Informe de Suelos Carret. Cruce

ESTUDIO GEOTECNICO

PROYECTO

“REHABILITACION Y MEJORAMIENTO CARRETERA CRUCE

CONTUMAZA – SANTA CRUZ DE TOLEDO – AYAMBLA – LOS

HIGOS”

UBICACION

DIST. SANTA CRUZ DE TOELDO – PROV. CONTUMAZÁ – DPTO. CAJAMARCA

SOLICITANTE

INGº EDWAN ALFREDO ASCOY RAMIREZ

TRUJILLO, SETIEMBRE 2010

1

INDICE

1.0 GENERALIDADES

1.1 OBJETO DEL ESTUDIO

1.2 UBICACIÓN DEL ESTUDIO

2.0 INVESTIGACION DE CAMPO

3.0 ENSAYOS DE LABORATORIO

4.0 INTERPRETACION DE RESULTADOS

5.0 ASPECTOS GEOLOGICOS

6.0 ESTUDIO DE CANTERAS

7.0 PAVIMENTOS

7.01 TRAFICO

7.02 CLASIFICACION

7.03 EVALUACION DE AFIRMADO EXISTENTE

7.04 DISEÑO DEL PAVIMENTO

7.05 METODO AASHTO

8.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

9.0 BIBLIOGRAFIA

10.0 ANEXOS

2

1.0 GENERALIDADES

1.1 OBJETO DEL ESTUDIO

A solicitud del Consultor ING. EDWAN ALFREDO ASCOY

RAMIREZ, se efectúa el presente estudio de suelos en una longitud

de 14.820 Km. a nivel de Sub-rasante y afirmado existente, de la

Carretera y aspectos Geológicos de la zona, con la finalidad de

conocer las características geomecánicas y comportamiento como

base de sustentación de los suelos para soporte de tráfico en

condiciones de Trocha Carrozable, a la cual se le aplicará una capa

de material con características de afirmado, Se ha elaborado, el

perfil estratigráfico del suelo de la sub rasante en base a las

muestras de suelos extraídas por estratos de las calicatas que se

efectuaron cada 500 metros.

Para cada tramo, se a determinado la capacidad portante del suelo

que, conjuntamente con los volúmenes de trafico y periodo de vida,

serán los parámetros para diseñar el pavimento a nivel de

afirmado, así mismo se ha determinado el tipo de suelo que

conforma la subrasante, para lo cual se han realizado los ensayos

pertinentes.

Por cada tramo se indica la ubicación exacta de las fuentes de

materiales, el volumen aprovechable, las características geotécnicas

de los materiales y las especificaciones particulares o generales

para utilizarlos.

Se ha elaborado un plano de ubicación de las canteras escogidas

que se utilizaran en la obra con la clara indicación de la distancia

de transporte hasta la zona del camino al que le va a servir.

3

1.2 UBICACIÓN DEL ESTUDIO

El Proyecto denominado “Rehabilitación y Mejoramiento Carretera

Cruce Contumaza – Santa Cruz de Toledo – Ayambla – Los

Higos”, se encuentra ubicada en el Distrito de Santa Cruz de

Toledo, Provincia de Contumazá, Departamento de Cajamarca.

2.0 INVESTIGACION DE CAMPO

Con la finalidad de confeccionar un perfil estratigráfico que

comprenda toda la longitud del tramo, se han efectuado 16

sondajes en la modalidad de calicateo a cielo abierto hasta la

profundidad de 1.50m, y son las siguientes:

CalicataProfundidad

(m)

Ubicación

(Km)

C – 1

C – 2

C – 3

C – 4

C – 5

C – 6

C – 7

C – 8

C - 9

C – 10

C – 11

C – 12

C – 13

C – 14

C – 15

C – 16

1.50

1.50

1.50

1.50

1.50

1.50

1.50

1.50

1.50

1.50

1.50

1.50

1.50

1.50

1.50

1.50

0+500

1+000

2+500

3+000

4+500

5+000

6+500

7+000

8+500

9+000

10+500

11+000

12+500

13+000

14+500

14+800

4

Habiéndose efectuado de cada calicata toma de muestras inalteradas por

cada estrato, para sus ensayos pertinentes en el laboratorio, y muestras

totales para las pruebas C.B.R. (Razón Soporte California), con la

finalidad de recomendar un espesor mínimo de afirmado en obra.

3.0 ENSAYOS DE LABORATORIO

Los ensayos de laboratorio se han realizado con la finalidad de obtener

los parámetros necesarios que determinen las propiedades físicas y

mecánicas del terreno de fundación. Para el efecto se han ejecutado los

siguientes ensayos, bajo las Normas de la American Society For Testing

and Materials (A.S.T.M.) y las Normas de la AASHTO.

Las pruebas efectuadas son las siguientes:

Análisis granulométrico por Tamizado ASTM - D-422

Límite Líquido ASTM - D-424

Límite Plástico ASTM - D-424

C.B.R. ASTM – 1883

Proctor Modificado AASHTO T-180

Abrasión MTC – T - 96

También se ha incluido su contenido de humedad Natural y sales totales

4.0 INTERPRETACION DE RESULTADOS

Progresivas 0+000 – 2+890

Los suelos se encuentran identificados en el Sistema SUCS (Sistema

Unificado de Clasificación de Suelos), como SC, arenas arcillosas, mezcla

de arena y arcilla de mediana plasticidad, color beige oscuro, de

consistencia semi dura.

Identificado en el Sistema AASHTO, como A – 2 – 7 (1).

5

Su C.B.R. promedio es de 9.90% al 95% de su Máxima densidad.

Entre las progresivas 0+100 – 0+140, se encuentra roca fija.



Unificado de Clasificación de Suelos), como GC, gravas arcillosas, mezcla

de grava, arena y arcillas de color beige claro, de consistencia media.

Identificado en el Sistema AASHTO, como A – 2 – 7 (0)









Entre las progresivas 1+820 – 1+840, se encuentra roca suelta.



Unificado de Clasificación de Suelos), como MH, limos inorgánicos, suelos

finos de mica, de elevada plasticidad, de consistencia media a dura.



6




de arena y arcilla de mediana plasticidad, color beige, de consistencia semi

dura.
















Entre las progresivas 4+420 – 4+450 y 4+800 – 4+840, se encuentra roca

fija fracturada.





7



Progresivas 12+510 – 14+062.20




consistencia media.



RESULTADOS DE LABORATORIO

CALICATA Km.PROFUNDIDAD

(m)

C.B.R.

(95%)

ANALISIS

GRANULOMETRICO

LIMITES

ATTTERBERG CLASIFICACION

Pasa

40

Pasa

200LL LP IP SUCS AASHTO

C – 1 0+500 0.15 – 1.509.90

60.62 29.66 53.28 29.71 23.57 SC A–2–7 (1)

C – 2 1+000 0.20 – 1.50 57.64 28.62 51.44 28.66 22.78 GC A–2–7 (0)

C – 3 2+500 0.15 – 1.50 20.90 30.58 16.24 48.29 28.33 19.96 GC A–2–7 (0)

C – 4 3+000 0.15 – 1.50 10.20 52.74 21.32 50.66 26.41 24.25 SC A–2–7 (0)

C – 5 4+500 0.20 – 1.50 4.10 89.40 55.35 52.26 30.34 21.92 MH A-7-5 (10)

C – 6 5+000 0.15 – 1.50 10.30 58.98 30.44 48.96 27.64 21.32 SC A–2–7 (1)

C – 7 6+500 0.20 – 1.5018.80

34.49 17.82 51.19 30.28 20.91 GC A–2–7 (0)

C – 8 7+000 0.20 – 1.50 28.81 14.12 54.23 30.47 23.76 GC A–2–7 (0)

C – 9 8+500 0.20 – 1.50

10.40

60.80 20.68 49.38 28.55 20.83 SC A–2–7 (0)

C – 10 9+000 0.15 – 1.50 60.15 21.00 54.19 29.37 24.82 SC A–2–7 (0)

C – 11 10+500 0.15 – 1.50 59.44 27.54 50.27 30.49 19.78 SC A–2–7 (0)

C – 12 11+000 0.20 – 1.50 58.10 27.84 48.66 29.68 18.98 SC A–2–7 (0)

C – 13 12+500 0.15 – 1.50 61.20 17.55 48.20 27.95 20.25 SC A–2–7 (0)

C – 14 13+000 0.10 – 1.5018.30

27.16 13.34 50.16 31.20 18.96 GC A-2-7 (0)

C – 15 14+500 0.15 – 1.50 24.23 13.27 51.09 30.67 20.42 GC A-2-7 (0)

C – 16 14+800 0.15 – 1.50 9.90 52.76 17.20 52.11 32.29 19.82 SC A–2–7 (0)

5.0 ASPECTOS GEOLOGICOS

8

6.0 ESTUDIO DE CANTERAS

De acuerdo a los requerimientos del proyecto de colocar un material

sobre la Sub-Rasante que sirva como afirmado y que tenga condiciones

de soporte para mitigar las cargas de los vehículos que van a transitar en

esa zona, se ha efectuado un estudio de los materiales existentes en la

Cantera ubicada en el trayecto de la carretera Tramo Chilete Contumaza

Km 25+860.

CANTERA S/N Km 25+860 Tramo Carretera Chilete - Contumaza.

Suelos identificados en el sistema AASHTO, como A-1-a (0) mezclas de

grava arena y finos.

Rendimiento : 85%

Potencia : 60,000 m3

Clasificación SUCS : GP

Límite Líquido : 17.28

Límite Plástico : N.P.

Índice Plástico : N.P.

Máxima Densidad : 2.088 gr/cm3

Humedad Optima : 7.80 %

C.B.R. al 95% : 43.80%

C.B.R. al 100% : 455.00%

Abrasión : 45.48%

9

La cantera está constituida por afloramientos de roca metamórfica, con

planos de estratificación y que al ser removidos por implementos

mecánicos se rompen por las áreas de contacto, adoptando tamaños

diversos y encontrándose en dichos contactos arcillas de baja plasticidad.

Las formas granulométricas que presentan las gravas con tamaños hasta

de 2 ½” cumplen rangos de especificaciones para materiales de afirmado

de acuerdo a las recomendaciones por el M.T.C.

Las formas de las gravas son angulares, con una abrasión de 45.48 % en

la máquina de los Ángeles que en su clasificación corresponde a una roca

semi-dura.

7.0 PAVIMENTOS

7.01 TRAFICO

Dado a que en estos tramos el trafico existente es incipiente, por el

poco volumen que pasa actualmente, como colectivos, taxis, combis

y camiones pequeños, se ha considerado un IMD de 18 vehículos

promedio, teniendo en consideración que el peso de un vehículo

pesado será de 12 Tn. promedio de acuerdo a lo indicado en los

términos de referencia de ingeniería, para estas trochas carrozables.

7.02 CLASIFICACION

a) CLASIFICACION SEGÚN LA JURIDICCION

Teniendo en cuenta que la vía en estudio une centros poblados,

la ruta corresponde al sistema vecinal.

10

b) CLASIFICACION DE ACUERDO A LA DEMANDA

De acuerdo a la demanda correspondería a Trocha Carrozable

que es la categoría mas baja de camino transitable construida,

para lo cual permite el paso fluido de un solo vehiculo, debiendo

adecuarse en sectores para el paso de vehículos en sentido

contrario. El IMD considerado para diseño y de acuerdo a su

proyección, es de 18 vehículos por día, correspondiendo a un

ancho de rehabilitación de la vía de 4.00 m. aproximados y

2.5% de bombeo, de acuerdo a los términos de referencia de

ingeniería para caminos vecinales.

c) CLASIFICACION SEGÚN CONDICIONES OROGRAFICAS

De acuerdo a esta clasificación estaría en el camino tipo 01 que

permite a los vehículos de 12Tn de peso mantener

aproximadamente la misma velocidad de los vehículos ligeros.

7.03 EVALUACION DEL AFIRMADO EXISTENTE

La trocha carrozable que une Cruce de Contumaza – Santa Cruz de

Toledo, presenta condiciones de transitabilidad regular por el

desgaste de la superficie, por falta de un adecuado mantenimiento.

En la capa de afirmado existente, se observa su superficie

desgastada y con pérdida de finos, debido a que en épocas de lluvia

han sido arrastrados por las ruedas de los vehículos y en algunos

tramos estos han cedido por la mala calidad de la subrasante.

11

7.04 DISEÑO DEL PAVIMENTO

Para el diseño del pavimento se ha obtenido de la sub rasante de

cada tramo su ensayo CBR, de acuerdo a las Normas AASHTO T-

193, con cuatro días de saturación y a 95% en comparación con el

proctor modificado AASHTO T-180 D, con una penetración de 0.01”,

a fin de agruparlos en forma homogénea, con el objeto de definir su

C.B.R. (Razón Soporte California) de diseño.

7.05 METODO AASHTO

CBR DE DISEÑO CRUCE CONTUMAZA – SANTA CRUZ DE

TOLEDO – AYAMBLA – LOS HIGOS

UBICACION

PROFUNDID

AD

(m)

TIPO DE SUELO

CBR DEL

TERRENO

NATURAL

95%

0+000 – 2+890

2+890 – 4+510

4+510 – 6+200

6+200 – 8+750

8+750 – 9+400

9+400 – 10+020

10+020 – 11+800

11+800 – 12+510

12+510 – 14+062.2

0.15 – 1.50

0.15 – 1.50

0.15 – 1.50

0.20 – 1.50

0.15 – 1.50

0.20 – 1.50

0.15 – 1.50

0.15 – 1.50

0.15 – 1.50

SC

GC

SC

MH

SC

GC

SC

GC

SC

9.90

20.90

10.20

4.10

10.30

18.80

10.40

18.30

9.90

12

DISEÑO DE ASFALTO METODO AASHTO

SOLICITADO : ING. EDWAN ALFREDO ASCOY RAMIREZPROYECTO : REHABILITACION Y MEJORAMIENTO CARRETERA CRUCE CTZA. – SANTA CRUZ DE

TOLEDO – AYAMBLA – LOS HIGOSUBICACIÓN : DIST. SANTA CRUZ DE TOLEDO, PROV. CONTUMAZA, DPTO. CAJAMARCAFECHA : SETIEMBRE, 2010

DISTRIBUCIÓN EN EJES SIMPLES Y EJES TANDEM DE LOS VEHICULOS CON CARGA REPRESENTATIVA PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

- Ómnibus 6 /día 6,5 ES + 9.0 ES- Camión de 02 ejes 8 /día 4,0 ES + 8.6 ES- Camión de 03 ejes 3 /día 5,6 ES + 22.9 ET- Semi Trayler de 04 ejes 1 /día 5,6 ES + 13.4 ET + 22.2 ET- Semi Trayler de 05 ejes 0 /día 5,9 ES + 20.5 ET + 22.5 ET

ES = Eje Simple ET = Eje Tandem

CUADRO DE CONVERSIÓN EJES EQUIVALENTES DE 18 KIPS, HACIENDO USODE LA TABLA DE FACTORES DE EQUIVALENCIAS DE TRAFICO

(MANUAL DEL INSTITUTO DEL ASFALTO)

CARGA POR EJE(Ton=2.202 Kips) FACTOR DE

EQUIVALENCIA DE TRAFICO

NUMERO DE

EJES

EJES EQUIVALENTES A 18 KIPS

(EAL) DIARIOEJE SIMPLE(Ton)

(KIPS)

4.05.65.96.58.69.0

13.4

8.8112.3312.9914.3118.9419.8229.51

0.05590.21730.27380.40121.23901.46366.5804

8406861

0.450.870.002.419.918.786.58

EJE TANDEM(Ton)

(KIPS)

20.522.222.522.9

45.1448.8849.5550.43

3.31384.47514.70305.0665

0103

0.004.480.00

15.2048.67

NOTA:Los factores de equivalencia de tráfico resultan de la interpretación efectuados a las tablas del Instituto del

Asfalto.EJES SIMPLES

4.0 Ton. = 8.808 Kips

13

Interpolando 8.000 _______________ 0.0343 8.808 _______________ x10.000 _______________ 0.0877

x = 0.0559

8.808 Kips = 0.0559

5.6 Ton. = 12.331 Kips

Interpolando12.000 _______________ 0.18912.331 _______________ x14.000 _______________ 0.360

x = 0.2173

12.331 Kips = 0.2173

5.9 Ton. = 12.992 Kips

Interpolando12.000 _______________ 0.18912.992 _______________ x14.000 _______________ 0.360

x = 0.2738

12.992 Kips = 0.2738

6.5 Ton. = 14.313 KipsInterpolando

14.000 _______________ 0.36014.313 _______________ x16.000 _______________ 0.623

x = 0.4012

14.313 Kips = 0.4012

8.6 Ton. = 18.937 KipsInterpolando

18.000 _______________ 1.00018.937 _______________ x20.000 _______________ 1.510

x = 1.2390

18.937 Kips = 1.2390 EJES TANDEM

20.5 Ton.= 45.141 Kips

Interpolando44.000 _______________ 3.00045.141 _______________ x

14

46.000 _______________ 3.550

x = 3.3138

45.141 Kips = 3.3138

22.2 Ton. = 48.884 Kips

Interpolando48.000 _______________ 4.1748.884 _______________ x50.000 _______________ 4.860

x = 4.4751

48.884 Kips = 4.4751

22.5 Ton. = 49.545 Kips

Interpolando48.000 _______________ 4.1749.545 _______________ x50.000 _______________ 4.860

x = 4.7030

49.545 Kips = 4.7030

22.9 Ton. = 50.426 Kips

Interpolando50.000 _______________ 4.86050.426 _______________ x52.000 _______________ 5.830

x = 5.0665

50.426 Kips = 5.0665

CALCULO DEL TRAFICO

- Tipo de carretera : - - -

- Carriles : 1

- EAL – diario : 48.67

- Tasa de crecimiento (i) : 5 %

- Periodo de diseño (n) : 4 años

- Factor de reducción en función

15

al número de líneas en lamisma dirección (f) : 0.8

N18 4años = EAL diario x 365 x F x ( 1+1 )n - 1 2 i

Reemplazando se tiene:N18 4años = 30628.025

N18 4años = 3 x 104

PARAMETROS DE DISEÑO

- Tráfico = 3 x 104

- Factor Regional = 1.0

- Índice de Serviciabilidad = 2.0

- Coeficiente de Equivalencia de espesor, Asfalto (A1) = 0.17

- Coeficiente de equivalencia de espesor, Base (A2) = 0.06

- Coeficiente de equivalencia de espesor, Sub base (A3) = 0.04

16

CALCULO DE ESPESORESBASE

SN = A1 . H + A2 . X + A3 . Y

SN = 0.17 H + 0.06 X + 0.040 Y

I. ESPESOR DE BASE

CBR = 12.50% SN = 1.7

1.7 = 0.17 ( 5.1) + 0.06 X X = 13.94 cm. Valor Teórico

X = 15 cm Valor Práctico

II. ESPESOR DE SUB BASE

CBR = 12.50% SN = 1.7

1.7 = 0.17 ( 5.1) + 0.06 ( 15 ) + 0.04 Y Y = -1.59 cm. Valor Teórico

X = 0 cm Valor Práctico

17

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. La zona de estudio se encuentra ubicada en el distrito de Santa Cruz

de Toledo, provincia de Contumazá, en el departamento de

Cajamarca.

2. El perfil del suelo a nivel de Sub-rasante se encuentra conformado por

suelos predominantes del tipo SC, GC y MH, identificados en el

sistema SUCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos) como

arenas arcillosas, gravas arcillosas y limos inorgánicos de elevada

plasticidad. Asimismo, presentan en algunos tramos afloraciones de

roca semi descompuesta superficialmente.

3. En cuanto a las especificaciones para los materiales a usar como

afirmado, el material deberá cumplir las características físico-

mecánicas que se indican a continuación:

Limite líquido (ASTM D-423) Máximo 35%

Índice Plástico (ASTM)D-424 Entre 4 – 10%

Equivalente arena ASTM D2419) Mínimo 25 %

Abrasión (ASTM C-131) Máximo 50%

El material de afirmado deberá cumplir la granulometría siguiente:

18

- Valor relativo soporte C.B.R 04 días de inmersión en agua

(ASTM D-1883)) Mínimo 50%

- Porcentaje de compactación del proctor Modificado

(ASTM D-1556) Mínimo 100%

- Variación en el contenido optimo de humedad del

- Proctor Modificado Mínimo 3%

4. La cantera “S/N km 25+860 Tramo carretera Chilete - Contumazá se

encuentra ubicada en el trayecto del tramo carretera Chilete

Contumazá Km 25+860.

5. El espesor del pavimento queda fijado en 15 cm. De acuerdo a lo

siguiente:

Desde: Km 00+000 al Km. 1+200 afirmado espesor de 15 cm. Km 1+200 al km 6+200 escarificado Km 06+200 al km 14+820 afirmado espesor de 15 cm.

No. Malla

%EN PESO SECO

QUE PASA TOLERANCIA

A B C

2” 100 ± 2

1 ½” 90 – 100 ± 5

1” 80 – 95 100 100 ± 5

¾” 70 – 85 ± 8

3/8” 40 – 75 50 – 85 60 – 100 ± 8

Nro 4 30 – 60 35 – 65 50 – 85 ± 8

Nro 10 20 – 45 25 – 50 40 – 70 ± 8

Nro 30 16 – 33 ± 5

Nro 40 15 – 30 15 – 30 25 – 45 ± 5

Nro 80 10 – 22 ± 5

Nro 200 5 – 15 8 - 15 10 - 25 ± 3

19

6. La topografía del terreno en la existencia de áreas con fuertes

pendiente, donde el material inconsolidado este sujeto a su remoción

por la acción de la gravedad y la presión de poros, inducido por la

presencia eventual del agua. La presencia de un paquete de este tipo

de suelos, podría ser un factor muy importante, que aliente la

ocurrencia de un deslizamiento.

7. Se recomienda después de realizados los cortes respectivos , hasta los

niveles de Sub – Rasante, estos deben ser escarificados, regados y

compactados al 95% de su densidad, comparados con el proctor

Modificado T – 180 AASHTO, teniendo cuidado que en el momento de

la compactación, estos suelos tengan la humedad óptima, determinada

por el laboratorio de suelos.

8. Se recomienda la utilización de los materiales de la cantera establecida

en el presente informe, como material de afirmado de la capa de

rodadura, los que en su colocación deberán ser compactados

enérgicamente, hasta obtener el 100% de compactación, comparada

de su curva densidad – húmeda, obtenida en el laboratorio de acuerdo

a las Normas AASHTO T – 180 D.

9. Para la cimentación de las obras de arte a realizar, los parámetros de carga han sido

determinados por las ecuaciones recomendadas por el Dr. Terzaghi y modificadas por Vesic,

para cimentaciones superficiales por falla local.

Estación ObraProf.

(m)

Angulo

(Ø)

Cohesión

(Kg/cm2)

Capacidad

Portante

(Kg/cm2)

Factor de

seguridad

(FS)

Presión

Admisible

(Kg/cm2)

20

7+173 Alcantarilla 1.50 10.7º 0.42 2.71 3 0.90

1+100Muro

Contención1.00 18.3º 0.34 3.11 3 1.04

9.0 BIBLIOGRAFIA

- Diseño y Construcción de Pavimentos, German Vivar Romero.

- Reglamento Nacional de Construcciones.

- Propiedades Geofísicas de los suelos, Joseph Bowles

21

CUADRO RESUMEN DE CANTERA

CANTERA ABRASIONC.B.R.

(100%)

ANALISIS

GRANULOMETRICO

LIMITES

ATTTERBERG

CLASIFI. SUCS

Y

CLASIF. AASHTO

Pasa

40

Pasa

200 LL LP IP

S/N.

Km 25+86045.48% 55 15.59 4.07 17.28 N.P. N.P. GP – A-1-A (0)

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Informe de Suelos Carret. Cruce

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