caracterizar los tramos

estratificados de subrasante (Menéndez 2016a, p. 121).

3 3 3

1 1 2 2 3Rc 3 3 3

1 2 3

:

:

: “i”

: “i”

Rc

Ri

i

R R R n

Donde

M Módulo resiliente compuesto de una subrasante estratificada

M Módulo resiliente del estrato o capa

D Espesor del estrato o capa

M D M D M DM

D D D

(3.1)

3.2.3. Susceptibilidad al grado de saturación de la subrasante de pavimentos

El módulo de resiliencia de los suelos no es una propiedad mecánica constante, sino dependiente

de varios factores, entre otros el peso específico seco y el contenido de agua (Garnica, Pérez y

Gómez 2001, p. 18)

Imagen 3-1. Líneas isocaracterísticas de MR en relación al peso volumétrico seco y %humedad,

(Garnica, Pérez y Gómez 2001, p. 18)

Imagen 3-2. Comportamiento del módulo de resiliencia respecto al grado de saturación,

(Garnica, Pérez y Gómez 2001, p. 19)

Las variables que más influyen en el módulo de resiliencia de los materiales granulares son: el

estado de esfuerzo, el grado de saturación y el grado de compactación. Para materiales triturados

angulosos, un incremento en el contenido de agua conduce a una disminución del módulo de

resiliencia. Especímenes con alto peso volumétrico seco tendrán altos valores de módulo de

resiliencia (Garnica, Pérez y Gómez 2001, p. 19).

Imagen 3-3. Influencia del grado de saturación en el MR, (Rada y Witczak [sin fecha], p. 27)

3.2.4. MR suelo natural

Las variaciones horizontales y verticales en los tipos de suelo subsuperficiales, los contenidos de

humedad, las densidades, la profundidad del nivel freático y la ubicación de los estratos rocosos

deben considerarse durante el proceso de diseño del pavimento (AASHTO 2015, p. 82).

Realice pruebas de campo para medir las propiedades en el lugar de los estratos del suelo

subsuperficial. Se pueden usar diferentes pruebas para estimar la rigidez en el lugar, como la

relación de rodamiento de California (CBR, AASHTO T 193). Sin embargo, el uso del

penetrómetro dinámico de cono (DCP) también proporciona una estimación del módulo in situ de

los estratos de suelo existentes. Las pruebas de DCP deben realizarse de acuerdo con la norma

ASTM D 6951 o un procedimiento equivalente. Las pruebas de campo y su uso se tratarán en la

siguiente sección (AASHTO 2015, p. 82).

El módulo resiliente del suelo natural (que no se debe remover en la construcción) es un insumo

importante, especialmente para los nuevos diseños de pavimentos flexibles. El módulo de

resiliencia del suelo natural se puede estimar a partir del PDC, las propiedades físicas de los estratos

del suelo, o medirse en el laboratorio utilizando AASHTO T 307 o el procedimiento recomendado

en el Proyecto 1-28A de NCHRP (AASHTO 2015, p. 83).

Según la Guía de Diseño de Estructuras de Pavimentos (AASHTO 1993), el módulo resiliente de

la subrasante puede ser determinado por:

1. Pruebas de laboratorio

2. Retroanálisis (Backcalculate, Nondestructive Deflection Testing (NDT)

3. Correlación del módulo resiliente con otras propiedades tales como CBR, Valor R, entre otros.

En nuestro país es muy frecuente utilizar el procedimiento de correlación MR-CBR, esto se

demuestra observando los expedientes técnicos de las obras viales ejecutadas por el Ministerio de

Transportes y Comunicaciones del Perú.

El módulo de resiliencia se define como la relación de esfuerzos cíclicos aplicados sobre la

deformación recuperable de la muestra luego de muchos ciclos de cargas repetidas y por lo tanto

es una medida directa de la rigidez de los materiales no consolidados en los sistemas de pavimento.

(Menéndez 2016a, p. 94)

El módulo resiliente es el módulo de elasticidad para ser utilizado con la teoría elástica. (Huang

2004, p. 279) El Dr. Yang H. Huang también afirma que los materiales empleados en las estructuras

de pavimento no son elásticos porque experimentan alguna deformación después de cada aplicación

de carga, pero que pueden ser considerados elásticos debido a que después de las repeticiones

iniciales (en la que se puede observar la acumulación de deformaciones no recuperables) el

comportamiento de los materiales es prácticamente elástico.

En el ensayo de módulo resiliente cada ciclo de carga produce en el suelo una componente de

deformación plástica, no recuperable y una componente de deformación elástica, recuperable. Con

los ciclos siguientes de cargas los incrementos de deformación plástica producidos tienden a

desaparecer, en cambio las deformaciones elásticas tienden a ser constantes, relaciona las cargas

móviles y las deformaciones instantáneas resultantes. El valor del Mr puede ser 10 veces el valor

del Módulo Elástico. (Minaya y Ordóñez 2006, p. 69)

El mecanismo de acumulación de la deformación permanente se muestra en la Imagen 3-4 se debe

notar que en los ciclos intermedios la deformación permanente disminuye para cada ciclo, hasta

prácticamente desaparecer. (Moreno 2005, p. 31)

Imagen 3-4. Carga repetitiva aplicada a material granular no ligado (o al suelo) en una

máquina triaxial para estimar el valor de MR.(Das 2014, p. 18)

3.3. Marco conceptual

3.3.1. Módulo elástico

Esta es la medida más común de la rigidez utilizada por los ingenieros. Es la relación entre la

tensión aplicada y la deformación inducida. Este es un concepto extremadamente útil, pero asume

que el comportamiento del material en cuestión es lineal, eso significa que si la tensión se duplica

entonces también la deformación. Para el concreto y otros materiales similares esto es

aproximadamente cierto, dentro del rango de trabajo normal, del mismo modo para el acero. Sin

embargo, el material no ligado (materiales granulares, por ejemplo) es significativamente no lineal

(Thom 2014, p. 49).

3.3.2. Módulo resiliente retrocalculado del FWD

El módulo resiliente retrocalculado a partir de los datos de FWD proporciona una alternativa

práctica de diseño nivel 2 del MEPDG.(Ji et al. 2014, p. 12), El módulo resiliente de la subrasante

disminuye con el aumento de la humedad, por otro lado, se cree que el incremento en el módulo de

resiliencia con un aumento en la humedad sería razonable si la condición de humedad existente está

en el lado seco. Por lo tanto, un aumento en la humedad dará como resultado un módulo más alto

hasta que alcance el óptimo, y luego comienza a disminuir.(Ji et al. 2014, p. 13). En promedio, el

módulo de FWD es aproximadamente 2 veces mayor que el módulo elástico de laboratorio del

suelo compactado en su óptimo contenido de humedad. (Kim, Ji y Siddiki 2011, p. 29).

3.3.3. Módulo resiliente in situ de la subrasante

Según (AASHTO 1993), para el diseño de estructuras de pavimento, el módulo resiliente (o

elástico) in situ, de las pruebas de compresión triaxial de carga repetida en el laboratorio, se deben

conocer las tensiones laterales y verticales reales e incluir las presiones del suelo en reposo. Para

determinar estos valores, las densidades y espesores de capa de la estructura del pavimento deben

estimarse o asumirse inicialmente. Los siguientes pasos se usan para determinar un módulo

resiliente representativo del estado de tensión in situ. (Von y Killingsworth 1997, p. 12)

3.3.4. Equipo para el ensayo de módulo resiliente

FUENTE: (He et al. 2018, p. 117)

3.3.5. Subrasante de diseño

“Superficie terminada de la carretera a nivel de movimiento de tierras (corte o relleno), sobre la

cual se coloca la estructura del pavimento o afirmado.” (MTC-DGCF, 2013)

El suelo de subrasante como soporte de la estructura de pavimento representa uno de los problemas

más complejos de modelar y predecir su comportamiento (Menéndez 2016b).

Se compone generalmente de suelo o roca naturales sobre los que se colocan capas de relleno

compactado para mejorar las propiedades mecánicas del compuesto o para alcanzar el nivel

definido en el diseño geométrico (nivel de subrasante).

El comportamiento del pavimento es afectado por las características de la subrasante, es deseable

que la subrasante posea resistencia, drenaje, facilidad y compactación permanente (Yoder y

Witczak 1975, p. 325).

4. Hipótesis

4.1. Hipótesis general

El valor de diseño de la subrasante compuesta, varía en relación inversa a su grado de saturación

hasta cierto espesor entre 50 y 80cm del suelo de mejoramiento estabilizado con cal o cemento, en

que demuestra niveles de susceptibilidad “Leve” a “Ninguna”

4.2. Hipótesis específicas

HE3. Espesores mayores a 60cm del mejoramiento de la subrasante, conformado por suelo de la

cantera “Isla” influyen significativamente en su valor de diseño, para grados de saturación de 0 a

100%.

HE4. Espesores mayores a 40cm del mejoramiento de la subrasante, conformado por suelo de la

cantera “Isla” estabilizado con cal, influyen significativamente en su valor de diseño para grados

de saturación de 0 a 100%.

HE5. Espesores mayores a 30cm del mejoramiento de la subrasante, conformado por suelo de la

cantera “Isla” estabilizado con cemento Portland, influyen significativamente en su valor de diseño

para grados de saturación de 0 a 100%.

HE6. Niveles de susceptibilidad de “leve” a “Ninguna” les corresponden a secciones de subrasante

compuesta mejoradas con suelo de la cantera “Isla” estabilizadas con cal o cemento Portland de

espesores

5. Variables

5.1. Variables Independientes

1. Grado de saturación de la subrasante compuesta

2. Espesor de la capa de mejoramiento

3. Tipo de suelo de mejoramiento

5.2. Variables Dependientes

4. Valor de diseño de subrasante

5. Susceptibilidad al grado de saturación

5.3. Variables Intervinientes

6. %Compactación del suelo de mejoramiento

7. Tiempo de curado

8. Nivel freático

6. Operacionalización de variables

Variables Indicadores Valores finales/Escala Tipo de variable

Variables Independientes

1. Grado de saturación de la

subrasante compuesta

2. Espesor de la capa de mejoramiento

3. Tipo de suelo de mejoramiento

Gw-sc (%) H1 (cm) Tipo

0 - 100.0 % 0 - 80.0 cm I II III

Continua Continua Nominal

Variables

Dependientes 4. Valor de diseño de subrasante 5. Susceptibilidad al grado de

saturación

MR suelo natural MR suelo de mej. Nivel de susceptibilidad

100.0 - 200.0 MPa Ninguna Leve Moderada

Continua Ordinal

Variables Intervinientes

6. %Compactación del suelo de

mejoramiento

7. Tiempo de curado

8. Nivel freático

%C Nª días Cota

95% MDS 7 días 1.30m

Continua Discreta Continua

7. Procedimiento metodológico de la investigación

7.1. Diseño de la investigación

En la investigación se recolectarán datos para probar hipótesis, con base en la medición numérica

y el análisis estadístico, para establecer patrones de comportamiento y probar teorías, por lo que se

situará en el enfoque cuantitativo (Hernández Sampieri et al. 2014, p. 4)

Esta investigación utiliza un diseño cuasi-experimental de dos grupos no aleatorios con pre y pos

prueba y con algunas variables extrañas controladas.

O1 Gc O2

O1 Gc O2

O1 Gc O2

O1 Gc O2

Donde:

O: Prueba

Gc: Grupo de control

Ge: Grupo experimental

(Xi): Experimento

7.2. Métodos aplicados a la investigación

Se aplica el método hipotético deductivo, se proponen hipótesis como consecuencia de las

inferencias del conjunto de principios y el marco teórico inicial. En primer caso arriban a las

hipótesis mediante procedimientos inductivos y en segundo caso mediante procedimientos

deductivos arribar a conclusiones particulares a través de pruebas experimentales.

7.3. Población y muestra

7.3.1. Población

La población tiene la característica de infinita y está conformada de: subrasantes compuestas por

suelo natural limo arenoso (ML) y suelo de mejoramiento (Hormigón) proveniente de la cantera

“Isla” de la ciudad de Juliaca.

7.3.2. Muestra.

La muestra obtenida por el procedimiento no probabilístico y seleccionada a conveniencia del

investigador, debido a la condición infinita de la población. Está conformada de: subrasantes

compuestas por suelo natural limo arenoso y suelo de mejoramiento (Hormigón) proveniente de la

cantera “Isla” de la ciudad de Juliaca, estabilizados con cal, cemento y sin estabilizar de 20, 40, 60

y 80 cm. de espesor.

7.4. Técnicas e instrumentos de investigación

7.4.1. Fuente de recolección de datos

Se utilizará un área de terreno ubicado en la Ciudad Universitaria de la UANCV, sede central

(Salida a Puno) para la implementación del experimento que, consiste en la construcción de 12

especímenes de subrasante compuesta por suelo natural y suelo de mejoramiento (estabilizado con

cal, cemento Portland y sin estabilizar) proveniente de la cantera “Isla” de la ciudad de Juliaca de

(X1)

(X2)

(X3)

3 x 3m, en el que se ejecutarán ensayos de caracterización físico-mecánica bajo condiciones de

saturación controladas.

7.4.2. Técnicas e instrumentos de recolección de datos

Se utilizarán ensayos de mecánica de suelos en campo y en laboratorio normados por ASTM

(American Society for Testing and Materials), AASHTO (American Association of State Highway

and Transportation Officials) y MTC (Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú), para

la caracterización física y mecánica de suelos.

A. Ensayos de caracterización física de suelos:

Tabla 2. Ensayos de caracterización física de suelos

Ensayo Norma Lugar

Medición del nivel freático MTC E

101

Campo

Reducción de muestras de campo a tamaños de

muestras de ensayo

MTC E

103

Campo

Obtención en laboratorio de muestras

representativas (cuarteo)

MTC E

105

Laboratorio

Método de prueba estándar para el análisis

granulométrico de suelos.

ASTM

D 422

Laboratorio

Método de prueba estándar de laboratorio para

determinación de contenido agua (humedad) de

Suelos y Rocas

ASTM

D 2216

Laboratorio

Métodos de prueba estándar para el límite líquido,

límite plástico, y el índice de plasticidad de los

suelos

ASTM

D 4318

Laboratorio

Método de prueba estándar para determinar la

densidad y el peso unitario del suelo en campo por

el método del cono de arena

ASTM

D 1556

Campo

Métodos de prueba estándar para las características

de compactación del suelo en laboratorio usando

esfuerzo modificado (56.000 ft-lbf/pie3 (2.700 kN-

m/m3))

ASTM

D 1557

Laboratorio

B. Ensayos de caracterización de calidad de subrasante

Tabla 3. Ensayos de caracterización mecánica de suelos

Ensayo Norma Lugar

Método de prueba para determinar el CBR

(California Bearing Ratio) de los suelos, en campo.

ASTM

D 4429

Campo

Método de prueba para determinar el CBR

(California Bearing Ratio) de laboratorio de suelos

compactados

ASTM

D 1883

Laboratorio

Medida de la deflexión de un pavimento flexible

empleando la viga benkelman

MTC E

1002 -

2000

Campo

Método de ensayo estándar para la determinación

de deflexiones haciendo uso de un deflectómetro

de impacto portable (LWD)

ASTM

E 2583

Campo

Control de la compactación del suelo en terreno

mediante rigidez y módulo (GeoGauge)

ASTM

D 6758

Campo

7.5. Diseño de contrastación de hipótesis

Paso 1

Se planteará: Hipótesis Nula (H0) e Hipótesis Alternativa (H1).

• La Hipótesis alternativa plantea matemáticamente lo que queremos demostrar.

• La Hipótesis nula plantea exactamente lo contrario.

Paso 2

Determinar nivel de significancia. (Rango de aceptación de hipótesis alternativa). Para el

presente proyecto de investigación consideraremos: 0.05

Paso 3

Evidencia muestral. Se calcula la media y la desviación estándar a partir de la muestra.

Paso 4

Dado el nivel explicativo del presente trabajo de investigación en la que intervienen más

de dos variables se pueden emplear regresión lineal múltiple.

Paso 5

Determinar la región crítica o de rechazo, que dependerá del tipo de hipótesis, de la

probabilidad del Error Tipo I y del estadístico de contraste.

Paso 6

Calcular el estadístico de contraste.

Paso 7

Tomar una decisión de rechazar H0 o no rechazarla.

7.6. Matriz de consistencia

Wilf

redo D

avid

Sup

o P

acori

8. Aspecto administrativo

8.1. Presupuesto y financiamiento

8.1.1. Presupuesto

PRESUPUESTO .

PROYECTO:

AUTOR: Enjinia

FECHA: Noviembre, 2018

Item Concepto Unidad Nº personas % participación Tiempo Rem./Salario Parcial (S/.)

01.00.00 Recursos Humanos

01.01.00 Investigador principal mes 1.00 0.25 9.00 7,000.00 15,750.00

01.02.00 Asistentes mes 3.00 0.50 5.00 1,200.00 9,000.00

01.03.00 Personal obrero mes 3.00 1.00 0.50 850.00 1,275.00

Total S/. 26,025.00

Item Concepto Unidad Cantidad Precio S/. Parcial S/. Subtotal S/. Total S/.

02.00.00 Bienes y materiales 3,738.00 3,738.00

02.01.00 Utiles de escritorio y papelería glb 1.00 500.00 500.00

02.02.00 Suelo de relleno, cantera "Isla" m3 79.00 15.00 1,185.00

02.03.00 Cal hidratada, bolsa de 25Kg bls 78.00 16.00 1,248.00

02.04.00 Cemento Portland, bolsa de 42.5 Kg bls 35.00 23.00 805.00

Total S/. 3,738.00

Item Concepto Unidad Cantidad Precio S/. Parcial S/. Subtotal S/. Total S/.

03.00.00 Servicios 29,070.00

03.01.00 Ensayos de campo en el suelo natural 5,520.00

03.01.01 Densidad de campo pto 12.00 25.00 300.00

03.01.02 Humedad natural pto 12.00 15.00 180.00

03.01.03 MR (GeoGauge) pto 12.00 50.00 600.00

03.01.04 CBR in situ (incl. Volquete) pto 12.00 250.00 3,000.00

03.01.05 LWD pto 12.00 120.00 1,440.00

03.02.00 Ensayos de campo en el suelo de mejoramiento 13,800.00

03.02.01 Densidad de campo pto 30.00 25.00 750.00

03.02.02 Humedad pto 30.00 15.00 450.00

03.02.03 MR (GeoGauge) pto 30.00 50.00 1,500.00

03.02.04 CBR in situ (incl. Volquete) pto 30.00 250.00 7,500.00

03.02.05 LWD pto 30.00 120.00 3,600.00

03.03.00 Ensayos de laboratorio 5,770.00

03.03.01Resistencia a la compresión en suelo estabilizado con

calund 9.00 15.00 135.00

03.03.02Resistencia a la compresión en suelo estabilizado con

cemento Portl.und 9.00 15.00 135.00

03.03.03 CBR de laboratorio suelo estabilizado con cal und 9.00 250.00 2,250.00

03.03.04CBR de laboratorio suelo estabilizado con cemento

Portlandund 9.00 250.00 2,250.00

03.03.05 Ensayos de clasificación y otros glb 1.00 1,000.00 1,000.00

03.04.00 Servicio de alquiler de equipo y maquinaria 3,980.00

03.04.01 Vibroapisonador 5.5 HP, 14kN dia 30.00 90.00 2,700.00

03.04.02 Retroexcavadora Caterpillar 416E hora 8.00 160.00 1,280.00

Total S/. 29,070.00

item Subtotal S/. Total S/.

01.00.00 26,025.00

02.00.00 3,738.00

03.00.00 29,070.00

58,833.00

5,883.30

64,716.30

* Todos los precios incluyen impuestos de Ley y tienen vigencia a noviembre 2018

Presupuesto total

Descripción

RESUMEN

"INFLUENCIA DEL GRADO DE SATURACIÓN, ESPESOR Y TIPO DE MEJORAMIENTO EN EL VALOR DE DISEÑO DE SUBRASANTES

COMPUESTAS DE PAVIMENTO"

Recursos Humanos

Bienes y materiales

Servicios

Total

Imprevistos 10%

Wilfredo David Supo Pacori

8.1.2. Financiamiento

• Recursos propios: 25%

• Facultad de Ingenierías y Ciencias Puras (FICP-UANCV): 39% (*)

• Gobierno regional o gobierno local: 36% (*)

(*): Recursos a gestionar en caso de resultar ganador.

8.2. Cronograma de actividades

9. Referencias Bibliográficas

AASHTO, 1993. AASHTO Guide for Design of Pavement Structures [Guía para Diseño de Estructuras

de Pavimento de AASHTO]. Washington, DC: American Association of State Highway and

Transportation Officials.

AASHTO, 2015. Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide - A Manual of Practice (2nd Edition).

S.l.: American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). ISBN

978-1-68015-826-7.

DAS, A., 2014. Analysis of Pavement Structures [en línea]. Kanpur, India: CRC Press. ISBN 978-1-

4665-5855-7. Disponible en: https://www.crcpress.com/Analysis-of-Pavement-

Structures/Das/p/book/9781466558557.

DEL AGUILA, P., 2007. Determinacion del modulo resiliente del suelo de fundacion mediante metodo

mecanistico-empiricista metodo de Hogg simplificado. XIV Congreso Ibero Latinoamericano

del Asfalto. La Habana, Cuba: s.n.,

CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

AUTOR: Enjinia

FECHA: Noviembre, 2018

m1 m2 m3 m1 m2 m3 m1 m2 m3 m1 m2 m3

Arqueo bibliográfico

Elaboración del marco teórico

Prueba de los instrumentos

Elaboración de los especímenes de prueba

Recolección de datos

Análisis de datos

Redacción del borrador del informe

Revisión y corrección del informe

Presentación del artículo

Trámite para su publicación en una revista indexada

PROYECTO: "INFLUENCIA DEL GRADO DE SATURACIÓN, ESPESOR Y TIPO DE MEJORAMIENTO EN EL VALOR DE DISEÑO DE

SUBRASANTES COMPUESTAS DE PAVIMENTO"

ACTIVIDAD

TRIMESTRE 1 TRIMESTRE 2 TRIMESTRE 3 TRIMESTRE 4

Wilfredo David Supo Pacori

GARNICA, P., PÉREZ, N. y GÓMEZ, J., 2001. Módulos de resiliencia en suelos finos y materiales

granulares. Secretaría de Comunicaciones y Transportes - Instituto Mexicano del Transporte,

vol. 142, pp. 58. ISSN 0188-7297.

HE, S., YU, X., GAUTAM, S., PUPPALA, A.J. y PATIL, U.D., 2018. Resilient Modulus of Liquid

Chemical-Treated Expansive Soils. En: L. LI, B. CETIN y X. YANG (eds.), Proceedings of

GeoShanghai 2018 International Conference: Ground Improvement and Geosynthetics [en

línea]. Singapore: Springer Singapore, pp. 114-120. [Consulta: 25 mayo 2018]. ISBN

9789811301216. Disponible en: http://link.springer.com/10.1007/978-981-13-0122-3_13.

HERNÁNDEZ SAMPIERI, R., FERNÁNDEZ COLLADO, C., BAPTISTA LUCIO, P., MÉNDEZ

VALENCIA, S. y MENDOZA TORRES, C.P., 2014. Metodología de la investigación. México,

D.F.: McGraw-Hill Education. ISBN 978-1-4562-2396-0.

HUANG, Y., 2004. Pavement analysis and design [Análisis y diseño de pavimentos]. 2nd ed. Upper

Saddle River, NJ: Pearson/Prentice Hall. ISBN 978-0-13-142473-9. TE251 .H77 2004

INEI, 2012. Compendio estadístico regional 2011. [en línea]. Puno: Instituto Nacional de Estadística e

Informática. [Consulta: 15 noviembre 2018]. Disponible en:

https://www.inei.gob.pe/media/MenuRecursivo/publicaciones_digitales/Est/Lib1056/libro.pdf.

JI, R., SIDDIKI, N., NANTUNG, T. y KIM, D., 2014. Evaluation of Resilient Modulus of Subgrade

and Base Materials in Indiana and Its Implementation in MEPDG. The Scientific World Journal

[en línea], vol. 2014, pp. 1-14. [Consulta: 22 julio 2017]. ISSN 2356-6140, 1537-744X. DOI

10.1155/2014/372838. Disponible en: http://www.hindawi.com/journals/tswj/2014/372838/.

KIM, D., JI, Y. y SIDDIKI, N., 2011. Evaluation of In-Situ Stiffness of Subgrade by Resilient and FWD

Modulus. [en línea]. West Lafayette, Indiana: Purdue University. [Consulta: 3 abril 2018].

FHWA/IN/JTRP-2010/17, 3008. Disponible en: http://docs.lib.purdue.edu/jtrp/1113.

MENÉNDEZ, J.R., 2016a. Ingeniería de Pavimentos - Materiales. 5ta. edición. Lima: ICG. PT-47.

ISBN 978-612-4280-15-3. PT-47

MENÉNDEZ, J.R., 2016b. Ingeniería de Pavimentos - Variables de diseño. 1ra. edición. Lima: ICG.

PT-71. ISBN 978-612-4280-16-0. PT-71

MINAYA, S. y ORDÓÑEZ, A., 2006. Diseño moderno de pavimentos asfálticos. 2da. Lima, Perú:

Instituto de la Construcción y Gerencia - ICG.

MORENO, J., 2005. Efecto de equipo y procedimiento de medida en la determinación del módulo

resiliente y resistencia a tracción indirecta de las mezclas bituminosas [en línea]. Tesina.

Barcelona, España: Universidad Politécnica de Cataluña. [Consulta: 22 julio 2016]. Disponible

en: http://hdl.handle.net/2099.1/3252.

MTC-SP, 2014. Manual de Carreteras: Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos, Sección Suelos y

Pavimentos. S.l.: Ministerio de Transportes y Comunicaciones.

OLARTE P., J.R., 2015. Proceso innovado para determinar el espesor de subrasante mejorada en

suelos limo-arcillosos aplicado en la carretera Puente Raither - Puente Paucartambo [en línea].

Tesis para optar el grado de Maestro en Ciencias con mención en Ingeniería de Transportes.

Lima: Universidad Nacional de Ingeniería (UNI). [Consulta: 23 octubre 2017]. Disponible en:

http://cybertesis.uni.edu.pe/handle/uni/2662.

PANDALES, C.A. y PEDROZA, B.A., 2018. Calibración de módulos resilientes de suelos estabilizados

con cal a partir de ensayos de placa y viga Benkelman. reponame:Repositorio Institucional [en

línea], [Consulta: 22 mayo 2018]. ISSN CD-ROM 5070 2009. Disponible en:

http://repository.udem.edu.co/handle/11407/4601.

RADA, G. y WITCZAK, M.W., [sin fecha]. Comprehensive Evaluation of Laboratory Resilient Moduli

Results for Granular Material. Transportation Research Record, pp. 11.

THOM, N., 2014. Principles of Pavement Engineering [Principios de Ingeniería de Pavimentos]. 2nd.

edition. London, UK: ICE Publishing. ICE manuals. ISBN 978-0-7277-5853-8. __Principles-

of-Pavement-Engineering 2nd-Ed Nick Thom 2014.pdf

VÁSQUEZ V., L.R. y GARCÍA O., F.J., 2017. Análisis racional de capas de conformación para

pavimentos asfálticos. XIX CILA - Congreso Ibero-Latinoamericano del Asfalto, 2017.

Medellín: s.n., pp. 13.

VON, H.L. y KILLINGSWORTH, B., 1997. Design pamphlet for the determination of design subgrade

in support of the 1993 AASHTO guide for the design of pavement structures. [en línea].

Georgetown Pike: U.S. Department of Transportation - Federal Highway Administraron.

Disponible en:

https://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/pavements/ltpp/97083/97083.p

df. FHWA-RD-97-083

YING, L., HSIANG, K., CHIA, L. y PEI, W., 2010. Study of Backcalculated Pavement Layer Moduli

from the LTPP Database. Tamkang Journal of Science and Engineering, vol. 13, no. 2, pp. 145-

156.

YODER, E. y WITCZAK, M., 1975. Principles of pavement design. 2nd. USA: John Wiley & Sons,

Inc. ISBN 0-471-97780-2.