PROPUESTA DE ESTABILIZACIÓN DEL TERRENO DE …

FACULTAD DE INGENIERÍA

Carrera de Ingeniería Civil

PROPUESTA DE ESTABILIZACIÓN DEL TERRENO DE FUNDACIÓN VIAL CONFORMADA POR CENIZAS

VOLCÁNICAS, CON EL MODELO ELÁSTICO MULTICAPA DE BURMISTER PARA EL PROYECTO

CARRETERA PUQUINA – OMATE

Tesis para optar el Título Profesional de Ingeniero Civil

ANDRE JOSEP ARANDA PALMA

Asesor:

Msc. Guillermo Lazo Lázaro

Lima - Perú

2020

i

CONTENIDO

INDICE DE FIGURAS ......................................................................................................... viii

INDICE DE GRÁFICAS ......................................................................................................... xi

INDICE DE TABLAS ............................................................................................................ xii

DEDICATORIA .................................................................................................................. xvii

AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................... xviii

RESUMEN .......................................................................................................................... xix

ABSTRACT ......................................................................................................................... xxi

Capítulo I: Introducción ......................................................................................................... 3

Capítulo II: Planteamiento del Problema ............................................................................... 5

2.1 Descripción de la realidad problemática .................................................................. 5

2.2 Formulación del problema ....................................................................................... 7

2.2.1 Problema principal. .......................................................................................... 7

2.2.2 Problemas secundarios. .................................................................................. 7

2.3 Justificación de la investigación .............................................................................. 7

2.4 Objetivos de la investigación ................................................................................... 9

2.4.1 Objetivo principal. ............................................................................................ 9

2.4.2 Objetivo secundario. ........................................................................................ 9

2.5 Limitación de la investigación ................................................................................. 9

Capítulo III: Marco Teórico .................................................................................................. 10

3.1 Antecedentes del problema .................................................................................. 10

3.1.1 Antecedentes internacionales. ....................................................................... 10

3.1.2 Antecedentes nacionales. .............................................................................. 12

ii

3.2 Bases teóricas ...................................................................................................... 13

3.2.1 Esfuerzos y deformaciones en pavimentos flexibles. ..................................... 13

3.2.1.1 Masa de suelo homogéneo. .................................................................... 13

3.2.1.2 Solución por ábacos. .............................................................................. 21

3.2.1.3 Solución en el eje de simetría de una carga circular. .............................. 21

3.2.1.4 Masas de suelo no lineales. .................................................................... 21

3.2.2 Teoría del sistema de dos capas de Burmister. ............................................. 22

3.2.2.1 Generalidades. ....................................................................................... 22

3.2.2.2 Supuestos y condiciones. ....................................................................... 23

3.2.2.3 Fundamentos matemáticos de la teoría del sistema de dos capas. ........ 25

3.2.2.4 Evaluación de la deflexión con el modelo multicapa de Burmister. ......... 27

3.2.3 Descripción y diseño de pavimentos flexibles. ............................................... 30

3.2.3.1 Pavimento flexible. .................................................................................. 30

3.2.3.2 Estructura de un pavimento flexible. ....................................................... 30

3.2.4 Metodología de diseño de pavimentos flexibles. ............................................ 34

3.2.4.1 Diseño por métodos empíricos. .............................................................. 34

3.2.4.2 Diseño por métodos mecanicistas. ......................................................... 35

3.2.4.3 Diseño por método AASHTO 1993. ........................................................ 35

3.2.5 Diseño de pavimentos flexibles con la metodología AASHTO 1993. .............. 36

3.2.5.1 Generalidades. ....................................................................................... 36

3.2.5.2 Número estructural requerido. ................................................................ 36

3.2.5.3 Parámetros requeridos para determinar el SN req. ................................. 38

3.2.5.4 Cálculo del Número Estructural Propuesto. ............................................ 44

3.2.5.5 Parámetros requeridos para determinar el SN propuesto. ...................... 45

3.2.6 Deflexión en pavimentos flexibles. ................................................................. 48

3.2.6.1 Generalidades. ....................................................................................... 48

3.2.6.2 Cuenco de deflexión. .............................................................................. 50

3.2.6.3 Importancia en pavimentos. .................................................................... 52

iii

3.2.6.4 Problemáticas a partir de la deflexión no controlada. .............................. 53

3.2.6.5 Métodos para calcular la deflexión. ......................................................... 54

3.2.6.6 Equipos de medición de la deflexión en pavimentos. .............................. 55

3.2.6.7 Deflexión admisible. ................................................................................ 58

3.2.7 Estabilización del terreno de fundación. ......................................................... 58

3.2.7.1 Generalidades. ....................................................................................... 58

3.2.7.2 Métodos de estabilización. ...................................................................... 59

3.2.8 Teoría de suelos colapsables. ....................................................................... 62

3.2.8.1 Suelos metaestables. .............................................................................. 62

3.2.8.2 Mecanismos de colapso. ........................................................................ 62

3.2.8.3 Origen de los depósitos de suelos. ......................................................... 63

3.2.8.4 Rocas de origen volcánico (Rocas Ígneas). ............................................ 63

3.2.8.5 Depósitos de origen volcánico. ............................................................... 64

3.2.8.6 Ceniza volcánica. .................................................................................... 65

3.2.8.7 Contexto geodinámico y volcanes activos del Perú. ............................... 65

3.2.9 Ensayos requeridos para el análisis de las muestras. .................................... 66

3.2.9.1 Análisis granulométrico por tamizado. .................................................... 66

3.2.9.2 Contenido de humedad. .......................................................................... 70

3.2.9.3 Límite líquido. ......................................................................................... 71

3.2.9.4 Limite plástico. ........................................................................................ 73

3.2.9.5 Ensayo de Proctor modificado. ............................................................... 74

3.2.9.6 Contenido de materia orgánica. .............................................................. 76

3.2.9.7 Ensayo CBR. .......................................................................................... 76

3.2.9.8 Ensayo de corte directo (Consolidado Drenado). .................................... 79

3.2.10 Clasificación de suelos. ................................................................................. 81

3.2.10.1 Generalidades. ....................................................................................... 81

3.2.10.2 Sistema de clasificación AASHTO. ......................................................... 82

3.2.10.3 Sistema unificado de clasificación de suelos SUCS. ............................... 84

3.2.11 Criterios para evaluar el terreno de fundación. ............................................... 88

iv

3.2.11.1 Criterios de calidad de suelos – SUCS. .................................................. 89

3.2.11.2 Criterios de calidad de suelos – AASHTO. .............................................. 89

3.2.11.3 Criterio de resistencia estructural de suelos – CBR. ............................... 90

3.2.11.4 Criterio de verificación de contenido de humedad y compactación. ........ 90

3.2.11.5 Criterio de verificación de compresión de suelos. ................................... 90

3.2.11.6 Criterio de verificación del potencial de expansión. ................................. 91

3.2.11.7 Criterios de verificación del Índice de consistencia. ................................ 92

3.2.11.8 Criterio de verificación de la durabilidad de suelos: Porcentaje de materia

orgánica. 92

Capítulo IV: Hipótesis y Variables ....................................................................................... 93

4.1 Hipótesis general .................................................................................................. 93

4.2 Hipótesis específicas ............................................................................................ 93

4.3 Identificación de variables ..................................................................................... 93

4.4 Operacionalización de variables ........................................................................... 94

4.5 Matriz de consistencia .......................................................................................... 96

Capítulo V: Metodología ...................................................................................................... 99

5.1 Tipo y diseño de la investigación .......................................................................... 99

5.1.1 Tipo y nivel de la investigación. ..................................................................... 99

5.2 Unidad de análisis............................................................................................... 100

5.3 Método de investigación ..................................................................................... 100

5.4 Población de estudio ........................................................................................... 101

5.5 Delimitación de la población ............................................................................... 102

5.6 Muestra ............................................................................................................... 102

5.7 Tamaño de muestra ............................................................................................ 102

5.8 Selección de muestra ......................................................................................... 102

5.9 Técnicas de recolección de datos ....................................................................... 103

Capítulo VI: Resultados .................................................................................................... 104

v

6.1 Datos generales del proyecto ............................................................................. 104

6.2 Procedimientos y cálculos ................................................................................... 105

6.2.1 Profundidad de mejoramiento derivado de AASHTO 1993. ......................... 105

6.2.1.1 Número estructural propuesto del proyecto. ......................................... 105

6.2.1.2 Numero estructural requerido efectivo. ................................................. 106

6.2.1.3 Número estructural de refuerzo. ........................................................... 110

6.2.1.4 Resumen de cálculo de números estructurales por AASHTO 1993 para los

tramos en estudio. .................................................................................................. 111

6.2.1.5 Espesor de mejoramiento derivado de la metodología AASHTO 1993. 115

6.2.1.6 Deflexión con el modelo multicapa de Burmister. .................................. 117

6.2.1.7 Comparación de la deflexión calculada vs la deflexión admisible.......... 122

6.2.1.8 Replanteo del espesor de mejoramiento. .............................................. 122

6.2.1.9 Comparación de la nueva deflexión calculada vs la deflexión admisible.

124

6.2.1.10 Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de

mejoramiento para los tramos en estudio. .............................................................. 125

6.2.2 Profundidad de mejoramiento usando la metodología del MTC. .................. 129

6.2.2.1 Número estructural existente 𝑆𝑁𝑒. ........................................................ 129

6.2.2.2 Numero estructural de mejoramiento (𝑆𝑁𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜). ..................... 129

6.2.2.3 Cálculo del ∆𝑆𝑁. ................................................................................... 130

6.2.2.4 Resumen de cálculo de números estructurales con la guía del MTC para

los tramos en estudio. ............................................................................................ 131

6.2.2.5 Espesor de mejoramiento "𝑬" usando la guía del MTC. ........................ 135

6.2.2.6 Deflexión con el modelo multicapa de Burmister. .................................. 135

6.2.2.7 Comparación de la deflexión calculada vs la deflexión admisible.......... 139

6.2.2.8 Replanteo del espesor de mejoramiento. .............................................. 139

6.2.2.9 Comparación de la nueva deflexión calculada vs la deflexión admisible.

141

6.2.2.10 Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de

mejoramiento para los tramos en estudio. .............................................................. 142

vi

6.2.3 Ensayos de caracterización de terreno de fundación. .................................. 146

6.2.3.1 Análisis granulométrico por tamizado. .................................................. 146

6.2.3.2 Ensayo de contenido de humedad. ....................................................... 157

6.2.3.3 Límites de Atterberg (limite líquido, limite plástico, Índice de plasticidad).

161

6.2.3.4 Ensayo Proctor modificado. .................................................................. 168

6.2.3.5 Ensayo CBR. ........................................................................................ 175

6.2.3.6 Ensayo de corte directo. ....................................................................... 185

6.2.3.7 Ensayo de caracterización petrográfica. ............................................... 193

6.2.4 Clasificación por la metodología SUCS. ....................................................... 194

6.2.5 Clasificación por la metodología AASHTO. .................................................. 197

6.2.6 Criterios de calidad para evaluar el terreno de fundación. ........................... 198

6.2.6.1 Criterios de calidad de suelos – SUCS. ................................................ 198

6.2.6.2 Criterios de calidad de suelos – AASHTO. ............................................ 202

6.2.6.3 Criterio de resistencia estructural de suelos – CBR. ............................. 205

6.2.6.4 Criterio de verificación de contenido de humedad y compactación. ...... 209

6.2.6.5 Criterio de verificación de compresión de suelos. ................................. 212

6.2.6.6 Criterio de verificación del potencial de expansión. ............................... 215

6.2.6.7 Criterios de verificación del Índice de consistencia. .............................. 217

6.2.6.8 Criterio de verificación de la durabilidad de suelos: Porcentaje de materia

orgánica. 221

6.2.6.9 Análisis integral de los criterios geotécnicos ......................................... 223

6.2.7 Evaluación económica. ................................................................................ 228

6.2.7.1 Análisis de precios unitarios. ................................................................. 228

6.2.7.2 Presupuesto para movimiento de tierras – Método de estabilización del

MTC. 230

6.2.7.3 Presupuesto para movimiento de tierras – Estabilización con el modelo

elástico de Burmister. ............................................................................................. 231

Capítulo VII: Discusión de Resultados .............................................................................. 232

vii

7.1 Análisis técnico ................................................................................................... 232

7.1.1 Calidad de la ceniza volcánica. .................................................................... 232

7.1.2 Profundidades de mejoramiento – MTC vs Burmister. ................................. 235

7.1.3 Deflexiones – MTC vs Burmister. ................................................................. 236

7.1.4 Aplicación del modelo hacia otros sectores. ................................................ 237

7.2 Análisis estadístico ............................................................................................. 238

7.3 Análisis económico ............................................................................................. 239

7.4 Análisis de verificación y control de calidad de la aplicación del modelo. ............ 240

7.5 Principales aportes. ............................................................................................ 240

Capítulo VIII: Conclusiones y Recomendaciones .............................................................. 241

8.1 Conclusiones ...................................................................................................... 241

8.2 Recomendaciones .............................................................................................. 243

Referencias ....................................................................................................................... 244

Anexos .............................................................................................................................. 247

viii

INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Esfuerzos en una masa de suelo homogéneo, elástico e isotrópico. .................... 14

Figura 2. Carga lineal sobre una masa de suelo. ................................................................ 15

Figura 3. Esfuerzo vertical bajo una carga rectangular aplicado sobre la superficie de una

masa de suelo..................................................................................................................... 16

Figura 4. Esfuerzo vertical en cualquier punto bajo el área rectangular .............................. 16

Figura 5. Variación de I3 vs m' y n'. ..................................................................................... 18

Figura 6. Esfuerzo vertical en una masa de suelo homogéneo, elástico e isotrópico bajo una

carga circular. ..................................................................................................................... 19

Figura 7. Sistema de dos capas de Burmister. .................................................................... 23

Figura 8. Transferencia de esfuerzos y deformaciones en la interfaz de las capas. ............ 24

Figura 9. Sistema de dos capas de Burmister. .................................................................... 27

Figura 10. Deflexión en la interfaz de un sistema de dos capas de pavimento. ................... 28

Figura 11. Ábaco para determinar el factor de deflexión vertical”. ....................................... 29

Figura 12.Transferencia de carga en un pavimento flexible. ............................................... 30

Figura 13. Estructura convencional de un pavimento flexible. ............................................. 31

Figura 14. Esfuerzos en las capas del pavimento. .............................................................. 34

Figura 15. Nomograma AASHTO 1993. .............................................................................. 37

Figura 16. Capas de un pavimento flexible y su SN requerido correspondiente. ................. 38

Figura 17. Diseño de la estructura del pavimento. ............................................................. 44

Figura 18. Coeficiente de aporte estructural para mezcla de concreto asfáltico. ................. 45

Figura 19. Coeficiente estructural para base. ...................................................................... 46

Figura 20. Coeficiente estructural para subbase. ................................................................ 46

Figura 21. Capas de un pavimento deformado debido a la carga vehicular. ....................... 49

Figura 22. Deformaciones y deflexiones producidos por la carga vehicular. ....................... 49

Figura 23. Cuenco de deflexión y bulbo de presiones. ........................................................ 50

Figura 24.Características del cuenco de deflexión. ............................................................. 51

Figura 25. Fenómeno de deformación permanente. ............................................................ 52

Figura 26. Sistema multicapa elástico generalizado. ........................................................... 54

Figura 27. Esquema típico de una viga Benkelman. ........................................................... 56

Figura 28. Esquema típico del falling weight deflectometer. ................................................ 57

Figura 29. Carta de plasticidad ........................................................................................... 87

ix

Figura 30. Sistema de clasificación de un suelo para ser usado como material de subrasante.

........................................................................................................................................... 89

Figura 31. Identificación geográfica de la vía en estudio. .................................................. 101

Figura 32. Determinación del SNefectivo con el Nomograma AASHTO 93. ....................... 107

Figura 33. Cálculo del SNefectivo con la ecuación. ........................................................... 108

Figura 34. Datos requeridos para el cálculo de la deflexión admisible con WINDEPAV. ... 117

Figura 35. Verificación de datos y calculo con el programa WINDEPAV. .......................... 118

Figura 36. Resultados del cálculo de la deflexión. ............................................................. 119

Figura 37. Obtención del factor de deflexión con el ábaco de BURMISTER. .................... 121

Figura 38. Nueva profundidad de mejoramiento en el programa. ...................................... 123

Figura 39. Nueva deflexión calculada con el Programa. .................................................... 123

Figura 40. Cálculo de SN mejoramiento con el programa. ................................................ 130

Figura 41. Ventana principal del programa “WINDEPAV” y datos requeridos para el cálculo.

......................................................................................................................................... 136

Figura 42. Ventana de resultados del programa "WINDEPAV". ........................................ 136

Figura 43. Obtención del factor de deflexión con el ábaco de BURMISTER. .................... 138

Figura 44. Nueva profundidad de mejoramiento en el programa. ...................................... 140

Figura 45. Nueva deflexión calculada con el Programa. .................................................... 140

Figura 46. Selección y pesado de la muestra representativa para la granulometría. ......... 146

Figura 47. Suelo de grano grueso y suelo de grano fino separado. ................................... 146

Figura 48. Tamices de la serie gruesa y material retenido en cada uno. ........................... 147

Figura 49. Muestra representativa para el tamizado de suelo de grano fino. ..................... 148

Figura 50. Separación de arenas y suelo fino mediante lavado. ....................................... 148

Figura 51.Pesado de la muestra para determinar el contenido de humedad. .................... 157

Figura 52. Secado de la muestra en el horno de laboratorio. ............................................ 157

Figura 53. Equipos y herramientas requeridos para ser el ensayo de constantes físicas. . 161

Figura 54. Preparación de la muestra. .............................................................................. 161

Figura 55. Colocación de la muestra en la copa Casagrande, separación de este con un

acanalador. ....................................................................................................................... 162

Figura 56. Agitación de la copa, identificación de la junta de 1/2 pulgada y extracción de este.

......................................................................................................................................... 162

Figura 57. Tamizado de la muestra por la malla N°4. ........................................................ 168

Figura 58. Equipos necesarios para el ensayo Proctor modificado método "A". ................ 168

Figura 59. Muestras representativas para cada incremento de humedad. ........................ 169

Figura 60. Pesado, saturación y batido de la muestra con 10% de agua. ......................... 169

Figura 61. Densificación del primer punto. ........................................................................ 170

Figura 62. Enrasado y pesado de la muestra en el molde. ................................................ 171

x

Figura 63. Muestra para contenido de humedad del primer punto..................................... 171

Figura 64. Materiales y equipos necesarios para el ensayo CBR. ..................................... 176

Figura 65. Separación y humedecimiento de la muestra para el ensayo CBR. ................. 176

Figura 66. Preparación y compactación del primer punto (56g/c). ..................................... 177

Figura 67. Enrasado, peso de la muestra y colocación de sobrecargas. ........................... 177

Figura 68. Saturación de las muestras y control de expansión. ......................................... 178

Figura 69. Penetración de la muestra. .............................................................................. 178

Figura 70. Equipos y herramientas necesarios para ejecutar el ensayo. ........................... 185

Figura 71. Tamizado, pesado y humedecimiento de la muestra para el ensayo de corte

directo. .............................................................................................................................. 186

Figura 72. Ensamblado de la caja de corte y remoldeo de la muestra .............................. 186

Figura 73. Colocación de la cámara de corte, saturación de la muestra y control de la

deformación vertical. ......................................................................................................... 187

Figura 74. Extracción de la caja de corte, vista de la muestra sometida al corte. .............. 188

Figura 75. Clasificación SUCS usando la tabla sugerida por la ASTM – 2487 – 69. ......... 197

xi

INDICE DE GRÁFICAS

Gráfica 1. Variación del esfuerzo vertical vs Profundidad. ................................................... 20

Gráfica 2. Curva Granulométrica. ........................................................................................ 68

Gráfica 3. Curva Granulométrica ....................................................................................... 151

Gráfica 4. Línea de fluidez para determinar el Limite Liquido. ........................................... 165

Gráfica 5. Curva de Compactación. .................................................................................. 173

Gráfica 6. Curvas de carga vs penetración para 56g/c, 25g/c y 12g/c. .............................. 181

Gráfica 7. Curva de CBR vs densidad seca. ..................................................................... 182

Gráfica 8. Curva de esfuerzos vs deformación horizontal. ................................................ 192

Gráfica 9. Envolvente de corte. ......................................................................................... 192

Gráfica 10. Histograma de muestras que cumplen los Criterios Geotécnicos. .................. 233

Gráfica 11. Histograma de muestras que no cumplen los Criterios Geotécnicos. .............. 234

Gráfica 12. Comparación de profundidades de mejoramiento - MTC vs BURMISTER ...... 235

Gráfica 13. Comparación de deflexión Admisible vs Deflexión a partir de los espesores del

MTC y BURMISTER. ........................................................................................................ 236

Gráfica 14. Dispersión de los SN req. efectivos a partir del valor promedio. .................... 238

xii

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Valor relativo de soporte para diferentes clases de carreteras o para diferentes

niveles de tráfico. ................................................................................................................ 32

Tabla 2. Valor relativo de soporte CBR Mínimo para una subbase. .................................... 33

Tabla 3. Clasificación de tráfico para vías con bajo nivel de tránsito ................................... 39

Tabla 4. Clasificación de tráfico para vías con moderado nivel de tránsito .......................... 40

Tabla 5. Clasificación de tráfico para vías con alto nivel de tránsito ................................... 40

Tabla 6. Valores recomendados de Confiabilidad según el Tráfico ..................................... 42

Tabla 7. Valores de So para Pavimentos Flexibles y Rígidos .............................................. 43

Tabla 8. Índice de Serviciabilidad inicial y final según el Tráfico .......................................... 43

Tabla 9. Valores de coeficientes de drenaje (𝑚𝑖) para capas de base y subbase ............... 47

Tabla 10. Evaluación del Cuenco de Deflexiones .............................................................. 51

Tabla 11. Características de algunos equipos que miden la deflexión en pavimentos......... 55

Tabla 12. Tamices de serie gruesa y serie fina ................................................................... 67

Tabla 13. Requisitos para seleccionar el método de compactación modificado .................. 74

Tabla 14. Clasificación de suelos de acuerdo con su CBR ................................................. 77

Tabla 15. Sistema de Clasificación AASHTO ...................................................................... 83

Tabla 16. Metodología de Clasificación de suelos SUCS .................................................... 85

Tabla 17. Sistema de clasificación de suelo fino por la metodología SUCS ........................ 88

Tabla 18. Calificación del suelo de acuerdo con su Índice de Compresión. ........................ 91

Tabla 19. Sistema de Clasificación de expansión de suelos ............................................... 91

Tabla 20. Sistema de clasificación de consistencia de suelos ............................................. 92

Tabla 21. Operacionalización de variables .......................................................................... 95

Tabla 22. Matriz de consistencia – Hipótesis principal ........................................................ 96

Tabla 23. Matriz de consistencia - Hipótesis secundario 1 .................................................. 97

Tabla 24. Matriz de consistencia - Hipótesis secundario 2 .................................................. 98

Tabla 25. Características generales del proyecto en el rubro de pavimentos .................... 104

Tabla 26. Parámetros de diseño y SN del proyecto .......................................................... 105

Tabla 27. Parámetros de diseño y SN efectivo.................................................................. 106

Tabla 28. Cálculo de Números Estructurales – km 115+100 al km 126+460 ..................... 111

Tabla 29. Cálculo de Números Estructurales – km 127+340 al km 141+250 ..................... 112

Tabla 30. Cálculo de Números Estructurales – km 141+250 al km 147+570 .................... 113

Tabla 31. Cálculo de Números Estructurales – km 147+660 al km 150+430 .................... 114

xiii

Tabla 32. Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento

con Burmister – Tramo km 115+00 al km 126+460 ........................................................... 125


con Burmister – Tramo km 127+340 al km 140+150 ......................................................... 126





Tabla 36. Datos requeridos para determinar SN de mejoramiento .................................... 129

Tabla 37. Cálculo de Números Estructurales por la guía del MTC – km 115+100 al km

119+373 ............................................................................................................................ 131


140+060 ............................................................................................................................ 132


140+146+150 .................................................................................................................... 133


150+430 ............................................................................................................................ 134

Tabla 41. Datos requeridos para el uso de la Ecuación y Ábaco de Burmister .................. 137


con Burmister – Tramo km 115+00 al km 127+400 ........................................................... 142







Tabla 46. Formato para toma de datos y resultados del ensayo granulométrico – primera parte

......................................................................................................................................... 149

Tabla 47. Formato para toma de datos y resultados del ensayo granulométrico – segunda

parte ................................................................................................................................. 150

Tabla 48. Resultados de ensayos de granulometría – km 115+100 al km 119+373 .......... 152




Tabla 52. Resultados de ensayos de granulometría – km 148+300 al km 1450+430 ........ 156

Tabla 53. Formato para toma de datos y presentación de resultados ............................... 158

xiv

Tabla 54. Resultados del Ensayos de contenido de humedad – km 115+100 – km 140+600

......................................................................................................................................... 159

Tabla 55. Resultados del Ensayos de contenido de humedad – km 141+140 – km 150+430

......................................................................................................................................... 160

Tabla 56. Formato para toma de datos y resultados para ensayo de límite líquido ........... 163

Tabla 57. Formato para toma de datos y resultados para ensayo de límite plástico .......... 164

Tabla 58. Resultados de las constantes físicas para las muestras en estudio – (km 115+100

– km 116+700) .................................................................................................................. 165


– km 141+750) .................................................................................................................. 166


– km 150+430) .................................................................................................................. 167

Tabla 61. Formato para toma de datos y presentación de resultados ............................... 172

Tabla 62. Resultados de los ensayos de Proctor Modificado – km 115+100 – km 119+373

......................................................................................................................................... 173


......................................................................................................................................... 174


......................................................................................................................................... 175

Tabla 65. Formato para toma de datos y presentación de resultados de compactación para

ensayo CBR ...................................................................................................................... 179

Tabla 66. Formato para toma de datos y presentación de resultados de penetración para

ensayo CBR ...................................................................................................................... 180

Tabla 67. Resultados de ensayo CBR .............................................................................. 182

Tabla 68. Resultados del ensayo CBR – km 115+100 – km 140+060 ............................... 183

Tabla 69. Resultados del ensayo CBR – km 141+140 – km 150+430 ............................... 184

Tabla 70. Formato de recolección de datos generales para ensayo de corte directo ........ 189

Tabla 71. Datos, cálculos resultados de la etapa corte vs deformación horizontal ............ 190

Tabla 72. Datos, cálculos resultados de la etapa de deformación vertical vs deformación

horizontal .......................................................................................................................... 191

Tabla 73. Resultados de ensayo de Corte Directo ............................................................ 193

Tabla 74. Identificación de D60, D30 y D10 en la tabla granulométrica del tramo en estudio

......................................................................................................................................... 195

Tabla 75. Clasificación de la muestra por la metodología AASHTO. ................................. 198

Tabla 76. Criterio de evaluación de calidad de suelos – SUCS (km 115+100 – km 128+200)

......................................................................................................................................... 199

xv


......................................................................................................................................... 200


......................................................................................................................................... 201


......................................................................................................................................... 202

Tabla 80. Criterio de evaluación de calidad de suelos – AASHTO (km 115+100 – km 139+250)

......................................................................................................................................... 203


......................................................................................................................................... 204


......................................................................................................................................... 205

Tabla 83. Criterio de Resistencia Estructural de suelos – CBR (km 115+100 – km 131+550)

......................................................................................................................................... 206


......................................................................................................................................... 207


......................................................................................................................................... 208

Tabla 86. Criterio de verificación de contenido de humedad y compactación – H.N y O.C.H

(km 115+100 – km 118+935) ............................................................................................ 209


(km 119+340 – km 141+500) ............................................................................................ 210


(km 141+500 – km 150+430) ............................................................................................ 211

Tabla 89. Criterio de verificación de compresión de suelos – Índice de compresión (km

115+100 – km 119+373) ................................................................................................... 212


126+420 – km 141+650) ................................................................................................... 213


141+650 – km 150+430) ................................................................................................... 214

Tabla 92. Criterio de verificación de potencial de expansión de suelos – (km 115+100 – km

130+400) .......................................................................................................................... 215


146+730) .......................................................................................................................... 216


150+430) .......................................................................................................................... 217

xvi

Tabla 95. Criterio de verificación de consistencia del suelo– (km 115+100 – km 129+050)

......................................................................................................................................... 218


......................................................................................................................................... 219


......................................................................................................................................... 220

Tabla 98. Criterio de durabilidad de suelos - C.M.O (km 115+100 – km 133+137) ............ 221

Tabla 99. Criterio de durabilidad de suelos - C.M.O (km 139+000 – km 147+570) ............ 222

Tabla 100. Criterio de durabilidad de suelos - C.M.O (km 147+660 – km 150+430) .......... 223

Tabla 101. Vista general de los criterios para evaluar las muestras – km 115+100 – km

127+400 ............................................................................................................................ 224


140+150 ............................................................................................................................ 225


146+150 ............................................................................................................................ 226


150+430 ............................................................................................................................ 227

Tabla 105. APU para mejoramiento de suelos con material de cantera ............................ 229

Tabla 106. APU para subpartidas de mejoramiento de suelos con material de cantera .... 229

Tabla 107. Presupuesto para movimiento de tierras – Espesores determinados con el método

del MTC ............................................................................................................................ 230

Tabla 108. Presupuesto para movimiento de tierras - Espesores corregidos por Deflexión con

Burmister .......................................................................................................................... 231

Tabla 109. Análisis de costos para cada método de determinación del espesor de

mejoramiento .................................................................................................................... 239

xvii

DEDICATORIA

Este trabajo de investigación está

dedicado a mis padres, Florentino

Aranda Ortiz y Francisca Palma de la O,

quienes, con su humildad y su infinita

fuerza, me mostraron un gran apoyo a lo

largo de mi vida.

De manera especial, este trabajo está

también dedicado a mí pequeño André,

mi motor que me impulsa a ser un buen

padre, un buen ciudadano, un buen

profesional, y lo más importante, un

buen ser humano.

xviii

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a mi asesor Msc. Guillermo Lazo

Lázaro, por sus grandes conocimientos

compartidos tanto en las aulas de clases

como a lo largo del desarrollo de este trabajo.

Así mismo resaltar su vasta experiencia

como persona, quien supo guiarme en la

toma de decisiones difíciles.

Por otro lado, agradezco de manera especial

a mis docentes universitarios, Ing.

Hernández Aguilar Marco, Ing. Sotomayor

Cruz Cristian, Ing. Torre Carrillo Ana, Ing.

Valcárcel Pollard Edgar, Ing. Velásquez

López – Raygada Carlos, Ing. Diaz Figueroa

Miguel, Ing. Lazo Lázaro Guillermo, Ing. Sotil

Chavez Andres y al Lic. Calderón Arévalo

Carlos, de quienes rescato un gran respeto

hacia la educación, un intenso trabajo por

alcanzar profundos conocimientos, grandes

habilidades de enseñanza, y dignas formas

de ser como personas.

xix

RESUMEN

El presente trabajo de investigación tiene como objetivo principal estabilizar el terreno de

fundación vial, conformado por cenizas volcánicas, de la carretera Puquina – Omate –

Arequipa Tramo II, sector 1, utilizando el modelo elástico multicapa de Burmister. Como

objetivo secundario, se va a validar la calidad de la ceniza volcánica como inadecuada para

ser usado como material de subrasante y finalmente, se va a verificar si la estabilización con

el modelo elástico de Burmister garantiza la durabilidad del pavimento, menos gasto de

recursos y menos tiempo de trabajo frente a la metodología de estabilización por sustitución

de suelos que propone la guía del MTC.

Se desarrolló una investigación de tipo, correlacional dado que se pretende evaluar el

grado de asociación entre dos variables, aplicada dado que se pretende dar solución a una

realidad problemática, cuantitativa puesto que se va a realizar una recolección de datos

mediante técnicas de exploración de campo y laboratorio, experimental puesto que la

modificación de la variable independiente genera un cambio directo en la variable

dependiente.

El proyecto que da lugar a este trabajo de investigación esta denominado como

“Mejoramiento de la Carretera Moquegua – Omate – Arequipa Tramo II: km 35+000 al km

153+ 500”. La unidad de análisis para este trabajo de investigación son los suelos cuya

composición geotécnica pertenece a cenizas volcánicas. Frente a ello se definió la población,

el cual viene a ser el Tramo II, Sector 1, del KM 115+000 al KM 150+430 cuya delimitación

está enfocado al análisis de los tramos que solo contengan cenizas volcánicas como terreno

de fundación vial.

Como primera parte del desarrollo de esta investigación, se validó la calidad de la ceniza

volcánica mediante ensayos de laboratorio y teorías de suelos colapsables, de donde se

determinó que el suelo en mención es inadecuado para ser usado como material de

subrasante en pavimentos, dando lugar a la necesidad de llevar a cabo una estabilización. El

método de estabilización escogido fue la de sustitución de suelos.

Seguido a ello, se determinó la profundidad de mejoramiento con la metodología que

propone la guía del MTC.

xx

Usando el modelo elástico multicapa de Burmister, se determinó las deflexiones que

generan las capas de suelos mejorados, cuyo espesor es el que se determinó con el manual

del MTC, sobre el terreno natural, encontrando que, de los 53 tramos analizados, solo 8

cumplían con estar por debajo de la deflexión admisible. Por ende, se realizó un replanteo a

estos espesores de mejoramiento hasta que cumplan el requerimiento de deflectometría. Es

importante mencionar que esta verificación no contempla la guía del MTC.

Finalmente se realizó un análisis técnico económico, a la propuesta de estabilización que

la guía del MTC sugiere frente a la metodología del modelo elástico multicapa de Burmister,

encontrando que, que el modelo elástico determina mayores espesores de mejoramiento que

la metodología del MTC, los cual genera deflexiones bajas, mayores costos por construcción

y un mayor tiempo de trabajo. Sin embargo, por el lado técnico, el modelo elástico genera

mayor estabilidad de la subrasante, lo cual implica menor riesgo de que existan fallas

funcionales y estructurales en el pavimento, lo cual implica menores costos de manteniendo

en el tiempo.

Palabras Clave: Estabilización, Burmister, cenizas volcánicas, pavimentos flexibles, deflexión,

suelos colapsables, ensayos de laboratorio, winDEPAV.

xxi

ABSTRACT

The main objective of this research work is to stabilize the foundation terrain, which is

conformed by volcanic Ashes of the Puquina – Omate – Arequipa, section II part 1 road, using

Burmister's multilayer elastic model. The secondary objective is verifying the quality of the

volcanic ashes as inadequate to be used as a subgrade material. Finally, it is going to compare

the MTC methodology to stabilize by replacement of inappropriate material with the Burmister

theory from a technic and economic approach.

The kind of this research work is correlational, due to it is intented to evaluate the degree

of association between two variables. Applied due to it is intended to solve a real problem.

Quantitative because data collection is done using field and laboratory exploration techniques.

Experimental due to modifying the independent variable generates a direct change in the

dependent variable.

This research work is carried out in the project called “Improvement of the Moquegua –

Omate – Arequipa road, section II, since km 35+000 to km 153+500. The analysis unit for this

research work are soils whose geotechnical composition belongs to volcanic ashes. On the

other hand, the population belong to section II, part 1 of the road under study, whose

delimitation is focused on the analysis of the sections that they are composed by volcanic

ashes.

In the first part, the quality of the volcanic ashes was verified, as inadequate to be used as

a subgrade material, using geotechnical evaluation criteria and collapsed soils theories, giving

rise to the need for Carry out a stabilization. The stabilization method chosen was that of soil

substitution by a better material.

In the following part, it was used the MTC manual and Burmister's multilayer elastic model

to determine the improvement depth. The analysis was focused in calculate the improvement

depth with MTC manual, and then, using the Burmister's multilayer elastic model, it was

verifying the deflections that are generates by the improvement layer under the natural terrain.

As results, it was found that, the MTC method calculate insufficient improvement depths,

because, the deflections are more than the permissible deflection of natural terrain. On the

other words, of the 53 depths determined, 45 generate deflections greather than the

permissible deflection. The Burmister’s multilayer elastic model corrects these depths until

the deflections under the natural terrain are less than the permissible deflections. Thus,

Burmister's multilayer elastic model determine improvement depths greater than MTC manual.

xxii

From technical aspect, the Burmister's multilayer elastic model is bether than MTC guide,

because it guarantees the durability of the pavement and the lower risk of structural and

functional failures.

From economic aspect, the Burmister's multilayer elastic is more expensive only in the

construction stage, because it determines greater improvement depths, therefore, it requires

greater earthworks and longer work time.

Keywords: Stabilization, Burmister, volcanic ash, flexible pavement, deflection,collapsible

soils, Laboratory test, winDEPAV.

3

Capítulo I: Introducción

La construcción de un pavimento conlleva una serie de estudios preliminares donde

inicialmente se valida la condición estructural del material geotécnico que conforma el terreno

de fundación. Dicha verificación en muchos casos es tomada con poca importancia. Sin

embargo, Guerrero (2016), afirma que la deformación permanente de un pavimento puede

presentarse incluso en niveles de subrasante, y como consecuencia puede afectar

considerablemente la estructura del pavimento.

Fonseca (2010), menciona que no todos los suelos suelen ser adecuados geotécnica y

estructuralmente para ser usados como suelo de apoyo de un pavimento. De encontrarse la

condición de la fundación como inadecuado, se debe implementar actividades de mejora o

reemplazo hasta cierta profundidad previamente determinada, dicho escenario también es

tomado con poca importancia por parte de los constructores, ya que optan por espesores de

remoción o reemplazo basados a la experiencia o en normas que no validan dicho espesor

por otros parámetros como la deflexión que genera la capa de mejoramiento sobre el terreno

natural. Sin embargo, Wirtgen (2004) menciona que las características de resistencia del

material de fundación determinan la resistencia estructural de las capas del pavimento

requerida para disipar las fuerzas aplicadas en la superficie.

De acuerdo con Badillo (2004), el comportamiento estructural de los suelos varía de

acuerdo con el tipo y composición de este; por consiguiente, haciendo uso de ensayos de

laboratorio se puede predecir de qué manera va a responder en campo frente a solicitaciones

externas. Sin embargo, Estrada (2018), afirma que el tipo se suelo que conforma el terreno

de fundación en estudio pertenece a cenizas volcánicas las cuales en laboratorio presentan

propiedades aceptables para ser usado como material de subrasante, pero en campo es todo

lo contrario.

4

El costo es una variable muy importante para tomar en cuenta cuando se desee construir

cualquier obra de ingeniería civil. Para ello, inicialmente se programan estudios a nivel de

consultoría con el fin de estimar las actividades, el tiempo y el costo requerido para llevar a

cabo la obra. Sin embargo, en las obras de infraestructura vial, estos estudios no suelen estar

completos o bien verificados ya que dejan de lado auscultaciones adecuadas al terreno de

fundación, estimación correcta del tráfico, adecuados espesores del pavimento, entre otros,

generando inconvenientes económicos, técnicos, legales y en el plazo de ejecución de la

obra.

En el capítulo 1, se está planteando de manera introductoria los escenarios que se van a

encontrar dentro de todo el trabajo de investigación.

En el capítulo 2, se plantea la problemática que da lugar a este trabajo de investigación,

así como también la justificación pertinente que ratifica la realización de este trabajo de

investigación. Para ello, en este capítulo, se plantea los objetivos pertinentes las cuales

permiten no perder el enfoque de solución a la problemática. Por otro lado, para seguir una

línea ordenada de análisis y estudios, se establece la limitación de esta investigación.

El capítulo 3 contempla el marco teórico donde se presentan los antecedentes tanto

nacionales o internacionales, así como también se presentan las bases teóricas donde se

estudia y define las teorías necesarias que permiten desarrollar adecuadamente este trabajo

de investigación.

El capítulo 4 contempla las hipótesis a verificar al desarrollar este trabajo de investigación,

por otro lado, se incluye las variables y la matriz de consistencia.

En el capítulo 5 se establece el diseño y tipo de investigación, así como también se especifica

la población de estudio, el tamaño de la muestra que se está usando y las técnicas usadas

para la recolección de datos.

En el capítulo 6 se presenta un procedimiento general de lo que viene a ser la ejecución

de este trabajo de investigación, por otro lado, se plantea el método de análisis.

En el capítulo 7, se presentan los resultados tanto de los trabajos de laboratorios como de

los cálculos matemáticos, asimismo se presenta una discusión de los resultados.

Finalmente, en el capítulo 8, se muestran las conclusiones en respuesta a los objetivos e

hipótesis establecidas inicialmente. Así como también, se muestran unas recomendaciones

generales.

5

Capítulo II: Planteamiento del Problema

2.1 Descripción de la realidad problemática

La estructura de un pavimento está conformada por varias capas de distintos materiales las

cuales cumplen la función de soportar las cargas de tráfico. La carga vehicular se distribuye

de manera gradual a lo largo de la estructura hasta el terreno de fundación donde se espera

que la magnitud del peso vehicular en ejes equivalentes sea muy pequeña en función a la

carga aplicada en la superficie. Sin embargo, aun cuando dichas cargas de tráfico han sido

minoradas, puede afectar gravemente las condiciones de resistencias, deformación, y

durabilidad del terreno de fundación si este no es el adecuado. Por ello, como etapas

preliminares para la construcción de un pavimento es muy importante realizar los estudios

adecuados de ingeniería para determinar la condición en la que se encuentra el terreno de

fundación en términos de resistencia, durabilidad y deformabilidad.

El expediente técnico elaborado para el proyecto en estudio no advierte la existencia de

suelos con comportamientos desfavorables en diferentes tramos tanto en el terreno de

fundación como en los taludes, así mismo sugiere los mecanismos y actividades de

conformación de las plataformas, los parámetros de diseño del pavimento y sus respectivos

espesores. Ante el mencionado escenario, la empresa constructora al percatarse de la

problemática realizó un estudio con el fin de conocer con mayor detalle las características

físico – mecánicas de los suelos de fundación dicho informe está citado como Bermeo (2018).

De acuerdo con Bermeo (2018), los suelos de fundación existentes están conformados

por cenizas volcánicas, los cuales son catalogados como suelos colapsables con aparente

resistencia estructural y para un mayor entendimiento, se mandó a realizar un estudio

geológico el cual está citado como Estrada (2018).

De acuerdo con Estrada (2018), el terreno de fundación está conformado por cenizas

volcánicas con espesor de hasta 2.00m en los terrenos de poca pendiente y en las quebradas

o depresiones es mayor. Por lo tanto, no se puede construir la estructura del pavimento ni

conformar el terreno de fundación antes de haber atendido el problema de resistencia del

suelo natural. Por otro lado, los estudios establecen que la ceniza existente posee

características de respuesta aceptables en laboratorio, pero en campo es contradictorio, por

6

ende, ha sido catalogado como inadecuado y se ha previsto estudiar dicho escenario en la

presente investigación debido a su comportamiento inusual.

Dado que el terreno de fundación presenta condiciones desfavorables como material de

apoyo para una carretera, se debe implementar un plan de mejoramiento sea reemplazándolo

con un material selecto de cantera o incorporando agentes estabilizadores para mejorar su

capacidad de soporte; en efecto, es necesario conocer hasta que profundidad incide los

esfuerzos transmitidos por la carga vehicular en el terreno de fundación ya que este vendría

a ser el espesor de remoción o de mejoramiento. A la actualidad los especialistas proponen

profundidades de mejoramiento basados en criterios de experiencia o utilizan la norma

peruana como guía fundamental aun cuando este no presenta verificaciones por otros

parámetros muy importantes como es la deflexión que pueda generar la capa mejorada sobre

el terreno natural. Para ello se va a utilizar el modelo multica de Burmister, el cual hace uso

de las propiedades elásticas de los materiales, la carga vehicular de diseño, y formulaciones

matemáticas para determinar la deflexión mencionada. Los resultados esperados gravitan en

que la deflexión sea mayor la deflexión admisible, o que la deflexión este muy por debajo del

admisible. En ambos escenarios, es pertinente realizar cambios en el espesor de remoción

de tal manera que cumpla en un orden de grandeza racional el requisito de la deflexión

admisible ya que es importante la conservación económica y operativa del pavimento.

Las cenizas volcánicas son catalogadas como suelos colapsables dado que son proclives

a perder capacidad de resistencia ante ligeros incrementos de humedad. Estos materiales

están protegidos por cementantes que les permite tener una resistencia aparente, sin

embargo, se ha verificado mediante bibliografías, en laboratorio y campo, los peligroso que

puede ser tratar con estos suelos en la ejecución de obras de ingeniería.

Parte de la problemática de este trabajo de investigación, radica en que los costos de

ejecución se vieron afectados en un gran porcentaje con respecto a lo que estableció los

estudios de consultoría dado que no verificaron adecuadamente la composición del terreno

de fundación vial, obligando así a la empresa constructora solicitar adicionales en tiempo y

en gastos para remediar dicho escenario.

Este trabajo de investigación coincide con las etapas de ejecución de la obra, donde se ha

estudiado de manera particular las características físico – mecánicas de terreno de fundación

y así validar sus características geotécnicas como inadecuada para ser usado como material

de relleno. En efecto, se ha propuesto realizar una estabilización por sustitución de suelos,

dicha metodología esta sugerida en la normativa peruana. Adicionalmente, se incorpora la

evaluación deflectométrica por la metodología elástica multicapa de Burmister.

7

2.2 Formulación del problema

2.2.1 Problema principal.

¿Se podrá estabilizar el terreno de fundación vial conformado por cenizas volcánicas,

utilizando el modelo multicapa de Burmister?

2.2.2 Problemas secundarios.

A. ¿Es inadecuada la calidad geotécnica de la ceniza volcánica, que conforma el terreno

de fundación, para ser usado como material de apoyo de un pavimento?

B. ¿Será eficiente en términos técnicos y económicos la estabilización del terreno de

fundación determinado con el modelo multicapa de Burmister comparado con la

metodología propuesta por la norma peruana?

2.3 Justificación de la investigación

Ante la problemática de determinar la profundidad de estabilización del terreno de fundación

vial, existen metodologías aceptadas por la Normativa Peruana que van acompañados de

criterios desde el simple hecho de usar la experiencia hasta el cálculo de la profundidad de

mejoramiento con el manual de suelos, geología, geotécnica y pavimentos elaborado por el

MTC. Por ende, la propuesta queda a criterio de la supervisión y contratistas en consenso.

Así mismo, Oviedo (2013), afirma que no existe un mecanismo establecido ni un adecuado

sustento a usar para evaluar y determinar el espesor de mejoramiento.

El hecho de proponer espesores de remoción basados en la experiencia sin un sustento

científico, conlleva a subdimensionar o sobredimensionar el mismo, encareciendo

innecesariamente las actividades de mejoramiento, o poniendo en riesgo la estabilidad y

apoyo permanente del pavimento; puesto que, de acuerdo con el manual de ensayo de

materiales MTC (2016), existe una gran diversidad de combinaciones de suelos, así como

también sus comportamientos son diferentes de acuerdo a sus múltiples propiedades; en

efecto, pensar que el comportamiento va ser similar a otros escenarios ya es un grave error.

El manual de carreteras citado como MTC (2013), en su apartado de estabilización del

terreno de fundación, establece que, para estabilizar un terreno de fundación por sustitución,

es necesario conocer el módulo resiliente del terreno de fundación y del material de

mejoramiento, y en base al cálculo de números estructurales, se determina el espesor de

mejoramiento. Sin embargo, en este proceso de cálculo no se visualiza la consideración de

8

efectos deflectométricos sobre el terreno natural, que, para este caso, es un suelo con alto

grado de inestabilidad. Este escenario permite cuestionar el método de determinación de la

profundidad de mejoramiento del manual del MTC dando lugar a implementar o adicionar un

criterio de evaluación a la metodología de la normativa,

Uno de los mecanismos de falla más comunes y peligrosos en pavimentos, son los

ahuellamientos, los cuales son deformaciones verticales acumulados en cada capa del

sistema pavimento – subrasante. Por ende, es importante conocer la condición

deflectometrica que estos poseen con el fin de tomar acciones de prevención en el diseño o

en la rehabilitación de un pavimento.

Esta investigación propone el uso del modelo elástico multicapa de Burmister para verificar

la deflexión que genera el material de mejoramiento compactado a una determinada altura,

sobre el terreno natural con el fin verificar si los valores deflectométricos están por debajo de

los valores admisibles o por encima.

Los estudios de consultoría para el proyecto en estudio no han sido completos ni veraces,

puesto que de acuerdo con él informe geológico, elaborado en la zona de estudio, citado

como Estrada (2018), indica que los estratos de cenizas volcánicas no han sido identificados,

ni en ubicación, ni magnitud, ni tratamiento específico para garantizar la estabilidad de la

plataforma que es donde se va a apoyar permanentemente la estructura del pavimento. Así

mismo concluye que la ceniza volcánica presenta mala calidad geotécnica por lo que

recomienda que para efectos de implantación de la plataforma de la carretera, se debe

remover dichos materiales hasta cierta profundidad debidamente determinada.

Dicho escenario no es ajeno a las diversas problemáticas que suele pasar en obras de

pavimentación. A nivel de todo el Perú, se ha visto pavimentos en mal estado a nivel

superficial y subrasante en un tiempo prematuro, no solo por falta de actividades de

conservación, sino también por deficiencias en la construcción del pavimento y en la

conformación o estabilización del terreno de fundación. Por ello, es muy importante enfatizar,

las consecuencias de la falta de un estudio adecuado y minucioso al terreno de fundación

vial. (Oviedo, 2013).

Por otro lado, las cenizas volcánicas poseen características de respuesta muy diferentes

en campo a lo evaluado en laboratorio. Dicha condición particular amerita un estudio completo

y minucioso con el fin de corroborar su capacidad de respuesta, y por ende se pueda poner

en conocimiento tanto en estudiantes como profesionales, el comportamiento inusual que

pueda presentar este suelo colapsable al servir de apoyo de obras de ingeniería.

9

2.4 Objetivos de la investigación

2.4.1 Objetivo principal.

Estabilizar el terreno de fundación vial, conformada por cenizas volcánicas, con el modelo

multicapa de Burmister para el proyecto en estudio.

2.4.2 Objetivo secundario.

A. Validar la calidad geotécnica de la ceniza volcánica que conforma el terreno de

fundación que ha sido calificada como inadecuada para ser usado como material de

relleno en pavimentos.

B. Verificar si la estabilización del terreno de fundación determinado con el modelo

multicapa de Burmister es eficiente en términos técnicos y económicos comparado

con la metodología que propone la norma Peruana.

2.5 Limitación de la investigación

Este trabajo de investigación usa un modelo elástico para validar la profundidad de

mejoramiento determinada con la guía del MTC, mediante el cálculo de la deflexión que este

genera sobre el terreno natural. De encontrar deficiencias en la metodología de estabilización

por sustitución del MTC, este trabajo no pretende invalidar el método sugerido en la guía

mencionada, por lo contrario, adicionar un criterio de evaluación deflectometrica a la

metodología.

Existen diversas teorías de esfuerzos y deformaciones que permiten evaluar la deflexión

en pavimentos, para ello solo se está haciendo uso del modelo elásticos multicapa de

Burmister. Por otro lado, para determinar el módulo resiliente del terreno de fundación natural

y del suelo de mejoramiento, se está haciendo uso de ecuaciones que correlacionan el valor

de soporte del suelo y su respetivo Modulo resiliente, puesto que no se cuenta con el equipo

triaxial dinámico dado su alto costo y sistema de operación compleja. Las mediciones de las

deflexiones admisibles se han llevado a cabo con la viga Benkelman, puesto que es el ensayo

más usado y de fácil adquisición aun conociendo sus deficiencias. Es claro que existen otros

equipos como el Falling weigth deflectometer (FWD), que usa un sistema de análisis

automatizado con mayores alcances de resultados.

10

Capítulo III: Marco Teórico

3.1 Antecedentes del problema

3.1.1 Antecedentes internacionales.

Timoshenko & Godier (1970) en su ejemplar “Theory of Elasticity” suponen que, los materiales

estructurales recuperan su forma inicial luego de haber sufrido la acción de fuerzas

externas solo si no superan un cierto límite de elasticidad. Sin embargo, reconocen

taxativamente que los materiales en mención tienen la propiedad de elasticidad hasta

cierto grado.

Una de las propiedades más importantes que los autores citados asignan a los

materiales estructúrales es la isotropía, es decir, que su estructura molecular es

homogénea en todo el volumen del elemento y en toda dirección.

Huang (2004) afirma que, hasta Inicios de la década de 1920, el espesor del pavimento se

basaba puramente en la experiencia aun cuando el suelo de fundación presentaba

características geotécnicas diferentes. Por ende, en esos tiempos era válido

considerar un mismo valor.

Huang (2004) menciona que en 1947, la comisión de carreteras del Estado de Kansas

modifica las ecuaciones presentadas por Boussinesq – 1885 para determinar los

esfuerzos verticales en masas de suelo y limitó la deflexión máxima para una

subrasante a 0.1 pulgadas (2.54mm) partiendo de una metodología que considera a

la estructura del pavimento como un medio homogéneo, sin embargo, esta

consideración perdió importancia debido a que los pavimentos presentan capas con

características muy diferentes.

Así mismo, el autor afirma que, en 1943, el profesor e Ingeniero Civil Donal Burmister,

pionero en la mecánica de suelos y la ingeniería de cimentaciones, desarrolló una

solución para determinar la profundidad de mejoramiento de un terreno de fundación

partiendo de las ecuaciones de Boussinesq. El salto importante en la ingeniería de

pavimentos se dio cuando Burmister consideró a un pavimento flexible como un

sistema compuesto de capas de suelo diferente uno del otro. Más adelante, fue

presentado como la teoría estratifica de Burmister. La solución presentada por el

Notable Ingeniero permite determinar los esfuerzos, deformaciones y deflexiones en

11

sistemas de dos capas en cualquier punto a nivel de suelo de fundación. Mas adelante

formuló un sistema de cálculo para un pavimento con múltiples capas.

Yoder (1975), menciona que en 1954, Foster y Alvin, presentaron una solución por medio de

tablas para poder determinar la profundidad de incidencia de las cargas de tráfico

calculando los esfuerzos, deformaciones y deflexiones en la interface de la subrasante

y la capa superior a este, sin embargo, de acuerdo con Huang (2004), esta propuesta

fue invalidada dado que su hipótesis consideraba al pavimento como un medio de

masa homogéneo.

Redolfi (2007), afirma en su artículo, que los mecanismos de comportamiento de los suelos

no se deben solamente a causas exclusivamente mecánicas, sino que también a

factores, químicos, ambientales o características de su composición interna, los

cuales generan un comportamiento singular del suelo, tal es el caso de los suelos

inestables o colapsables.

El autor en mención define a los suelos metaestables o inestables como aquellos que

poseen índices de vacíos entre alto y muy alto, conocidos como macro porosos.

Así mismo, el autor enfoca su investigación a aquellos suelos que colapsan dado un

incremento de humedad. Por lo tanto, señala que el agua viene a ser el agente que

desencadena los mecanismos de separación entre partículas de suelo llevándolo a un

estado de inestabilidad.

Es importante señalar que el autor define las dos causas más importantes para que

se produzca el colapso en un suelo estructuralmente inestable. El primero viene a ser

el efecto directo que produce el agua a los vínculos que mantienen unidas a las

partículas de un suelo, y segundo, el estado de tensiones que presenta la masa de

suelo para que el incremento de humedad produzca una pérdida de estabilidad.

Díez (2005), en su publicación, menciona un hecho muy importante que ejemplifica el

escenario que dio lugar a la evaluación de las cenizas volcánicas en este trabajo de

investigación, El autor menciona que los suelos colapsables presentan

comportamientos engañosos y extraños, puesto que en campo responden de manera

diferente a lo que se verifica en laboratorio.

Otro punto importante que menciona el autor es que el contacto que se da entre

partículas de un suelo metaestables es mínimo en relación con la superficie completa

y que una perturbación externa inherente a la estructura del suelo puede llevar a la

perdida de estabilidad brusca.

12

Monge & Barahona (2015), en su artículo denominado como “Efectos de la Ceniza Volcánica

sobre Estructuras”, menciona que los daños que generan estos suelos dependen de

sus propiedades fisicoquímicas y de las características de los elementos estructurales.

Dentro del ámbito de los pavimentos, los autores mencionan que, una capa de cenizas

volcánicas de 10cm de espesor en un estado seco, representa un esfuerzo adicional

sobre la estructura de la vía que oscila entre 40 – 70 kg/cm2, sin embargo, en un

estado húmedo, puede alcanzar un esfuerzo adicional al pavimento de 100 – 125

kg/cm2.

3.1.2 Antecedentes nacionales.

Oviedo (2013), afirma que, en los trabajos de auscultación del terreno de fundación vial, es

inevitable encontrar sectores puntuales con subrasantes de baja capacidad portante.

Sin embargo, afirma claramente que la subrasante cumple la función elemental de

servir como apoyo permanente al pavimento, por ello este debe estar acorde a su

correcto grado de compactación con rango de deflexiones tolerables. Ante la

importancia señalada, el mencionado autor considera que se debe proponer una

metodología de estabilización idónea para mejorar la capacidad de respuesta de la

subrasante aplicando teorías de esfuerzo y deformación el cual queda a criterio de los

ingenieros especialistas, ya que a la actualidad, no existe un procedimiento explicito

ni una fundamentación teórica definida que contenga la metodología y proceso

correcto para determinar los espesores de mejoramiento de un terreno de fundación

vial, creando así una controversia técnica.

En su investigación, señala que en el caso se suelos de baja capacidad portante y de

diferentes tipos, no es posible estructurar actividades de mejoramientos para todos

por igual, puesto que la capacidad de respuesta y los mecanismos de falla son

diferentes., Por ende, la guía del MTC deja a criterio de los especialistas optar por la

técnica de estabilización más idónea.

La investigación citada, se enfoca en mejorar la capacidad portante de un terreno de

baja capacidad portante a partir de conocer la deflexión mediante una correlación,

encontrando finalmente que, para que un pavimento responda adecuadamente, la

deflexión máxima que de la subrasante debe ser 2mm, superado este valor, es

indispensable estabilizar el terreno de fundación.

13

Lázares (2007) en su trabajo de maestría, afirma que el diseño de pavimentos está enfocado

directamente a condiciones particulares de la zona donde se va a construir, por ende,

este diseño no se podría aplicar para otra zona donde el clima, las condiciones de

suelo y las características de solicitaciones externas son diferentes. Esta diferencia es

muy resaltante al grado de que cuando se requiera conocer el comportamiento del

terreno de fundación, en algunos casos se recurrirá a ensayos de resistencia al

esfuerzo cortante, en otros hasta a la consolidación o la consideración de propiedades

de colapso.

En su trabajo de investigación, resalta que las características de los áridos que

componen la subrasante definen la estructura del pavimento necesaria para resistir

las cargas de tráfico; es decir, a baja resistencia estructural de la subrasante, se

requiere de un mayor paquete estructural de pavimento, y viceversa.

3.2 Bases teóricas

3.2.1 Esfuerzos y deformaciones en pavimentos flexibles.

3.2.1.1 Masa de suelo homogéneo.

Boussinesq (1885), establece una metodología de cálculo para evaluar los esfuerzos en un

suelo para cualquier profundidad a través de la aplicación de cargas puntuales, lineales,

rectangulares y circulares. Para tal fin, partió de considerar el suelo como un medio elástico,

isotrópico y homogéneo. Las expresiones para los casos mencionados radican de la teoría

de elasticidad en el caso de cargas lineales, y de la integración de las ecuaciones usadas

para cargas puntuales en el caso de cargas rectangulares y circulares.

Esfuerzos debido a una carga puntual

Boussinesq (1885), implementa una metodología de cálculo para determinar los esfuerzos

(horizontal – normal y vertical) en cualquier punto en masas de suelo sometidos por una carga

puntual, (Ver Figura 1).

14

Figura 1. Esfuerzos en una masa de suelo homogéneo, elástico e isotrópico.

Fuente: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica – Braja M. Das.

Las expresiones matemáticas para determinar el esfuerzo horizontal en “X”, Eq.1.0 , esfuerzo

horizontal en “Y”, Eq. 2.0, y esfuerzo vertical en “Z”, Eq. 3.0 se muestran a continuación.

∆𝜎𝑥 =𝑃

2𝜋{3𝑥2𝑧

𝐿5− (1 − 2𝜇𝑠) [

𝑥2 − 𝑦2

𝐿𝑟2(𝐿 + 𝑧)+𝑦2𝑧

𝐿3𝑟2]}

1.0

∆𝜎𝑦 =𝑃

2𝜋{3𝑦2𝑧

𝐿5− (1 − 2𝜇𝑠) [

𝑦2 − 𝑥2

𝐿𝑟2(𝐿 + 𝑧)+𝑥2𝑧

𝐿3𝑟2]}

2.0

∆𝜎𝑧 =3𝑃𝑧3

2𝜋𝐿5=

3𝑃𝑧3

2𝜋(𝑟2 + 𝑧2)52

3.0

Donde:

𝑟 = √𝑥2 + 𝑦2

𝐿 = √𝑥2 + 𝑦2 + 𝑧2

𝜇𝑠 = Coeficiente de Poisson

15

➢ Esfuerzos debidos a una carga lineal

Das ( 2015) consideró una carga lineal flexible cuya longitud es infinita. En la superficie

de la masa de suelo, se considera la carga unitaria "𝑞", (Ver Figura 2).

Como se mencionó líneas arriba, la variación de los esfuerzos verticales se puede obtener

usando la teoría de elasticidad. En efecto, Boussinesq (1885) desarrolló la Eq. 4.0.

∆𝜎 =2𝑞𝑧3

𝜋(𝑥2 + 𝑧2)2

4.0

Figura 2. Carga lineal sobre una masa de suelo.

Fuente: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica – Braja M. Das

Esfuerzos debidos a una carga rectangular

Boussinesq (1885), presentó una solución para determinar el incremento de los esfuerzos

verticales en una masa de suelo generados por una carga uniforme y rectangular aplicado

en la superficie del terreno. (Ver Figura 3).

16

Figura 3. Esfuerzo vertical bajo una carga rectangular aplicado sobre la superficie de una masa de suelo.


La carga vertical está distribuida de manera uniforme sobre un área rectangular de largo "𝐿"

y ancho "𝐵", y posee una carga unitaria por unidad de área denotado como "𝑞", el cual está

ubicado en la parte superficial de la masa de suelo.

Para obtener la expresión matemática que permita evaluar la variación del esfuerzo vertical

en la masa de suelo a cualquier profundidad debajo del área rectangular, (ver Figura 4), se

analiza la Eq. 3.0 mediante una integral doble, (ver Eq. 5.0), que tiene como límites al área

rectangular.

Figura 4. Esfuerzo vertical en cualquier punto bajo el área rectangular


17

∆𝜎 = ∫ ∫3𝑞𝑧2

2𝜋(𝑥2 + 𝑦2 + 𝑧2)52

(𝑑𝑥 𝑑𝑦)𝐿

𝑥=0

𝐵

𝑦=0

5.0

Finalmente se obtiene la fórmula para calcular el esfuerzo vertical en cualquier punto por

debajo del área rectangular, (Ver Ec. 6.0).

∆𝜎 = 𝑞𝐼3 6.0

Para obtener 𝐼3 se puede hacer uso de la siguiente ecuación:

𝐼3 =1

4𝜋[2𝑚′𝑛′√𝑚′2 + 𝑛′2 + 1

𝑚′2 + 𝑛′2 +𝑚′2𝑛′2 + 1(𝑚′2 + 𝑛′2 + 2

𝑚′2 + 𝑛′2 + 1) + tan−1 (

2𝑚′𝑛′√𝑚′2 + 𝑛′2 + 1

𝑚′2 + 𝑛′2 −𝑚′2𝑛′2 + 1)]

Donde:

𝑚′ =𝐵

𝑧

𝑛′ =𝐿

𝑧

Otra metodología para obtener 𝐼3 es usando la Figura 5 el cual también depende de m’

y n’.

18

Figura 5. Variación de I3 vs m' y n'.

Fuente: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica – Braja M. Das.

Esfuerzos debidos a una carga circular

Para esta investigación, es de carácter importante hacer hincapié en las formulaciones

establecidas para determinar esfuerzos verticales bajo cargas circulares; puesto que, la carga

vehicular transmitida a la superficie del pavimento se distribuye en un área circular, y es un

punto clave para la evolución de las formulaciones hoy en día usados para el análisis y diseño

de pavimento.

19

Para este caso, la masa de suelo cuyas características son idealizadas para fines de análisis,

es solicitada por una carga circular aplicada en la superficie. De donde, es posible determinar

el esfuerzo vertical bajo el centro de la carga circular. (Ver Figura 6).

Figura 6. Esfuerzo vertical en una masa de suelo homogéneo, elástico e isotrópico bajo una carga circular.


La expresión matemática para determinar el esfuerzo vertical bajo el centro de gravedad de

una carga distribuida uniformemente en un área circular, (ver Ec. 7.0), es adaptada luego de

integrar la expresión matemática para determinar el esfuerzo vertical en una masa de suelo

bajo una carga puntual.

∆𝜎 = 𝑞

{

1 −1

[(𝑅𝑧)

2

+ 1]

32

}

7.0

20

De donde:

∆𝜎 = Esfuerzo vertical bajo el centro del área circular

𝑅 = Radio de la carga circular.

𝑍 = Profundidad

𝑞 = Presión uniforme sobre un área circular

Considerando la carga patrón de diseño de 8.2 toneladas, el radio del área circular que

proyecta la rueda del vehículo patrón de 10.8 cm, la presión uniforme de 5.59 kg/cm2 para

una sola rueda sobre la masa de suelo, se ha analizado la variación del esfuerzo vertical

sobre una masa de suelo homogéneo.

En la Gráfica 1 se puede observar que más del 80% del esfuerzo vertical se reduce a una

profundidad de 40 cm, dicho valor comprende el espesor de un pavimento. Sin embargo, esta

variación de esfuerzos está afectado directamente por la profundidad del suelo y una carga

estática, lo cual es diferente a una carga dinámica, repetitiva y errática.

Gráfica 1. Variación del esfuerzo vertical vs Profundidad.

Fuente: Elaboración propia

-250

-230

-210

-190

-170

-150

-130

-110

-90

-70

-50

-30

-10

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

Pro

fun

did

ad

(cm

)

Esfuerzo Vertical (kg/cm2)

Variación de la Presión vs Profundida

21

3.2.1.2 Solución por ábacos.

Huang (2004) afirma que Foster y Ahlvin presentaron en 1954, una solución, por medio de

ábacos, para determinar el esfuerzo vertical, esfuerzo radial y esfuerzo tangencial, así como

también los esfuerzos de corte y la deflexión vertical bajo una carga uniforme distribuida en

un área circular. De los esfuerzos calculados, Foster y Ahlvin también establecen

formulaciones para determinar la deformación vertical, radial y tangencial. Para hacer posible

estas soluciones, Foster y Ahlvin idealizaron que el módulo de Poisson tiene un efecto

relativamente bajo en los esfuerzos y deflexiones, por ello consideraron el suelo como un

sistema incompresible, asignándole un módulo de Poisson de 0.5.

3.2.1.3 Solución en el eje de simetría de una carga circular.

Huang (2004), menciona que los esfuerzos, deformaciones y deflexiones críticos ocurren

justo en el eje de simetría por debajo de una carga uniforme distribuida en un área circular.

En este escenario, el esfuerzo cortante es cero, el esfuerzo radial es igual al esfuerzo

tangencial quien vendría a ser el esfuerzo principal. Por otro lado, la carga que ejerce los

vehículos sobre el pavimento es similar a una placa flexible de radio "a" y presión de contacto

uniforme "𝑞".

3.2.1.4 Masas de suelo no lineales.

Las soluciones de Boussinesq mencionadas líneas arriba, parten de asumir la masa de suelo

como un material elástico, isotrópico y homogéneo. Sin embargo, se sabe a la actualidad que

los suelos no son elásticos y que estos pueden sufrir diversos mecanismos de falla como la

deformación permanente.

Es importante precisar que, ante los efectos dinámicos de una carga vehicular dinámica, la

masa de suelo si es capaz de recobrar el total o parte de su forma normal. Esto dependerá

de la magnitud de la carga y de la resistencia estructural del material. En efecto, si es

razonable asignar a la masa de suelo un módulo de elasticidad acorde a su resistencia

estructural y la velocidad con el cual las solicitaciones pasan por el punto de referencia.

22

3.2.2 Teoría del sistema de dos capas de Burmister.

3.2.2.1 Generalidades.

Burmister (1943), presenta su artículo denominado “The Theory of Stresses and

Displacements in Layered System and Applications to the Airport Runways” y expresa los dos

principales fines:

El primero para poder proporcionar una base para el mejor entendimiento de la naturaleza

de los fenómenos reales en la constitución de la masa de suelo y para explicar la relación que

hay entre los factores fundamentales existentes en la masa de suelo y los asentamientos que

se producen en el mismo.

El segundo fin fue para proporcionar un método practico que permita analizar adecuadamente

el diseño de pistas aeroportuarias.

Burmister (1943) usa las ecuaciones de elasticidad de esfuerzos y asentamientos para

problemas de tres dimensiones las cuales derivan de las ecuaciones de Love (1906) para

satisfacer las ecuaciones de equilibrio y compatibilidad de la teoría de elasticidad.

Burmister consideró necesario desarrollar un modelo basado en la matemática de la teoría

de elasticidad para evaluar un sistema de dos capas, pero mantuvo algunas de las

idealizaciones que estableció Boussinesq en su modelo descrito en los apartados anteriores;

puesto que, todas las teorías tratan de materiales y condiciones ideales que solo satisfacen

las imperfecciones de la masa de suelo.

La Figura 7 muestra la estructura de un pavimento que esbozó Burmister en 1943 el cual está

conformado por una capa de espesor "ℎ1" caracterizado por estar compuesto de un mejor

material con un módulo de elasticidad "𝐸1" que se apoya continuamente sobre una capa 2

más débil. También se puede observar una carga distribuida en un área circular de radio "𝑟"

el cual está aplicado en la superficie flexible de un pavimento.

23

Figura 7. Sistema de dos capas de Burmister.

Fuente: The Theory of Stresses and Displacements in Layered System and Applications to the Airport Runways – Donald M. Bumister.

3.2.2.2 Supuestos y condiciones.

Para poder usar la teoría de elasticidad y resolver el problema, Burmister (1943), tuvo que

requerir de los siguientes supuestos y condiciones.

A. Las capas de suelos son homogéneos, isotrópicos y elásticos y que ambas capas son

muy diferentes en términos de las propiedades señaladas. De tal manera que se

pueda cumplir la ley de Hooke.

Por otro lado, (Burmister, 1943) considera que las propiedades asumidas solo

satisfacen de manera imperfecta las condiciones reales del suelo; por lo cual,

considera que las pruebas de carga a gran escala en el pavimento deberían producir

rangos promedios de resistencia y así controlar que los asentamientos se encuentren

dentro del rango permitido.

B. El autor asume que la capa 1 tiene un peso despreciable y que se extiende

infinitamente en el plano horizontal, sin embargo, posee un ancho finito denotado

como "ℎ1" . La capa de subrasante 2 se extiende infinitamente en el plano horizontal

e infinitamente el eje vertical hacia abajo.

C. Burmister asigna ciertas condiciones de contorno que se deben cumplir en la solución

del problema; como, por ejemplo, la capa 1 debe estar libre de esfuerzos normales y

de corte fuera de los límites del área cargada, y que a una profundidad infinita los

esfuerzos y desplazamientos en la subrasante deben ser igual a cero.

24

D. El autor considera muy importante que el modelo de dos capas debe satisfacer ciertas

condiciones de continuidad en la trasferencia de esfuerzos y desplazamientos en la

interfaz de la capa 1 y capa 2, puesto que se supone que las dos capas van a estar

continuamente en contacto y que juntas actúan como un medio elástico de naturaleza

compuesta. Las condiciones más importantes que se deben lograr gravitan en que la

subrasante debe proporcionar un soporte continuo a la capa mejorada y que los

esfuerzos normales y de corte, así como también los desplazamientos horizontales y

verticales deben ser iguales en la interfaz de la capa 1 y capa 2.

La Figura 8 muestra el comportamiento de las dos capas de suelo haciendo énfasis a

los esfuerzos y deformaciones que se generan en la interfaz de ambas capas.

Figura 8. Transferencia de esfuerzos y deformaciones en la interfaz de las capas.

Fuente: The Theory of Stresses and Displacements in Layered System and Applications to the Airport Runways – Donald M. Bumister.

E. Otro supuesto muy importante por fue asumir como 0 o 0.5 el módulo de poison de

las capas. De antemano, Burmister recomendó el valor de 0.5 puesto que por un lado

representa mejor las propiedades del material y, por otro lado, muy poco se sabía de

este parámetro.

25

3.2.2.3 Fundamentos matemáticos de la teoría del sistema de dos

capas.

Para el desarrollo de esta teoría se emplearon las ecuaciones de esfuerzo y desplazamientos

de la teoría de elasticidad que fueron derivadas por Love (1906), con el fin de satisfacer la

ecuación de equilibrio y compatibilidad de Timoshenko & Godier (1970).

Las ecuaciones de elasticidad para un problema de tres dimensiones analizados en el eje de

simetría de una carga uniforme distribuida sobre un área se muestran a continuación.

Ecuaciones de Equilibrio ( 8.0, 9.0)

𝜕𝜎𝑟𝜕𝑟

+𝜕𝜏𝑟𝑧𝜕𝑧

+𝜕𝑟 − 𝜕𝜃𝑟

= 0 8.0

𝜕𝜏𝑟𝑧𝜕𝑟

+𝜕𝜎𝑧𝜕𝑧

+𝜏𝑟𝑧𝑟= 0

9.0

Operadores diferenciales de compatibilidad. Ec. 10.0 y Ec. 11.0

∇1= 0 10.0

∇2= [𝜕2

𝜕𝑟2+1

𝑟

𝜕

𝜕𝑟+𝜕2

𝜕𝑧2]

11.0

Ecuaciones de Elasticidad

Esfuerzos. Ec 12.0, Ec.13.0, Ec.14.0 y Ec. 15.0.

𝜎𝑧 =𝜕

𝜕𝑧[(2 − 𝜇)∇2∅ −

𝜕2∅

𝜕𝑧2]

12.0

26

𝜎𝑟 =𝜕

𝜕𝑧[𝜇∇2∅ −

𝜕2∅

𝜕𝑟2]

13.0

𝜎𝜃 =𝜕

𝜕𝑧[𝜇∇2∅ −

1

𝑟

𝜕∅

𝜕𝑟]

14.0

𝜏𝑟𝑧 =𝜕

𝜕𝑟[(1 − 𝜇)∇2∅ −

𝜕2∅

𝜕𝑧2]

15.0

Desplazamientos. Ec.16.0 y Ec. 17.0

𝑤 =1 + 𝜇

𝐸[(1 − 2𝜇)∇2∅ +

𝜕2∅

𝜕𝑟2+1

𝑟

𝜕∅

𝜕𝑟]

16.0

𝑣 =1 + 𝜇

𝐸[𝜕2∅

𝜕𝑟2]

17.0

Las componentes de la deformación que hacen compatibles son 𝜕𝜔

𝜕𝑧 y

𝜕𝜔

𝜕𝑟.

Compatibilizando las ecuaciones para cada esfuerzo, deformación y desplazamiento, usando

series de Fourier, calculo integral calculo diferencial, Burmiter concluyó en la ecuación 18.0,

la cual permite determinar la deflexión en la interfaz de la capa 1 y capa 2 cuyas componentes

se explicarán líneas abajo.

𝑤𝑐 =1.5𝑃𝑟

𝐸2× 𝐹𝑤 [

𝑟

ℎ1,𝐸2𝐸1] =

1.5𝑃𝑟

𝐸2𝐹𝑤

18.0

Donde 𝐹𝑤 depende directamente de la relación de 𝑟

ℎ1𝑦 𝐸2

𝐸1.

27

3.2.2.4 Evaluación de la deflexión con el modelo multicapa de

Burmister.

Para el desarrollo de la presente investigación, se va a hacer uso una de las aplicaciones del

modelo de Burmister, el cual viene a ser la evaluación de la deflexión en el sistema multicapa,

(ver Figura 9).

Figura 9. Sistema de dos capas de Burmister.

Fuente: Elaboración propia adaptado de (Huang, 2004)

Para el cálculo de la deflexión, es importante enmarcar el campo de evaluación de acuerdo

con la estructura propuesta por Burmister. Para ello, se menciona lo siguiente:

Se tiene un sistema de dos capas, de donde la capa 1 presenta propiedades de

resistencia, durabilidad y comportamiento a las deflexiones, mejores que la capa 2.

Los supuestos que gobiernan el análisis están establecidos en el desarrollo del

modelo, expuesta líneas arriba.

Dado el esquema de dos capas, (ver Figura 10), se va a evaluar la deflexión en la

base de la capa 1 y en la superficie de la capa 2, el cual está enmarcada en la imagen

referenciada.

28

Figura 10. Deflexión en la interfaz de un sistema de dos capas de pavimento.

Fuente: Elaboración propia en base a “The Theory of Stresses and Displacements in Layered System and Applications to the Airport Runways – Donald M. Bumister”.

Para determinar la deflexión, se va a hacer uso de la ecuación de Burmister, (Ec. 19.0)

𝜔0 =1.5 × 𝑞 × 𝑎

𝐸2× 𝐹2

Donde:

𝜔0 : Deflexión vertical en la interfaz de la capa 1 y capa 2.

𝑞: Presión equivalente sobre un área circular

𝑎: Radio del área circular de contacto

𝐹2: Factor de deflexión

𝐸2: Modulo de elasticidad de la capa 2

19.0

El factor de deflexión “F”, fue determinado por Birmister a partir de ecuaciones diferenciales

mencionadas en el desarrollo del modelo, sin embargo, para facilidad de cálculo, Burmister

estableció un ábaco a partir de diversas evaluaciones con las ecuaciones mencionadas, el

cual es presentado en la Figura 11.

29

Figura 11. Ábaco para determinar el factor de deflexión vertical”.

Fuente: Pavement Analysis and Design – Yang H. Huang

Para el uso del ábaco, se requiere conocer la relación de ℎ1

𝑎 𝑦

𝐸1

𝐸2 , donde:

ℎ1: Espesor de la capa 1

𝐸1: Modulo de Elasticidad de la capa 1.

Usando el ábaco y la ecuación de Burmister se determina la deflexión vertical, dicho

parámetro se puede comparar con un valor admisible determinado con equipos u otros

métodos.

30

3.2.3 Descripción y diseño de pavimentos flexibles.

3.2.3.1 Pavimento flexible.

Es un conjunto de capas de espesores finitos conformadas por materiales selectos las cuales

están superpuestas y densificadas sobre la superficie del terreno.

Esta estructura recibe las cargas de tráfico de manera directa y los transmite gradualmente

hacia las capas inferiores, tal como se muestra en la Figura 12.

De acuerdo con Wirtgen (2004), la carga de tráfico aplicada sobre la superficie del pavimento

se disipa dentro de la estructura a medida que esta se distribuye en un área mayor. Esto

debido a que las capas superficiales responden mejor ante los efectos de las solicitaciones

como las tensiones o deformaciones. Esta respuesta depende de las propiedades elásticas

de los materiales usados, así como también de la magnitud de la carga de tráfico.

Figura 12.Transferencia de carga en un pavimento flexible.

Fuente: Manual de Reciclado en frio – Wirtgen

3.2.3.2 Estructura de un pavimento flexible.

De acuerdo con Fonseca (2010), un pavimento flexible está conformado por una superficie

de rodadura bituminosa, una base granular y una subbase. La Figura 13 muestra la estructura

convencional de un pavimento flexible y el orden en que se colocan las capas que la

conforman.

31

Figura 13. Estructura convencional de un pavimento flexible.

Fuente: Manual de Reciclado en frio - Wirtgen

Cada capa está caracterizada de tal manera que sus propiedades elásticas permiten recibir

las cargas de tráfico y los efectos del intemperismo adecuadamente.

Generalmente, por debajo de la estructura del pavimento se coloca una capa de subrasante,

el cual más allá de sus propiedades elásticas, posee ciertos propósitos muy importantes para

la conservación del pavimento. Las capas mencionadas se describen a continuación.

Carpeta Asfáltica:

Es una capa conformada por agregados preparados bajo un estricto control de calidad

mezclado con un ligante asfáltico que a una temperatura adecuada envuelve los áridos y los

aglomera consiguiendo en la capa un comportamiento viscoelástico y de alta resistencia. Sus

principales aportes son:

A. Superficie de Rodamiento: El conjunto de agregados y ligante proporciona una

superficie más regular, el cual mejora el flujo vehicular en términos de velocidad. Por

otro lado, proporciona una mejor adherencia superficial, el cual permite un flujo

vehicular seguro reduciendo la fricción que genera la llanta y la superficie en diferentes

condiciones de la vía, sea húmeda o mojada. Es importante resaltar que la regularidad

superficial de la capa bituminosa proporciona un efecto menos ruidoso al contacto de

llanta y pista, mejorando el confort de las personas al desplazarse.

B. Resistencia: La carpeta asfáltica debe resistir, distribuir y transmitir las cargas de

tráfico adecuadamente sin que los efectos abrasivos de las llantas vehiculares

desgasten o dañen la superficie prematuramente.

C. Impermeabilidad: La superficie de rodadura debe impedir la infiltración de algún

fluido sobre este.

32

Base Granular

Es una capa conformada por áridos debidamente preparados y densificados con el fin de

cumplir altos criterios de resistencia estructural y durabilidad, puesto que se encarga de recibir

gran porcentaje de la carga de tráfico, distribuirla y trasmitirla efectivamente y en la magnitud

proyectado a la capa inferior. Generalmente las gravas presentan caras fracturadas y

angulosas producto del chancado o de formación natural con el fin de aportar mayor agarre

y transferencia de carga entre partículas.

De acuerdo MTC (2013), la resistencia estructural de los áridos que formarán parte de una

base deberá cumplir las condiciones establecidas en la Tabla 1 según las condiciones de

tráfico o clase de carretera. Por otro lado, estos deberán ser densificados al 100% de la

máxima densidad seca.

Tabla 1.

Valor relativo de soporte para diferentes clases de carreteras o para diferentes niveles de tráfico.

Clases de Carreteras o Tráfico en ejes equivalentes

Valor Relativo de Soporte para 0,1" de

Penetración

Para Carreteras de Segunda Clase, Tercera Clase, Bajo Volumen de Transito; o, para Carreteras con

Tráfico en Ejes Equivalentes ≤10×106 Mínimo 80%

Para Carreteras de Primera Clase, Carreteras Duales o Multicarril, Autopistas; o, o para

Carreteras con Tráfico en Ejes Equivalentes > 10x106

Mínimo 100%

Fuente: Elaboración propia en referencia a Manual de carreteras, Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos.

Subbase Granular

Es una capa estructural conformado por un material procesado o de origen natural que

cumpla los requisitos de calidad establecidos en el MTC (2013).

Las características de los áridos candidatos a formar parte de una subbase no son muy

existentes en términos de resistencia estructural como el de una base.

De acuerdo con Balbo (2015), las capas del pavimento están ordenadas de acuerdo con sus

propiedades elásticas con el fin de recibir y transmitir tensiones en las capas superior y así

33

aliviar presiones en las capas inferiores, ya que generalmente son menos resistentes, por ello

los áridos suelen ser redondos o zarandeados.

La Tabla 2 muestra el valor relativo de soporte mínimo con el que debe contar el suelo

candidato a ser parte de una subbase.

Tabla 2.

Valor relativo de soporte CBR Mínimo para una subbase.

Criterio para la Evaluación de la Resistencia Estructural

Valor Relativo de Soporte para 0,1" de Penetración

CBR en Subbase Granular Mínimo 40%


De acuerdo con Fonseca(2010), la subbase granular tiene cuatro fines, las cuales se

describen a continuación:

Función Económica: Los costos para la extracción y preparación de los materiales suelen ser

bajos dado el uso convencional de maquinarias pesadas y zarandas. Para la densificación en

campo, no se requiere someter al material a una energía a gran escala y repetida, puesto que

el peso unitario del material compactado es bajo dado que el Valor Relativo de Soporte de

diseño es como mínimo 40%.

La subrasante debe recibir los esfuerzos de tráfico en igual o menor magnitud a su propia

resistencia; en efecto, el espesor de la subbase se puede incrementar dado que la calidad

del material no es muy buena, sin embargo, en términos de costos suele ser más barato.

Función de Transición: La subbase impide que los suelos finos penetren en la base, puesto

que se estaría generando alteraciones en la configuración granulométrica; por ende, estaría

afectando en su capacidad de respuesta.

Función de disminución de deformaciones: La resistencia estructural de la subbase permite

atenuar alteraciones en la capacidad de soporte de la subrasante. Estas alteraciones pueden

generarse debido a cambios bruscos de temperatura el cual impacta directamente en la

respuesta ante las solicitaciones.

Función de drenaje: La subbase permite el flujo adecuado del agua, si en caso se presentan

filtraciones ya sea a través de la carpeta o las bermas.

34

Función de resistencia: La subbase recibe las cargas de tráfico, a través de su estructura los

distribuye y transfiere en la intensidad apropiada a la subrasante.

3.2.4 Metodología de diseño de pavimentos flexibles.

3.2.4.1 Diseño por métodos empíricos.

Este método se basa en evaluar en campo la respuesta de la estructura del pavimento al

estar sometidos a cargas de tráfico con el fin de conocer los mecanismos de falla a los que

se expone la estructura. La (Figura 14), muestra los esfuerzos a los que está sometido las

capas del pavimento y la forma en como estos se deforman y responden, sin embargo, las

solicitaciones son de carácter dinámico; en efecto, las capas del pavimento responden de

manera resiliente sufriendo mecanismos de falla ya sea por superar su vida útil de diseño o

por estar sometidos a esfuerzos mayores a su propia resistencia.

Figura 14. Esfuerzos en las capas del pavimento.

Fuente: Pavimentação Asfáltica “Materiais, projetos e restauração” - Balbo, José Tadeu

De acuerdo con Rondón Quintana & Reyes Lizcano (2015), el método empírico correlaciona

el comportamiento del pavimento en campo, a través de las observaciones y mediciones, con

los mecanismos de degradación productos de los esfuerzos transmitidos por los vehículos y

los factores medioambientales. Los mecanismos de falla que se toman en consideración son

pérdida de serviciabilidad por fatiga y el exceso de deformación permanente.

El fin de este método es crear un método de diseño con el cual se pueda predecir la respuesta

de una estructura de pavimento y poder controlar los mecanismos de degradación

mencionados.

35

De acuerdo con, Fonseca (2010), el método empírico sobredimensiona el espesor de las

capas ya que trabaja con factores de seguridad altos.

3.2.4.2 Diseño por métodos mecanicistas.

Alexander & Fredy (2007) mencionan que esta metodología de diseño es también conocido

como método analista o método racional. Este método emplea ecuaciones elásticas lineales

para el cálculo de esfuerzos y deformaciones, así mismo, las ecuaciones elásticas no

consideran un módulo de rigidez del material que depende de las solicitaciones aplicadas.

Rondón & Reyes (2015) afirman que este método toma en cuenta el estado de esfuerzos y

deformaciones que experimenta las capas del pavimento. Así mismo, mencionan que con la

ayuda de métodos computacionales, se introdujo las ecuaciones en software con el cual se

pueda analizar los estados de esfuerzos y deformaciones.

Dentro de los parámetros de entrada, para evaluar el comportamiento de las capas del

pavimento, se encuentran la frecuencia de aplicación de la carga vehicular, características

mecánicas de los materiales y la estructura del pavimento, dichos parámetros generan

esfuerzos, deformaciones y deflexiones en las capas del pavimento. Conociendo estos

estados, se procede a realizar ensayos de error, variando los espesores de las capas.

3.2.4.3 Diseño por método AASHTO 1993.

Este método está basado en modelos empíricos que derivan de la AASHO ROAD TEST.

Fonseca (2010). Sin embargo, de acuerdo con MTC (2013), la metodología de diseño de

1993 usa indirectamente procedimientos mecanísticos ya que incorpora dentro del diseño,

las propiedades elásticas de los materiales a usar, condiciones de clima y coeficientes de

transferencia de carga; por ende, el método AASHTO 1993 es conocido como un método

emperico – mecanicista.

Este método está basado en modelos que comprenden el comportamiento del pavimento

frente a las solicitaciones externas como las cargas de tráfico y las propiedades elásticas de

la subrasante. MTC (2013).

36

3.2.5 Diseño de pavimentos flexibles con la metodología AASHTO

1993.


La metodología de diseño consiste en determinar un número estructural requerido, el cual

viene a ser un valor que cuantifica la magnitud de solicitaciones, características del terreno

de fundación y condiciones de servicio que debe tener el pavimento, en efecto; se plantea un

número estructural propuesto el cual debe ser igual o mayor al número estructural requerido

tal como se establece en la Ec 20.0.

𝑆𝑁𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 ≤ 𝑆𝑁𝑝𝑟𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 20.0

3.2.5.2 Número estructural requerido.

Existen dos formas de determinar el número estructural requerido, los cuales se detallan a

continuación:

A. Ecuación AASHTO 1993:

Es una expresión matemática que proviene de correlacionar el comportamiento de las capas

del pavimento con los mecanismos de falla producto de las cargas de tráfico. La expresión

matemática se observa en la Ec.21.0. El cual permite determinar el Numero Estructural

Requerido.

𝑙𝑜𝑔10(𝑊18) = 𝑍𝑅𝑆0 + 9.36𝑙𝑜𝑔10(𝑆𝑁 + 1) − 0.20 +𝑙𝑜𝑔10 (

∆𝑃𝑆𝐼4.2 − 1.5

)

0.4 +1094

(𝑆𝑁 + 1)5.19

+ 2.32𝑙𝑜𝑔10(𝑀𝑅)

21.0

B. Nomograma AASHTO 1993:

También conocido como método gráfico. Este método contiene una serie de escalas que

identifican a cada parámetro para determinar el número estructural requerido. La metodología

de cálculo consiste en unir puntos de acuerdo con los valores de cada variable de diseño.

Como se puede observar en la Figura 15. El punto de inicio se encuentra al lado izquierdo del

nomograma y finaliza en el extremo derecho. Más adelante se presentará un el cálculo de

numero estructural utilizando el mencionado nomograma.

37

Figura 15. Nomograma AASHTO 1993.

Fuente: AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993.

38

El método grafico presenta diferentes complicaciones al momento de identificar los valores

exactos de cada parámetro, por ende, se usa para tener aproximaciones no muy precisas del

SN requerido; sin embargo, la ecuación es la más exacta y la que se usa hoy en día para

diseñar.

El número estructural requerido que toma en cuenta el módulo elástico del terreno de

fundación representa el espesor total del pavimento. De acuerdo AASHTO (1993), este

Número estructural requerido está representado como 𝑆𝑁3, (ver Figura 16).

Figura 16. Capas de un pavimento flexible y su SN requerido correspondiente.

Fuente: AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993.

Donde:

𝑆𝑁1 = Representa el enumero estructural requerido usando el módulo resiliente de la Base.

𝑆𝑁2 = Representa el número estructural requerido usando el módulo resiliente de la subbase.

𝑆𝑁3 = Representa el numero estructural requerido usando el módulo resiliente de la

subrasante.

3.2.5.3 Parámetros requeridos para determinar el SN req.

Carga vehicular:

La expresión que denota las cargas de tráfico son los ESALs (Equivalent Single Axle Loads)

más conocido como ejes equivalentes. La carga patrón equivalente a un ESAL es 8.2

toneladas. De acuerdo con el periodo de diseño del pavimento, se estima la magnitud de ejes

equivalentes que van a pasar por el pavimento. A esta sumatoria de ejes equivalentes se le

denota como 𝑊18. De acuerdo con, MTC (2013), el número de repeticiones acumuladas de

ejes equivalentes en todo el tiempo de diseño es 𝑊18 o ESALD.

39

Para estimar la cantidad de ejes equivalentes que van a pasar a lo largo de la vida útil del

pavimento, se tiene en cuenta el volumen vehicular que circula por la vía en estudio. Para

ello, MTC (2013), clasifica las vías en tres categorías.

A. Vías con bajo volumen de tráfico. (Ver Tabla 3)

Tabla 3.

Clasificación de tráfico para vías con bajo nivel de tránsito

TIPOS DE TRÁFICO PESADO EXPRESADO EN EE

RANGOS DE TRÁFICO PESADO EXPRESADO EN EE

TP1 > 150 000 EE ≤ 300 000 EE

TP2 > 300 000 EE ≤ 500 000 EE

TP3 > 500 000 EE ≤ 750 000 EE

TP4 > 750 000 EE

≤ 1 000 000 EE


40

B. Vías que tienen un tránsito de 1’000,000 EE hasta 30’000,000 EE. (Ver Tabla 4).

Tabla 4.

Clasificación de tráfico para vías con moderado nivel de tránsito



TP5 > 1'000,000 EE ≤ 1'500,000 EE

TP6 > 1'500,000 EE ≤ 3'000,000 EE

TP7 > 3'000,000 EE ≤ 5'000,000 EE

TP8 > 5'000,000 EE ≤ 7'500,000 EE

TP9 > 7'500,000 EE ≤ 10'000,000 EE

TP10 > 10'000,000 EE ≤ 12'500,000 EE

TP11 > 12'500,000 EE ≤ 15'000,000 EE

TP12 > 15'000,000 EE ≤ 20'000,000 EE

TP13 > 20'000,000 EE ≤ 25'000,000 EE

TP14 > 25'000,000 EE ≤ 30'000,000 EE


C. Vías con un tránsito mayor a 30’000,000 EE. (Ver Tabla 5).

Tabla 5.

Clasificación de tráfico para vías con alto nivel de tránsito



TP15 > 30'000,000 EE


41

Módulo de Resiliencia (𝑀𝑅)

Es un parámetro que determina la rigidez de un material cuando está sometido a una carga

cíclica. El intervalo de tiempo de aplicación de cada carga dinámica resiliente permite al

material a retornar a su condición original puesto que se le considera como un medio elástico

lineal.

Para obtener este parámetro, se requiere de equipos avanzados o de definiciones más

acertadas sobre las condiciones que se idealizan. Por ello, a lo largo del tiempo, se han

planteado diversas correlaciones entre los ensayos CBR y el módulo resiliente mediante

ecuaciones. De acuerdo conc MTC (2013), la Ec. 22.0, es la que mejor correlaciona el CBR

con el módulo resiliente de acuerdo a el MEPDG (Mechanistic Empirical Pavement Design

Guide).

𝑀𝑅(𝑝𝑠𝑖) = 2555 × 𝐶𝐵𝑅0.64 22.0

Confiabilidad (%R):

De acuerdo con Rondón & Reyes (2015), esta variable tiene en cuenta el grado de

incertidumbre que se presenta durante la estimación de las otras variables de diseño. Por

otro lado, la MTC (2013) afirma que este parámetro representa la probabilidad de que la

estructura del pavimento responda adecuadamente frente a las cargas de tráfico y efectos

del intemperismo.

El comportamiento del pavimento frente a las cargas de tráfico presenta una relación normal,

puesto que, a mayor solicitación, mayor deberá será las características del pavimento en

términos de resistencia para que pueda responder adecuadamente; por ende, es posible

aplicar herramientas estadísticas para determinar un grado de confiabilidad. De lo

mencionado, se puede inferir que el criterio de confiabilidad evalúa el comportamiento del

pavimento en base a pérdidas de serviciabilidad, más no, a mecanismos de falla.

Una confiabilidad de 95%, quiere decir que un 5% del tramo pavimentado, tendrá un índice

de serviciabilidad inferior al proyectado.

La confiablidad proviene de una relación estadística con la desviación estándar normal y a la

misma vez, este depende de la cantidad de ejes equivalentes acumulados que van a pasar

por el pavimento en todo el tiempo de diseño proyectado. La (Tabla 6) muestra los diferentes

42

valores de confiabilidad y desviación estándar normal de acuerdo con el tipo de vía y a la

clasificación de trafico

Tabla 6.

Valores recomendados de Confiabilidad según el Tráfico

TIPOS DE CAMINOS

TRÁFICO EJES EQUIVALENTES

ACUMULADOS

NIVEL DE CONFIABILIDAD

( R)

DESVIACIÓN ESTANDAR

NORMAL (Zr)

Caminos con bajo volumen

de tránsito

Tp0 100 000 150 000 65% -0.385

Tp1 150,001 300,000 70% -0.524

Tp2 300,001 500,000 75% -0.674

Tp3 500,001 750,000 80% -0.842

Tp4 750,001 1'000,000 80% -0.842

Resto de caminos

Tp5 1'000,001 1'500,000 85% -1.036

Tp6 1'500,001 3'000.000 85% -1.036

Tp7 3'000,001 5'000,000 85% -1.036

Tp8 5'000,001 7'500,000 90% -1.282

Tp9 7'500,001 10'000,000 90% -1.282

Tp10 10'000,001 12'500,000 90% -1.282

Tp11 12'500,001 15'000,000 90% -1.282

Tp12 15'000,001 20'000,000 95% -1.645

Tp13 20'000,001 25'000,000 95% -1.645

Tp14 25'000,001 30'000,000 95% -1.645

Tp15 >30'000,000 95% -1.645 Fuente: Elaboración propia en referencia a Manual de carreteras, Suelos, Geología, Geotécnia y Pavimentos.

Desviación Estándar Combinado (𝑆0)

Esta variable toma en cuenta la variación de las propiedades de los materiales de las capas

del pavimento y las propiedades del terreno de fundación; también toma en consideración los

errores que se puedan cometer al estimar la carga vehicular. Por otro lado, toma en cuenta

la variación en la calidad de la construcción y las variaciones climáticas.

La, (Tabla 7), muestra el rango de valores de desviación estándar combinado para

pavimentos rígidos y pavimentos Flexibles. AASHTO (1993).

43

Tabla 7.

Valores de So para Pavimentos Flexibles y Rígidos

DESVIACIÓN ESTANDAR COMBINADO

Pavimentos Flexibles 0.40 - 0.50

Pavimentos Rígidos 0.30 - 0.40

Fuente: Elaboración propia.

Índice de Serviciabilidad (∆PSI)

Esta variable denota la perdida de comodidad y confort, que entrega el pavimento a los

usuarios, a lo largo de la vida útil proyectado del pavimento. Este valor puede ser asumido

por el diseñador, teniendo en consideración el estado de deterioro que presentara el

pavimento al final de la vida útil de la estructura. Sin embargo, MTC (2013), propone diversos

valores de serviciabilidad y final de acuerdo con el tipo de tráfico, la cual se muestra en la

Tabla 8.

Tabla 8.

Índice de Serviciabilidad inicial y final según el Tráfico

TIPOS DE CAMINOS

TRÁFICO ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD

INICIAL

ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD

FINAL

Caminos con bajo

volumen de tránsito

Tp1 3.8 2

Tp2 3.8 2

Tp3 3.8 2

Tp4 3.8 2

Resto de caminos

Tp5 4 2.5

Tp6 4 2.5

Tp7 4 2.5

Tp8 4 2.5

Tp9 4 2.5

Tp10 4 2.5

Tp11 4 2.5

Tp12 4.2 3

Tp13 4.2 3

Tp14 4.2 3

Tp15 4.2 3 Fuente: Elaboración propia en referencia a Manual de carreteras, Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos.

44

Con los parámetros mencionados líneas arriba, es posible determinar el número estructural

requerido usando la Ec. 21.0 o el nomograma, (ver Figura 15).

3.2.5.4 Cálculo del Número Estructural Propuesto.

Es un valor adimensional que cuantifica la capacidad de respuesta de la estructura del

pavimento ante los parámetros de exigencias evaluados en el SN requerido. De acuerdo con,

(MTC (2013), el número estructural propuesto representa el espesor total del pavimento y

para determinarlo se usa la Ec. 23.0, el cual incluye los espesores de cada capa, sus

coeficientes de aporte estructural y coeficientes de drenaje tal como se observa en la Figura

17.

Figura 17. Diseño de la estructura del pavimento.

Fuente: Transparencias de diseño de pavimento flexible.

𝑆𝑁𝑝𝑟𝑜𝑝 = 𝑎1𝐷1 + 𝑎2𝐷2𝑚2 + 𝑎3𝐷3𝑚3

23.0

Donde:

𝑎1, 𝑎2, 𝑎3 = Coeficientes de aporte estructural del concreto asfáltico, base y subbase

respectivamente.

𝐷1, 𝐷2, 𝐷3 = Espesores de la carpeta asfáltica, base y subbase respectivamente.

𝑚2,𝑚3 = Coeficientes de drenaje correspondientes a la base y subbase, respectivamente

45

3.2.5.5 Parámetros requeridos para determinar el SN propuesto.

A continuación, se explica cada componente de la ecuación usada para determinar el SN

propuesto:

Coeficiente de aporte estructural

La propiedad mecánica que caracteriza con mayor relevancia cada capa del pavimento es el

módulo resiliente, sin embargo, para estimar el espesor de las capas, se consideran los

coeficientes de aporte estructural denotados como 𝑎𝑖 , los cuales miden el desempeño

relativo de una unidad de espesor de alguna de las capas señaladas líneas arriba.

Para determinar los coeficientes mencionados se pueden usar la Figura 18, Figura 19 y Figura

20 o la Ec.24.0, Ec. 25.0 y Ec.26.0.

Figura 18. Coeficiente de aporte estructural para mezcla de concreto asfáltico.

Fuente: AASHTO 1993 Guide

46

Figura 19. Coeficiente estructural para base.


Figura 20. Coeficiente estructural para subbase.


47

𝑎1 = 0.184 × ln(𝐸1) − 1.9547 24.0

𝑎2 = 0.249 × log (𝐸2) − 0.977 25.0

𝑎3 = 0.227 × log (𝐸3) − 0.839

26.0

Coeficiente de drenaje (𝑚𝑖)

Este coeficiente depende de, el tiempo en el cual el pavimento va a estar expuesto a niveles

de humedad próxima a la saturación, material de la capa y de la calidad del drenaje. Se

calcula relacionando la cantidad de días que llueve en un año con la calidad de drenaje que

se va a construir. La Tabla 9 muestra los valores recomendados de coeficientes de drenaje

en función a la calidad de drenaje y porcentaje de exposición del pavimento a las condiciones

de humedad próximos a la saturación.

Tabla 9.

Valores de coeficientes de drenaje (𝑚𝑖) para capas de base y subbase

Calidad de

drenaje

Porcentaje de tiempo que el pavimento está expuesto a condiciones de

humedad próxima a la saturación

Menor que 1% 1% - 5% 5% - 25% Mayor que 25%

Excelente 1.4 - 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

Regular 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 Malo 1.05 - 0.95 0.95 - 0.75 0.75 - 0.40 0.40

Fuente: Elaboración propia en referencia a Manual de carreteras, Suelos, Geología, Geotécnia y Pavimentos.

Según AASHTO (1993), la Ec. 23.0 no tiene una única solución, puesto que se puede tantear

combinaciones de espesores hasta hacer cumplir la metodología de diseño, o también se

puede emplear expresiones matemáticas que dependen del número estructural requerido de

cada capa para determinar 𝐷1, 𝐷2, 𝐷3.

Para determinar el espesor del concreto asfaltico (𝐷1), se usa la Eq.27.0. Para ello se debe

determinar el 𝑆𝑁1 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 tomando en cuenta su respectivo coeficiente de aporte estructural

y el módulo resiliente de la base.

48

𝐷1 ≥𝑆𝑁1𝑎1

→ 𝑆𝑁1∗ = 𝑎1𝐷1

∗ ≥ 𝑆𝑁1 27.0

Para determinar el espesor de la base (𝐷2), se usa la Eq. 28.0. Para ello se debe determinar

el 𝑆𝑁2 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 tomando en cuenta su respectivo coeficiente de aporte estructural y el módulo

resiliente de la subbase.

𝐷2 ≥𝑆𝑁2 − 𝑆𝑁1

∗

𝑎2𝑚2 → 𝑆𝑁1

∗ + 𝑆𝑁2∗ ≥ 𝑆𝑁2

28.0

Para determinar el espesor de la subbase (𝐷3), se usa la Eq. 29.0. Para ello se debe

determinar el 𝑆𝑁3 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 tomando en cuenta su respectivo coeficiente de aporte estructural

y el módulo resiliente de la subrasante o terreno de fundación.

3.2.6 Deflexión en pavimentos flexibles.


De acuerdo con MTC (2013), la deflectometría es el estudio de las deformaciones verticales

a partir del punto de aplicación de una carga estándar en la superficie de un pavimento.

La deflexión viene a ser el desplazamiento vertical de cualquiera de las capas de un

pavimento o la subrasante al estar sometidos a cargas repetidas de tráfico. Los fenómenos

que dan lugar a una deflexión de las capas mencionadas gravitan en la compresión de los

materiales que conforman las capas, al reacomodo de partículas ante el incremento del

número de repeticiones de las cargas vehiculares, y al desplazamiento lateral de los

materiales.

En la Figura 21, se puede observar la estructura deformada de un pavimento sometido a una

carga de diseño; en efecto, se generan esfuerzos de tensión, esfuerzos de compresión,

deflexiones y deformaciones tal como se observa en la interfaz de cada capa. Se observa

también que los esfuerzos a compresión transmitidos llegan en menor intensidad a la

subrasante provocando una ligera deflexión a este.

𝐷3 ≥𝑆𝑁3 − (𝑆𝑁1

∗ + 𝑆𝑁2∗)

𝑎3𝑚3

29.0

49

Figura 21. Capas de un pavimento deformado debido a la carga vehicular.

Fuente: Revista de Ingeniería de Construcción – Universidad Católica de Chile

Las capas tienden a sufrir diversos mecanismos de respuesta de acuerdo a su composición

interna y a la ubicación en la que se encuentran, por ello, en la Figura 22 se muestra las los

efectos de aplicar una carga externa sobre el pavimento, observándose así el desarrollo de

la deflexión en la carpeta asfáltica, base, subbase y subarante, deformación por tensión en

en la carpeta asfáltica, deformación por compresión en la subrasante.

Figura 22. Deformaciones y deflexiones producidos por la carga vehicular.

Fuente: INVIAS 2008 – Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos en carreteras

50

Ante el paso de un vehículo, se inflige una cantidad infinitesimal de daño al pavimento, sin

embargo, ante el incremento de la carga vehicular o el incremento del número de repeticiones,

el impacto es mayor.

3.2.6.2 Cuenco de deflexión.

Se llama así al desplazamiento vertical del punto de aplicación de la carga vehicular y la zona

que se encuentra alrededor del mismo. La Figura 23 muestra el desarrollo del cuenco de

deflexiones a medida que la profundidad crece.

Figura 23. Cuenco de deflexión y bulbo de presiones.

Fuente: Análisis estructural de un pavimento flexible con presencia de deterioro, por medio de deflexiones obtenidas con equipo de carga

dinámica y estática – L. E. Bejarano.

En la Figura 23 se puede observar que la deflexión máxima se produce en el eje de simetría

de la carga circular. Su incidencia depende directamente de las características de resistencia

y deformabilidad de las capas.

De acuerdo con Sandoval (2006), el cuenco de deflexiones permite relacionar directamente

el comportamiento de este y la capacidad estructural del pavimento y subrasante.

Bejarano (2015) afirma que las deflexiones pertenecientes a los extremos del cuenco de

deflexiones permiten conocer la condición de la subrasante, y las deflexiones pertenecientes

al centro de aplicación de la carga vehicular permiten conocer la condición de la capa

superficial.

51

En la Figura 24 se observa diferentes forman del cuenco de deflexión las cuales están

correlacionadas con la condición de la carpeta superficial y la subrasante conociendo la

extensión del cuenco (𝐿0) y profundidad máxima (𝐷0). La Tabla 10 muestra el estado del

pavimento y la subrasante de acuerdo con el tipo de cuenco de deflexión.

Figura 24.Características del cuenco de deflexión.

Fuente: Análisis estructural de un pavimento flexible con presencia de deterioro, por medio de deflexiones obtenidas con equipo de carga

dinámica y estática – L. E. Bejarano.

Tabla 10.

Evaluación del Cuenco de Deflexiones

Tipo 𝐷0 𝐿0 EVALLUACIÓN

I Bajo Alto Buena Subrasante/ Buen Pavimento

II Alto Alto Mala Subrasante/ Buen Pavimento

III Bajo Bajo Buena Subrasante/ Mal Pavimento

IV Alto Bajo Mala Subrasante/ Mal Pavimento

Fuente: Elaboración propia en función a Fuente: Análisis estructural de un pavimento flexible con presencia de deterioro, por medio de

deflexiones obtenidas con equipo de carga dinámica y estática – L. E. Bejarano.

52

3.2.6.3 Importancia en pavimentos.

De acuerdo con Alexander & Fredy (2007), la deformación vertical permanente acumulado

debido a la carga repetida de tráfico causa uno de los principales mecanismos de daño en un

pavimento, el cual viene a ser el ahuellamiento.

El ahuellamiento es un fenómeno que puede causar daños estructurales o funcionales en un

pavimento y puede ocurrir en cualquier capa incluyendo la subrasante. (Alexander & Fredy

,2007).

De acuerdo con Delbono & Raul (2017), la acumulación de la deformación vertical

permanente en todas las capas del pavimento asfáltico genera una falla que se manifiesta en

la superficie de este generando importantes riesgos que afectan el desplazamiento de

vehículos, la transitabilidad eficiente y el confort de los usuarios.

La Figura 25 muestra que la deformación, producto de una carga aplicada en la superficie del

pavimento, tiene una recuperación lenta, sin embargo, este no volverá a su posición inicial.

La acumulación de esta deformación excedente genera los ahuellamientos

Figura 25. Fenómeno de deformación permanente.

Fuente: Congreso Ibero – Latinoamericano del Asfalto – Ahuellamiento en Pavimentos Asfálticos Utilizando Geo sintéticos.

53

El fenómeno del ahuellamiento ocurre debido a diversos factores, que hacen que sea de vital

importancia su considerarlo en la evaluación de los pavimentos. Dichos factores son

mencionados a continuación:

Propiedades estructurales insuficientes de las capas del pavimento.

Bajas velocidades de circulación.

Propiedades volumétricas no previstas debido a cambios de temperatura.

Incremento de la carga vehicular

La medición de la deflexión de un pavimento permite estimar la capacidad estructural de un

pavimento. Ya que es posible conocer, las propiedades de rigidez de las capas y subrasante,

la uniformidad estructural del pavimento en sectores puntuales y poder planificar las

actividades de corrección o prevención si se va a diseñar el pavimento. De acuerdo con

Sandoval (2006), si la deflexión es alta, la capacidad estructural del pavimento es deficiente;

por lo contrario, si la deflexión es baja, la capacidad estructural del pavimento es buena.

Bejarano (2015), afirma que considerar la deflexión de la subrasante, así como tambien, los

diversos mecanismos de falla como la fisuración por fatiga, fisuración térmica, al diseñar el

pavimento, permite prever que los materiales que conformarán las capas sean resistentes,

flexibles y durables en el tiempo.

En un pavimento construido, la evaluación de la deflexión permite conocer el tiempo de vida

residual con el que cuenta.

3.2.6.4 Problemáticas a partir de la deflexión no controlada.

Las capas de un pavimento suelen analizarse como medios elásticos donde estos se

recuperan totalmente luego de haber sido deformados ante las solicitaciones externas. Sin

embargo, esto no es del todo cierto, puesto que, si las deflexiones superan los valores

admisibles, las capas no retornan a su forma natural. Este fenómeno en mención da lugar a

un mecanismo de falla denominado como perdida de serviciabilidad por exceso de

deformación permanente, puesto que las deflexiones generadas por la carga vehicular son

mayores a las deflexiones que aceptan de acuerdo con la composición de la capa. Existen

diversos mecanismos de falla con las cuales un pavimento puede perder capacidad de

soporte, de entre estos, el más común es la perdida de serviciabilidad por el exceso de

deformación permanente.

54

3.2.6.5 Métodos para calcular la deflexión.

Teoría Elástica Multicapa

Esta teoría ha sido ampliamente analizada puesto que es la base principal para el

desarrollo y evolución de las diferentes metodologías que a la actualidad existen. Sus

criterios y formulaciones permiten analizar los esfuerzos, deformaciones y deflexiones en

el sistema multicapa a raíz de la aplicación de una carga de diseño distribuido en un área

circular de radio conocido.

La Figura 26 muestra el sistema multicapa de pavimento generalizado, juntamente con

los esfuerzos y deformaciones para un punto en particular. Por otro lado, muestra dos

puntos de análisis, A y B, las cuales son puntos de referencia para que permiten relacionar

las condiciones asumidas. Yoder & Witczak (1975).

Figura 26. Sistema multicapa elástico generalizado.

Fuente; Principles of Pavement Design. Yoder and Witczak

Formulaciones matemáticas

Del sistema multicapa establecido, se usan diversas formulaciones matemáticas para

determinar los esfuerzos, deformaciones y deflexiones. De entre estos, los más conocidos

son los siguientes:

55

A. Formula de Odemark para sistemas bicapas y tricapas

B. Formula de Palmer y Barber para sistemas bicapas y tricapas

C. Fórmulas de Burmister para determinar la deflexión en la interfaz de las capas de

un pavimento mediante ábacos y ecuaciones básicas

D. Herramientas de computo como DEPAV, BISAR 3.0 y EVERSERIES

3.2.6.6 Equipos de medición de la deflexión en pavimentos.

Existen diversos equipos que sirven para medir la deflexión de una vía pavimentada o no

pavimentada mediante un proceso destructivo o no destructivo. En la Tabla 11 se muestran

algunos equipos usados para medir las deflexiones, así como también se muestran sus

características más resaltantes.

Tabla 11.

Características de algunos equipos que miden la deflexión en pavimentos

EQUIPO CARGA TRANSMITIDA SENSORES DE

DEFLEXIÓN

VIGA BENKELMAN Ruedas de camión Diales medidores de

deformación

DYNATEST FWD Placa circular de 300 o 450 mm de diâmetro 7 – 9 geófonos

DEFLECTOGRAFO

LACROIX Ruedas de camión

Transductor de

deflexiones

DYNAFLECT Dos ruedas metálicas de 40mm de diâmetro

por 50mm de ancho 4 geófonos

KUAB FWD Placa circular seccionada de 300mm de

diâmetro Hasta 12 sismómetros

ROAD RATER 2008 Placa circular de 450 mm de diâmetro. 4 geófonos

PHONIX FWD Placa circular de 300mm de diâmetro 6 geófonos

DYNATEST HWD Placa circular de 300 o 450 mm de diâmetro 7/9 geófonos

Fuente: Elaboración propia en base a INVIAS 2008 – Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos

en carreteras

56

A continuación, se van a describir a dos equipos más usados debido a su facilidad de uso,

transporte adquisición, nivel de precisión y beneficios en la evaluación del pavimento.

La viga Benkelman

Es uno de los métodos más comunes y usados en el mundo para medir la deflexión máxima

en un pavimento, dado su fácil uso, adquisición y bajo costo; así como también su

contribución a conservar intacto el sistema subrasante y pavimento puesto que es un método

no destructivo.

La Figura 27 muestra el esquema típico de la viga Benkelman el cual está conformado por

un brazo móvil que recibe la carga de diseño (punto D), un pivote que responde inversamente

al desplazamiento de la viga, y el punto fijo que sirve de referencia para que los

deformímetros permitan conocer las lecturas de deformación.

Su metodología de funcionamiento consiste en la aplicación de una carga estática de 18.2

toneladas sobre la punta de un brazo móvil situado en la superficie del pavimento con el fin

de hacerlo desplazar verticalmente junto con el pavimento. La contra respuesta se trasmite a

un pívot que hace ascender cierta distancia milimétrica la otra parte del brazo móvil. Este

desplazamiento es leído por diales proporcional al desplazamiento de la punta del brazo

móvil tal cual se muestra en el diagrama B de la Figura 27.

La carga inducida a la superficie de la vía tiene viene a ser la carga patrón para un camión

de eje simple con dos ruedas con una presión de inflado de 80 psi

Figura 27. Esquema típico de una viga Benkelman.

Fuente: Manual de ensayo de materiales MTC 2016

57

Falling weigth deflectometer (FWD)

Este equipo somete a la estructura del pavimento una carga dinámica y analiza las

deflexiones mediante un sistema automatizado, lo cual hace que sea costoso su

adquisición, sin embargo, presenta una alta confiabilidad en sus resultados.

A diferencia de la viga Benkelman, este equipo permite obtener el cuenco de deflexiones,

el cual ya se mencionó líneas arriba su gran utilidad e importancia en pavimentos.

Este equipo posee una masa de caída libre que simula la carga de diseño y al caer, dentro

en contacto con un plato de transferencia de carga que tiene la responsabilidad de

someter a esfuerzos al pavimento. Por otro lado, cuenta con geófonos, las cuales son

sensores que permiten conocer la deflexión ante la carga inducida. Como se observa en

la Figura 28, los geófonos están distribuidos a diferentes espaciamientos incluyendo a

uno de estos en el punto de aplicación de la carga. Normalmente estos espaciamientos

son 0, 30, 60, 90, 150, y 180 cm desde el punto de aplicación. El sensor ubicado en el

punto de aplicación de la carga permitirá conocer la deflexión máxima, Los demás puntos

permitirán obtener el cuenco de deflexiones. Structural Health Monitoring (2018).

Figura 28. Esquema típico del falling weight deflectometer.

Fuente: Estructural Health Monitoring – 2018.

58

3.2.6.7 Deflexión admisible.

Viene a ser el valor tolerable para el cual el pavimento se comporta adecuadamente ante los

efectos de la carga vehicular. MTC (2013).

Existen diversas formulaciones que permiten determinar la deflexión admisible en base a la

magnitud de ejes equivalentes que van a transitar por la vía en el tiempo de diseño.

El instituto del asfalto propone la ecuación 30.0 y el criterio de California, CA de 5” propone

la Ecuación 31.0.

𝐷𝑎𝑑𝑚 = 25.64 × 𝑁−0.2383 30.0

𝐷𝑎𝑑𝑚 = 6.237 × 𝑁−0.165 31.0

El manual de carreteras – MTC, ha optado por usar la metodología sugerida por el

CONREVIAL (Estudio de Rehabilitación de Carreteras del País. MTC – Perú), ver Ecuación

32.0.

𝐷𝑎𝑑𝑚 = (1.15

𝑁)0.25

32.0

Donde:

𝐷𝑎𝑑𝑚 = Deflexión admisible en mm

𝑁 = Numero de repeticiones de ejes equivalentes en millones.

Las deflexiones calculadas se comparan con la deflexión admisible para verificar la

conservación del sistema pavimento – subrasante ante los efectos de la carga de tráfico.

3.2.7 Estabilización del terreno de fundación.


Se define como el mejoramiento de las propiedades físicas de un suelo mediante la

incorporación de material natural, productos químicos, productos sintéticos o procedimientos

mecánicos. MTC (2013).

Este procedimiento se lleva a cabo cuando se verifica que la resistencia estructural del terreno

de fundación pertenece a una condición pobre o muy pobre, dichos parámetros numéricos

que los evalúa se mencionaron en la Tabla 14.

59

La estabilización de un suelo pretende incorporar al suelo, propiedades de resistencia ante

cargas de tráfico, durabilidad en el tiempo de diseño y deflexiones mínimas o por debajo de

los valores admisibles. Por otro lado, cabe mencionar que sin importar el método de

estabilización que se use en suelo, este debe ser compactado adecuadamente a los

requerimientos establecidos.

Cuando se trata de mejorar las propiedades de una base granular o una subbase, se

denomina tratamientos, puesto que las características de las capas mencionadas son

estables, sin embargo, se requiere de mejores propiedades dado la disponibilidad de

materiales o solicitaciones muy grandes.

De acuerdo con MTC (2013), los factores que se deben considerar al momento de seleccionar

el método de estabilización son los siguientes.

A. Tipo de suelo que requiere estabilización, juntamente con sus propiedades

físicas.

B. El fin que va a atender el suelo mejorado.

C. Tipo de agente estabilizador.

D. Experiencia en la aplicación del método de estabilización.

E. Disponibilidad del agente estabilizador.

F. Comparación de costos con otros agentes.

3.2.7.2 Métodos de estabilización.

Estabilización Mecánica

Este proceso consiste en mejorar las propiedades del suelo sin cambiar su composición

inicial; en efecto, se aplica una energía mecánica de compactación con el fin de reducir su

índice de vacíos y conformar una capa resistente a cargas externas.

Estabilización incorporando productos Químicos o naturales

En este apartado, se sugieren diversos agentes estabilizadores de origen químico y natural

que dotan de propiedades de resistencia y durabilidad al suelo. Entre los más comunes se

encuentra el cemento, la cal, la escoria de acería, el cloruro de sodio, el cloruro de calcio y el

cloruro de Magnesio.

Estabilización usando Productos Asfálticos.

Las propiedades que aporta en particular, este agente estabilizador es impermeabilidad y

estabilidad, puesto que el ligante envuelve las partículas del suelo reduciendo

considerablemente los vacíos existentes.

60

Los productos más comunes son las emulsiones asfálticas y los asfaltos fluidificados de

viscosidad media. (MTC, 2013).

La elección del ligante depende la granulometría del material, su humedad natural y las

condiciones climáticas.

Estabilización incorporando productos Sintéticos.

En este caso, los geosintéticos proporcionan al suelo resistencia a los esfuerzos de tracción,

así como también mejoran el rendimientos y construcción de la estructura del pavimento.

Existen diversas opciones de geosintéticos de acuerdo con el beneficio esperado, las cuales

se mencionan a continuación.

Geomallas: Refuerzan la masa de suelo, puesto que adiciona esfuerzos de confinamiento

gracias a su estructura armada.

Geomembranas: Otorgan características de impermeabilización y protección a la masa de

suelo dado su estructura altamente resistente y densa.

Geotextiles: La estructura del geotextil dota de propiedades a la masa de suelo de filtro y

separación.

La combinación de los geosintéticos mencionados líneas arriba pueden estabilizar. una masa

de suelo inadecuada o pobre, de manera mecánica.

Estabilización por sustitución de Suelos

Este método de estilización se lleva a cabo cuando se requiere construir una subrasante solo

con material de préstamo. Las condiciones que materializan su uso son variadas, puesto que

depende de la disponibilidad de agentes estabilizadores, los beneficios técnico – económicos

dado diversas opciones de prueba y error y de las propiedades básicas como humedad y tipo

de suelo a mejorar.

El espesor de remoción del material a sustituir se debe determinar en base a las condiciones

de tráfico y exigencias de servicio que debe proporcionar el pavimento a los usuarios en todo

su tiempo de diseño. En base a lo mencionado, la guía MTC (2013), sugiere un proceso de

cálculo considerando la guía AASHTO (1993) para el cálculo de números estructurales, el

cual se muestra a continuación:

Considerando la carga vehicular para 20 años, el Módulo resiliente de la subrasante

pobre o inadecuada, y demás parámetros de diseño, se determina el Número

Estructural existente, (𝑆𝑁𝑒), usando la ecuación 21.0.

61

Considerando la carga vehicular para 20 años, el Módulo Resiliente del material de

préstamo y demás parámetros de diseño, se determina el Número Estructural de

mejoramiento, (𝑆𝑁𝑚), usando la ecuación 21.0.

Luego se determina la diferencia de los Números estructurales mencionados,

denominado como, (∆𝑆𝑁), cuya expresión matemática se muestra en la Ec. 33.0.

∆𝑆𝑁 = 𝑆𝑁𝑒 − 𝑆𝑁𝑚 33.0

Donde:

∆𝑆𝑁: Diferencia de números estructurales.

𝑆𝑁𝑒; Numero estructural Existente.

𝑆𝑁𝑚; Numero Estructural de Mejoramiento.

Teniendo la diferencia de los Números estructurales, se determina el espesor de

reemplazo usando la Ecuación 34.0.

𝐸 =∆𝑆𝑁

𝑎𝑖 ×𝑚𝑖

34.0

Donde:

ai: Coeficiente de aporte estructural del material de reemplazo.

𝐸: Espesor de mejoramiento

mi: Coeficiente de drenaje de la capa de refuerzo

De la ecuación mencionada, es posible saber el espesor de remoción adecuado, el cual debe

ser redondeado a múltiplos de 5 por encima del valor determinado.

62

3.2.8 Teoría de suelos colapsables.

3.2.8.1 Suelos metaestables.

Asefa (2011) menciona que los suelos metaestables son constituidos por partículas de tipo

limo – yesiferos o limo-arenosos cuya estructura es inestable, conocido también como

estructura metaestable.

Otra definición que no dista mucho del mencionado viene a ser que los suelos colapsables

son aquellos que se encuentran muy proclives a perder estabilidad estructural de manera

rápida y en cadena. (Díez, 2005).

Redolfi (2007) en su publicación denominado como suelos colapsables, afirma que este tipo

de suelos se caracterizan por el colapso brusco de su estructura intergranular.

Los suelos colapsables o también conocidos como colapsibles, son aquellos que en un estado

inicial se encuentran en condiciones no saturadas, y que, al presentar cierto incremento de

humedad, sufren grandes cambios de volumen. (Das, 2012).

Las características que prevalecen en un suelo colapsable son los siguientes:

A. Presentan un índice de huecos entre alto y muy alto

B. Dentro de la distribución de tamaños de las partículas que la componen,

prevalecen los materiales finos.

C. El contacto entre partículas es mínimo puesto que poseen formas variables y

con alto grado de porosidad

D. Sus partículas están unidas por la acumulación de puentes de material

arcillosos. En muchos casos dentro de estos puentes de adherencia se

encuentran cristales de sales solubles inestables al contacto con el agua.

3.2.8.2 Mecanismos de colapso.

El colapso es definido como una perdida brusca de estabilidad, el cual se da debido a diversos

procesos de saturación o a la interacción química entre el agua y los cementantes.

De acuerdo con Redolfi (2007), los mecanismos se puedan dar debido al cambio rápido de

las presiones efectivas frente a las deformaciones sin necesidad de alcanzar a su resistencia

última, y al cambio progresivo y lento de las presiones efectivas frente a las deformaciones.

63

3.2.8.3 Origen de los depósitos de suelos.

Las características geomecánicas de los depósitos de suelos son muy variadas y es muy

importante conocerlas a fondo si se pretende construir sobre él. Tal es así, que, para un

entendimiento profundo, es necesario conocer el origen y proceso de formación del depósito

de suelo, puesto que las propiedades físicas del suelo derivan principalmente de los minerales

que componen sus partículas, por ende, de la roca que le dio origen. (Das, 2015).

Dentro del proceso de formación de un depósito de suelo, se puede resaltar que debido a la

acción de los agentes del intemperismo como, el calor, la helada, el viento, los ataques

químicos, la actividad del hombre y el agua, así como también a la actividad de la erosión,

los suelos son fragmentados y transportados hasta llegar a tamaños muy variados

adquiriendo formas particulares y diversas composiciones químicas que gracias a ello

permiten conocer sus propiedades físicas. Las rocas se dividen de acuerdo con su origen en

sedimentarias, metamórficas e ígneas.

Para esta investigación, se va a tener en cuenta el desarrollo de los depósitos de rocas ígneas

puesto que comprende los materiales geotécnicos derivados de actividades volcánicas que

se están estudiando.

3.2.8.4 Rocas de origen volcánico (Rocas Ígneas).

Este tipo de rocas tiene su origen en el magma expulsado por una actividad volcánica. Existen

diferentes tipos de rocas Ígneas cuya formación depende de la composición del magma y la

rapidez con la cual se solidifica ya sea cerca de la superficie terrestre o debajo del mismo. El

magma solidificado cerca de la superficie terrestres se le llama rocas ígneas intrusivas o

plutónicas. Con el pasar del tiempo, los agentes del intemperismo o solicitaciones externas

van erosionando los materiales que lo cubrían quedando el magma enfriado expuesto a la

superficie terrestre.

Bowen (1922) encontró una relación que comprende la formación de diversos minerales a

medida que el magma se enfría, el cual lo llamó la serie de reacción de Bowen. El análisis del

citado autor se basa en que según el magma fundido va enfriándose y los cristales de

minerales grandes se sedimentan y se combinan con el magma en estado de enfriamiento,

forman un mineral a menor temperatura, por otro lado, los cristales de minerales que se

encuentran en suspensión se combinan con el magma fundido formando así nuevos

minerales como la ceniza volcánica.

64

De acuerdo con Vallejo (2002), se pueden señalar los siguientes depósitos de suelos de

acuerdo con sus relaciones geológico – geotécnicas.

A. Depósitos Coluviales

B. Depósitos Aluviales

C. Depósitos Eólicos

D. Depósitos Lacustres

E. Depósitos Litorales

F. Depósitos Glaciares

G. Depósitos de Climas Áridos y Desérticos

H. Depósitos Evaporativos

I. Depósitos de Climas Tropicales

J. Depósitos de Origen Volcánico

3.2.8.5 Depósitos de origen volcánico.

Dentro de los agentes de transporte de los suelos, el viento juega un papel muy importante;

puesto que, clasifica indirectamente el tamaño de partículas transportando más lejos a las

partículas de menor tamaño y a muy poca distancia a las partículas grandes. Durante una

erupción volcánica, los cristales de minerales en suspensión se combinan con el magma

convirtiéndose en loess y cenizas volcánicas o polvo volcánico y son expulsados hacia el

espacio donde se van enfriando a la vez que forman grandes nubes de estos suelos, quienes

gracias a la actividad del viento y a la magnitud de la erupción son trasladados grandes

distancias.

De acuerdo con Das (2015), el loess son materiales finos de tamaño de un limo que, en un

estado no saturado, este presenta cierto dado grado de cohesión permitiéndole poseer una

resistencia estructural aparente, sin embargo, cuando este incrementa su contenido de

humedad, pierde abismalmente su resistencia estructural llevándolo al colapso. La ceniza

volcánica está conformada por arenas ligeras o grava arenosa que posee un tamaño de grano

de 0.25 a 4 mm y el polvo volcánico con tamaños de grano inferiores a 0.25mm.

65

3.2.8.6 Ceniza volcánica.

La ceniza volcánica son partículas derivadas de la roca volcánica cuyo tamaño máximo está

en 2mm de diámetro. Su componente principal viene a ser el vidrio volcánico, el cual puede

subdividirse en partículas de limo y arcillas de tamaño aproximado a 0.08 mm. Estas

partículas al estar en contacto con agua generan comportamientos inusuales en la masa de

la ceniza volcánica. (Sanhueza, Palma, Valenzuela, Araneda, & Calderon, 2011)

Otra definición importante para mencionar viene a ser que las cenizas volcánicas son

materiales piroclásticos sin consolidar, producto de las erupciones volcánicas donde el

magma se enfría en diminutos fragmentos de lava. Los piroclastos son materiales de variado

tamaño constituidos por fragmentos de lavas silíceas de grano fino, color blanquecino, de

textura blanda, suelta deleznable y compresible. Dado su tamaño, estos materiales son

expulsados a grandes distancias desde el cráter del volcán. De acuerdo con el tamaño de

partículas, se puede encontrar cenizas, lapillis, escorias, o bombas volcánicas. Estrada

(2018).

Los piroclastos al estar fundidos pueden juntarse formando una roca volcánica conocido como

toba volcánica.

3.2.8.7 Contexto geodinámico y volcanes activos del Perú.

Al largo del Sur del territorio peruano, se encuentran 12 volcanes activos y potencialmente

activos las cuales vienen a ser el Sara Sara, Coropuna, Sabancaya, Chachani, Misti, Ubinas,

Huaynaputina, Ticsani, Tutupaca, Yucamane y Casiri. De los cuales 7 volcanes han

presentado actividad eruptiva en los últimos 500 años como (Sabancaya, Misti, Ubinas,

Huayna Putina, Ticsani, Yucamane y Tutupaca). (Estrada, 2018).

El proyecto en estudio está ubicado en un ambiente geológico volcánico donde se encuentran

depositados grandes camadas de ceniza volcánica producto de las erupciones del volcán

Huaynaputina en el año 1600 donde existen precedentes de actividades volcánicas

significativas, las cuales a lo largo del tiempo han puesto en riesgo a la población debido a

las nubes de cenizas volcánicas que son expandidas debido al viento. Los daños están

enfocados directamente en la salud de los pobladores, terrenos de cultivos, ganadería,

carreteras, canales, entre otros más.

La ceniza volcánica depositada lo largo del proyecto en estudio ha sido transportado debido

a los efectos de las lluvias, y re depositados en las partes bajas, quebradas, depresiones,

66

relieves negativos y laderas de poca pendiente las cuales son atravesados por el trazo de la

carretera en estudio.

3.2.9 Ensayos requeridos para el análisis de las muestras.

Para fines de evaluación de un terreno de fundación vial, se van a realizar los siguientes

ensayos:

Ensayo de contenido de humedad

Ensayo de granulometría

Clasificación de suelos ( SUCS y AASHTO)

Ensayo de contenido de materia orgánica

Ensayo de límites de Atterberg

Ensayo Proctor modificado

Ensayo CBR

Determinación de la deflexión admisible

De manera particular, dado que se está tratando con suelos con características de colapso,

se va a realizar los siguientes ensayos:

Ensayo de corte directo

Ensayo de características petrográficas

Los ensayos mencionados líneas arriba, son necesarios para la evaluación de la

problemática, así como también para la aplicación del modelo elástico de Burmister. Es

importante mencionar, que queda a criterio del ingeniero especialista, la ejecución de otros

ensayos de laboratorio, según este lo considere pertinente.

3.2.9.1 Análisis granulométrico por tamizado.

Generalidades

Este ensayo de laboratorio permite conocer la distribución de tamaños de las partículas que

conforman un determinado tipo de suelo; en efecto, se pueda comparar la gradación que

poseen diversas muestras de suelo con fines de validación o de estudios.

67

El ensayo consiste en verter la muestra en juego de tamices ordenados de acuerdo con el

tamaño de su abertura, (ver Tabla 12), generando una energía vibratoria hasta que las

partículas sean retenidas en los tamices de acuerdo con su tamaño.

Tabla 12.

Tamices de serie gruesa y serie fina

SERIE TAMIZ ABERTURA

mm

Tam

ice

s d

e la

Se

rie

Gru

esa

5'' 127

4'' 101.6

3'' 76.2

2 1/2'' 60.35

2'' 50.8

1 1/2'' 38.1

1'' 25.4

3/4'' 19

1/2'' 12.5

3/8'' 9.5

N°4 4.75

Tam

ice

s d

e la

Se

rie

Fin

a

N°10 2

N°20 0.84

N°40 0.425

N°50 0.3

N°100 0.15

N°200 0.075

< N°200 FONDO Fuente: Elaboración propia

Finalmente se traza una gráfica que comprende los tamaños de abertura de cada tamiz y los

porcentajes de peso que retiene cada uno de estos, (ver Gráfica 2)

68

Gráfica 2. Curva Granulométrica.

Fuente: Elaboración Propia

Normatividad:

A. MTC E 107 – ANÁLISIS GRANULOMETRICO DE SUELOS POR TAMIZADO

B. AASHTO T88 Standard Method of Test for Sieve Analysis of Fine and Coarse

Aggregates (ASTM Designation C 136-06

Equipo Usado:

a. Tamices: La (Tabla 12) muestra el juego de tamices tanto de la serie fina como

de la serie gruesa y sus respectivas dimensiones de abertura.

b. Balanzas: Las Balanzas usadas son de 30 kg y 5 kg, para cuantificar los pesos

de los agregados retenidos en la serie gruesa, como en la serie fina

respectivamente.

c. Taras de diferentes tamaños para acumular por separado los agregados

retenidos en cada tamiz

d. Herramientas generales como Brochas y Cepillos de fierro

3''

2 1

/2''

2''

1 1

/2''

1''

3/4

''

1/2

''

3/8

''

N°

4

N°

10

N°

20

N°

30

N°

40

N°

50

N°

80

N°

100

N°

200

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10 100

Po

rce

nta

je q

ue

pa

sa

(%

)

Abertura (mm)

CURVA GRANULOMÉTRICA

69

Muestra:

El material geotécnico para evaluar ha sido extraído de diversos sub - tramos de la carretera

en estudio comprendida en el tramo I sector I, el cual es detallado líneas arriba. Dichos tramos

tienen como característica, el gran porcentaje de cenizas volcánicas conformadas como

material natural en cada uno de estos.

Procedimiento de Ensayo:

De acuerdo con las características del material a evaluar y a la cantidad de este, se establece

los procedimientos iniciales. Tales características pueden ser, el contenido de humedad y la

presencia de material arcilloso incrustado en los agregados gruesos o aglomerados en

porciones gruesas. Por otro lado, de acuerdo con la cantidad de material se procede a realizar

como paso inicial un cuarteo o no.

Para el material a evaluar en la siguiente investigación, se ha procedido con los siguientes

pasos:

Paso 1: Se ha seleccionado 5 kg de muestra, para ello se ha batido el material hasta

conseguir una muestra homogénea en tamaños de tal manera que este sea

representativo de toda la tanda llegada al laboratorio.

Paso 2: Dado que el material es granular, y su contenido de humedad permite que las

partículas estén separadas unas de otras, se ha procedido a realizar el tamizado por

las mallas de la serie gruesa.

Paso 3: Para el tamizado del agregado fino (material pasante la malla Nro. 4), se ha

extraído una muestra representativa de todo el material que pasa las aberturas de la

serie gruesa.

Paso 4: El material seleccionado se ha puesto a secar con el fin de conocer su

contenido de humedad, y que este no posea humedad alguna y así poder realizar un

lavado

Pasó 5: Se ha procedido a realizar el lavado del material por la malla 200, con el fin

de eliminar todo el material que no corresponda a la serie fina, sino a los limos y

arcillas. Seguido a ello se seca el material para conocer cuánto de material pasante

la malla 200 ha sido eliminada en el lavado.

Paso 6: Se ha realizado el tamizado del material seco, cuya característica importante

es que no cuenta con limos o arcillas).

Paso 7: Cuantificado los pesos retenidos en cada tamiz de ambas series, se procede

los trabajos de gabinete el cual como actividad final consiste en trazar la curva de

70

tamaño de aberturas de cada tamiz versus el porcentaje de material retenido en cada

uno de estos.

3.2.9.2 Contenido de humedad.

Generalidades:

Este ensayo de laboratorio permite conocer la cantidad de agua, en porcentaje, contenida

en cierta porción de suelo.

La expresión matemática que propone el manual de ensayos de materiales (2016), se

muestra a continuación:

𝐶𝐻% =𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜∗ 100

Existen diferentes técnicas de exploración, para poder extraer cierta porción de suelo para

ser evaluado en laboratorio. En la presente investigación se ha hecho uso de calicatas.

Normatividad:

A. MTC E 108 – 2016: Determinación del contenido de humedad de un suelo.

B. ASTM D 2216: Standard Test Method for Laboratory determination of Water (Moisture)

Content of Soil and Rock by Mass

Equipo usado:

A. Balanzas de 5kg

B. Cucharones de plástico

C. Horno de laboratorio

D. Guantes de agarre para temperaturas altas

Muestra:

La muestra para evaluar, inmediatamente luego de su extracción, ha sido depositado en

bolsas herméticas que permiten conservar la humedad natural del material por cierto tiempo,

así poder transportarla hasta el laboratorio y realizar el ensayo.

71

Procedimiento:

Paso 1: Pesar tres recipientes por separado quienes van a contener las muestras de

suelo.

Paso 2: Separar en las tres taras, el material que ha sido extraído con fines de

determinar el contenido de humedad del suelo, y pesar nuevamente.

Paso 3: Poner a secar el material a temperatura 110 ± 5°C durante un lapso de 12 – 16

horas.

Paso 4: Pesar el material secado y determinar el contenido de humedad.

3.2.9.3 Límite líquido.

Generalidades:

Este ensayo de laboratorio permite conocer en porcentaje el contenido de agua límite para

que el suelo se encuentre entre un estado plástico y un estado líquido viscoso.

La muestra es sometida a una energía de impacto cayendo esta desde una altura de 1cm al

accionar una manivela, en el caso del equipo manual. Dicho procedimiento se repite para

diferentes contenidos de agua. Seguido a ello se traza una línea de fluidez, quien relaciona

la cantidad de golpes usados para que la muestra de suelo tenga una junta de 1 pulgada y el

contenido de humedad de dicha porción de suelo. Finalmente, el límite líquido será aquella

humedad que intercepte la línea de fluidez con 25 golpes.

El límite líquido es un parámetro ampliamente utilizado en la identificación de suelos y en la

clasificación de este.

Normatividad:

A. MTC - E 110 – 2016: Determinación del Límite liquido de los Suelos.

B. ASTM D 4318 – 05 Test Methods for Liquid Limit, Plastic and Plasticity Index of Soil

Equipo Usado:

A. Copa Casagrande: Para la presente investigación, se ha usado un equipo manual, el

cual cuenta con una copa de bronce. La finalidad de la copa Casagrande es montar

cierta porción de suelo sobre él y mediante una manecilla elevar la copa ½ pulgada

72

de altura y dejarlo caer generando una energía de impacto a razón de 2 golpes por

segundo.

B. Ranurador o Acanalador: Es un instrumento que permite separar la muestra montado

en la copa Casagrande en dos partes iguales con un espesor de 2mm.

C. Balanza: Para el ensayo, se ha utilizado una balanza de precisión 500gr, puesto que

para determinar el contenido de humedad de cada muestra de suelo montado en la

copa Casagrande, es necesario el peso húmedo, el peso seco y el peso del

recipiente.

D. Pisetas, Taras y Espátulas: Son instrumentos complementarios que facilitan la

ejecución del ensayo.

E. Horno de secado: Este equipo permite expulsar el contenido de agua de una

muestra de suelo sometiéndola a una energía de calor, controlado a 110 ± 5°C por

un lapso de 12 a 16 horas.

Muestra:

De acuerdo con el MTC - E 110 – 2016, la muestra a usar es todo aquello que pase el

tamiz número 40, cuya abertura es de 425um. Para el ensayo, se requiere

aproximadamente 250gr de material con las características ya mencionadas.

Procedimiento:

Paso 1: Tamizar la muestra de suelo por la malla número 40, hasta obtener unos

200gr aproximadamente de material pasante.

Paso 2: separar la muestra en tres taras pequeñas

Paso 3: Verter diferentes contenidos de agua a cada muestra de suelo y removerlos

con la espátula hasta encontrar una muestra trabajable o pastosa

Paso 4: Verter la muestra de suelo sobre la copa Casagrande hasta que este tenga una

superficie totalmente horizontal.

Paso 5: Con la ayuda del ranurador, separar la muestra en dos partes igual. Dicho

instrumento esta calibrado para separar la muestra 2mm de espesor

Paso 6: Girar la manivela de la copa Casagrande a razón de que la copa suba y baje a

razón de dos golpes por segundo hasta que la junta de ambas partes separadas de la

muestra sea ½ pulgada y parar el ensayo.

73

Paso 7: Extraer la muestra juntada en un recipiente para sacarle el contenido de

humedad, y anotar la cantidad de golpes requeridos para que se de dicha junta.

3.2.9.4 Limite plástico.

Generalidades:

El límite plástico representa a la humedad más baja con el que se puede formar rodillos de

suelo de 3.2 mm de espesor. El ensayo consiste en verter diferentes contenidos de agua a la

muestra de suelo para moldearlos con la palma de la mano sobre un vidrio poroso. Este

parámetro junto al límite líquido es ampliamente usado para la clasificación del suelo y otros

fines.

Normatividad:

A. MTC E 111 – Determinación del Limite Plástico (L.P) de los Suelos.

B. ASTM D4318 – 17 – Standard Test Methods For Liquid Limit, Plastic Limit, and

Plasticity. Index of Soill

Equipo Usado:

A. Vidrio poroso

B. Balanza

C. Tamiz N°40

D. Horno de Laboratorio

E. Vernier

F. Espátulas, taras, picetas.

Muestra:

La muestra para usar debe a ser todo aquello que pase el tamiz N° 40. Generalmente la

cantidad de muestra oscila entre los 20 a 40 gr de suelo. Para la presente investigación se

ha utilizado 25 gr de suelo.

Procedimiento:

Paso 1: Tamizar la muestra de suelo por la malla N° 40 hasta alcanzar la cantidad

requerida.

Paso 2: Saturar la muestra progresivamente hasta conseguir una consistencia

trabajable al tacto

74

Paso 3: Moldear rodillos cilíndricos utilizando el vidrio poroso y los dedos. Dicho

procedimiento se deberá repetir hasta alcanzar un diámetro constante de 3.2 mm

controlados con un vernier. Realizar varias muestras de suelo depositadas en tres o

cuatro recipientes.

Paso 4. Determinar el contenido de humedad de cada muestra y promediarla, el cual

vendría ser el límite plástico de la muestra en estudio.

3.2.9.5 Ensayo de Proctor modificado.

Generalidades:

Este ensayo relaciona la variación del peso unitario seco de un suelo con diferentes

contenidos de humedad, de donde, trazando una curva de compactación, es posible

determinar la máxima densidad seca que puede alcanzar un suelo para un contenido óptimo

de humedad. Para tal fin, la muestra de suelo es densificado en un molde de dimensiones

establecidas con una adecuada energía de densificación con la ayuda de un pisón

compactador

El ensayo Proctor Modificado establece tres metodologías de compactación de acuerdo con

la granulometría del material geotécnico a utilizar los cuales se mencionan a continuación.

Proctor Modificado Método A

Proctor Modificado Método B

Proctor Modificado Método C

La Tabla 13 muestra las condiciones necesarias que debe cumplir el material geotécnico

para cada método de compactación.

Tabla 13.

Requisitos para seleccionar el método de compactación modificado

METODO

% ACUM.

RETENIDO

N°4

% ACUM.

RETENIDO

3/8”

% ACUM.

RETENIDO

3/4"

MATERIAL

PARA

USAR

DIAMTREO

MOLDE

N° DE

CAPAS

N° DE

GOLPES

A ≤20% - - PASA N°4 4" 5 25

B >20% ≤20% - PASA 3/8” 4" 5 25

C - >20% ≤30% PASA 3/4" 6" 5 56


75

Normatividad:

A. MTC E 115 – Compactación de Suelos en Laboratorio Utilizando una Energía

Modificada (PROCTOR MODIFICADO).

B. ASTM D 1557 – Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics

of Soil Using Modified Effort (2700kn-m/m3).

Equipo Usado:

A. Molde de 6” de diámetro

B. Pisón compactador

C. Molde de 6”

D. Pisón

E. Balanzas de precisión 100kg, 30 kg, 5kg

F. Bandejas

G. Taras

H. Horno de secado

Muestra:

Debido a que la granulometría de la muestra de suelo a evaluar exigía utilizar un proctor

modificado método A, se ha tomado 25 kg de material pasante la malla N°4.

Procedimiento:

Paso 1: Obtener el método de compactación usando la granulometría previamente

realizada. En efecto, para el suelo a evaluar en la presente investigación, se ha obtenido

un método de compactación A.

Paso 2: Tamizar la muestra de suelo por la malla N° 4 hasta obtener la cantidad que se

va a requerir para el ensayo. Para este caso, se ha seleccionado 25 kg de suelo pasante

la malla N° 4.

Paso 3: Separar las muestras de suelo en 4 porciones de 3500gr cada uno, puesto que

en un molde de 4” de diámetro y altura de 4.58” ingresa aproximadamente 3000 gr de

suelo.

Paso 4: Preparar las muestras de suelo con diferentes dosis de humedad. Cabe

mencionar que el primer punto puede iniciar con la humedad natural o no, dependiendo

de la consistencia al tacto que este posea. Para el ensayo se ha preparado 4 puntos,

con 2% de incremento con respecto a la humedad natural.

76

Paso 5: Densificar el material de acuerdo con el protocolo de compactación que exige

el método seleccionado.

Paso 6: Enrasar la muestra de suelo de tal manera que este tenga una superficie

homogénea y alineada a la parte superior del molde.

Paso 7: Pesar el molde más el material densificado, seguido a ello, extraer la muestra

de suelo, y sacar el contenido de humedad de este.

Paso 8: Trazar la curva de compactación.

3.2.9.6 Contenido de materia orgánica.

Generalidades:

Este ensayo permite conocer el contenido de suelo con características orgánicas que se

encuentra en diferentes materiales, como turbas, suelo que contengan residuos de madera,

restos de plantas frescas ligeramente no descompuestas, pastos, o materiales carbonáceos.

Normatividad:

- MTC E 118 Materia Orgánica en Suelos

- AASDHTO T 267: Standard Method of Test for Determination of Organic Content in

Soils by Los son Ignition.

Equipo Usado:

- Horno de Laboratorio

- Balanza

- Mufla de laboratorio

- Taras de aluminio

3.2.9.7 Ensayo CBR.

Generalidades:

Este ensayo permite evaluar la resistencia estructural de un suelo preparado en laboratorio o

de muestras que han sido tomadas directamente en campo.

En el campo de pavimentos, de acuerdo con MTC (2013), los suelos de subrasante son

clasificados en 6 grupos de acuerdo con su CBR, los cuales se visualizan en la Tabla 14

77

.

Tabla 14.

Clasificación de suelos de acuerdo con su CBR

Categorías de Subrasante CBR

Subrasante Inadecuada CBR < 3%

Subrasante Pobre 6% < CBR ≥ 3%

Subrasante Regular 10% < CBR ≥ 6%

Subrasante Buena 20% < CBR ≥ 10%

Subrasante muy Buena 30% < CBR ≥ 20%

Subrasante Excelente CBR > 30%


Este ensayo parte de conocer la variación del peso unitario seco del material y su contenido

de agua mediante la curva de compactación, de donde se puede encontrar la máxima

densidad seca del suelo para un contenido de humedad denotado como el óptimo.

Las muestras serán preparadas con el óptimo contenido de humedad, para luego ser

densificados a 56, 25 y 12 golpes por capa utilizando el pisón modificado.

El estado más desfavorable en el que se puede encontrar un suelo viene a ser cuando está

saturado, por lo tanto, las muestras deberán ingresar a una poza de saturación por tres o 4

días dependiendo de la temperatura ambiente.

La resistencia será evaluada mediante una prensa que somete a la muestra a una penetración

controlada, con el fin de conocer la variación de los esfuerzos conforme al descenso del

pistón.

Los esfuerzos encontrados para 0.1” y 0.2” de penetración, serán comparados en porcentaje

con los esfuerzos patrones obtenidos a las mismas penetraciones en california de 70.5kg/cm2

y 105.7 kg/cm2 respectivamente, para un material selecto de alta resistencia. En este punto,

es importante señalar el requerimiento de correcciones físicas y estadísticas, os cuales se

mencionan a continuación.

- Corrección Estadística: Consiste en trazar una curva de tendencia polinómica de

orden 4 el cual tiene como coordenadas a las penetraciones y sus cargas o esfuerzos

respectivos, ello con el fin de corregir las irregularidades en los incrementos de

esfuerzos.

78

- Corrección Fisca: Existe la posibilidad de que la muestra de suelo al ser penetrado

responda con un ligero reacomodo de partículas presentado esfuerzos muy bajos ante

la solicitación. Dado este caso, se debe proyectar la curva creciente constante sobre

el eje de las abscisas, siendo la intersección el nuevo cero.

Finalmente se puede trazar la curva de CBR en porcentaje versus el peso unitario seco con

el cual se poder obtener la resistencia del material en porcentaje de acuerdo con el porcentaje

de compactación que exige el proyecto.

Normativa:

A. MTC E 132 CBR de Suelos (Laboratorio)

B. ASTM D 1883 Standard Test Method for CBR (California Bearing Ratio) of

Laboratory – Compacted Soils.

Equipo Usado:

A. Moldes de metal: 6” de diámetro interior y 7” de altura.

B. Pisón compactador:

C. Sobrecarga ranurada

D. Sobrecarga anular

E. Disco espaciador de metal: 5.94” de diámetro.

F. Dial

G. Tamices de abertura 3/4”, 3/8”, N° 4

H. Prensa

I. Horno de Laboratorio

J. Balanza de capacidad 100kg, 30kg, 5kg

Muestra:

Del Ensayo Proctor modificado – Método A, se ha evaluado el peso unitario seco del material

en función a su contenido de agua. De donde se pudo obtener la máxima densidad seca al

que puede alcanzar el suelo con un óptimo contenido de humedad, lo cual vienen a ser

parámetros de entrada para iniciar el ensayo CBR.

Se ha tomado 40 kg de muestra pasante la malla N°4 y han sido humedecidos con el

contenido de humedad optimo, con el fin de conocer la variación de su peso unitario seco a

diferentes energías de compactación.

79

Procedimiento:

Paso 1: Tamizar la muestra por la malla N°4 hasta obtener la cantidad necesaria para tres

moldes.

Paso 2: Proporcionar a cada muestra, el contenido de humedad optimo, y guardar en

contenedores especiales para no perder dicha condición.

Paso 3: Prepara el molde de metal ´para la compactación, para ello se detalla las actividades

más relevantes

- Ajustar adecuadamente el collarín al molde más base

- Colocar el disco espaciador dentro del molde como falso piso de compactación

- Colocar papel filtro de diámetro del disco espaciador.

Paso 4: Densificar el material con 56, 25 y 12 golpes por capa en 5 capas.

Paso 5: Medir el desplazamiento vertical inicial de cada muestra usando el dial y el trípode

Paso 6: Sumergir las muestras en la posa de saturación por tres días

Paso 7: Mediante la prensa penetrar la muestra y tomar lectura de las cargas o esfuerzos

y realizar los trabajos de gabinete respectivos.

3.2.9.8 Ensayo de corte directo (Consolidado Drenado).

Generalidades:

Este ensayo permite calcular la resistencia al corte de un suelo que está consolidado y

drenado mediante la determinación de los parámetros de resistencia de este como la

cohesión y el ángulo de rozamiento.

La muestra de suelo es colocada en una caja de corte que tiene la facilidad de dividirse en

dos partes iguales. Por otro lado, dicha cámara se instala en una cámara de saturación, el

cual permite que el agua infiltre en la muestra.

Es importante mencionar que este ensayo trata de replicar el estado de tensiones a los cuales

se encuentra sometido el suelo en el campo. Para ello, a lo largo de toda la experiencia, la

muestra es sometida a un esfuerzo normal constante, paralelamente, una solicitación lateral

desplaza la parte superior de la cámara de corte obligando a las partículas de la muestra a

friccionar unas tras otras.

El ensayo se puede llevar a cabo en todo tipo de suelos, con la única limitación del tamaño

de partículas a considerar.

80

Normatividad:

A. MTC E 123: Corte Direto (Consolidado Drenado).

B. ASTM D 3080: Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under

Consolidated Drained Conditions.

Equipo Usado:

A. Equipo de Corte Directo: Para evaluar la muestra, se ha utilizado un equipo de

corte directo neumático, el cual cuenta con una cámara de corte y una cámara de

saturación. Así mismo cuenta con diales que permiten cuantificar los

desplazamientos tanto en el eje vertical como en el horizontal. Por otro lado,

cuenta con una celda S que, mediante un panel digital, cuantifica la carga de corte.

B. Piedra Porosa:

C. Balanza de capacidad 500 gr

D. Anillo de corte

Muestra:

La muestra para evaluar presenta una condición de alterado, debido a que esta es granular.

En campo, se ha determinado el contenido de humedad natural y su peso unitario natural, los

cuales son propiedades físicas importantes para el ensayo de corte Directo.

Para la evaluación del suelo en estudio, se ha tomado una muestra representativa de 1000gr

pasante la malla N°4.

La muestra ha sido humedecida a las condiciones naturales de campo y se ha dejado

homogenizarse 12 horas aproximadamente, seguido a ello se ha dividido la muestra en tres

porciones para evitar la pérdida de humedad durante el proceso de remodelo.

Procedimiento

Paso 1: Tamizar la muestra por el tamiz N°4 hasta obtener la cantidad de suelo

requerido

Paso 2: Humedecer la muestra a condiciones naturales de campo, y dejar

homogenizarse por 12 horas.

Pasó 3: Preparar la cámara de corte con las siguientes actividades:

Fijar los pernos de agarre que une ambas partes de la cámara.

Instalación de la piedra porosa y el papel filtro de diámetro de la muestra.

81

Paso 4: Remoldear la muestra en tres capas controlando los pesos y alturas, de tal

manera que cada contenga el peso unitario natural.

Paso 5: Saturar la cámara de corte en la cámara de saturación.

Paso 7: Aplicar el esfuerzo normal correspondiente. Para este caso se ha iniciado con

0.5kg/cm2 con el fin de comprimir la muestra antes del corte. Para dicha actividad, se

ha controlado los desplazamientos verticales para diferentes tiempos, hasta que la

muestra ya no se deforme axialmente.

Paso 8: Aplicar la fuerza de corte ejerciendo el esfuerzo normal aplicado al inicio del

ensayo. Se da por finalizado la experiencia cuando la deformación tangencial alcanzó

un desplazamiento del 15% del diámetro de la muestra.

Paso 9: Extraer la muestra y ponerlo a secar para determinar su contenido de humedad

Paso 10: Repetir los pasos anteriores para los esfuerzos normales de 1kg/cm2 y

2kg/cm2.

3.2.10 Clasificación de suelos.


Existen muchas propiedades que caracterizan a los suelos, y estos son de interés de acuerdo

con el área de aplicación. Para segmentar esta diversidad de propiedades y características,

se va a tomar en consideración aquellas propiedades requeridas para las obras de ingeniería

Civil.

En Ingeniería Civil, los suelos son clasificados en grupos de acuerdo con su distribución de

tamaños de las partículas que conforman una determinada muestra, así como también a su

comportamiento frente a condiciones de saturación o solicitaciones con el fin de estimar sus

propiedades y poder compararlos con otros suelos de características similares.

Para un lenguaje conciso, se usan terminologías que denotan rápidamente las propiedades

y condiciones del material a evaluar.

A la actualidad existen dos sistemas de clasificación, los cuales se describen a continuación:

82

3.2.10.2 Sistema de clasificación AASHTO.

Este sistema de clasificación separa al material geotécnico en diversos grupos, de acuerdo

con su granulometría y límites de Atterberg con fines de pavimentaciones o de construcción

de terraplenes.

Cada grupo posee una puntuación en número entero denominado como índice de grupo, el

cual sirve para determinar la calidad del suelo. Este número es presentado al costado del

grupo al cual pertenece el suelo, tal como se muestra en la siguiente clasificación. A-1-b (0)

La Tabla 15 muestra el sistema de clasificación AASHTO, tomado como referencia la ASTM

D 3282.

83

Tabla 15.

Sistema de Clasificación AASHTO

Clasificación General Suelos Granulares ( ≤35% pasa N° 200) Suelos finos (>35% pasa N°200)

Grupo A - 1 A - 3 A - 2 A - 4 A - 5 A - 6 A - 7

Sub - Grupo A - 1a A - 1b A - 2 - 4 A - 2 - 5 A - 2 -

6* A - 2 - 7*

A - 7 - 5** A - 7 - 6**

Análisis Granulométrico % que

pasa por el tamiz

N° 10 ≤ 50

N° 40 ≤ 30 ≤ 50 ≥ 51

N° 200 ≤ 15 ≤ 25 ≤ 10 ≤ 35 ≤ 35 ≤ 35 ≤ 35 ≥ 36 ≥ 36 ≥ 36 ≥ 36

Características de la Fracción que pasa N°

40

Límite Liquido ≤ 40 ≥ 41 ≤ 40 ≥ 41 ≤ 40 ≥ 41 ≤ 40 ≥ 41

Índice de Plasticidad ≤ 6 NP ≤ 10 ≤ 10 ≥ 11 ≥ 11 ≤ 10 ≤ 10 ≥ 11 ≥ 11

Índice de Grupo 0 0 0 0 ≤ 4 ≤ 8 ≤ 12 ≤ 16 ≤ 20

Fragmentos de piedra, grava y

arena

Arenas finas

Gravas y arenas limosas o arcillosas Suelos

Limosos Suelos arcillosos

Valoración General del suelo

Excelente Excelente Excelente a bueno Regular a malo

** A - 7 - 5: IP ≤(WL - 30) ** A - 7 - 6: IP >(WL - 30)

Si el suelo es NP -> IG = 0 ; Si el IG <0 -> IGT = 0

Fuente: Elaboración propia en base a (MTC, Manual de Ensayo de Materiales, 2016).

84

3.2.10.3 Sistema unificado de clasificación de suelos SUCS.

Este sistema cataloga a material geotécnico en grupos de acuerdo con el tipo de agregado y

a la cantidad de este presente en dicho material.

De acuerdo Fonseca (2010), los suelos se clasifican en tres grupos.

Suelos de grano grueso

Suelos de grano fino

Suelos Orgánicos

A. Suelos de Grano grueso:

Son partículas, que, debido a su tamaño, son retenidos en la malla N° 200. Dentro de este

grupo se encuentran las gravas denotadas con la letra “G”, el cual proviene de la palabra

Gravell, que es español significa grava, y las arenas denotada con la letra “S” el cual proviene

de la palabra Sand, que en español significa arenas.

Tanto las gravas como las arenas se dividen en cuatro subgrupos, los cuales denotan la

condición de graduación del suelo y la presencia de algún elemento fino como limo o arcilla.

Para poder clasificar el grupo y subgrupo, se muestra Tabla 16.

85

Tabla 16.

Metodología de Clasificación de suelos SUCS

DIVISIÓN PRINCIPAL SIMBOLO DEL GRUPO

NOMBRES TÍPICOS

SU

ELO

S D

E G

RA

NO

S G

RU

ES

OS

5

0%

o m

ás e

s r

ete

nid

o e

n e

l ta

miz

N°

200

GR

AV

AS

50%

o m

ás d

e la fra

cció

n

gru

esa e

s r

ete

nid

o e

n e

l ta

miz

N°4

GR

AV

AS

LIM

PIA

S GW

Gravas bien gradadas y mezclas de arena y grava con pocos finos o sin

finos

GP Gravas y mezclas de gravas y arenas mal gradadas con pocos finos o sin

finos

GR

AV

AS

CO

N F

INO

S

GM Gravas limosas, mezclas de grava -

arena y limo

GC Gravas arcillosas, mezclas de grava -

arena y arcilla

AR

EN

AS

Más d

el 5

0%

de la fra

cció

n

gru

esa p

asa p

or

el ta

miz

N°

4

GR

AV

AS

LIM

PIA

S SW Arenas y arenas gravosas bien

gradadas con pocos finos o sin finos

SP Arenas y arenas gravosas mal gradadas con pocos finos o sin finos

GR

AV

AS

CO

N F

INO

S

SM Arenas limosas, mezclas de arena con limo

SC Arenas arcillosas, mezclas de arena y arcillas

Fuente: Elaboración propia en base a (MTC, Manual de Ensayo de Materiales, 2016).

Para determinar si el suelo de grano grueso es bien gradado o mal gradado ((GW, GP, SW,

SP), se debe tener en cuenta el porcentaje de suelo que pasa por el tamiz N° 200, por otro

lado, para poder asignar la terminología W o P, se debe tener en cuenta el coeficiente de

curvatura y el coeficiente de uniformidad. Las condiciones mencionadas se describen a

continuación.

Si menos del 5% del suelo de grano grueso pasa por el tamiz N°200, será un GW, GP,

SW o SP.

Si el Coeficiente de curvatura Cc está entre 1 – 3, y el coeficiente de Uniformidad Cu es

mayor que 4, será un GW, de lo contrario será un GP.

Si el Coeficiente de curvatura Cc está entre 1 – 3, y el coeficiente de Uniformidad Cu es

mayor que 6, será un SW, de lo contrario será un SP.

Las ecuaciones para determinar ambos coeficientes, (ver Ec. 35.0 y Ec. 36.0), se

muestran a continuación.

86

𝐶𝑐 =(𝐷30)

2

𝐷10 × 𝐷60

35.0

𝐶𝑢 =𝐷60𝐷10

36.0

Donde:

𝐷30: Viene a ser la abertura correspondiente del tamiz que deja pasar el 30% de

material.

𝐷10 : Viene a ser la abertura correspondiente del tamiz que deja pasar el 10% de

material.

𝐷60: Viene a ser la abertura correspondiente del tamiz que deja pasar el 60% de

material.

Para determinar si el material de grano grueso es limoso o arcilloso (GM, GC, SM o SC), se

debe tener en cuenta la cantidad de material que pasa por la malla N°200, por otro lado, para

asignar la terminología M o C, se va a evaluar los límites de Atterberg en la gráfica de

plasticidad. Las condiciones mencionas, se describen a continuación

Si más del 12 % del suelo de grano grueso pasa por el tamiz N°200, será un GM, GC, SM

o SC.

Límites de Atterberg para la asignación de la terminología M o C

Será GM o SM si los límites de Atterberg están localizados bajo la línea A, o que tenga

un índice de plasticidad inferior a 4.

Será un GC o SC si los límites de Atterberg están localizados sobre la línea A, y que su

índice de plasticidad sea superior a 7.

Para los límites de Atterberg localizados en la parte sombreada se debe clasificar utilizando

símbolos dobles. Ver Figura 29.

87

Figura 29. Carta de plasticidad

Fuente; Fundamentos de Ingeniería geotécnica – Braja Das

B. Suelos de Grano Fino:

Son partículas que, debido a su tamaño, pasan el tamiz N° 200. Dentro de este grupo se

encuentra los Limos denotados con la letra M y las arcillas denotados por la letra C, el

cual proviene del inglés Clay el cual significa arcilla.

El suelo de grano fino se divide en dos grupos de acuerdo con su límite líquido y al

contenido de materia orgánica. La muestra la clasificación del suelo de grano fino. Ver

Tabla 17.

88

Tabla 17.

Sistema de clasificación de suelo fino por la metodología SUCS

SU

ELO

S D

E G

RA

NO

S F

INO

S 5

0%

o m

ás p

asa p

or

el ta

miz

N°

200

LIM

OS

Y A

RC

ILL

AS

Lim

ite

liquid

o d

e 5

0%

o infe

rior

ML Limos inorgánicos, arenas muy finas, polvo de roca,

arenas finas limosas o arcillosas

CL Arcillas inorgánicas de plasticidad baja a media,

arcillas gravosas, arcillas arenosas, arcillas limosas, suelos sin mucha arcilla

OL Limos orgánicos y arcillas limosas orgánicas de

baja plasticidad

LIM

OS

Y A

RC

ILL

AS

Lim

ite liq

uid

o s

uperi

or

a

50%

MH Limos inorgânicos, arenas finas o limos micáceos o

de diatomeas limos elásticos

CH Arcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas

grasas

OH Arcillas orgánicas de plasticidad alta o media

Fuente: Elaboración propia en base a Manual de Ensayo de Materiales – MTC

3.2.11 Criterios para evaluar el terreno de fundación.

Los criterios geotécnicos tienen la finalidad de evaluar al terreno de fundación mediante

ensayos de laboratorio y campo desde una perspectiva integral. Conociendo las propiedades

geotécnicas de las muestras, es posible determinar de acuerdo con la resistencia estructural,

deformabilidad y durabilidad si el terreno de fundación es apto o no para ser usado como

material de relleno o subrasante en un pavimento.

Los criterios geotécnicos se muestran a continuación, las cuales van a ser desarrolladas

líneas abajo.

A. Criterios de calidad de suelos – SUCS

B. Criterios de calidad de suelos – AASHTO

C. Criterio de resistencia estructural de suelos – CBR

D. Criterio de verificación de contenido de humedad y compactación

E. Criterio de verificación de compresión de suelos

F. Criterio de verificación del potencial de expansión

G. Criterios de verificación del Índice de consistencia

H. Criterio de verificación d la durabilidad de suelos: Porcentaje de materias

orgánica.

89

3.2.11.1 Criterios de calidad de suelos – SUCS.

Este criterio evalúa si el material geotécnico es adecuado o no para ser usado como material

de relleno o subrasante en pavimentos de acuerdo con su clasificación SUCS.

Una vez obtenida la clasificación SUCS por la metodología que sugiere el manual de ensayo

de materiales se evalúa si el material cumple las especificaciones de acuerdo a la teoría de

Crespo (2004), quien desarrolló un esquema grafico donde se ubica la simbología de

clasificación y se determina los parámetros que evalúan su comportamiento frente a diversas

condiciones naturales de acuerdo con la Figura 30.

Figura 30. Sistema de clasificación de un suelo para ser usado como material de subrasante.

Fuente: Mecánica de suelos u cimentaciones – Crespo Villalaz

3.2.11.2 Criterios de calidad de suelos – AASHTO.

De acuerdo con la clasificación por el sistema AASHTO, este criterio califica al material desde

excelente a malo para ser usado como subrasante. Das (2015).

Para ello se va a usar la Tabla 15, donde se visualiza que, para cada grupo, existe una

calificación dese excelente a malo.

90

3.2.11.3 Criterio de resistencia estructural de suelos – CBR.

Este criterio evalúa el material de fundación con diferentes de escalas de medición en base

a la resistencia estructural que este posee, con la finalidad de calificar la condición del suelo

para ser usado como material de subrasante. Para ello el manual de carreteras, suelos,

geología, geotecnia y pavimentos, ha elaborado unas especificaciones (ver Tabla 14) que

permiten asignar la condición necesaria del suelo de acuerdo con su valor de CBR.

3.2.11.4 Criterio de verificación de contenido de humedad y

compactación.

Este criterio evalúa el contenido de humedad que posee el suelo frente al optimo contenido

de humedad con el cual el suelo al ser densificado alcanza la densidad requerida. De acuerdo

a MTC (2013), los materiales de subrasante deben estar densificados a un 90 – 95 % de la

MDS, en efecto para alcanzar esta densidad, la humedad influye de manera directa, dicho

escenario se ha explicado a mayor detalle en el desarrollo del ensayo Proctor modificado.

En este criterio de evaluación, se va a comparar la humedad natural del suelo frente a la

humedad optima, donde pueden ocurrir dos posibles escenarios.

Que la humedad natural sea superior a la humedad optima del suelo, lo cual indica

que este material en campo no va a alcanzar la densidad requerida.

Que la humedad natural sea inferior a la humedad optima, lo cual indica que si se

pudría conformar el material a la densidad normada.

3.2.11.5 Criterio de verificación de compresión de suelos.

Este criterio evalúa la capacidad de un suelo cohesivo a sufrir asentamientos antes cargas

externas de magnitudes bajas.

Existes diversos criterios que se usan para evaluar este parámetro. De acuerdo con Crespo

(2004), la expresión matemática para determinar el índice de compresión de suelo fue dado

por Terzaghi y Peck, la cual se muestra en la Ecuación 37.0.

𝐶𝑐 = 0.009 × (𝑙𝑙 − 10) 37.0

El citado autor anteriormente relaciona los valores de la ecuación 37.0 con el grado de

compresión que posee el suelo. Ver Tabla 18.

91

Tabla 18.

Calificación del suelo de acuerdo con su Índice de Compresión.

𝐶𝑐 Grado de Compresibilidad

Baja 0.0 – 0.19

Media 0.2 – 0.39

Alta 0.4 a más

Fuente: Elaboración propia en base a Mecánica de Suelos y cimentaciones – Crespo Villalaz

3.2.11.6 Criterio de verificación del potencial de expansión.

El fenómeno del potencial de expansión gravita en los cambios volumétricos que se producen

en el suelo, ocasionados por la variación de la humedad, así como también debido a la

variación de los esfuerzos internos producidos por el agua.

Por otro lado, los fenómenos de expansión afectan principalmente a estructuras que

transmiten al suelo presiones bajas como es en el caso de pavimentos o edificaciones ligeras.

De acuerdo con Das (2012), existen diversos sistemas de clasificación de suelos expansivos

las cuales están basados en los diferentes problemas que suscitan en la construcción de

cimentaciones.

Este criterio de evaluación recoge los valores del índice de plasticidad del suelo y mediante

escalas de medición, se asigna un nivel de expansión. Ver Tabla 19.

Tabla 19.

Sistema de Clasificación de expansión de suelos

Índice de Plasticidad Clasificación de la

Expansión Potencial

<25 Bajo

25 - 35 Marginal

>35 Alto

Fuente: Elaboración Propia en base a Fundamentos de Ingeniería de cimentaciones - Braja Das

92

3.2.11.7 Criterios de verificación del Índice de consistencia.

El índice de consistencia de un suelo es también conocido como consistencia relativa. Este

criterio evalúa la capacidad del suelo para poder absorber agua, de donde si la humedad

natural del material geotécnico es mayor que su límite líquido, indica que la masa de suelo se

encuentra en un estado de barro viscoso La Ecuación 38.0 muestra la expresión matemática

para calcular el índice de consistencia. (Crespo, 2004).

𝐶𝑅 =𝐿𝐿 −𝑊𝑛𝐼𝑃

38.0

El índice de consistencia está directamente relacionado con el esfuerzo de ruptura de un

suelo, para ello Crespo (2004) presenta rangos en donde se puede identificar la relación

mencionada. Ver Tabla 20.

Tabla 20.

Sistema de clasificación de consistencia de suelos

Rango de variación Estado de Consistencia

0.0 – 0.25 Consistencia muy suave

0.25 – 0.50 Consistencia suave

0.50 – 0.75 Consistencia media

0.75 – 1.0 Consistencia Rígida

Fuente: Elaboración propia en base a Mecánica de Suelos y cimentaciones – Crespo Villalaz

3.2.11.8 Criterio de verificación de la durabilidad de suelos: Porcentaje

de materia orgánica.

Este criterio evalúa la cantidad de materia orgánica presente en el suelo con el fin de predecir

futuros problemas a nivel estructural. Para ello se toma los valores determinados en el ensayo

de contenido de materia orgánica, la cual ha sido explicada líneas arriba. El manual de ensayo

de materiales 2016 recomienda que para un suelo candidato a formar parte de un terreno de

fundación vial, se debe aceptar como máximo 1%.

93

Capítulo IV: Hipótesis y Variables

4.1 Hipótesis general

El terreno de fundación vial, conformada por cenizas volcánicas, de la carretera Puquina

- Omate, es estabilizado adecuadamente usando el modelo multicapa de Burmister.

4.2 Hipótesis específicas

La calidad geotécnica de la ceniza volcánica que conforma el terreno de fundación de la

vía en estudio es inadecuada para ser usado como material de relleno en pavimentos.

La estabilización del terreno de fundación vial conformado por cenizas volcánicas

determinado con el modelo multicapa de Burmister es eficiente en términos técnicos y

económicos comparado con la metodología que propone la norma peruana.

4.3 Identificación de variables

Hipótesis 1

Objeto de Estudio: El terreno de fundación vial.

Variable Independiente: El modelo multicapa de Burmister.

Variable dependiente: Estabilización del terreno de fundación vial.

Hipótesis 2

Objeto de Estudio: El terreno de fundación vial.

Variable Independiente: Criterios geotécnicos de validación de la ceniza volcánica.

Variable dependiente: La calidad de la ceniza volcánica.

94

Hipótesis 3

Objeto de estudio: El terreno de fundación vial

Variable Independiente: Evaluación técnica y económica del modelo

Variable Dependiente: Eficiencia técnica y reducción de costos.

4.4 Operacionalización de variables

En este apartado se va a mostrar las variables de las hipótesis planteadas y sus respectivos

indicadores de medición, puesto que es importante reconocerlos antes de hacer una

recolección de datos. Suárez (2012).

Para ello se ha elaborado unas tablas donde se muestra las hipótesis, sus variables,

indicadores y unidades de medición. Ver Tabla 21.

95

Tabla 21.

Operacionalización de variables

HIPÓTESIS VARIABLES INDICADORES MEDICIÓN

El modelo elástico de Burmister estabiliza eficazmente el terreno de fundación conformado por cenizas volcánicas.

Variable Independiente: Modelo Elástico Multicapa de Burmister.

Programa windePAV # de corridas

Factor de deflexión h/a, E1/E2

Presión equivalente kg/cm2

Radio del Área circular cm

Variable Dependiente: Estabilización del terreno de fundación.

Módulo Resiliente kg/cm2

Deflexión mm

% de compactación %

Contenido de Humedad %

Densidad de Campo gr/cm3

Los criterios geotécnicos califican a la ceniza volcánica como inadecuada para ser usado como material de subrasante

Variable Independiente: Los criterios geotécnicos.

Criterios teóricos de calidad Clasificación SUCS AASHTO

Criterios asociados a la resistencia Ensayo CBR

Criterios de comportamiento ante humedad Ensayo de limites de Atterberg

Criterios de verificación de materia orgánica Ensayo de CMO

Variable Dependiente: Calidad de la Ceniza Volcánica.

Granulometría, clasificación % PASA TAMIZ, SP, A1b

Análisis químico de los cementantes

MDS y OCH gr/cm3, %

Teoría de suelos colapsables # de bibliografías consultadas

CBR a densidad natural %

Angulo de Fricción, Cohesión Grados, kg/cm2

Deflexión admisible mm

El modelo multicapa de Burmister frente a la metodología del MTC optimiza significativamente los tiempos, recursos y genera mayor duración del pavimento

Variable Independiente: El modelo multicapa de Burmister frente a la metodología del MTC.

Comparación de profundidad de mejoramiento

mt

Ventajas y desventajas de ambos modelos Amplitud de análisis

Comparación de deflexiones mm

Variable Dependiente: Optimización de Tiempo, recursos y generación de mayor duración del pavimento.

Ratios de ahorro económico %

Ratio de ahorro de tiempos %

Análisis técnico de la duración del pavimento Numero de revisiones

bibliográficas Fuente; Elaboración Propia

96

4.5 Matriz de consistencia

Tabla 22.

Matriz de consistencia – Hipótesis principal

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

OBJETIVOS HIPÓTESIS VARIABLES

DIMENSIONES ESCALA DE MEDICIÓN

Problema General Objetivo General Hipótesis General Variables principales

¿Se podrá estabilizar el terreno de fundación vial conformado por cenizas volcánicas, utilizando el modelo multicapa de Burmister?

Estabilizar el terreno de fundación vial, conformada por cenizas volcánicas, con el modelo multicapa de Burmister para el proyecto en estudio.

El modelo elástico de Burmister estabiliza eficazmente el terreno de fundación conformado por cenizas volcánicas.

Variable Independiente: Modelo elástico multicapa

de Burmister.

Programa WinDEPAV

# de corridas

Factor de deflexión

h/a, E1/E2

Presión equivalente

kg/cm2

Radio del área circular

cm

Variable Dependiente: Estabilización del terreno de fundación.

Módulo resiliente %

Deflexión mm

% de compactación

%

Densidad de campo

Gr/cm3

Contenido de humedad

%


97

Tabla 23.

Matriz de consistencia - Hipótesis secundario 1

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

OBJETIVOS HIPÓTESIS VARIABLES DIMENSIONES

ESCALA DE MEDICIÓN

Problema Secundario Objetivo Secundario Hipótesis Secundaria. Variables Secundarias

¿Es inadecuada la calidad de la ceniza volcánica, validada mediante criterios geotécnicos, para ser usado como material de subrasante?

Validar la calidad de la ceniza volcánica, mediante criterios geotécnicos, como inadecuada para ser usado como material de subrasante.

Los criterios geotécnicos califican a la ceniza volcánica como inadecuada para ser usado como material de subrasante.

Variable Independiente: Criterios geotécnicos.

Criterios de calidad, de resistencia

SUCS, AASHTO, CBR

Criterios de comportamiento ante humedad

Límites de atterberg

Criterio de verificación de CMO

%CMO

Variable Dependiente: Calidad de la ceniza volcánica

Granulometría, clasificación

%QUE PASA, SP, SM, A1b

MDS y OCH Gr/cm3, %

Teoría de suelos colapsables

# de bibliografías consultadas

CBR a densidad natural %

Angulo de fricción y cohesión

Grados, kg/cm2

Deflexión admisible mm

Análisis químico de los cementantes

Adhesión, cohesión

Fuente; Elaboración Propia

98

Tabla 24.

Matriz de consistencia - Hipótesis secundario 2

FORMULACION DEL PROBLEMA

OBJETIVOS HIPOTESIS VARIABLES

DIMENCIONES ESCALA DE MEDICIÓN

Problema Secundario Objetivo Secundario Hipótesis Secundaria. Variables Secundarias

¿El modelo multicapa de Burmister optimiza los tiempos de trabajo, recursos y garantiza mayor duración del pavimento frente a la metodología del MTC?

Verificar si la estabilización del terreno de fundación determinado con el modelo multicapa de Burmister frente a la metodología del MTC optimiza los tiempos, recursos y genera mayor duración del pavimento.

El modelo multicapa de Burmister frente a la metodología del MTC optimiza significativamente los tiempos, recursos y genera mayor duración del pavimento.

Variable Independiente: El modelo multicapa de Burmister frente a la metodología del MTC

Ventajas y desventajas Amplitud de análisis

Comparación de deflexiones mm

Comparación de la profundidad de mejoramiento

mt

Variable Dependiente: Optimización de tiempo, recursos y generación de mayor duración del pavimento.

Ratios de ahorro económico y de tiempos

%

Análisis técnico de duración del pavimento

Numero de revisiones bibliográficas

Fuente; Elaboración Propia

99

Capítulo V: Metodología

5.1 Tipo y diseño de la investigación

5.1.1 Tipo y nivel de la investigación.

Por el alcance que se pretende lograr con esta investigación.

Tipo aplicada.

La presente investigación es de tipo Aplicada por que se pretende dar solución a una realidad

problemática que a la actualidad se viene suscitando en una importante obra de ingeniería

civil el cual viene a ser la construcción de un pavimento. A través del uso de una teoría se

propone sugerir una propuesta de cálculo que solucione el problema en específico el cual da

lugar al desarrollo de la presente investigación.

Por el tipo de datos que se analizara.

Tipo cuantitativa

La presente investigación es de tipo cuantitativa, puesto que se va a realizar una recolección

de datos a través de la ejecución de ensayos de laboratorio las cuales van a ser ensayadas

y procesadas para luego analizarlas, de modo que este puede corroborar todas las hipótesis

planteadas.

Por la Metodología que se va a utilizar para Demostrar la hipótesis

Tipo Experimental

Esta investigación es de tipo experimental debido a que la modificación de la variable

independiente generara un cambio directo en la variable dependiente respectivamente. Así

mismo se podrá analizar cuál es el nivel de influencia de la variable independiente con

respecto a la dependiente.

Por el nivel de complejidad que amerita el desarrollo de esta investigación.

Tipo Correlacional

Esta investigación es de tipo correlacional puesto que se va a conocer el grado de asociación

que existe entre dos o más variables

100

5.2 Unidad de análisis

La unidad de análisis indica los objetos de medición sean estos participantes o casos en

particular. Sampieri, Collado, & Lucio (2010).

PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN UNIDAD DE ANÁLISIS

¿Se podrá estabilizar el terreno de fundación vial

conformado por cenizas volcánicas, utilizando el

modelo multicapa de Burmister?

Las cenizas volcánicas que conforman el terreno

de fundación, para verificar si pueden ser

estabilizados con el modelo elástico multicapa de

Burmister

¿Es inadecuada la calidad geotécnica de la

ceniza volcánica, validada mediante criterios

geotécnicos, para ser usado como material de

subrasante?

La calidad de las cenizas volcánicas para

verificar mediante criterios geotécnicos, si es

inadecuada para ser usad como subrasante

¿El modelo multicapa de Burmister optimiza los

tiempos de trabajo, recursos y garantiza mayor

duración del pavimento frente a la metodología

del MTC?

El ahorro de tiempo de trabajo, ahorro de

recursos y la duración del pavimento para

verificar si método de Burmister es más eficiente

que la metodología del MTC.

5.3 Método de investigación

La metodología que se usó para desarrollar el presente trabajo de investigación fueron los

siguientes:

A. Selección del proyecto a evaluar

B. Recolección de datos importantes del expediente técnico, (carga vehicular, ancho de

las calzadas, pendientes).

C. Selección de los tramos y subtramos

D. Selección de las progresivas conformadas por cenizas volcánicas

E. Extracción de muestras representativas

F. Ejecución de ensayos de laboratorio

G. Determinación de la profundidad de mejoramiento con la metodología del MTC y la

metodología derivado de AASHTO 1993 para este caso en particular.

101

H. Determinación de la deflexión para las profundidades de mejoramiento con el software

winDEPAV y ábacos.

I. Evaluación económica de ambas metodologías de estabilización

J. Evaluación técnica de ambas propuestas

5.4 Población de estudio

El proyecto en estudio está denominado como “Mejoramiento de la Carretera Moquegua –

Omate – Arequipa Tramo II: km 35+000 al km 153+ 500 el cual consta de 118+50 km el cual

está señalado en la Figura 31.

Dentro del espacio definido, la población viene a ser el Tramo II, sector 1: km 115+000 al

km 150+ 430 el cual consta de 35+430 km.

Figura 31. Identificación geográfica de la vía en estudio.

Fuente: Expediente técnico del proyecto en estudio – Estrada.

102

5.5 Delimitación de la población

La unidad de análisis viene a ser los suelos que conforman el terreno de fundación vial de la

carretera en estudio, sin embargo, este debe ser precisado a mayor detalle mediante la

delimitación.

Delimitación: El tramo II, sector 1, está delimitado por la progresiva km 115+000 al km

150+ 430, dentro del cual se escogerá los subtramos conformados únicamente por cenizas

volcánicas, de donde se obtuvieron 53 sub tramos para el análisis.

5.6 Muestra

Sampieri, Collado, & Lucio (2010) menciona que la muestra es un segmento de la población,

tomada desde una perspectiva de ahorro de tiempo y de amplitud de análisis, y que este debe

ser representativa de la población en estudio.

Dentro del campo de la muestra, se debe seleccionar el tipo de muestra que se va a

analizar. Para este caso se ha seleccionado una muestra probabilística puesto que estos no

dependen de una selección aleatoria, sino de las características de la investigación.

Muestra: Los suelos cuya composición son cenizas volcánicas del tramo II – SECTOR 1.

Tipo de muestra: Muestra Probabilística.

5.7 Tamaño de muestra

Para esta investigación se está analizando todas las muestras que cumplen las

características de la unidad de análisis y que estén dentro del Tramo y sector en estudio; en

efecto, el tamaño de la muestra comprende 53 subtramos conformados por cenizas

volcánicas como material predominante.

5.8 Selección de muestra

La selección de las muestras ha estado enfocado exclusivamente a las características de la

unidad de análisis. Por ende, se han seleccionado solo a los tramos cuyos suelos están

caracterizados geotécnicamente como cenizas volcánicas.

103

5.9 Técnicas de recolección de datos

Los muestreos se realizaron a lo largo del Tramo II sector 1 del proyecto en estudio. Para tal

fin, mediante calicatas, se ha extraído muestras para cada subtramo haciendo uso de una

retroexcavadora.

Las muestras extraídas han sido transportadas al laboratorio de mecánica de suelos,

concreto y asfalto del consorcio vial del sur OHL y COSAPI.

La muestra correspondiente al subtramo km 115+100 al km 115+150 ha sido transportado

al laboratorio de mecánica de suelos y pavimentos de la Universidad San Ignacio de Loyola,

las cuales han sido procesados por el autor de la presente investigación, quien tiene el cargo

en dicha institución de asistente de Laboratorio de Hidráulica, geotecnia y pavimentos. Los

resultados han sido debidamente validados por el Ingeniero asesor y estos se muestran líneas

abajo.

104

Capítulo VI: Resultados

6.1 Datos generales del proyecto

De acuerdo con el expediente técnico elaborado por la empresa consultora, para ejecutar

el proyecto en estudio, se resalta las características relevantes del proyecto, las cuales

se muestran en la Tabla 25.

Tabla 25.

Características generales del proyecto en el rubro de pavimentos

Característica Tramo: 35+000 al 153+500

Clasificación Vial Segunda Clase: Una vía con Dos

Carriles

Velocidad Directriz 30 km/h

Ancho de Superficie de Rodadura 6.00 m.

Tipo de Superficie de Rodadura Carpeta asfáltica

Berma de Diseño 0.50 m.

Proyección de Trafico para 20 años

ESALS 1 5300 000

Número de carriles 2

Bombeo 2.5%

Bermas 0.5 m

Orografía Representativa Tipos 3 y 4

Fuente: Elaboración propia en base al expediente técnico del proyecto en estudio.

105

6.2 Procedimientos y cálculos

6.2.1 Profundidad de mejoramiento derivado de AASHTO 1993.

6.2.1.1 Número estructural propuesto del proyecto.

De acuerdo con los estudios de tráfico, evaluaciones al terreno de fundación, el tiempo

proyectado de vida útil del pavimento, las condiciones de servicio que debe otorgar el

pavimento y la confiabilidad, la empresa consultora ha determinado el Numero Estructural

Requerido y frente a este valor, ha planteado un número estructural propuesto el cual, para

términos de identificación, se le ha denominado como Numero Estructural del Proyecto

(𝑆𝑁𝑝𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜). Los mencionados valores se muestran en la Tabla 26.

Tabla 26.

Parámetros de diseño y SN del proyecto

PARAMETRO VALOR

Numero de Ejes Equivalentes EAL a 20 años 1 530 000

Nivel de confiabilidad R (%) 90%

Factor de Confiabilidad Zr -1.282

Desviación Estándar So 0.45

Serviciabilidad Inicial Pi 4

Serviciabilidad Final Pf 2

CBR al 95% MDS (%) 14

Modulo Resiliente Mr. (psi) 13833

Numero Estructural requerido del Proyecto 2.51

Número Estructural Propuesto del Proyecto (con EAL a 10 años) 2.67


Cabe mencionar que el CBR de diseño utilizado, data de un proceso estadístico.

106

6.2.1.2 Numero estructural requerido efectivo.

De acuerdo con Bermeo (2018), la empresa consultora no advirtió de la existencia de suelos

altamente inestables y prosiguió con el diseño del pavimento considerando un valor relativo

de soporte alto igual a 14%, producto de un análisis estadístico a su vez considerando el CBR

al 95% de la MDS.

Para el cálculo del SN requerido del material inadecuado, se va a tomar en cuenta el primer

tramo en estudio cuya progresiva inicia en el km 115+100 al km 115+150 , cuyos parámetros

de diseño y el 𝑆𝑁𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 se muestran en la Tabla 27.

Tabla 27.

Parámetros de diseño y SN efectivo

PARAMETRO VALOR







CBR a la densidad natural (%) 4.9

Módulo Resiliente Mr. (psi) 7041.98

Número Estructural efectivo (Nomograma) 3.9

Número Estructural efectivo (Ecuación) 3.69


Se va a mostrar el cálculo del 𝑆𝑁𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 con las dos metodologías sugeridas por (AASHTO,

1993).

107

Cálculo del 𝑆𝑁𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 usando el nomograma.

A continuación, se muestra el cálculo del 𝑆𝑁𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 usando el nomograma sugerido por la

metodología AASHTO 1993, (ver Figura 32); en efecto el valor obtenido es 3.9.

Cabe señalar que, al usar esta herramienta, se puede verificar diversas complicaciones para

poder aproximar con exactitud los valores reales de cada parámetro, sin embargo, el valor no

se aleja mucho del que se puede obtener usando la ecuación.

Figura 32. Determinación del 𝑆𝑁𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 con el Nomograma AASHTO 93.

Fuente: Elaboración Propia.

108

Cálculo del 𝑆𝑁𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 usando la ecuación.

Para efectos de rapidez se va a usar el software denominado como” Ecuación AASHTO

93”, el cual incorpora en su matriz de cálculo la ecuación general (ver Ecuación 21.0). En

la ventana principal del programa, (ver Figura 33), se observa cada parámetro

mencionado líneas arriba cuyos valores se deben introducir para determinar el 𝑆𝑁𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜

En la Figura 33 se observa que el número estructural requerido efectivo para el primer

tramo en estudio es de 3.69.

Figura 33. Cálculo del 𝑆𝑁𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 con la ecuación.

Fuente: Elaboración propia usando el software “Ecuación AASHTO 93”.

A continuación, se muestra el valor máximo, mínimo y promedio de Números estructurales

requeridos efectivos.

Promedio: �̅� = 3.79

Máximo Valor: 𝑆𝑁𝑟𝑒𝑞.𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑚𝑎𝑥 = 4.86; Progresiva km 127+960 – km 128+060.

Mínimo Valor: 𝑆𝑁𝑟𝑒𝑞.𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑚𝑖𝑛 = 3.03; Progresiva km 133+040 – km 133+137.

109

Parámetros estadísticos de los 𝑆𝑁𝑟𝑒𝑞. 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜

Tomando los datos de los números estructurales requeridos efectivos ubicados en la Tabla

28, Tabla 29, Tabla 30 y Tabla 31 se ha determinado la desviación estándar, con el fin de

conocer el grado de dispersión que existe en las cenizas volcánicas que conforman cada

tramo. La expresión matemática para determinar la desviación estándar para una muestra se

presenta en la ecuación 39.0.

𝑆 = √(𝑋 − �̅�)2

𝑛 − 1

39.0

Donde:

𝑆= Desviación Estándar

𝑋= Valor del dato

�̅�= Media aritmética

𝑛= Cantidad total de datos

A continuación, se muestra el cálculo correspondiente.

�̅� =200.94

53= 3.79

∑(𝑋 − �̅�)2 = 10.33

𝑆 = √10.33

53 − 1

𝑆 = 0.45

110

6.2.1.3 Número estructural de refuerzo.

Para determinar el Numero Estructural de Refuerzo se debe realizar la resta algebraica de

SNefectivo y 𝑆𝑁𝑝𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜 tomando en cuenta las siguientes consideraciones.

El 𝑆𝑁𝑝𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜 ha sido propuesto por la empresa consultora sin tener en cuenta la

existencia de materiales altamente inestables ante cambios progresivos de humedad,

cuya composición interna le permite aparentar una resistencia estructural aceptable

en laboratorio, pero en campo se vuelve inestable. (Bermeo, 2018)

Tomando en cuenta que el suelo de fundación va a responder de manera óptima

compactado al 95% de su máxima densidad seca, la empresa consultora realizó el

diseño del pavimento considerando un CBR promedio alto al 95% MDS producto de

un análisis estadístico cuyo valor es 15%, sin embargo, la ceniza volcánica, al ser

susceptible a los cambios de humedad, puede perder resistencia hasta un extremo de

alcanzar un comportamiento a su densidad natural.

El SNefectivo ha sido determinado por la empresa constructora tomando en

consideración, la resistencia estructural del suelo inestable a la densidad natural. Por

ende, el SNefectivo toma en cuenta las condiciones que le falta considerar al 𝑆𝑁𝑝𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜.

En términos legales, el 𝑆𝑁𝑝𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜 ha sido aprobado por el MTC como propuesta de

diseño, y lo que se busca es completarlo para que alcance el valor del SNefectivo.

Para atender los factores no considerados por el 𝑆𝑁𝑝𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜, se procede a restar el

SNefectivo y 𝑆𝑁𝑝𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜 (Ver Ec. 40.0), dicha diferencia es denominado como

𝑆𝑁𝑟𝑒𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜.

𝑆𝑁𝑟𝑒𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 = 𝑆𝑁𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 − 𝑆𝑁𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑙𝑡𝑜𝑟 40.0

Prosiguiendo con los cálculos para el primer tramo en estudio (km 115+100 – km 115+150. A

continuación, se procede a reemplazar los valores respectivos.

𝑆𝑁𝑟𝑒𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 = 3.69 − 2.67

𝑺𝑵𝒓𝒆𝒇𝒖𝒆𝒓𝒛𝒐 = 𝟏. 𝟎𝟐𝟔

Se ha seguido el mismo procedimiento para los demás tramos en estudio, las cuales se

muestran en la Tabla 28, Tabla 29, Tabla 30 y Tabla 31.

111

6.2.1.4 Resumen de cálculo de números estructurales por AASHTO 1993 para los tramos en estudio.

Tabla 28.

Cálculo de Números Estructurales – km 115+100 al km 126+460

TRAMO INICIO FIN

CBR MEJORAMIENTO

MR. DE MEJORAMIENTO

CBR DENSIDAD NATURAL

MR. A DENSIDAD NATURAL

SN EFECTIVO A DENSIDAD NATURAL

SN PROYECTO

SN REFUERZO

km km % (Kg/cm2) % (Kg/cm2)

1 115+100 115+150 15 1016.71 4.8 490.33 3.70 2.67 1.03

2 115+150 115+250 15 1016.7 5.9 559.55 3.53 2.67 0.86

3 115+250 115+350 15 1016.7 3.8 422.24 3.89 2.67 1.22

4 115+350 115+400 15 1016.7 3.6 407.88 3.94 2.67 1.27

5 116+050 116+150 15 1016.7 4.0 436.33 3.85 2.67 1.18

6 116+150 116+290 15 1016.7 5.0 503.31 3.66 2.67 0.99

7 116+290 116+310 15 1016.7 3.8 422.24 3.89 2.67 1.22

8 116+460 116+510 15 1016.7 3.0 362.96 4.10 2.67 1.43

9 118+675 118+700 15 1016.7 4.7 483.77 3.71 2.67 1.04

10 118+910 118+935 15 1016.7 9.4 753.87 3.17 2.67 0.50

11 119+340 119+373 15 1016.7 3.2 378.26 4.04 2.67 1.37

12 126+420 126+460 15 1016.7 4.7 483.77 3.71 2.67 1.04


112

Tabla 29.


TRAMO INICIO FIN

CBR MEJORAMIENTO

MR. DE MEJORAMIENTO




SN PROYECTO

SN REFUERZO


13 127+340 127+400 15 1016.7 7.5 652.43 3.34 2.67 0.67

14 127+960 128+060 15 1016.7 1.4 217.73 4.86 2.67 2.19

15 128+060 128+200 15 1016.7 3.3 385.79 4.02 2.67 1.35

16 129+015 129+050 15 1016.7 4.1 443.28 3.83 2.67 1.16

17 129+470 129+540 15 1016.7 6.4 589.46 3.46 2.67 0.79

18 130+100 130+400 15 1016.7 5.4 528.72 3.60 2.67 0.93

19 131+490 131+550 15 1016.7 4.7 483.77 3.71 2.67 1.04

20 131+910 132+053 15 1016.7 5.5 534.97 3.58 2.67 0.91

21 133+040 133+137 15 1016.7 11.5 857.72 3.03 2.67 0.36

22 139+000 139+150 15 1016.7 2.6 331.19 4.23 2.67 1.56

23 139+150 139+250 15 1016.7 3.5 400.59 3.97 2.67 1.30

24 139+470 139+530 15 1016.7 9.5 759.00 3.16 2.67 0.49

25 140+000 140+060 15 1016.7 5.7 547.34 3.55 2.67 0.88

26 140+060 140+150 15 1016.7 6.3 583.55 3.48 2.67 0.81

27 140+520 140+600 15 1016.7 3.8 422.24 3.89 2.67 1.22

28 141+140 141+250 15 1016.7 7.7 663.52 3.32 2.67 0.65


113

Tabla 30.


TRAMO INICIO FIN

CBR MEJORAMIENTO

MR. DE MEJORAMIENTO




SN PROYECTO

SN REFUERZO


29 141+250 141+375 15 1016.7 6.5 595.34 3.45 2.67 0.78

30 141+375 141+500 15 1016.7 2.0 280.00 4.48 2.67 1.81

31 141+500 141+650 15 1016.7 4.6 477.16 3.73 2.67 1.06

32 141+650 141+750 15 1016.7 2.0 280.00 4.48 2.67 1.81

33 141+870 141+970 15 1016.7 3.0 362.96 4.10 2.67 1.43

34 142+980 143+200 15 1016.7 6.0 565.61 3.51 2.67 0.84

35 143+200 143+400 15 1016.7 1.7 252.34 4.63 2.67 1.96

36 143+400 143+600 15 1016.7 2.8 347.28 4.16 2.67 1.49

37 144+360 144+500 15 1016.7 1.5 232.91 4.75 2.67 2.08

38 145+120 145+170 15 1016.7 5.6 541.18 3.57 2.67 0.90

39 145+880 146+150 15 1016.7 6.0 565.61 3.51 2.67 0.84

40 146+180 146+230 15 1016.7 4.5 470.49 3.75 2.67 1.08

41 146+270 146+380 15 1016.7 1.6 242.74 4.69 2.67 2.02

42 146+380 146+500 15 1016.7 2.9 355.17 4.13 2.67 1.46

43 146+680 146+730 15 1016.7 4.7 483.77 3.71 2.67 1.04

44 147+510 147+570 15 1016.7 6.2 577.60 3.49 2.67 0.82


114

Tabla 31.


TRAMO

INICIO FIN CBR

MEJORAMIENTO MR. DE

MEJORAMIENTO




SN PROYECTO

SN REFUERZO


45 147+660 147+750 15 1016.7 2.5 322.98 4.27 2.67 1.60

46 147+870 148+000 15 1016.7 2.0 280.00 4.48 2.67 1.81

47 148+000 148+120 15 1016.7 11.0 833.66 3.06 2.67 0.39

48 148+300 148+400 15 1016.7 5.0 503.31 3.66 2.67 0.99

49 149+120 149+300 15 1016.7 4.4 463.77 3.77 2.67 1.10

50 149+390 149+500 15 1016.7 5.7 547.34 3.55 2.67 0.88

51 149+670 149+750 15 1016.7 6.0 565.61 3.51 2.67 0.84

52 150+000 150+130 15 1016.7 8.7 717.45 3.23 2.67 0.56

53 150+360 150+430 15 1016.7 11.4 852.94 3.03 2.67 0.36


115

6.2.1.5 Espesor de mejoramiento derivado de la metodología AASHTO

1993.

Para determinar el espesor de mejoramiento para el primer tramo en estudio, se usa la

ecuación 23.0 sugerida por la (AASHTO, 1993), la cual se muestra a continuación:

𝑆𝑁𝑝𝑟𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 = 𝑎1𝐷1 + 𝑎2𝐷2𝑚2 + 𝑎3𝐷3𝑚3

Considerando que el espesor de remoción va a ser reemplazado por una capa de material de

cantera con CBR igual a 15%, se simplifica la ecuación mencionada a la forma de la ecuación

41.0

𝑆𝑁𝑟𝑒𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 = 𝑎𝑖𝐷𝑖𝑚𝑖 41.0

Donde:

ai: Coeficiente de aporte estructural del material de reemplazo.

Di: Espesor de mejoramiento

mi: Coeficiente de drenaje de la capa de refuerzo

A continuación, se muestra la obtención de las componentes de la ecuación 41.0.

Obtención del Coeficiente de aporte estructural 𝑎𝑖.

Para determinar el coeficiente de aporte estructural 𝑎𝑖 del material de reemplazo (CBR

igual a 15%), se hace uso del ábaco para subbases, (ver Figura 20) sugerido por la

metodología AASHTO (1993).

116

Del Abaco, se obtiene 𝑎𝑖 como 0.086 ×1

𝑝𝑢𝑙𝑔.

Obtención del coeficiente de drenaje mi

Se está considerando un valor estándar para subbases como un valor de 1.

Cálculo del espesor de Mejoramiento.

A continuación, se reemplaza los valores en la Ecuación. 41.0.

1.026 = 0.086 ×1

𝑝𝑢𝑙𝑔× Di × 1

Di = 11.93 𝑝𝑢𝑙𝑔

Di = 30.3 𝑐𝑚

A continuación, se va a analizar la deflexión que genera la capa de mejoramiento a la

profundidad calculada, usando el modelo multicapa de Burmister.

117

6.2.1.6 Deflexión con el modelo multicapa de Burmister.

Para determinar la deflexión que genera la capa mejorada sobre el terreno natural se va a

hacer uso del software “WINDEPAV” que incluye en su matriz de cálculo, el modelo multicapa

de Burmister. Por otro lado, se va a hacer uso del ábaco elaborado por Burmister juntamente

con la ecuación que este desarrolló.

Cabe mencionar que los cálculos se están realizando para el primer tramo en estudio.

Cálculo de la deflexión usando el programa “WINDEPAV”.

Para el cálculo, se debe tener en cuenta lo siguiente:

En la ventana inicial del programa se observa diversos campos para insertar datos,

así como también para marcar o desmarcar, (ver Figura 34). Se ha señalado con

recuadros y letras los datos a insertar, las cuales se describen líneas abajo.

Figura 34. Datos requeridos para el cálculo de la deflexión admisible con WINDEPAV.

Fuente: Elaboración propia usando el programa WINDEPAV.

A. En este recuadro se inserta el módulo resiliente de la capa 1 y capa 2.

Para el cálculo, se está tomando los valores del primer tramo en estudio.

B. En este recuadro se inserta el módulo de Poison para cada capa, para efectos de

cálculo, se está usando 0.45.

118

C. Aquí se inserta la profundidad de mejoramiento determinado con La metodología que

deriva de la ecuación de AASHTO 1993.

D. En este apartado, se escoge el modelo de carga y sus respectivos valores. Para este

caso, se está usando las cargas estándar.

E. Se marca la cantidad de capas de suelo que se están analizando.

En la pestaña que dice “DEPAV” se selecciona verificar y analizar para que el

programa calcule, (ver Figura 35). Seguido a ello, en la misma ventana se selecciona

ver resultados.

Figura 35. Verificación de datos y calculo con el programa WINDEPAV.

Fuente: Elaboración propia usando el programa WINDEPAV

Los resultados se muestran en una nueva ventana, (Ver Figura 36), de donde el

recuadro resaltado señala los valores a considerar.

119

Figura 36. Resultados del cálculo de la deflexión.

Fuente: Elaboración propia usando el programa WINDEPAV.

Usando el programa “WINDEPAV”, para determinar la deflexión en la interfaz de la capa

mejora con la del terreno natural para el primer tramo en estudio, se tiene como resultado una

deflexión equivalente a 𝟏𝟐𝟔. 𝟖𝟕 ×𝟏

𝟏𝟎𝟎𝒎𝒎.

Cálculo de la deflexión con la ecuación y ábacos.

Parámetros para usar la ecuación

Se va a hacer uso de la ecuación 19.0, para ello se debe tener los siguientes datos:

Radio del área circular

𝑎 = 10.8 𝑐𝑚

Carga patrón

𝑃 = 8200 𝑘𝑔

Carga sobre cada llanta

𝑃

4= 2050 𝑘𝑔

120

Presión uniforme distribuida sobre el área circular (q).

𝑞 =

𝑃4

𝜋 × 𝑎2=

2050

𝜋 × 10.82

𝑞 = 5.59 𝑘𝑔

𝑐𝑚2

Parámetros requeridos para el Ábaco de Burmister

Módulo de Elasticidad de la Capa mejorada (Capa 1). Para calcularlo se va a hacer

uso de la Ecuación 22.0.

𝑀𝑟 = 2555 × 𝐶𝐵𝑅0.64

𝑀𝑟 = 2555 × 150.64

𝑀𝑟 = 14457.37 𝑙𝑏

𝑝𝑢𝑙𝑔2

𝑀𝑟 = 𝐸1 = 1016.71 𝑘𝑔

𝑐𝑚2

Módulo de Elasticidad de Terreno Natural (Capa 2).

𝑀𝑟 = 2555 × 4.80.64

𝑀𝑟 = 6972.45 𝑙𝑏

𝑝𝑢𝑙𝑔2

𝑀𝑟 = 𝐸2 = 490.33 𝑘𝑔

𝑐𝑚2

Relación de los módulos de elasticidad de la Capa 1 y la capa 2

𝐸1𝐸2=1016.71

490.33= 2.07

Relación de la profundidad de mejoramiento y el radio del área circular

ℎ

𝑎=30.3

10.8= 2.81

121

Usando el Abaco (ver Figura 11) y las relaciones mencionadas, se determina el factor

de deflexión 𝑓.

Figura 37. Obtención del factor de deflexión con el ábaco de BURMISTER.

Fuente: Elaboración propia usando el ábaco de BURMISTER.

Del ábaco, se puede determinar el factor de deflexión, cuyo resultado numérico es 0.64

A continuación, se reemplaza en la ecuación 19.0, la cual se muestra a a continuación.

𝜔0 =1.5 × 𝑞 × 𝑎

𝐸2× 𝐹2

𝜔0 =1.5 × 5.59 × 10.8

490.33× 0.64

𝜔0 = 118 ×1

100𝑚𝑚

Es importante mencionar que los resultados son más precisos usando el programa que los

ábacos y ecuación, por ello se va a tener en cuenta los que se calcularon con el software

“WINDEPAV”

122

6.2.1.7 Comparación de la deflexión calculada vs la deflexión

admisible.

Mediante la ecuación 42.0. se va a comparar la deflexión calculada con la deflexión

admisible.

𝜔𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 ≤ 𝜔𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 42.0

Reemplazando lo valores respectivos, se tiene que:

126.87 ×1

100 ≤ 120 ×

1

100

Por lo tanto, NO CUMPLE.

6.2.1.8 Replanteo del espesor de mejoramiento.

Para disminuir la deflexión generada en la interfaz de las capas en evaluación se ha propuesto

aumentar el espesor de reemplazo a 50 cm debido a que constructivamente, es idóneo tener

valores múltiplos de 5, así como también que la nueva deflexión no se encuentre cercano al

admisible dado las condiciones de inestabilidad que presenta el terreno natural.

Para la verificación, se va a hacer uso del programa puesto que es la metodología más

precisa. Los datos que se van a introducir en el programa son los mismos con la única

diferencia del espesor de mejoramiento. (ver Figura 38).

123

Figura 38. Nueva profundidad de mejoramiento en el programa.

Fuente: Elaboración propia usando el programa “WinDepav”

Con el programa se evalúa los datos introducidos, cuyos resultados se observan en la Figura

39.

Figura 39. Nueva deflexión calculada con el Programa.


124

Donde se observa que la nueva deflexión es 106.50 ×1

100𝑚𝑚.

6.2.1.9 Comparación de la nueva deflexión calculada vs la deflexión

admisible.

La deflexión calculada con un espesor de remoción mayor se va a comparar con la deflexión

admisible usando la ecuación mencionada líneas arriba.

𝜔𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 ≤ 𝜔𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒

Reemplazando los nuevos valores, se tiene:

106.5 ×1

100 ≤ 120 ×

1

100

Por lo tanto, SI CUMPLE.

El mismo procedimiento se ha seguido para los demás tramos en estudio, dicho resultados

se muestran en Tabla 32, Tabla 33, Tabla 34 y Tabla 35.

125

6.2.1.10 Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento para los tramos en

estudio.

Tabla 32.

Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento con Burmister – Tramo km 115+00 al km 126+460

TRAMO INICIO FIN

SN REFUERZO

COEF. EST. CAPA

C.E DRENAJE

ESPESOR MAT.

REFUERZO

DEFL. CALCULADA

ESTATUS

NUEVO ESPESOR

NUEVA DEFLEXIÓN

DEFL ADMISIBLE

ESTATUS

km km 1/pulg cm x10-2 mm m x10-2 mm x10-2 mm

1 115+100 115+150 1.03 0.086 1.00 30.3 126.87 NO CUMPLE 0.50 106.5 120.00 CUMPLE

2 115+150 115+250 0.86 0.086 1.00 25.3 123.69 NO CUMPLE 0.50 100.22 120.00 CUMPLE

3 115+250 115+350 1.22 0.086 1.00 36.1 129.78 NO CUMPLE 0.50 114.35 120.00 CUMPLE

4 115+350 115+400 1.27 0.086 1.00 37.5 130.35 NO CUMPLE 0.60 108.73 120.00 CUMPLE

5 116+050 116+150 1.18 0.086 1.00 34.8 129.20 NO CUMPLE 0.50 112.56 120.00 CUMPLE

6 116+150 116+290 0.99 0.086 1.00 29.3 126.30 NO CUMPLE 0.50 105.21 120.00 CUMPLE

7 116+290 116+310 1.22 0.086 1.00 36.1 129.78 NO CUMPLE 0.50 114.35 120.00 CUMPLE

8 116+460 116+510 1.43 0.086 1.00 42.3 132.21 NO CUMPLE 0.70 108.13 120.00 CUMPLE

9 118+675 118+700 1.04 0.086 1.00 30.8 127.18 NO CUMPLE 0.50 107.17 120.00 CUMPLE

10 118+910 118+935 0.50 0.086 1.00 14.8 109.44 CUMPLE 0.20 106.13 120.00 CUMPLE

11 119+340 119+373 1.37 0.086 1.00 40.6 131.55 NO CUMPLE 0.70 106.32 120.00 CUMPLE

12 126+420 126+460 1.04 0.086 1.00 30.8 127.18 NO CUMPLE 0.50 107.17 120.00 CUMPLE


126

Tabla 33

. Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento con Burmister – Tramo km 127+340 al km 140+150

TRAMO

INICIO FIN SN

REFUERZO

COEF. EST. CAPA

C.E DRENAJE

ESPESOR MAT.

REFUERZO

DEFL. CALCULADA

ESTATUS

NUEVO ESPESOR

NUEVA DEFLEXIÓN

DEFL ADMISIBLE

ESTATUS


13 127+340 127+400 0.67 0.086 1.00 19.8 118.11 CUMPLE 0.30 107.04 120.00 CUMPLE

14 127+960 128+060 2.19 0.086 1.00 64.7 140.78 NO CUMPLE 1.00 115.38 120.00 CUMPLE

15 128+060 128+200 1.35 0.086 1.00 39.8 131.22 NO CUMPLE 0.70 105.47 120.00 CUMPLE

16 129+015 129+050 1.16 0.086 1.00 34.2 128.88 NO CUMPLE 0.50 111.71 120.00 CUMPLE

17 129+470 129+540 0.79 0.086 1.00 23.4 122.09 NO CUMPLE 0.50 97.91 120.00 CUMPLE

18 130+100 130+400 0.93 0.086 1.00 27.4 125.21 NO CUMPLE 0.50 102.84 120.00 CUMPLE

19 131+490 131+550 1.04 0.086 1.00 30.8 127.18 NO CUMPLE 0.50 107.17 120.00 CUMPLE

20 131+910 132+053 0.91 0.086 1.00 27.0 124.85 NO CUMPLE 0.50 102.29 120.00 CUMPLE

21 133+040 133+137 0.36 0.086 1.00 10.5 96.65 CUMPLE 0.20 96.60 120.00 CUMPLE

22 139+000 139+150 1.56 0.086 1.00 46.1 133.71 NO CUMPLE 0.70 112.33 120.00 CUMPLE

23 139+150 139+250 1.30 0.086 1.00 38.3 130.56 NO CUMPLE 0.60 109.59 120.00 CUMPLE

24 139+470 139+530 0.49 0.086 1.00 14.5 108.93 CUMPLE 0.20 105.61 120.00 CUMPLE

25 140+000 140+060 0.88 0.086 1.00 26.1 124.33 NO CUMPLE 0.50 101.23 120.00 CUMPLE

26 140+060 140+150 0.81 0.086 1.00 23.8 122.37 NO CUMPLE 0.40 104.93 120.00 CUMPLE


127

Tabla 34.


TRAMO

INICIO FIN SN

REFUERZO

COEF. EST. CAPA

C.E DRENAJE

ESPESOR MAT.

REFUERZO

DEFL. CALCULADA

ESTATUS

NUEVO ESPESOR

NUEVA DEFLEXIÓN

DEFL ADMISIBLE

ESTATUS


27 140+520 140+600 1.22 0.086 1.00 36.1 129.78 NO CUMPLE 0.50 114.35 120.00 CUMPLE

28 141+140 141+250 0.65 0.086 1.00 19.2 117.33 CUMPLE 0.30 105.97 120.00 CUMPLE

29 141+250 141+375 0.78 0.086 1.00 23.0 121.81 NO CUMPLE 0.40 103.86 120.00 CUMPLE

30 141+375 141+500 1.81 0.086 1.00 53.3 136.43 NO CUMPLE 1.00 105.16 120.00 CUMPLE

31 141+500 141+650 1.06 0.086 1.00 31.3 127.50 NO CUMPLE 0.50 107.87 120.00 CUMPLE

32 141+650 141+750 1.81 0.086 1.00 53.3 136.43 NO CUMPLE 1.00 105.16 120.00 CUMPLE

33 141+870 141+970 1.43 0.086 1.00 42.3 132.21 NO CUMPLE 0.70 108.13 120.00 CUMPLE

34 142+980 143+200 0.84 0.086 1.00 24.9 123.39 NO CUMPLE 0.50 99.74 120.00 CUMPLE

35 143+200 143+400 1.96 0.086 1.00 57.9 138.15 NO CUMPLE 1.00 109.80 120.00 CUMPLE

36 143+400 143+600 1.49 0.086 1.00 44.1 132.97 NO CUMPLE 0.70 110.12 120.00 CUMPLE

37 144+360 144+500 2.08 0.086 1.00 61.6 139.42 NO CUMPLE 1.00 112.47 120.00 CUMPLE

38 145+120 145+170 0.90 0.086 1.00 26.6 124.51 NO CUMPLE 0.50 101.75 120.00 CUMPLE

39 145+880 146+150 0.84 0.086 1.00 24.9 123.39 NO CUMPLE 0.50 99.74 120.00 CUMPLE

40 146+180 146+230 1.08 0.086 1.00 31.9 127.70 NO CUMPLE 0.50 108.59 120.00 CUMPLE


128

Tabla 35.


TRAMO

INICIO FIN SN

REFUERZO

COEF. EST. CAPA

C.E DRENAJE

ESPESOR MAT.

REFUERZO

DEFL. CALCULADA

ESTATUS

NUEVO ESPESOR

NUEVA DEFLEXIÓN

DEFL ADMISIBLE

ESTATUS


41 146+270 146+380 2.02 0.086 1.00 59.7 138.74 NO CUMPLE 1.00 110.75 120.00 CUMPLE

42 146+380 146+500 1.46 0.086 1.00 43.2 132.56 NO CUMPLE 0.70 109.10 120.00 CUMPLE

43 146+680 146+730 1.04 0.086 1.00 30.8 127.18 NO CUMPLE 0.50 107.17 120.00 CUMPLE

44 147+510 147+570 0.82 0.086 1.00 24.1 122.80 NO CUMPLE 0.50 98.80 120.00 CUMPLE

45 147+660 147+750 1.60 0.086 1.00 47.2 134.06 NO CUMPLE 0.70 113.53 120.00 CUMPLE

46 147+870 148+000 1.81 0.086 1.00 53.3 136.43 NO CUMPLE 1.0 105.16 120.00 CUMPLE

47 148+000 148+120 0.39 0.086 1.00 11.4 99.93 CUMPLE 0.20 98.72 120.00 CUMPLE

48 148+300 148+400 0.99 0.086 1.00 29.3 126.30 NO CUMPLE 0.50 105.21 120.00 CUMPLE

49 149+120 149+300 1.10 0.086 1.00 32.4 128.07 NO CUMPLE 0.50 109.33 120.00 CUMPLE

50 149+390 149+500 0.88 0.086 1.00 26.1 124.33 NO CUMPLE 0.50 101.23 120.00 CUMPLE

51 149+670 149+750 0.84 0.086 1.00 24.9 123.39 NO CUMPLE 0.50 99.74 120.00 CUMPLE

52 150+000 150+130 0.56 0.086 1.00 16.5 112.94 CUMPLE 0.20 110.00 120.00 CUMPLE

53 150+360 150+430 0.36 0.086 1.00 10.7 97.30 CUMPLE 0.20 97.12 120.00 CUMPLE


129

6.2.2 Profundidad de mejoramiento usando la metodología del MTC.

Para este apartado, se va a seguir realizando los cálculos para el primer tramo en estudio.

Usando la ecuación 33.0, se determina la diferencia del Numero estructural existente 𝑆𝑁𝑒 y

numero estructural de mejoramiento 𝑆𝑁𝑚; la cual se muestra a continuación.

∆SN = SNe − SNm

6.2.2.1 Número estructural existente 𝑺𝑵𝒆.

El valor mencionado se calculó líneas arriba usando el nomograma y la ecuación general.

Este último va a ser considerado ya que posee mayor precisión, cuyo valor se muestra a

continuación:

𝑆𝑁𝑒 = 3.69

6.2.2.2 Numero estructural de mejoramiento (𝑺𝑵𝒎𝒆𝒋𝒐𝒓𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐).

A continuación, se muestra los requerimientos y herramientas necesarias para determinar el

valor en mención.

Datos requeridos para determinar 𝑆𝑁𝑚. (Ver Tabla 36)

Tabla 36.

Datos requeridos para determinar SN de mejoramiento

PARAMETRO VALOR







CBR a la 95% MDS (%) 15

Módulo Resiliente Mr. (psi) 14457.37


130

Uso del programa “Ecuación AASHTO 93”.

Figura 40. Cálculo de SN mejoramiento con el programa.

Fuente: Elaboración propia usando el programa “Ecuación AASHTO 93”

Del programa se concluye que:

𝑆𝑁𝑚 = 2.85

6.2.2.3 Cálculo del ∆𝑺𝑵.

A continuación, se reemplaza los valores obtenidos.

∆𝑆𝑁 = 𝑆𝑁𝑒 − 𝑆𝑁𝑚

∆𝑆𝑁 = 3.69 − 2.85

∆𝑆𝑁 = 0.85

El mismo procedimiento se ha realizado para los demás tramos en estudio, dichos resultados

se muestran en la Tabla 37, Tabla 38, Tabla 39 y Tabla 40.

131

6.2.2.4 Resumen de cálculo de números estructurales con la guía del MTC para los tramos en estudio.

Tabla 37.

Cálculo de Números Estructurales por la guía del MTC – km 115+100 al km 119+373

TRAMO

INICIO FIN CBR

MEJORAMIENTO MR. DE

MEJORAMIENTO



SN EFECTIVO

A DENSIDAD NATURAL

SN DE MEJORAMIENTO

∆ 𝑆𝑁


1 115+100 115+150 15 1016.71 4.8 490.33 3.70 2.84 0.85

2 115+150 115+250 15 1016.7 5.9 559.55 3.53 2.84 0.68

3 115+250 115+350 15 1016.7 3.8 422.24 3.89 2.84 1.05

4 115+350 115+400 15 1016.7 3.6 407.88 3.94 2.84 1.10

5 116+050 116+150 15 1016.7 4.0 436.33 3.85 2.84 1.01

6 116+150 116+290 15 1016.7 5.0 503.31 3.66 2.84 0.82

7 116+290 116+310 15 1016.7 3.8 422.24 3.89 2.84 1.05

8 116+460 116+510 15 1016.7 3.0 362.96 4.10 2.84 1.26

9 118+675 118+700 15 1016.7 4.7 483.77 3.71 2.84 0.87

10 118+910 118+935 15 1016.7 9.4 753.87 3.17 2.84 0.33

11 119+340 119+373 15 1016.7 3.2 378.26 4.04 2.84 1.20


132

Tabla 38.


TRAMO

INICIO FIN CBR

MEJORAMIENTO MR. DE

MEJORAMIENTO




SN DE MEJORAMIENTO

SN REFUERZO


12 126+420 126+460 15 1016.7 4.7 483.77 3.71 2.84 0.87

13 127+340 127+400 15 1016.7 7.5 652.43 3.34 2.84 0.50

14 127+960 128+060 15 1016.7 1.4 217.73 4.86 2.84 2.02

15 128+060 128+200 15 1016.7 3.3 385.79 4.02 2.84 1.17

16 129+015 129+050 15 1016.7 4.1 443.28 3.83 2.84 0.99

17 129+470 129+540 15 1016.7 6.4 589.46 3.46 2.84 0.62

18 130+100 130+400 15 1016.7 5.4 528.72 3.60 2.84 0.76

19 131+490 131+550 15 1016.7 4.7 483.77 3.71 2.84 0.87

20 131+910 132+053 15 1016.7 5.5 534.97 3.58 2.84 0.74

21 133+040 133+137 15 1016.7 11.5 857.72 3.03 2.84 0.18

22 139+000 139+150 15 1016.7 2.6 331.19 4.23 2.84 1.39

23 139+150 139+250 15 1016.7 3.5 400.59 3.97 2.84 1.12

24 139+470 139+530 15 1016.7 9.5 759.00 3.16 2.84 0.32

25 140+000 140+060 15 1016.7 5.7 547.34 3.55 2.84 0.71


133

Tabla 39.

Cálculo de Números Estructurales por la guía del MTC – km 140+060 al km 140+146+150

TRAMO

INICIO FIN CBR

MEJORAMIENTO MR. DE

MEJORAMIENTO



SN EFECTIVO

A DENSIDAD NATURAL

SN DE MEJORAMIENTO

SN REFUERZO


26 140+060 140+150 15 1016.7 6.3 583.55 3.48 2.84 0.63

27 140+520 140+600 15 1016.7 3.8 422.24 3.89 2.84 1.05

28 141+140 141+250 15 1016.7 7.7 663.52 3.32 2.84 0.48

29 141+250 141+375 15 1016.7 6.5 595.34 3.45 2.84 0.61

30 141+375 141+500 15 1016.7 2.0 280.00 4.48 2.84 1.63

31 141+500 141+650 15 1016.7 4.6 477.16 3.73 2.84 0.89

32 141+650 141+750 15 1016.7 2.0 280.00 4.48 2.84 1.63

33 141+870 141+970 15 1016.7 3.0 362.96 4.10 2.84 1.26

34 142+980 143+200 15 1016.7 6.0 565.61 3.51 2.84 0.67

35 143+200 143+400 15 1016.7 1.7 252.34 4.63 2.84 1.79

36 143+400 143+600 15 1016.7 2.8 347.28 4.16 2.84 1.32

37 144+360 144+500 15 1016.7 1.5 232.91 4.75 2.84 1.91

38 145+120 145+170 15 1016.7 5.6 541.18 3.57 2.84 0.73

39 145+880 146+150 15 1016.7 6.0 565.61 3.51 2.84 0.67


134

Tabla 40.


TRAMO

INICIO FIN CBR

MEJORAMIENTO MR. DE

MEJORAMIENTO



SN EFECTIVO

A DENSIDAD NATURAL

SN DE MEJORAMIENTO

SN REFUERZO


40 146+180 146+230 15 1016.7 4.5 470.49 3.75 2.84 0.91

41 146+270 146+380 15 1016.7 1.6 242.74 4.69 2.84 1.85

42 146+380 146+500 15 1016.7 2.9 355.17 4.13 2.84 1.29

43 146+680 146+730 15 1016.7 4.7 483.77 3.71 2.84 0.87

44 147+510 147+570 15 1016.7 6.2 577.60 3.49 2.84 0.64

45 147+660 147+750 15 1016.7 2.5 322.98 4.27 2.84 1.42

46 147+870 148+000 15 1016.7 2.0 280.00 4.48 2.84 1.63

47 148+000 148+120 15 1016.7 11.0 833.66 3.06 2.84 0.21

48 148+300 148+400 15 1016.7 5.0 503.31 3.66 2.84 0.82

49 149+120 149+300 15 1016.7 4.4 463.77 3.77 2.84 0.93

50 149+390 149+500 15 1016.7 5.7 547.34 3.55 2.84 0.71

51 149+670 149+750 15 1016.7 6.0 565.61 3.51 2.84 0.67

52 150+000 150+130 15 1016.7 8.7 717.45 3.23 2.84 0.38

53 150+360 150+430 15 1016.7 11.4 852.94 3.03 2.84 0.19


135

6.2.2.5 Espesor de mejoramiento "𝑬" usando la guía del MTC.

Para determinar 𝐸 se va a hacer uso de la Ecuación 34.0, la cual se muestra a continuación.

𝐸 =∆𝑆𝑁

𝑎𝑖 ×𝑚𝑖

Se procede a reemplazar los valores en la ecuación mencionada.

𝐸 =0.85

0.086 × 1

𝐸 = 9.88 𝑝𝑢𝑙𝑔

𝐸 = 25.1𝑐𝑚

Es importante precisar que el manual de suelos, geología, geotecnia y pavimentos solo

determina el espesor de remoción, mas no evalúa la deflexión que este puede generar sobre

el terreno natural.

Con el fin de validar la importancia de considerar el análisis de la deflexión, se va a determinar

los desplazamientos verticales usando el modelo multicapa de BURMISTER para todos los

tramos en estudio.

6.2.2.6 Deflexión con el modelo multicapa de Burmister.

En este apartado se va a determinar la deflexión que genera la capa de mejoramiento

tomando en consideración la altura determina con la metodología del MTC. Para tal fin se va

a hacer uso del programa “WINDEPAV”.

Cálculo de la deflexión usando el programa “WINDEPAV”.

La Figura 41 muestra la ventana principal del programa “WINDEPAV”, donde se insertan los

datos requeridos y selecciona las condiciones de capas y de carga vehicular.

136

Figura 41. Ventana principal del programa “WINDEPAV” y datos requeridos para el cálculo.

Fuente: Elaboración propia usando el programa “WINDEPAV”

La Figura 42 muestra los resultados del cálculo de la deflexión.

Figura 42. Ventana de resultados del programa "WINDEPAV".

Fuente: Elaboración propia usando el programa WinDepav

137

De la figura anterior se observa que la deflexión es 135.30 ×1

100𝑚𝑚.

Cálculo de la deflexión con la ecuación y ábacos.

Parámetros para usar la ecuación

Para hacer uso de la ecuación 19.0, se debe tener los siguientes datos (ver Tabla 41):

Tabla 41.

Datos requeridos para el uso de la Ecuación y Ábaco de Burmister

Datos Requeridos para la Ecuación y Ábaco Valor

Radio del Área Circular “a” (cm) 10.8

Carga Patrón “P” (kg) 8200

Carga sobre cada llanta “P/4” (kg) 2050

Presión uniforme distribuida sobre el área circular “q” (kg/cm2) 5.59

Módulo resiliente de la Capa mejorada 1016.71

Módulo resiliente de la Capa de material inadecuado. 490.33

Relación de módulos de Elasticidad 𝐸1

𝐸2

2.07

Relación de profundidad y radio ℎ

𝑎 2.32

Módulo resiliente de la Capa mejorada 1016.71


138

Usando el Abaco (ver Figura 11) y las relaciones mencionadas, se determina el factor

de deflexión 𝑓.

Figura 43. Obtención del factor de deflexión con el ábaco de BURMISTER.

Fuente: Elaboración propia usando el ábaco de BURMISTER.

Del Abaco, se observa que el valor del coeficiente de deflexión es 0.62. A continuación

se reemplaza en la Ecuación 19.0., dicha cálculo se muestra a continuación.

𝜔0 =1.5 × 𝑞 × 𝑎

𝐸2× 𝐹2

𝜔0 =1.5 × 5.59 × 10.8

490.33× 0.62

𝜔0 = 114.5 ×1

100𝑚𝑚

Observación. El uso del ábaco implica en caer en aproximaciones dado la escala de este, por

otro lado, la cantidad de decimales y la percepción de quien usa, hace depender del cálculo.

139

Dado estas complicaciones, se va a tomar en cuenta los valores hallados con el programa

WINDEPAV.

6.2.2.7 Comparación de la deflexión calculada vs la deflexión admisible.

La deflexión calculada se va a comparar con la deflexión admisible usando la ecuación 42.0.


Reemplazando lo valores respectivos, se tiene que:

135.3 ×1

100 ≤ 120 ×

1

100

Por lo tanto, NO CUMPLE.

6.2.2.8 Replanteo del espesor de mejoramiento.

Con 𝐸 igual a 25.1, la deflexión estaba por encima de la deflexión admisible, por ende, se ha

considerado un nuevo espesor igual a 50 cm debido a que constructivamente es ideal un

numero múltiplo de 5 y que la deflexión nueva no se encuentre cerca del admisible.

A continuación, se insertan los datos requeridos en el programa WINDEPAV, (ver Figura 38).

140

Figura 44. Nueva profundidad de mejoramiento en el programa.


Con el programa se evalúa los datos introducidos, cuyos resultados se observan en la Figura

39.

Figura 45. Nueva deflexión calculada con el Programa.


141

Donde se observa que la nueva deflexión es 106.50 ×1

100𝑚𝑚.

6.2.2.9 Comparación de la nueva deflexión calculada vs la deflexión

admisible.

La deflexión calculada con un espesor de remoción mayor se va a comparar con la deflexión

admisible usando la ecuación mencionada líneas arriba.


Reemplazando los nuevos valores, se tiene:

106.5 ×1

100 ≤ 120 ×

1

100

Por lo tanto, SI CUMPLE.

Se ha realizado el mismo procedimiento para los demás tramos en estudio, dichos resultados

se muestran en la Tabla 42, Tabla 43, Tabla 44 y Tabla 45.

142

6.2.2.10 Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento para los tramos en

estudio.

Tabla 42.


TRAMO INICIO FIN

SN REFUERZO

COEF. EST. CAPA

C.E DRENAJE

ESPESOR MAT.

REFUERZO

DEFL. CALCULADA

ESTATUS

NUEVO ESPESOR

DEFL. CALCULADA

NUEVO ESPESOR

DEFL ADMISIBLE

ESTATUS


1 115+100 115+150 0.85 0.09 1.00 25.18 135.30 NO CUMPLE 0.50 106.50 120.00 CUMPLE

2 115+150 115+250 0.68 0.09 1.00 20.20 131.63 NO CUMPLE 0.50 100.22 120.00 CUMPLE

3 115+250 115+350 1.05 0.09 1.00 31.03 137.89 NO CUMPLE 0.50 114.35 120.00 CUMPLE

4 115+350 115+400 1.10 0.09 1.00 32.41 138.39 NO CUMPLE 0.60 108.73 120.00 CUMPLE

5 116+050 116+150 1.01 0.09 1.00 29.72 137.41 NO CUMPLE 0.50 112.56 120.00 CUMPLE

6 116+150 116+290 0.82 0.09 1.00 24.18 134.71 NO CUMPLE 0.50 105.21 120.00 CUMPLE

7 116+290 116+310 1.05 0.09 1.00 31.03 137.89 NO CUMPLE 0.50 114.35 120.00 CUMPLE

8 116+460 116+510 1.26 0.09 1.00 37.17 139.90 NO CUMPLE 0.70 108.13 120.00 CUMPLE

9 118+675 118+700 0.87 0.09 1.00 25.70 135.57 NO CUMPLE 0.50 107.17 120.00 CUMPLE

10 118+910 118+935 0.33 0.09 1.00 9.65 108.09 CUMPLE 0.20 106.13 120.00 CUMPLE

11 119+340 119+373 1.20 0.09 1.00 35.47 139.38 NO CUMPLE 0.70 106.32 120.00 CUMPLE

12 126+420 126+460 0.87 0.09 1.00 25.70 135.57 NO CUMPLE 0.50 107.17 120.00 CUMPLE

13 127+340 127+400 0.50 0.09 1.00 14.65 123.48 NO CUMPLE 0.30 107.04 120.00 CUMPLE


143

Tabla 43.


TRAMO

INICIO FIN SN

REFUERZO

COEF. EST. CAPA

C.E DRENAJE

ESPESOR MAT.

REFUERZO

DEFL. CALCULADA

ESTATUS

NUEVO ESPESOR

DEFL. CALCULADA

NUEVO ESPESOR

DEFL ADMISIBLE

ESTATUS


14 127+960 128+060 2.02 0.09 1.00 59.54 146.62 NO CUMPLE 1.00 115.38 120.00 CUMPLE

15 128+060 128+200 1.17 0.09 1.00 34.67 139.12 NO CUMPLE 0.70 105.47 120.00 CUMPLE

16 129+015 129+050 0.99 0.09 1.00 29.10 137.16 NO CUMPLE 0.50 111.71 120.00 CUMPLE

17 129+470 129+540 0.62 0.09 1.00 18.29 129.50 NO CUMPLE 0.50 97.91 120.00 CUMPLE

18 130+100 130+400 0.76 0.09 1.00 22.32 133.44 NO CUMPLE 0.50 102.84 120.00 CUMPLE

19 131+490 131+550 0.87 0.09 1.00 25.70 135.57 NO CUMPLE 0.50 107.17 120.00 CUMPLE

20 131+910 132+053 0.74 0.09 1.00 21.88 133.09 NO CUMPLE 0.50 102.29 120.00 CUMPLE

21 133+040 133+137 0.18 0.09 1.00 5.37 86.54 CUMPLE 0.20 96.60 120.00 CUMPLE

22 139+000 139+150 1.39 0.09 1.00 41.00 141.01 NO CUMPLE 0.70 112.33 120.00 CUMPLE

23 139+150 139+250 1.12 0.09 1.00 33.14 138.63 NO CUMPLE 0.60 109.59 120.00 CUMPLE

24 139+470 139+530 0.32 0.09 1.00 9.42 107.11 CUMPLE 0.20 105.61 120.00 CUMPLE

25 140+000 140+060 0.71 0.09 1.00 21.02 132.39 NO CUMPLE 0.50 101.23 120.00 CUMPLE

26 140+060 140+150 0.63 0.09 1.00 18.66 129.94 NO CUMPLE 0.40 104.93 120.00 CUMPLE

27 140+520 140+600 1.05 0.09 1.00 31.03 137.89 NO CUMPLE 0.50 114.35 120.00 CUMPLE

28 141+140 141+250 0.48 0.09 1.00 14.06 122.16 NO CUMPLE 0.30 105.97 120.00 CUMPLE


144

Tabla 44.


TRAMO INICIO FIN

SN REFUERZO

COEF. EST. CAPA

C.E DRENAJE

ESPESOR MAT.

REFUERZO

DEFL. CALCULADA

ESTATUS

NUEVO ESPESOR

DEFL. CALCULADA

NUEVO ESPESOR

DEFL ADMISIBLE

ESTATUS


29 141+250 141+375 0.61 0.09 1.00 17.93 129.03 NO CUMPLE 0.40 103.86 120.00 CUMPLE

30 141+375 141+500 1.63 0.09 1.00 48.22 143.12 NO CUMPLE 1.00 105.16 120.00 CUMPLE

31 141+500 141+650 0.89 0.09 1.00 26.23 135.85 NO CUMPLE 0.50 107.87 120.00 CUMPLE

32 141+650 141+750 1.63 0.09 1.00 48.22 143.12 NO CUMPLE 1.00 105.16 120.00 CUMPLE

33 141+870 141+970 1.26 0.09 1.00 37.17 139.90 NO CUMPLE 0.70 108.13 120.00 CUMPLE

34 142+980 143+200 0.67 0.09 1.00 19.81 131.21 NO CUMPLE 0.50 99.74 120.00 CUMPLE

35 143+200 143+400 1.79 0.09 1.00 52.83 144.50 NO CUMPLE 1.00 109.18 120.00 CUMPLE

36 143+400 143+600 1.32 0.09 1.00 39.00 140.45 NO CUMPLE 0.70 110.12 120.00 CUMPLE

37 144+360 144+500 1.91 0.09 1.00 56.45 145.62 NO CUMPLE 1.00 112.47 120.00 CUMPLE

38 145+120 145+170 0.73 0.09 1.00 21.45 132.74 NO CUMPLE 0.50 101.75 120.00 CUMPLE

39 145+880 146+150 0.67 0.09 1.00 19.81 131.21 NO CUMPLE 0.50 99.74 120.00 CUMPLE

40 146+180 146+230 0.91 0.09 1.00 26.77 136.13 NO CUMPLE 0.50 108.59 120.00 CUMPLE

41 146+270 146+380 1.85 0.09 1.00 54.57 145.04 NO CUMPLE 1.00 110.75 120.00 CUMPLE

42 146+380 146+500 1.29 0.09 1.00 38.07 140.16 NO CUMPLE 0.70 109.10 120.00 CUMPLE

43 146+680 146+730 0.87 0.09 1.00 25.70 135.57 NO CUMPLE 0.50 107.17 120.00 CUMPLE

44 147+510 147+570 0.64 0.09 1.00 19.04 130.38 NO CUMPLE 0.50 98.80 120.00 CUMPLE


145

Tabla 45.


TRAMO

INICIO FIN SN

REFUERZO

COEF. EST. CAPA

C.E DRENAJE

ESPESOR MAT.

REFUERZO

DEFL. CALCULADA

ESTATUS

NUEVO ESPESOR

DEFL. CALCULADA

NUEVO ESPESOR

DEFL ADMISIBLE

ESTATUS


45 147+660 147+750 1.42 0.09 1.00 42.06 141.33 NO CUMPLE 0.70 113.53 120.00 CUMPLE

46 147+870 148+000 1.63 0.09 1.00 48.22 143.12 NO CUMPLE 0.70 105.16 120.00 CUMPLE

47 148+000 148+120 0.21 0.09 1.00 6.30 91.60 CUMPLE 0.20 98.72 120.00 CUMPLE

48 148+300 148+400 0.82 0.09 1.00 24.18 134.71 NO CUMPLE 0.50 105.21 120.00 CUMPLE

49 149+120 149+300 0.93 0.09 1.00 27.33 136.39 NO CUMPLE 0.50 109.33 120.00 CUMPLE

50 149+390 149+500 0.71 0.09 1.00 21.02 132.39 NO CUMPLE 0.50 101.23 120.00 CUMPLE

51 149+670 149+750 0.67 0.09 1.00 19.81 131.21 NO CUMPLE 0.50 99.74 120.00 CUMPLE

52 150+000 150+130 0.38 0.09 1.00 11.34 114.49 CUMPLE 0.20 110.00 120.00 CUMPLE

53 150+360 150+430 0.19 0.09 1.00 5.55 87.52 CUMPLE 0.20 97.12 120.00 CUMPLE


146

6.2.3 Ensayos de caracterización de terreno de fundación.

Para mostrar los procedimientos, formatos, cálculos y graficas de los ensayos requeridos, se

ha tomado como ejemplo la primera muestra de la vía en estudio la cual ha sido transportado

al laboratorio de suelos y pavimentos de la Universidad San Ignacio de Loyola.

6.2.3.1 Análisis granulométrico por tamizado.

A continuación, se muestran las actividades realizadas en laboratorio.

Se selecciona y pesa la muestra representativa. Seguido a ello se tamiza por la malla

N°4 con el fin de separar el suelo de grano grueso (material retenido en el tamiz N°4)

y el suelo de grano fino (material pasante la malla N°4). (Ver Figura 46 y Figura 47).

Figura 46. Selección y pesado de la muestra representativa para la granulometría.


Figura 47. Suelo de grano grueso y suelo de grano fino separado.


147

Se vierte la muestra, retenida en el tamiz N°4, poco a poco en los tamices de la serie

gruesa y se empieza agitar levemente de tal manera que el material pueda perturbarse

y caer conforme su tamaño lo dispone hasta quedar retenido en la malla

correspondiente. (Ver Figura 48).

Figura 48. Tamices de la serie gruesa y material retenido en cada uno.


Para el tamizado del suelo de grano fino (Pasante el tamiz N°4), de debe tener en cuenta que

las partículas finas como limos, arcillas, u otros cementantes están impregnados en las

partículas de mayor tamaño como en las arenas gruesas, medias o finas. Este hecho

repercute en que, tamizando directamente el material, no se va a lograr separar los suelos

finos en su totalidad. Para ello, se recurre a una técnica de tamizado denominado malla 200,

el cual consiste en extraer una porción representativa de toda la muestra pasante la malla

N°4 y realizar un lavado, de tal manera que se pueda separar los suelos finos utilizando la

malla 200 como filtro.

A continuación, se muestran los procedimientos realizados:

Se procedió a extraer una porción representativa de toda la muestra pasante la malla

N°200, (ver Figura 49).

148

Figura 49. Muestra representativa para el tamizado de suelo de grano fino.


Se pone a secar la muestra con el fin de quitarle el agua en un tiempo aproximado de

12 – 16 horas a una temperatura de 110 ± 5°.

Después de quitarle el contenido de agua a la muestra, se lava el material aplicando

ligeros masajes y vertiendo a la malla 200, (Ver Figura 50). Esta actividad se repite

hasta que al agua quede totalmente limpia, lo cual indica que los limos, arcillas y otros

cementantes pasantes la malla 200 ya no existen.

Figura 50. Separación de arenas y suelo fino mediante lavado.


Finalizado el lavado, se lleva a secar nuevamente la muestra, de donde, por diferencia

de pesos, se puede determinar con exactitud la cantidad de suelo fino. Se inicia con

el tamizado de la muestra usando las mallas de la serie fina, vertiendo la muestra

lentamente y agitando el juego de tamices hasta que las partículas queden retenidos

en la malla correspondiente a su tamaño.

149

A continuación, se muestra los formatos para tomar datos y presentación de resultados (ver

Tabla 46 y Tabla 47), así como también la gráfica correspondiente. (ver Gráfica 3).

Tabla 46.

Formato para toma de datos y resultados del ensayo granulométrico – primera parte

Proyecto: "MEJORAMIENTO DE LACARRETERA MOQUEGUA – OMATE -

AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM 153+500"

LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS, CONCRETO Y ASFALTO

ANALISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO

NORMAS TÉCNICAS: MTC E 107, ASTM D 422, AASHTO T 88

DATOS DE LA MUESTRA

CONCEPTO ESTUDIO GEOTECNICO DE MEJORAMIENTO DE SUELOS A NIVEL DE SUBRASANTE

TRAMO II - KM.: 101+000 al KM.: 153+500 LADO IZQ

UBICACIÓN KM.: 115+100 al KM.: 115+150 PROFUNDIDAD de 0.00 m a 1.0 m.

CALICATA C-36 HECHO POR A. A. P.

MUESTRA KM.: 115+110 FECHA

TAMIZ Abertura

(mm) Peso

retenido

% Retenido parcial

% Retenido acumulado

Material que pasa

% USO DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA

4'' 101.600 Peso de la Muestra

3'' 76.200 Peso Total de la Muestra. (gr.)

610.9

2 1/2'' 60.350 Material Fino < N°4. (gr.) -

2'' 50.800 Material Grueso > N°4. (gr.)

-

1 1/2'' 38.100 Fracción Material < N°4. (gr.)

-

1'' 25.400 Límites de Consistencia

3/4'' 19.000 Límite Líquido. (%) 18

1/2'' 12.500 Límite Plástico. (%) NP

3/8'' 9.500 100.0 0 Índice Plástico. (%) NP

N°4 4.750 22.8 3.7 3.7 96.3 0 Clasificación de Suelo

N°10 2.000 86.1 14.1 17.8 82.2 0 Clasificación SUCS SP-SM

N°20 0.840 146.8 24.0 41.9 58.1 Clasificación AASHTO A-1-b (0)


Laboratorio de Estudios

Avanzados de Ingeniería

Civil – SUELOS Y

PAVIMENTOS

150

Tabla 47.

Formato para toma de datos y resultados del ensayo granulométrico – segunda parte


AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM 153+500"


ANALISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO


DATOS DE LA MUESTRA

CONCEPTO ESTUDIO GEOTECNICO DE MEJORAMIENTO DE SUELOS A NIVEL DE

SUBRASANTE





TAMIZ Abertura

(mm) Peso

retenido

% Retenido parcial

% Retenido acumulado

Material que pasa

% USO DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA

N°30 0.600 96.7 15.8 57.7 42.3 Limite Líq. Después. De ignición. (%) :

-

N°40 0.425 98.1 16.1 73.7 26.3 0 Humedad Natural (%) 7.7

N°50 0.300 71.6 11.7 85.5 14.5 Materia Orgánica (%) -

N°80 0.177 38.5 6.3 91.8 8.2 Máxima dens. Seca (gr/cm3)

1.148

N°100 0.150 4.2 0.7 92.5 7.5 Óptimo Cont. Humedad (%)

21.0

N°200 0.075 7.5 1.2 93.7 6.3 0 CBR 0.1'' al 95% MDS (%)

7.5

< N°200 FONDO 38.6 6.3 100.0 0.0 CBR 0.1'' al 100% MDS (%)

9.1




Civil – SUELOS Y

PAVIMENTOS

151

Gráfica 3. Curva Granulométrica


De la misma manera, se ha procedido para las demás muestras en estudio, cuyos

resultados se muestran en la Tabla 48, Tabla 49, Tabla 50, Tabla 51 y Tabla 52.

3''

2 1/

2''

2''

1 1/

2''

1''

3/4'

'

1/2'

'

3/8'

'

N°

4

N°

10

N°

20

N°

30

N°

40

N°

50

N°

80N

°10

0

N°

200

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10 100

Po

rce

nta

je q

ue

pa

sa

(%

)

Abertura (mm)

CURVA GRANULOMÉTRICA

152

Tabla 48.

Resultados de ensayos de granulometría – km 115+100 al km 119+373

ITEM

TRAMO

PROGRESIVA MUESTRA

CALICATA

Análisis Granulométrico - % que Pasa Tamiz

DEL AL 4" 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" N.º 4 N.º 10 N.º 40 N.º 200

1 115+100 115+150 115+110 C-36 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 96.3 82.2 26.3 6.3

2 115+150 115+250 115+180 C-37 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.4 98.4 92.4 72.8 18.6 5.6

3 115+250 115+350 115+300 C-38 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 98.8 92.4 76.7 26.3 6.6

4 115+350 115+400 115+380 C-40 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.1 98.2 91.2 72.9 21.0 6.9

5 116+050 116+150 116+070 C-41 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 94.6 77.8 23.2 7.0

6 116+150 116+290 116+210 C-42 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.6 96.0 78.6 17.1 4.1

7 116+290 116+310 116+300 C-44 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.8 99.7 96.2 74.6 9.0 5.4

8 116+460 116+510 116+470 C-45 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 98.4 93.1 41.6 9.0

9 118+675 118+700 118+685 C-46 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 96.9 82.1 24.8 5.4

10 118+910 118+935 118+920 C-48 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 97.7 40.7 4.7

11 119+340 119+373 119+355 C-49 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.3 97.5 91.1 35.9 9.2


153

Tabla 49.


ITEM

TRAMO PROGRESIVA

MUESTRA CALICATA


DEL AL 4" 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" Nº 4 Nº 10 Nº 40 Nº 200

12 126+420 126+460 126+430 C-51 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 86.4 40.0 25.8

13 127+340 127+400 127+360 C-56 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 93.2 89.2 78.5 66.2 44.6 19.5

14 127+960 128+060 128+000 C-60 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 97.2 92.3 83.6

15 128+060 128+200 128+120 C-61 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 96.8 92.9 21.9 4.7

16 129+015 129+050 129+035 C-63 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 91.2 57.0 38.3

17 129+470 129+540 129+510 C-66 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 92.0 61.0 39.2

18 130+100 130+400 130+250 C-69 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 94.2 51.1 13.5

19 131+490 131+550 131+530 C-70 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 90.9 55.8 17.2

20 131+910 132+053 131+950 C-71 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 90.3 53.7 23.2

21 133+040 133+137 133+100 C-72 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 85.4 64.4 38.8

22 139+000 139+150 139+060 C-90 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 90.7 78.6 56.8

23 139+150 139+250 139+210 C-91 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.4 91.1 82.1


154

Tabla 50.


ITEM

TRAMO PROGRESIVA

MUESTRA CALICATA


DEL AL 4" 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" Nº 4 Nº 10 Nº 40 Nº 200

24 139+470 139+530 139+495 C-92 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 96.1 73.4 40.9

25 140+000 140+060 140+025 C-93 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 71.2 45.5 22.7

26 140+060 140+150 140+100 C-94 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 68.3 37.0 15.9

27 140+520 140+600 140+560 C-95 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 94.4 82.4 66.3

28 141+140 141+250 141+160 C-96 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 95.8 67.2 23.1

29 141+250 141+375 141+320 C-97 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 90.5 66.7 40.5

30 141+375 141+500 141+390 C-98 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 75.2 53.9 39.6

31 141+500 141+650 141+540 C-99 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 92.1 79.2 63.9

32 141+650 141+750 141+720 C-100 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 91.7 82.3 61.2 40.4

33 141+870 141+970 141+880 C-101 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 0.0 100.0 93.4 84.2 61.6

34 142+980 143+200 143+060 C-102 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 93.0 74.4 47.9

35 143+200 143+400 143+280 C-103 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 98.4 97.5 94.1


155

Tabla 51.


ITEM

TRAMO PROGRESIVA

MUESTRA CALICATA


DEL AL 4" 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" Nº 4 Nº 10 Nº 40 Nº 200

36 143+400 143+600 143+500 C-104 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 96.6 90.3 74.9

37 144+360 144+500 144+410 C-109 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 95.2 89.3 76.5 61.1 36.5 17.0

38 145+120 145+170 145+145 C-110 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 98.0 95.6 93.4 89.2 84.5 67.1 38.1

39 145+880 146+150 145+930 C-111 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 84.8 64.4 38.5

40 146+180 146+230 146+210 C-112 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 98.4 97.3 93.4 88.7 70.4 41.1

41 146+270 146+380 146+300 C-113 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.7 94.9 77.1

42 146+380 146+500 146+430 C-114 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 98.0 95.6 90.1 71.0 39.5

43 146+680 146+730 146+700 C-115 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.1 98.1 95.9 92.2 61.4 19.9

44 147+510 147+570 147+540 C-121 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 89.8 69.5 36.3 17.4

45 147+660 147+750 147+700 C-122 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 97.1 88.4 46.1

46 147+870 148+000 147+910 C-123 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 96.7 89.9 81.6 52.0 20.7

47 148+000 148+120 148+080 C-124 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 83.9 34.3 8.5


156

Tabla 52.


ITEM

TRAMO

PROGRESIVA MUESTRA

CALICATA


DEL AL 4" 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" Nº 4 Nº 10 Nº 40 Nº 200

48 148+300 148+400 148+320 C-125 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.0 97.8 94.0 88.1 71.9 41.9

49 149+120 149+300 149+190 C-126 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 98.7 95.1 88.5 72.5 42.2

50 149+390 149+500 149+460 C-127 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 96.2 93.3 86.6 76.3 47.5 20.7

51 149+670 149+750 149+700 C-128 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 96.7 94.8 88.9 82.5 63.7 38.3

52 150+000 150+130 150+045 C-129 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.4 98.0 95.9 91.3 83.4 60.5 39.4

53 150+360 150+430 150+380 C-130 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 97.9 93.7 91.1 84.1 71.5 53.9 37.9


157

6.2.3.2 Ensayo de contenido de humedad.

A continuación, se presenta los procedimientos realizados, toma de datos y cálculos para la

muestra en estudio.

Se identifica un recipiente y se toma el peso de este y el peso incluyendo el material

extraído, (ver Figura 51).

Figura 51.Pesado de la muestra para determinar el contenido de humedad.


Seguido a ello, se lleva al horno, (ver Figura 52), donde permaneció la muestra el

tiempo normado. Cumplido ello, nuevamente se pesa y se determina el contenido de

humedad.

Figura 52. Secado de la muestra en el horno de laboratorio.


158

A continuación, se muestra un formato donde se muestra los datos y resultados del ensayo.

Ver Tabla 53.

Tabla 53.

Formato para toma de datos y presentación de resultados

Proyecto: "MEJORAMIENTO DE LACARRETERA MOQUEGUA – OMATE

- AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM 153+500"


DETERMINACIÓN DE HUMEDAD NATURAL

NORMAS TÉCNICAS: MTC E 108, ASTM D 2216

DATOS DE LA MUESTRA






ENSAYO N° 1

N° DE TARA T-23

PESO TARA + SUELO HÚMEDO (gr) 751.8

PESO TARA + SUELO SECO (gr) 707.8

PESO DE LA TARA (gr) 136.6

PESO DEL AGUA (gr) 44.0

PESO DE L SUELO SECO (gr) 571.2

CONTENIDO DE HUMEDAD (%) 7.7

HUMEDAD NATURAL (%) 7.7


De la misma manera se ha procedido con las demás muestras, cuyos resultados se muestran

en la Tabla 54 Y Tabla 55.



Civil – SUELOS Y

PAVIMENTOS

159

Tabla 54.

Resultados del Ensayos de contenido de humedad – km 115+100 – km 140+600

ITEM

TRAMO PROGRESIVA

DE LA

MUESTRA

CALICATA HUM. NAT.

(%) DEL AL

1 115+100 115+150 115+110 C-36 13.00

2 115+150 115+250 115+180 C-37 14.00

3 115+250 115+350 115+300 C-38 12.00

4 115+350 115+400 115+380 C-40 13.80

5 116+050 116+150 116+070 C-41 10.50

6 116+150 116+290 116+210 C-42 12.00

7 116+290 116+310 116+300 C-44 13.90

8 116+460 116+510 116+470 C-45 5.10

9 116+675 116+700 116+685 C-46 9.3

10 118+910 118+935 118+920 C-48 14.00

11 119+340 119+373 119+355 C-49 13.00

12 126+420 126+460 126+430 C-51 11.00

13 127+340 127+400 127+360 C-56 14.00

14 127+960 128+060 128+000 C-59 28.30

15 128+060 128+200 128+120 C-61 13.50

16 129+015 129+050 129+035 C-63 16.00

17 129+470 129+540 129+510 C-66 12.00

18 130+100 130+400 130+250 C-69 13.30

19 131+490 131+550 131+530 C-70 14.50

20 131+910 132+053 131+950 C-71 13.60

21 133+040 133+137 133+100 C-72 20.20

22 139+000 139+150 139+060 C-90 12.90

23 139+150 139+250 139+210 C-91 15.00

24 139+470 139+530 139+495 C-92 16.20

25 140+000 140+060 140+025 C-93 17.30

26 140+060 140+150 140+100 C-94 16.40

27 140+520 140+600 140+560 C-95 18.10


160

Tabla 55.

Resultados del Ensayos de contenido de humedad – km 141+140 – km 150+430

ITEM

TRAMO

PROGRESIVA

MUESTRA CALICATA

LADO

MEJORAM.

HUM. NAT.

(%) DEL AL

28 141+140 141+250 141+160 C-96 IZQ 17.10

29 141+250 141+375 141+320 C-97 IZQ 16.70

30 141+375 141+500 141+390 C-98 PC 18.30

31 141+500 141+650 141+540 C-99 PC 15.50

32 141+650 141+750 141+720 C-100 PC 18.50

33 141+870 141+970 141+880 C-101 IZQ 14.50

34 142+980 143+200 143+060 C-102 PC 16.40

35 143+200 143+400 143+280 C-103 PC 24.40

36 143+400 143+600 143+500 C-104 PC 25.20

37 144+360 144+500 144+410 C-109 IZQ 16.80

38 145+120 145+170 145+145 C-110 P/C 13.60

39 145+880 146+150 145+930 C-111 P/C 15.70

40 146+180 146+230 146+210 C-112 P/C 12.90

41 146+270 146+380 146+300 C-113 P/C 15.30

42 146+380 146+500 146+430 C-114 P/C 16.10

43 146+680 146+730 146+700 C-115 P/C 7.60

44 147+510 147+570 147+540 C-121 P/C 12.60

45 147+660 147+750 147+700 C-122 P/C 13.20

46 147+870 148+000 147+910 C-123 P/C 34.70

47 148+000 148+120 148+080 C-124 P/C 13.40

48 148+300 148+400 148+320 C-125 P/C 17.10

49 149+120 149+300 149+190 C-126 P/C 19.00

50 149+390 149+500 149+460 C-127 IZQ 15.10

51 149+670 149+750 149+700 C-128 IZQ 17.80

52 150+000 150+130 150+045 C-129 P/C 15.00

53 150+360 150+430 150+380 C-130 P/C 17.30


161

6.2.3.3 Límites de Atterberg (limite líquido, limite plástico, Índice de

plasticidad).


Se selecciona los equipos y herramientas necesarias para realizar el ensayo. Ver

Figura 53.

Figura 53. Equipos y herramientas requeridos para ser el ensayo de constantes físicas.


Se tamiza la muestra por la malla N°40 y se humedece ligeramente con el fin de

que este posea una consistencia trabajable. Para ello se debe batir la muestra con

una espátula. Ver Figura 54.

Figura 54. Preparación de la muestra.


162

Se vierte una porción de la muestra a la copa Casagrande y con la ayuda de una

espátula, se enrasa de tal manera que este esté alineado horizontalmente con la

copa y se separa la muestra 2 mm de espesor usando el acanalador. Ver Figura

55.

Figura 55. Colocación de la muestra en la copa Casagrande, separación de este con un acanalador.


Con la manivela del equipo Casagrande se eleva la copa 1cm y se deja caer sobre

la base de apoyo, el cual debe ejecutarse a razón de dos golpes por segundo

hasta que la muestra presente una junta de media pulgada. Se identifica la zona

que tenga una junta de media pulgada para extraerlo y obtener su contenido de

humedad. Ver Figura 56.

Figura 56. Agitación de la copa, identificación de la junta de 1/2 pulgada y extracción de este.


163

La actividad se repite tres a cuatro veces incrementado el contenido de humedad o

adicionando material seco, con el fin de que pueda haber una variación en la cantidad de

golpes requeridos para la junta especificada. Seguido a ello, se traza la línea de fluidez, de

donde es posible obtener la humedad para 25 golpes, el cual vendría a ser el límite liquido

Para el límite plástico, se moldea rodillos de 2.5 mm de espesor sobre un vidrio poroso, y se

extrae el contenido de humedad de este. El índice de plasticidad será la resta del límite liquido

menos el límite plástico.

A continuación, se muestran los datos y resultados para la primera muestra en estudio (Ver

Tabla 56 y Tabla 57), así como también la gráfica correspondiente, ver Gráfica 4.

Tabla 56.

Formato para toma de datos y resultados para ensayo de límite líquido


AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM 153+500


LÍMITES DE CONSISTENCIA - MALLA N°40

NORMAS TÉCNICAS: MTC E 110 - MTC E 111, ASTM D 4318, AASHTO T 89 - T 90

DATOS DE LA MUESTRA






LÍMITE LÍQUIDO (MTC E 110, AASHTO T 89)

N° DE TARA T-16 T-17 T-18

PESO TARA + SUELO HÚMEDO

(gr) 32.88 46.13 31.67

PSO TARA + SUELO SECO (gr) 29.29 43.17 28.66

PESO DEL AGUA (gr) 3.59 2.96 3.01

PESO DE LA TARA (gr) 11.79 27.57 11.76

PESO DE L SUELO SECO (gr) 17.50 15.60 16.90

CONTENIDO DE HUMEDAD (%) 20.51 18.97 17.81

NÚMERO DE GOLPES 15 22 28




Civil – SUELOS Y

PAVIMENTOS

164

Tabla 57.

Formato para toma de datos y resultados para ensayo de límite plástico




LÍMITES DE CONSISTENCIA - MALLA N°40

NORMAS TÉCNICAS: MTC E 110 - MTC E 111, ASTM D 4318, AASHTO T 89 - T 90

DATOS DE LA MUESTRA





MUESTRA KM.: 115+110 FECHA 24/07/2019

LÍMITE PLÁSTICO (MTC E 111, AASHTO T 90)

N° DE TARA

PESO TARA + SUELO HÚMEDO

(gr)

PSO TARA + SUELO SECO (gr)

PESO DE LA TARA (gr)

PESO DEL AGUA (gr)

PESO DE L SUELO SECO (gr)

CONTENIDO DE HUMEDAD (%)

CONSTANTES FÍSICAS DE LA MUESTRA

LÍMITE LÍQUIDO (%) 18.3

LÍMITE PLÁSTICO (%) NP

INDICE DE PLASTICIDAD (%) NP


NP



Civil – SUELOS Y

PAVIMENTOS

165

Gráfica 4. Línea de fluidez para determinar el Limite Liquido.


El mismo procedimiento se ha llevado a cabo para toda las demás muestra, dichos resultados

se muestran en la Tabla 58, Tabla 59 y Tabla 60

Tabla 58.

Resultados de las constantes físicas para las muestras en estudio – (km 115+100 – km 116+700)

ITEM

TRAMO

PROGRESIVA DE LA MUESTRA

CALICATA

CONSTANTES FÍSICAS

DEL AL LL (%)

LP (%)

IP (%)

1 115+100 115+150 115+110 C-36 18 NP NP

2 115+150 115+250 115+180 C-37 22 NP NP

3 115+250 115+350 115+300 C-38 21 NP NP

4 115+350 115+400 115+380 C-40 21 NP NP

5 116+050 116+150 116+070 C-41 21 NP NP

6 116+150 116+290 116+210 C-42 24 NP NP

7 116+290 116+310 116+300 C-44 23 NP NP

8 116+460 116+510 116+470 C-45 23 NP NP

9 116+675 116+700 116+685 C-46 22 NP NP


16

17

18

19

20

21

22

10

Co

nte

nid

o d

e h

um

ed

ad

(%

)

Número de Golpes

CONTENIDO DE HUMEDAD A 25 GOLPES

25

166

Tabla 59.


ITEM

TRAMO


CALICATA

CONSTANTES FÍSICAS

DEL AL LL (%)

LP (%)

IP (%)

10 118+910 118+935 118+920 C-48 25 NP NP

11 119+340 119+373 119+355 C-49 24 NP NP

12 126+420 126+460 126+430 C-51 18 NP NP

13 127+340 127+400 127+360 C-56 26 NP NP

14 127+960 128+060 128+000 C-59 22 NP NP

15 128+060 128+200 128+120 C-61 23 NP NP

16 129+015 129+050 129+035 C-63 19 NP NP

17 129+470 129+540 129+510 C-66 18 NP NP

18 130+100 130+400 130+250 C-69 22 NP NP

19 131+490 131+550 131+530 C-70 24 NP NP

20 131+910 132+053 131+950 C-71 29 NP NP

21 133+040 133+137 133+100 C-72 24 NP NP

22 139+000 139+150 139+060 C-90 21 NP NP

23 139+150 139+250 139+210 C-91 30 NP NP

24 139+470 139+530 139+495 C-92 22 NP NP

25 140+000 140+060 140+025 C-93 20 NP NP

26 140+060 140+150 140+100 C-94 21 NP NP

27 140+520 140+600 140+560 C-95 26 NP NP

28 141+140 141+250 141+160 C-96 20 NP NP

29 141+250 141+375 141+320 C-97 22 NP NP

30 141+375 141+500 141+390 C-98 21 NP NP

31 141+500 141+650 141+540 C-99 25 NP NP

32 141+650 141+750 141+720 C-100 22 NP NP


167

Tabla 60.


ITEM

TRAMO

PROGRESIVA DE LA

MUESTRA CALICATA

CONSTANTES FÍSICAS

DEL AL LL (%)

LP (%)

IP (%)

33 141+870 141+970 141+880 C-101 24 NP NP

34 142+980 143+200 143+060 C-102 19 NP NP

35 143+200 143+400 143+280 C-103 21 NP NP

36 143+400 143+600 143+500 C-104 26 NP NP

37 144+360 144+500 144+410 C-109 45 33 12

38 145+120 145+170 145+145 C-110 21 NP NP

39 145+880 146+150 145+930 C-111 23 NP NP

40 146+180 146+230 146+210 C-112 25 18 7

41 146+270 146+380 146+300 C-113 54 39 15

42 146+380 146+500 146+430 C-114 29 24 5

43 146+680 146+730 146+700 C-115 23 NP NP

44 147+510 147+570 147+540 C-121 24 NP NP

45 147+660 147+750 147+700 C-122 51 NP NP

46 147+870 148+000 147+910 C-123 47 34 13

47 148+000 148+120 148+080 C-124 23 NP NP

48 148+300 148+400 148+320 C-125 29 23 6

49 149+120 149+300 149+190 C-126 38 30 8

50 149+390 149+500 149+460 C-127 26 NP NP

51 149+670 149+750 149+700 C-128 23 NP NP

52 150+000 150+130 150+045 C-129 18 NP NP

53 150+360 150+430 150+380 C-130 22 NP NP


168

6.2.3.4 Ensayo Proctor modificado.


Con la ayuda del ensayo granulométrico, se ha identificado el método de

compactación, cuyas especificaciones se pueden observar en la Tabla 13.

Para el suelo en estudio, de determinó el método “A”; en efecto, de debe tamizar la

muestra por la malla N°4, (ver Figura 57), puesto que el material pasante a dicho tamiz

será usado para el ensayo Proctor modificado método A.

Figura 57. Tamizado de la muestra por la malla N°4.


Se selecciona los equipos y herramientas necesarias para llevar a cabo el ensayo,

(ver Figura 58).

Figura 58. Equipos necesarios para el ensayo Proctor modificado método "A".


169

Se separó cuatro muestras de aproximadamente 1200 gramos cada una, ya que es

la cantidad aproximada que ingresa en el molde respectivo a compactar, (ver Figura

59).

Figura 59. Muestras representativas para cada incremento de humedad.


Se pesa el contenido de agua inicial y se agrega a una de las muestras, seguido a ello

se bate homogéneamente, (ver Figura 60). Para este caso se inició con 10% de agua

con el fin de iniciar la curva de compactación con una densidad baja.

Figura 60. Pesado, saturación y batido de la muestra con 10% de agua.


170

Se inicia con la densificación del primer punto, el cual va a ser compactado en 5 capas

recibiendo cada uno una energía de 25 golpes, (Ver Figura 61).

Figura 61. Densificación del primer punto.


Una vez compactado las 5 capas, se retira el collarín, y se enrasa el material hasta

que quede a nivel se la superficie superior del molde, tal como se muestra en la Figura

62, para luego tomar su peso.

171

Figura 62. Enrasado y pesado de la muestra en el molde.


La siguiente actividad consiste en extraer una porción del material geotécnico

compactado con el fin de sacarle su contenido de humedad, (ver Figura 63).

Figura 63. Muestra para contenido de humedad del primer punto.


Las actividades mencionadas líneas arriba se repiten para cada incremento de

humedad, para luego trazar la curva de compactación y obtener el contenido de

humedad óptimo para el cual la ceniza volcánica alcanza la máxima densidad seca.

172

A continuación, se muestra un formato para recopilar datos y presentación de resultados, (ver

Tabla 61), así como también la curva de compactación, (ver Gráfica 5)

Tabla 61.

Formato para toma de datos y presentación de resultados




PROCTOR MODIFICADO

NORMAS TÉCNICAS: MTC E115, ASTM D 1557, AASHTO T 180

DATOS DE LA MUESTRA






Ensayo N° 1 2 3 4

Número de Capas 5 5 5 5

Golpes de Pisón por Capa 25 25 25 25

Peso suelo húmedo + molde (gr) 4865 4955 5010 4960

Peso molde + base (gr) 3696 3696 3696 3696

Peso suelo húmedo compactado

(gr) 1169 1259 1314 1264

Volumen del molde (cm3) 945 945 945 945

Peso volumétrico húmedo (gr/cm3) 1.237 1.332 1.390 1.338

Tara N° T-23 T-22 T-21 T-34

Peso del suelo húmedo + tara

(gr) 516.7 552.8 539.2 603.8

Peso del suelo seco + tara (gr) 462.0 486.0 468.6 511.0

Peso de Tara (gr) 136.6 133.6 135.4 112.4

Peso de agua (gr) 54.7 66.8 70.6 92.8

Peso del suelo seco (gr) 325.4 352.4 333.2 398.6

Contenido de agua (%) 16.8 19.0 21.2 23.3

Peso volumétrico seco (gr/cm3) 1.059 1.120 1.147 1.085

Densidad máxima (gr/cm3) 1.148

Humedad óptima (%) 21.0




Civil– SUELOS Y

PAVIMENTOS

173

Gráfica 5. Curva de Compactación.


A continuación, se muestra los resultados obtenidos para las demás muestras en estudio.

(Ver Tabla 62, Tabla 63 y Tabla 64).

Tabla 62.

Resultados de los ensayos de Proctor Modificado – km 115+100 – km 119+373

ITEM

TRAMO


CALICATA

PROCTOR MODIFICADO

DEL AL M.D.S

(g/cm3) O.C.H

(%)

1 115+100 115+150 115+110 C-36 1.148 21.0

2 115+150 115+250 115+180 C-37 1.400 19.2

3 115+250 115+350 115+300 C-38 1.068 21.3

4 115+350 115+400 115+380 C-40 1.312 22.0

5 116+050 116+150 116+070 C-41 1.155 20.6

6 116+150 116+290 116+210 C-42 1.389 21.1

7 116+290 116+310 116+300 C-44 1.302 23.0


1.050

1.060

1.070

1.080

1.090

1.100

1.110

1.120

1.130

1.140

1.150

1.160

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Densid

ad s

eca (

gr/

cm

3)

Contenido de humedad (%)

RELACIÓN DE HUMEDAD - DENSIDAD

174

Tabla 63.


ITEM

TRAMO PROGRESIVA DE

LA MUESTRA CALICATA

PROCTOR MODIFICADO

DEL AL M.D.S

(g/cm3) O.C.H

(%)

8 116+460 116+510 116+470 C-45 1.257 14.5

9 116+675 116+700 116+685 C-46 1.1782 19.1

10 118+910 118+935 118+920 C-48 1.393 12.4

11 119+340 119+373 119+355 C-49 1.282 14.3

12 126+420 126+460 126+430 C-51 1.268 23.3

13 127+340 127+400 127+360 C-56 1.501 14.1

14 127+960 128+060 128+000 C-59 1.434 11.7

15 128+060 128+200 128+120 C-61 1.133 33.4

16 129+015 129+050 129+035 C-63 1.438 18.1

17 129+470 129+540 129+510 C-66 1.508 18.2

18 130+100 130+400 130+250 C-69 1.557 14.7

19 131+490 131+550 131+530 C-70 1.500 16.8

20 131+910 132+053 131+950 C-71 1.662 17.4

21 133+040 133+137 133+100 C-72 1.521 16.6

22 139+000 139+150 139+060 C-90 1.218 18.2

23 139+150 139+250 139+210 C-91 1.769 16.5

24 139+470 139+530 139+495 C-92 1.515 18.1

25 140+000 140+060 140+025 C-93 1.317 20.4

26 140+060 140+150 140+100 C-94 1.522 19.3

27 140+520 140+600 140+560 C-95 1.386 20.6

28 141+140 141+250 141+160 C-96 1.421 18.4

29 141+250 141+375 141+320 C-97 1.374 19.4

30 141+375 141+500 141+390 C-98 1.138 29.2

31 141+500 141+650 141+540 C-99 1.323 18.7

32 141+650 141+750 141+720 C-100 1.395 23.6

33 141+870 141+970 141+880 C-101 1.392 18.1


175

Tabla 64.


ITEM

TRAMO PROGRESIVA DE

LA MUESTRA CALICATA

PROCTOR MODIFICADO

DEL AL M.D.S

(g/cm3) O.C.H

(%)

34 142+980 143+200 143+060 C-102 1.517 21.5

35 143+200 143+400 143+280 C-103 1.472 23.3

36 143+400 143+600 143+500 C-104 1.203 23.4

37 144+360 144+500 144+410 C-109 1.307 30.2

38 145+120 145+170 145+145 C-110 1.833 11.8

39 145+880 146+150 145+930 C-111 1.666 18.7

40 146+180 146+230 146+210 C-112 1.793 13.9

41 146+270 146+380 146+300 C-113 1.511 26.5

42 146+380 146+500 146+430 C-114 1.729 17.9

43 146+680 146+730 146+700 C-115 1.510 12.8

44 147+510 147+570 147+540 C-121 1.629 13.8

45 147+660 147+750 147+700 C-122 1.342 30.9

46 147+870 148+000 147+910 C-123 1.300 34.7

47 148+000 148+120 148+080 C-124 1.940 10.8

48 148+300 148+400 148+320 C-125 1.676 18.4

49 149+120 149+300 149+190 C-126 1.759 20.8

50 149+390 149+500 149+460 C-127 1.651 19.2

51 149+670 149+750 149+700 C-128 1.781 15.7

52 150+000 150+130 150+045 C-129 1.764 16.0

53 150+360 150+430 150+380 C-130 1.670 20.6


6.2.3.5 Ensayo CBR.

A continuación, se muestran los procedimientos realizados en laboratorio para llevar a cabo

satisfactoriamente el ensayo en mención.

Se selecciona los materiales y equipos necesarios para el ensayo, (Ver Figura 64).

176

Figura 64. Materiales y equipos necesarios para el ensayo CBR.


Se selecciona tres muestras de aproximado de 2500 gramos cada uno y por separado

se añade la cantidad de agua necesaria para que este posea el contenido de humedad

optimo determinado en el ensayo Proctor modificado. (Ver Figura 65).

Figura 65. Separación y humedecimiento de la muestra para el ensayo CBR.


177

Se pone dentro del molde el disco espaciador, seguido a ello papel filtro y se vierte el

material para inicial la compactación, (Ver Figura 66).

Figura 66. Preparación y compactación del primer punto (56g/c).


Se quita el collarín y se enrasa el material compactado de tal manera que este

alineado horizontalmente. Seguido a ello se coloca el papel filtro. Se pesa el molde

más suelo compactado y se pone las sobrecargas. (Ver Figura 67)

Figura 67. Enrasado, peso de la muestra y colocación de sobrecargas.


178

Se ingresa la muestra en la posa de saturación y se controla la deformación vertical

de la muestra mediante un trípode de expansión. La muestra permaneció un lapso de

tres días en etapa de saturación, cumplido el plazo se extrae las muestras y se dejan

escurrir, (ver Figura 68).

Figura 68. Saturación de las muestras y control de expansión.


Finalmente se somete la muestra a penetración con la prensa CBR, (ver Figura 69).

Figura 69. Penetración de la muestra.


A continuación, se muestra el formato para recolección de datos (ver Tabla 65 y Tabla 66),

las gráficas de penetración vs carga, (ver Gráfica 6), y CBR vs densidad seca.(ver Gráfica 7).

Finalmente, la Tabla 67 muestra los resultados finales.

179

Tabla 65.

Formato para toma de datos y presentación de resultados de compactación para ensayo CBR


Proyecto: "MEJORAMIENTO DE LACARRETERA MOQUEGUA – OMATE - AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM

153+500


RELACIÓN SOPORTE DE CALIFORNIA (C.B.R.)


DATOS DE LA MUESTRA





MUESTRA KM.: 115+110 FECHA 24/07/2018

COMPACTACIÓN

Molde N° 1 2 3

N° Capas 5 5 5

N° golpes por capa 56 25 12

Condición de la muestra No Saturado No Saturado No Saturado

Peso de molde + Suelo húmedo (gr) 11197

11044

10919

Peso de molde + base (gr) 8276

8255

8264

Peso del suelo húmedo (gr) 2921

2789

2655

Volumen del molde (cm3) 2099

2106

2103

Densidad húmeda (gr/cm3) 1.392

1.324

1.262

N° Tara T-20

T-21

T-22

Peso suelo húmedo + tara (gr) 744.5

741.4

738.1

Peso suelo seco + tara (gr) 639.0

635.4

633.6

Peso de tara (gr) 139.0

135.4

133.6

Peso de agua (gr) 105.5

106.0

104.5

Peso de suelo seco (gr) 500.0

500.0

500.0

Contenido de humedad (%) 21.1

21.2

20.9

Densidad seca (gr/cm3) 1.149

1.093

1.044



Civil– SUELOS Y

PAVIMENTOS

180

Tabla 66.

Formato para toma de datos y presentación de resultados de penetración para ensayo CBR







DATOS DE LA MUESTRA



UBICACIÓN KM.: 115+100 al KM.: 115+150 PROFUNDIDAD

de 0.00 m a 1.0 m.

CALICATA C-36 HECHO

POR A. A. P.


PENETRACIÓN

PENETRACIÓN (mm)

MOLDE N° 1 MOLDE N° 2 MOLDE N° 3

CARGA CORRECCIÓN CARGA CORRECCIÓN CARGA CORRECCIÓN

kg kg % kg kg % kg kg %

0.000 0 0 0

0.635 45 33 21

1.270 77 61 44

1.905 9 81 67

2.540 123 127.0 9.2 103 104.7 7.6 83 81.8 5.9

3.810 180 145 110

5.080 220 224.6 10.8 190 190.4 9.2 160 156.4 7.5

6.350 290 245 200

7.620 367 306 244

10.600 440 370 300

12.700 530 445 360



Civil– SUELOS Y

PAVIMENTOS

181


0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 5 10 15

Carg

a (

kg

)

Penetración (mm)

EC - 12 golpes

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

0 5 10 15

Carg

a (

kg

)

Penetración (mm)

EC - 56 golpes

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 5 10 15

Carg

a (

kg

)

Penetración (mm)

EC - 25 golpes

Gráfica 6. Curvas de carga vs penetración para 56g/c, 25g/c y 12g/c.

182


Tabla 67.

Resultados de ensayo CBR







RESULTADOS DE PROCTOR MODIFICADO ASTM D 1557

MÁXIMA DENSIDAD SECA (gr/cm3) 1.148

ÓPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD (%) 21.0

HUMEDAD NATURAL (%) 13.0

DENSIDAD NATURAL (gr/cm3) 1.0

95% DE LA MAXIMA DENSIDAD SECA (gr/cm3) 1.091

RESULTADOS DE ENSAYO CBR

C.B.R. AL 95% DE M.D.S. (%) 0.1'' 7.5

0.2'' 9.1

C.B.R. AL 100% DE M.D.S. (%) 0.1'' 9.1

0.2'' 10.8

CBR A LA DENSIDAD N. (%) 0.1'' 4.8

CBR 95%

CBR 100%

CBR D.N

0.950

0.970

0.990

1.010

1.030

1.050

1.070

1.090

1.110

1.130

1.150

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

De

nsid

ad

se

ca

(g

r/cm

3)

CBR(%)

DETERMINACIÓN DEL CBR

Gráfica 7. Curva de CBR vs densidad seca.



Civil– SUELOS Y

PAVIMENTOS

183

De la misma manera se ha procedido para las demás muestras en estudio, cuyos resultados

se muestran en la Tabla 68 yTabla 69.

Tabla 68.

Resultados del ensayo CBR – km 115+100 – km 140+060

ITEM

TRAMO

PROGRESIVA MUESTRA

ENSAYO CBR

DEL AL DENSIDAD NATURAL

%

95% M D S

(%)

100% M D S

(%)

1 115+100 115+150 115+110 4.8 7.5 9.1

2 115+150 115+250 115+180 5.9 13.1 16.8

3 115+250 115+350 115+300 3.8 7.6 10.1

4 115+350 115+400 115+380 3.6 8.6 11.0

5 116+050 116+150 116+070 4.0 6.4 8.4

6 116+150 116+290 116+210 5.0 9.4 12.0

7 116+290 116+310 116+300 3.8 7.9 10.1

8 116+460 116+510 116+470 3.0 8.1 10.9

9 116+675 116+700 116+685 4.7 5.9 7.4

10 118+910 118+935 118+920 9.4 14.2 17.5

11 119+340 119+373 119+355 3.2 9.0 12.3

12 126+420 126+460 126+430 4.7 10.6 14.4

13 127+340 127+400 127+360 7.5 13.1 18.4

14 127+960 128+060 128+000 1.4 3.6 4.7

15 128+060 128+200 128+120 3.3 11.9 17.2

16 129+015 129+050 129+035 4.1 13.3 18.2

17 129+470 129+540 129+510 6.4 15.2 21.9

18 130+100 130+400 130+250 5.4 9.9 14.5

19 131+490 131+550 131+530 4.7 10.2 14.4

20 131+910 132+053 131+950 5.5 16.5 24.5

21 133+040 133+137 133+100 11.5 19.4 22.7

22 139+000 139+150 139+060 2.6 6.6 8.2

23 139+150 139+250 139+210 3.5 7.1 11.8

24 139+470 139+530 139+495 9.5 13.3 17.1

25 140+000 140+060 140+025 5.7 10.7 16.7

26 140+060 140+150 140+100 6.3 10.9 15.9

27 140+520 140+600 140+560 3.8 8.2 13.5


184

Tabla 69.

Resultados del ensayo CBR – km 141+140 – km 150+430

ITEM

TRAMO

PROGRESIVA MUESTRA

ENSAYO CBR


%

95% M D S

(%)

100% M D S

(%)

28 141+140 141+250 141+160 7.7 12.8 17.3

29 141+250 141+375 141+320 6.5 12.6 17.3

30 141+375 141+500 141+390 2.0 5.3 8.8

31 141+500 141+650 141+540 4.6 8.3 10.6

32 141+650 141+750 141+720 2.0 8.6 12.0

33 141+870 141+970 141+880 3.0 6.9 10.5

34 142+980 143+200 143+060 6.0 13.4 17.3

35 143+200 143+400 143+280 1.7 6.5 10.1

36 143+400 143+600 143+500 2.8 8.0 11.6

37 144+360 144+500 144+410 1.5 3.9 6.8

38 145+120 145+170 145+145 5.6 12.2 16.6

39 145+880 146+150 145+930 6.0 13.1 16.6

40 146+180 146+230 146+210 4.5 6.6 9.7

41 146+270 146+380 146+300 1.6 4.3 6.4

42 146+380 146+500 146+430 2.9 7.1 9.7

43 146+680 146+730 146+700 4.7 5.4 7.8

44 147+510 147+570 147+540 6.2 11.4 18.1

45 147+660 147+750 147+700 2.5 6.0 9.0

46 147+870 148+000 147+910 2.0 9.0 11.6

47 148+000 148+120 148+080 11.0 19.0 27.5

48 148+300 148+400 148+320 5.0 18.9 24.1

49 149+120 149+300 149+190 4.4 10.3 13.9

50 149+390 149+500 149+460 5.7 18.2 26.7

51 149+670 149+750 149+700 6.0 19.0 26.5

52 150+000 150+130 150+045 8.7 13.1 17.1

53 150+360 150+430 150+380 11.4 19.9 26.0


185

6.2.3.6 Ensayo de corte directo.

La muestra tiene una condición alterada, por ende se ha reconstituido la muestra a su

densidad natural.


Se seleccionó los equipos y herramientas necesarias para poder ejecutar

adecuadamente el ensayo, las cuales se muestran en la Figura 70.

Figura 70. Equipos y herramientas necesarios para ejecutar el ensayo.


Conociendo la cantidad de muestra que se requiere para los tres puntos del ensayo,

se ha tamizado la muestra por la malla número 4 hasta alcanzar el peso calculado,

seguido a ello, se ha procedido a humedecer la muestra con el fin de que este se

encuentre en condiciones naturales. Finalmente se ha separado la muestra en tres

partes en bolsas para conservar la humedad. (Ver Figura 71).

186

Figura 71. Tamizado, pesado y humedecimiento de la muestra para el ensayo de corte directo.


Se ensambló la caja de corte, con el fin de remodelar la muestra en tres capas

usando un apisonador que permita aplicar una energía gradual hasta alcanzar la

altura estándar de la muestra. Dichas actividades se muestran en la Figura 72.

Figura 72. Ensamblado de la caja de corte y remoldeo de la muestra


187

Se coloca la caja de corte en la cámara de saturación del equipo de corte directo.

Seguido a ello se aplicó el esfuerzo normal de 0.5𝑘𝑔

𝑐𝑚2 con el fin de comprimir la

muestra hasta que este expulse el aire incorporado en su matriz. (ver Figura 73). Cabe

mencionar que, en esta etapa de compresión, se controla la deformación vertical

mediante un dial para diferentes tiempos hasta que este desplazamiento sea nulo.

Figura 73. Colocación de la cámara de corte, saturación de la muestra y control de la deformación vertical.


Una vez que la muestra ya no presente una compresión, se puede iniciar la etapa de

corte, para ello, con la ayuda del equipo, se aplicó una velocidad de corte de 0.25 𝑚𝑚

𝑚𝑖𝑛

el cual en el equipo se digita el número 100. Por otro lado, se tomó nota de la fuerza

de corte y deformación vertical para diversas deformaciones horizontales

estandarizadas, hasta alcanzar aproximadamente un desplazamiento del 16% del

diámetro total de la muestra.

Finalizado la etapa de desplazamiento horizontal, se extrae la caja de corte, seguido

a ello se extrae la muestra cizallada con el fin de sacarle su contenido de humedad.

Ver Figura 74.

188

Figura 74. Extracción de la caja de corte, vista de la muestra sometida al corte.


Para los siguientes dos puntos se repiten los pasos mencionados, con la diferencia

de que el esfuerzo normal constante será de 1.0𝑘𝑔

𝑐𝑚2 y 2.0𝑘𝑔

𝑐𝑚2.

A continuación, se muestra unos formatos para toma de datos y presentación de resultados,

(ver Tabla 70 Tabla 71 y Tabla 72).

Por otro lado, se muestra la curva de esfuerzo vs deformación y la envolvente de corte. (Ver

Gráfica 8 y Gráfica 9 respectivamente).

189

Tabla 70.

Formato de recolección de datos generales para ensayo de corte directo

Proyecto: "MEJORAMIENTO DE LACARRETERA MOQUEGUA – OMATE

- AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM 153+500"


CORTE DIRECTO


DATOS DE LA MUESTRA

CONCEPTO "MEJORAMIENTO DE LACARRETERA MOQUEGUA – OMATE - AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM 153+500"


UBICACIÓN KM.: 115+100 al KM.: 115+150 PROF. CALICATA de 0.00 m a 1.0 m.



DATOS DE LA CAJA DE CORTE DATOS DEL SUELO

Altura (cm) 2.54 Humedad (%) 17.50

Diámetro (cm) 6.34 Densidad Húmeda (gr/cm3) 0.75

Área (cm2) 31.57 Condición Alterado

Volumen (cm3) 80.19 Peso del suelo para

remoldeo (gr) 60.14

DATOS DEL EQUIPO

Velocidad de Corte (mm/min) 0.25 Dígitos de velocidad de

corte 100

Constante del Dial Vertical (pulg)

0.001 Constante del Dial Horizontal (pulg)

0.0001




Civil – LEACIV SUELOS

Y PAVIMENTOS

190

Tabla 71.

Datos, cálculos resultados de la etapa corte vs deformación horizontal

DEFORMACIÓN TANGENCIAL VS ESFUERZO DE CORTE

Deformación tangencial

(DIAL)

Deformación. Tangencial %

Esfuerzo normal de 0.5 kg/cm2



Lectura de Carga

Esfuerzo Lectura

de Carga Esfuerzo

Lectura de Carga

Esfuerzo

lb (Kg/cm2) lb (Kg/cm2) lb (Kg/cm2)

0 0.00 0.0 0.000 0.0 0.000 0.0 0.000

25 0.10 15.6 0.224 32.7 0.470 40.7 0.585

50 0.20 18.4 0.264 36.4 0.523 48.6 0.698

75 0.30 20.7 0.297 39.5 0.568 54.9 0.789

100 0.40 22.8 0.328 42.3 0.608 60.4 0.868

150 0.60 26.3 0.378 47.3 0.680 70.2 1.009

200 0.80 29.1 0.418 51.5 0.740 78.8 1.132

250 1.00 32.0 0.460 55.5 0.797 86.6 1.244

300 1.20 34.5 0.496 59.3 0.852 93.9 1.349

350 1.40 36.7 0.527 63.2 0.908 100.6 1.445

400 1.60 38.9 0.559 66.9 0.961 107.5 1.545

450 1.80 40.7 0.585 70.4 1.012 113.9 1.637

500 2.00 42.5 0.611 73.9 1.062 120.3 1.728

750 3.00 50.8 0.730 94.2 1.353 147.2 2.115

1000 4.01 63.9 0.918 110.1 1.582 168.2 2.417

1250 5.01 75.7 1.088 117.2 1.684 181.4 2.606

1500 6.01 84.9 1.220 125.5 1.803 186.8 2.684

1750 7.01 94.5 1.358 133.7 1.921 194.2 2.790

2000 8.01 104.7 1.504 139.5 2.004 201.3 2.892

2250 9.01 105.3 1.513 141.9 2.039 204.9 2.944

2500 10.02 106.8 1.535 144.1 2.070 206.9 2.973

2750 11.02 107.4 1.543 148.5 2.134 201.4 2.894

3000 12.02 105.4 1.514 145.3 2.088 198.9 2.858

3250 13.02 105.9 1.522 137.1 1.970 192.2 2.762

3500 14.02 102.0 1.466 133.6 1.920 190.3 2.734

3750 15.02 98.1 1.409 131.1 1.884 187.2 2.690

4000 16.03 93.8 1.348 128.2 1.842 183.6 2.638

ESFUERZOS MAXIMOS VS ESFUERZON NORMALES

Esfuerzo Normal 0.5 1 2

kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2

Máximo esfuerzo de corte 1.54 2.13 2.97

RESULTADOS DEL ENSAYO

Angulo de Fricción (grados) 43.13 Cohesión kg/cm2 1.1236


191

Tabla 72.

Datos, cálculos resultados de la etapa de deformación vertical vs deformación horizontal

DEFORMACIÓN TANGENCIAL VS DEFORMACIÓN VERTICAL

Deformación Tangencial

%

Esfuerzo normal de 0.5 kg/cm2 Esfuerzo normal de 1.0 kg/cm2


Deformación vertical (dial)

Deformación vertical





Pulg % Pulg % Pulg %

0.00 25.9 0.0000 34.8 0.0000 50.1 0.0000

0.10 26.4 0.0197 35.0 0.0079 50.8 0.0276

0.20 26.7 0.0315 35.4 0.0236 51.3 0.0472

0.30 26.8 0.0354 35.7 0.0354 51.9 0.0709

0.40 26.9 0.0394 35.8 0.0394 52.2 0.0827

0.60 26.8 0.0354 35.9 0.0433 52.9 0.1102

0.80 26.1 0.0079 35.8 0.0394 53.7 0.1417

1.00 25.5 -0.0157 35.5 0.0276 54.1 0.1575

1.20 24.4 -0.0591 35.0 0.0079 54.3 0.1654

1.40 23.2 -0.1063 34.8 0.0000 54.6 0.1772

1.60 22.1 -0.1496 34.0 -0.0315 54.7 0.1811

1.80 20.8 -0.2008 33.2 -0.0630 54.5 0.1732

2.00 19.4 -0.2559 32.5 -0.0906 54.3 0.1654

3.00 11.0 -0.5866 27.8 -0.2756 52.8 0.1063

4.01 3.3 -0.8898 21.0 -0.5433 48.2 -0.0748

5.01 -4.1 -1.1811 13.9 -0.8228 45.3 -0.1890

6.01 -10.0 -1.4134 7.5 -1.0748 40.2 -0.3898

7.01 -12.3 -1.5039 3.2 -1.2441 35.2 -0.5866

8.01 -12.6 -1.5157 0.3 -1.3583 32.3 -0.7008

9.01 -12.7 -1.5197 -1.5 -1.4291 28.0 -0.8701

10.02 -12.4 -1.5079 -2.2 -1.4567 25.8 -0.9567

11.02 -12.6 -1.5157 -2.9 -1.4843 24.6 -1.0047

12.02 -12.4 -1.5079 -3.2 -1.4961 23.7 -1.0394

13.02 -12.4 -1.5079 -3.2 -1.4961 24.0 -1.0276

14.02 -12.3 -1.5039 -3.2 -1.4961 24.8 -0.9961

15.02 -12.2 -1.5000 -3.2 -1.4961 25.8 -0.9567

16.03 -12.1 -1.4961 -3.2 -1.4961 27.1 -0.9055


192

Gráfica 8. Curva de esfuerzos vs deformación horizontal.


Gráfica 9. Envolvente de corte.


0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Esfu

erz

o d

e c

ort

e (

kg/c

m2)

Deformación Tangencial(%)

DEZORMACIÓN TANGENCIAL - ESFUERZO DE CORTE

Esfuerzo normal de 0.5 kg/cm2Esfuerzo normal de 1.0 kg/cm2Esfuerzo normal de 2.0 kg/cm2

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Esfu

erzo

de

Co

rte(

kg/c

m2 )

Esfuerzo Normal (kg/cm2)

Esfuerzo Normal - Esfuerzo de Corte

C

Ø = 43.13° C=1.1236 kg/cm2

193

A continuación, se muestran los resultados de los ensayos elaborados a algunas muestras

de toda la vía en estudio, donde se evidencia un alto Angulo de fricción. (Ver Tabla 73).

Tabla 73.

Resultados de ensayo de Corte Directo

ITEM

TRAMO

PROGRESIVA MUESTRA

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

DEL AL Angulo de

fricción (grados)

Cohesión kg/cm2)

1 115+100 115+150 115+110 43.13 1.12

2 115+150 115+250 115+180 21.8 0.104

3 115+250 115+350 115+300 27.8 0.067

4 115+350 115+400 115+380 24.5 0.084

5 116+050 116+150 116+070 37.1 1.06

6 116+150 116+290 116+210 27.3 3.1

7 116+290 116+310 116+300 25.4 0.058

8 116+460 116+510 116+470 30.7 0.008


6.2.3.7 Ensayo de caracterización petrográfica.

Este estudio se ha realizado con fines de corroborar que la muestra con el cual se está

tratando, pertenecen a cenizas volcánicas.

El informe de resultados se encuentra en el Anexo A, del cual se describen a continuación

algunas conclusiones importantes.

Las formas de las partículas son angulosas y subangulosas, dicha característica

explica el Angulo de fricción algo y su resistencia estructural calificada como regular y

buena.

La granularidad relativa del conjunto de partículas analizadas pertenece a una

distribución granular, el cual coincide con la clasificación SUCS de la ceniza volcánica.

El origen de las partículas proviene depósitos de rocas ígneas y metamórficas.

El origen del suelo es volcánico.

194

6.2.4 Clasificación por la metodología SUCS.

Se va a seguir tomando como ejemplo el primer tramo en estudio, en efecto, para clasificar

la ceniza volcánica se debe tener en cuenta los siguientes datos de acuerdo con la

granulometría de la ceniza volcánica correspondiente al tramo seleccionado.

% que pasa la Malla N°200: 6.5%

% que pasa el tamiz N°4: 96.3 %

Limite Liquido: 18.3 %

Limite Plástico: NP

Índice de Plasticidad: NP

Determinación si el suelo es un suelo de grano grueso o suelo de grano fino.

De los datos extraídos, se resuelve que el suelo pertenece a un Suelo de Grano Grueso

puesto que por la Malla N°200 pasa menos del 50% del material.

Determinación si el suelo es una grava o arena.

De los datos granulométricos, se concluye que el tipo de suelo asociado a la muestra en

estudio son arenas puesto que más del 50% de la muestra pasa por la Malla N°4.

Determinación si el suelo es una arena limpia o arena con finos.

De los datos extraídos de la granulometría, se concluye que es una arena limpia puesto

que menos del 5% de la muestra pasa por la Malla N°200.

Determinación si el suelo es una arena limpia bien gradada o mal gradada.

Para ello, se va a determinar el coeficiente de curvatura, (ver Ec. 35.0), y el coeficiente de

uniformidad, (ver Ec. 36.0).

𝐶𝑐 =(𝐷30)

2

𝐷10 × 𝐷60

𝐶𝑢 =𝐷60𝐷10

195

Para determinar el 𝐷60 𝐷30, 𝐷10, se hace uso de la tabla granulométrica, donde se busca, en

el la columna del % que pasa, los valores correspondientes que contienen a 60%, 30% y 10%,

tal como se observa en la Tabla 74.

Tabla 74.

Identificación de D60, D30 y D10 en la tabla granulométrica del tramo en estudio

TAMIZ ABERTURA

(mm) PESO

RETENIDO

% RETENIDO PARCIAL

% RETENIDO ACUMULADO

% QUE PASA

3/8'' 9.500 0.0 0.0 100.0

N°4 4.750 22.8 3.7 3.7 96.3

N°10 2.000 86.1 14.1 17.8 82.2

𝑑60 60

N°20 0.840 146.8 24.0 41.9 58.1

N°30 0.600 96.7 15.8 57.7 42.3

𝑑30 30

N°40 0.425 98.1 16.1 73.7 26.3

N°50 0.300 71.6 11.7 85.5 14.5

𝑑10 10

N°80 0.177 38.5 6.3 91.8 8.2

N°100 0.150 4.2 0.7 92.5 7.5

N°200 0.075 7.5 1.2 93.7 6.3

< N°200 FONDO 38.6 6.3 100.0 0.0


A continuación, se determina el diámetro de abertura correspondiente a cada porcentaje

de material solicitado; en efecto, se plantea las siguientes relaciones para interpolar.

- Interpolación para determinar el 𝑑60

2.0 − 82.2

𝑑60 − 60

0.84 − 58.1

𝑑60 − 2.0

60 − 82.2=0.84 − 2.0

58.1 − 82.2

𝑑60 = 0.93145

196


0.59 − 42.3

𝑑30 − 30

0.42 − 26.3

𝑑30 −0.59

30 − 42.3=0.42 − 0.59

26.3 − 42.3

𝑑30 = 0.459313


0.297 − 14.5

𝑑10 − 10

0.177 − 8.2

𝑑10 −0.29710−14.5

=0.177−0.2978.2− 14.5

𝑑10 = 0.2112857

Reemplazando en las ecuaciones, se tiene:

𝐶𝑐 =0.4593132

0.2112857 × 0.93145= 1.07

𝐶𝑢 =0.93145

0.2112857= 4.41

De los coeficientes calculados, se resuelve que 𝐶𝑐 está entre 1 y 3, por otro lado, el 𝐶𝑢 es

menor que 6, por ende, no califica como una arena limpia bien gradada.

Verificación de la clasificación con la Figura 75 sugerida por la ASTM – 2487- 69.

197

Figura 75. Clasificación SUCS usando la tabla sugerida por la ASTM – 2487 – 69.

Fuente: Elaboración propia utilizando la tabla sugerida por la ASTM 2487 – 69

El material es una arena mal gradada con pocos finos SP.

6.2.5 Clasificación por la metodología AASHTO.

Para clasificar mediante esta metodología se requiere conocer los siguientes datos de la tabla

granulométrica. Así mismo, hacer uso de la Tabla 75 para poder determinar el subgrupo al

cual pertenece la muestra.

% que pasa la Malla N°200: 6.5 %



Limite Liquido: 18.3 %

Limite Plástico: NP

Índice de Plasticidad: NP

Con el porcentaje que pasa la Malla N°200, se concluye que el suelo es granular puesto que,

del material total, menos de un 35% pasa por el mencionado tamiz.

198

Teniendo en cuenta el porcentaje que pasa en las mallas N°10, N°40 y N°200, se resuelve

que el subgrupo al cual pertenece el material granular es un A-1b.

Tabla 75.

Clasificación de la muestra por la metodología AASHTO.

Clasificación General

Suelos Granulares (≤35% pasa N° 200) Suelos finos (>35% pasa N°200)

Grupo A - 1 A - 3 A - 2 A - 4 A - 5 A - 6 A - 7

Sub - Grupo A - 1a A - 1b A - 2 - 4 A - 2 - 5 A - 2 -6*

A - 2 - 7*

A - 7 - 5** A

- 7 - 6**

Análisis Granulométrico % que pasa por el

tamiz

N° 10 ≤ 50

N° 40 ≤ 30 ≤ 50 ≥ 51

N° 200 ≤ 15 ≤ 25 ≤ 10 ≤ 35 ≤ 35 ≤ 35 ≤ 35 ≥ 36 ≥ 36 ≥ 36 ≥ 36

Características de la Fracción que

pasa N° 40

Límite Liquido ≤ 40 ≥ 41 ≤ 40 ≥ 41 ≤ 40 ≥ 41 ≤ 40 ≥ 41

Índice de Plasticidad

≤ 6 NP ≤ 10 ≤ 10 ≥ 11 ≥ 11 ≤ 10 ≤ 10 ≥ 11 ≥ 11

Índice de Grupo 0 0 0 0 ≤ 4 ≤ 8 ≤ 12 ≤ 16 ≤ 20

Fragmentos de piedra,

grava y arena

Arenas finas

Gravas y arenas limosas o arcillosas Suelos

Limosos Suelos arcillosos

Valoración General del suelo

Excelente Excelente Excelente a bueno Regular a malo

** A - 7 - 5: IP ≤(WL - 30) ** A - 7 - 6: IP >(WL - 30)

Si el suelo es NP -> IG = 0 ; Si el IG <0 -> IGT = 0


6.2.6 Criterios de calidad para evaluar el terreno de fundación.

6.2.6.1 Criterios de calidad de suelos – SUCS.

Tomando como ejemplo la clasificación SUCS de la primera muestra correspondiente a la

progresiva km 115 +100 al km 115+110, se ha efectuado la evaluación usando el sistema de

clasificación de un suelo (ver Figura 30.), para determinar si este es apto para ser usado como

subrasante

La muestra en evaluación posee una clasificación SUCS de SP – SM. De acuerdo con el

sistema de clasificación de (Crespo, 2004), el suelo es semipermeable, de resistencia al

199

cortante alto y p posee una manejabilidad de buena a correcta. Por ende, el primer criterio

evalúa al material como apto.

A continuación, se muestran los resultados para todos los tramos en estudio. (Ver Tabla 76,

Tabla 77, Tabla 78 y Tabla 79).

Tabla 76.

Criterio de evaluación de calidad de suelos – SUCS (km 115+100 – km 128+200)

ITEM

TRAMO CLASIFICACIÓN

SUCS Criterio de Calidad SUCS

Evaluación

DEL AL SUCS Permeabilidad Resistencia al cortante

Manejabilidad

1 115+100 115+150 SP-SM Semipermeable

a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto

6 116+150 116+290 SP Semipermeable

a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto

11 119+340 119+373 SW-SM Semipermeable

a permeable muy alta Muy buena Apto

12 126+420 126+460 SM Semipermeable

a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto

14 127+960 128+060 ML Impermeable Media a

baja Correcta a muy pobre

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


200

Tabla 77.


ITEM



Evaluación


Manejabilidad


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto



Apto



Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto



Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


201

Tabla 78.


ITEM



Evaluación


Manejabilidad



Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto



Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto



Apto



Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto

40 146+180 146+230 SC Impermeable Alta a media

De buena a correcta

Apto

41 146+270 146+380 OH Muy

impermeable Baja Muy pobre

No apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


202

Tabla 79.


ITEM



Evaluación


Manejabilidad


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto

47 148+000 148+120 SW-SM Semipermeable

a permeable Alta Muy buena Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


a permeable Alta

De buena a correcta

Apto


6.2.6.2 Criterios de calidad de suelos – AASHTO.

La clasificación AASHTO de la muestra correspondiente a la primera progresiva, viene a ser

A-1-B (0), que de acuerdo con la Tabla 15 , este tiene una calificación de excelente para ser

usado como material de relleno.

A continuación, se muestra los resultados para los demás tramos en estudio. Ver, Tabla 80,

Tabla 81 y Tabla 82. Cabe mencionar que este criterio no está evaluando las características

de inestabilidad del material geotécnico.

203

Tabla 80.

Criterio de evaluación de calidad de suelos – AASHTO (km 115+100 – km 139+250)

ITEM


AASHTO Evaluación

DEL AL

1 115+100 115+150 A-1-b (0) Excelente

2 115+150 115+250 A-1-b (0) Excelente

3 115+250 115+350 A-1-b (0) Excelente

4 115+350 115+400 A-1-b (0) Excelente

5 116+050 116+150 A-1-b (0) Excelente

6 116+150 116+290 A-1-b (0) Excelente

7 116+290 116+310 A-1-b (0) Excelente

8 116+460 116+510 A-1-b (0) Excelente

9 118+675 118+700 A-1-b (0) Excelente

10 118+910 118+935 A-1-b (0) Excelente

11 119+340 119+373 A-1-b (0) Excelente

12 126+420 126+460 A-2-4 (0) Excelente a bueno

13 127+340 127+400 A-1-b (0) Excelente

14 127+960 128+060 A-4 (8) Regular a malo

15 128+060 128+200 A-1-b (0) Excelente

16 129+015 129+050 A-4 (1) Regular a malo

17 129+470 129+540 A-4 (1) Regular a malo




21 133+040 133+137 A-4 (1) Regular a malo

22 139+000 139+150 A-4 (4) Regular a malo

23 139+150 139+250 A-4 (8) Regular a malo


204

Tabla 81.


ITEM TRAMO

CLASIFICACIÓN AASHTO

Evaluación

DEL AL

24 139+470 139+530 A-4 (1) Regular a malo

25 140+000 140+060 A-1-b (0) Excelente

26 140+060 140+150 A-1-b (0) Excelente

27 140+520 140+600 A-4 (6) Regular a malo


29 141+250 141+375 A-4 (1) Regular a malo

30 141+375 141+500 A-4 (1) Regular a malo

31 141+500 141+650 A-4 (6) Regular a malo

32 141+650 141+750 A-4 (1) Regular a malo

33 141+870 141+970 A-4 (5) Regular a malo

34 142+980 143+200 A-4 (3) Regular a malo

35 143+200 143+400 A-4 (8) Regular a malo

36 143+400 143+600 A-4 (8) Regular a malo


38 145+120 145+170 A-4 (1) Regular a malo

39 145+880 146+150 A-4 (1) Regular a malo

40 146+180 146+230 A-4 (1) Regular a malo

41 146+270 146+380 A-7-5 (15) Regular a malo

42 146+380 146+500 A-4 (1) Regular a malo


44 147+510 147+570 A-1-b (0) Excelente


205

Tabla 82.


ITEM


AASHTO Evaluación

DEL AL

45 147+660 147+750 A-5 (3) Regular a malo


47 148+000 148+120 A-1-b (0) Excelente

48 148+300 148+400 A-4 (1) Regular a malo

49 149+120 149+300 A-4 (1) Regular a malo

50 149+390 149+500 A-1-b (0) Excelente

51 149+670 149+750 A-4 (1) Regular a malo

52 150+000 150+130 A-4 (1) Regular a malo

53 150+360 150+430 A-4 (1) Regular a malo


6.2.6.3 Criterio de resistencia estructural de suelos – CBR.

Usando la Tabla 14, se ha clasificado la resistencia estructural de la primera muestra

correspondiente a la vía en estudio.

Los resultados del ensayo CBR elaborados para la muestra mencionada, son; al 100% MDS,

al 95% MDS y a la densidad natural, 9.1%, 7.5% y 4.8% respectivamente.

Debido a que se está tratando con suelos altamente inestables, se ha considerado trabajar

con los valore de CBR a la densidad natural.

206

Un valor de CBR DE 4.8% está calificado como subrasante pobre. De acuerdo con el manual

de carreteras, suelos, geología, geotecnia y pavimentos, los suelos que presenten un CBR

menor a 6%, son inadecuados para ser usados como material de relleno.

A continuación, se muestran los resultados para cada muestra. (Ver Tabla 83, Tabla 84 y

Tabla 85).

Tabla 83.

Criterio de Resistencia Estructural de suelos – CBR (km 115+100 – km 131+550)

ITEM

TRAMO CBR

Evaluación


(%)

95% M D S

(%)

100% M D S

(%)

1 115+100 115+150 4.8 7.5 9.1 Subrasante pobre









10 118+910 118+935 9.4 14.2 17.5 Subrasante Regular




14 127+960 128+060 1.4 3.6 4.7 Subrasante Inadecuada







207

Tabla 84.


ITEM

TRAMO CBR

Evaluación


(%)

95% M D S

(%)

100% M D S

(%)


21 133+040 133+137 11.5 19.4 22.7 Subrasante Buena

22 139+000 139+150 2.6 6.6 8.2 Subrasante inadecuada



















208

Tabla 85.


ITEM

TRAMO CBR

Evaluación


(%)

95% M D S

(%)

100% M D S

(%)
















209

6.2.6.4 Criterio de verificación de contenido de humedad y

compactación.

La humedad natural de la primera muestra en análisis viene a ser de 13%; por otro lado, el

óptimo contenido de humedad es de 21%. De esta comparación, se puede afirmar que, en

campo, mediante la aplicación de energía de densificación, este material si va a alcanzar su

densidad requerida.

Para las muestras donde, el óptimo contenido de humedad es menor a la humedad natural,

es claro que, en campo, este material no va a poder alcanzar la densidad requerida por que

presenta un exceso de humedad, por ende, estos suelos no están calificados para ser parte

de un terreno de fundación vial.

A continuación, se muestran los resultados para todos los tramos en estudio. Ver Tabla 86,

Tabla 87 y Tabla 88.

Tabla 86.

Criterio de verificación de contenido de humedad y compactación – H.N y O.C.H (km 115+100 – km 118+935)

ITEM

TRAMO

HUMEDAD NATURAL

(%)

PROCTOR MODIFICADO

EVALUACIÓN

DEL AL M.D.S

(gr/cm3) O. C. H

(%)

1 115+100 115+150 13.00 1.148 21.0 No Saturado

2 115+150 115+250 14.00 1.400 19.2 No Saturado

3 115+250 115+350 12.00 1.068 21.3 No Saturado

4 115+350 115+400 13.80 1.312 22.0 No Saturado

5 116+050 116+150 10.50 1.155 20.6 No Saturado

6 116+150 116+290 12.00 1.389 21.1 No Saturado

7 116+290 116+310 13.90 1.302 23.0 No Saturado

8 116+460 116+510 5.10 1.257 14.5 No Saturado

9 118+675 118+700 9.3 1.1782 19.1 No Saturado

10 118+910 118+935 14.00 1.393 12.4 No Saturado


210

Tabla 87.


ITEM

TRAMO HUMEDAD NATURAL

(%)

PROCTOR MODIFICADO

EVALUACIÓN

DEL AL M.D.S

(gr/cm3) O. C. H

(%)

11 119+340 119+373 13.00 1.282 14.3 No Saturado

12 126+420 126+460 11.00 1.268 23.3 No Saturado

13 127+340 127+400 14.00 1.501 14.1 No Saturado

14 127+960 128+060 28.30 1.434 11.7 Saturado

15 128+060 128+200 13.50 1.133 33.4 No saturado

16 129+015 129+050 16.00 1.438 18.1 No saturado

17 129+470 129+540 12.00 1.508 18.2 No saturado

18 130+100 130+400 13.30 1.557 14.7 No saturado

19 131+490 131+550 14.50 1.500 16.8 No saturado

20 131+910 132+053 13.60 1.662 17.4 No saturado

21 133+040 133+137 20.20 1.521 16.6 Saturado

22 139+000 139+150 12.90 1.218 18.2 No saturado

23 139+150 139+250 15.00 1.769 16.5 No saturado

24 139+470 139+530 16.20 1.515 18.1 No saturado

25 140+000 140+060 17.30 1.317 20.4 No saturado

26 140+060 140+150 16.40 1.522 19.3 No saturado

27 140+520 140+600 18.10 1.386 20.6 No saturado

28 141+140 141+250 17.10 1.421 18.4 No saturado

29 141+250 141+375 16.70 1.374 19.4 No saturado

30 141+375 141+500 18.30 1.138 29.2 No saturado


211

Tabla 88.


ITEM

TRAMO HUMEDAD NATURAL

(%)

PROCTOR MODIFICADO

EVALUACIÓN

DEL AL M.D.S

(gr/cm3) O. C. H

(%)

31 141+500 141+650 15.50 1.323 18.7 No saturado

32 141+650 141+750 18.50 1.395 23.6 No saturado

33 141+870 141+970 14.50 1.392 18.1 No saturado

34 142+980 143+200 16.40 1.517 21.5 No saturado

35 143+200 143+400 24.40 1.472 23.3 Saturado

36 143+400 143+600 25.20 1.203 23.4 Saturado

37 144+360 144+500 16.80 1.307 30.2 No saturado

38 145+120 145+170 13.60 1.833 11.8 Saturado

39 145+880 146+150 15.70 1.666 18.7 No saturado

40 146+180 146+230 12.90 1.793 13.9 No saturado

41 146+270 146+380 15.30 1.511 26.5 No saturado

42 146+380 146+500 16.10 1.729 17.9 No saturado

43 146+680 146+730 7.60 1.510 12.8 No saturado

44 147+510 147+570 12.60 1.629 13.8 No saturado

45 147+660 147+750 13.20 1.342 30.9 No saturado

46 147+870 148+000 34.70 1.300 34.7 No saturado

47 148+000 148+120 13.40 1.940 10.8 Saturado

48 148+300 148+400 17.10 1.676 18.4 No saturado

49 149+120 149+300 19.00 1.759 20.8 No saturado

50 149+390 149+500 15.10 1.651 19.2 No saturado

51 149+670 149+750 17.80 1.781 15.7 Saturado

52 150+000 150+130 15.00 1.764 16.0 No saturado

53 150+360 150+430 17.30 1.670 20.6 No saturado


212

6.2.6.5 Criterio de verificación de compresión de suelos.

Para este criterio, se tomó el resultado de ensayo de limite líquido de la primera muestra en

estudio el cual es de 18 %. Así mismo, usando la ecuación 37.0 se determinó el índice de

compresión, dicho procedimiento se muestra a continuación.

𝐶𝑐 = 0.009 × (𝑙𝑙 − 10)

𝐶𝑐 = 0.009 × (18 − 10)

𝐶𝑐 = 0.072

Usando la Tabla 18, se ha clasificado el índice de compresión calculado, el cual presenta un

bajo grado de compresión.

A continuación, se muestran los resultados para los demás tramos en estudio. Ver

Tabla 89, Tabla 90 y Tabla 91.

Tabla 89.

Criterio de verificación de compresión de suelos – Índice de compresión (km 115+100 – km 119+373)

ITEM

TRAMO CONSTANTES

FÍSICAS CRITERIO DE COMPRESIÓN DE SUELOS

DEL AL Límite Líquido

(%) Índice de Compresión

Cc Condición

1 115+100 115+150 18 0.072 Baja

2 115+150 115+250 22 0.108 Baja

3 115+250 115+350 21 0.099 Baja

4 115+350 115+400 21 0.099 Baja

5 116+050 116+150 21 0.099 Baja

6 116+150 116+290 24 0.126 Baja

7 116+290 116+310 23 0.117 Baja

8 116+460 116+510 23 0.117 Baja

9 118+675 118+700 22 0.108 Baja

10 118+910 118+935 25 0.135 Baja

11 119+340 119+373 24 0.126 Baja


213

Tabla 90.


ITEM

TRAMO CONSTANTES

FÍSICAS CRITERIO DE COMPRESIÓN DE SUELOS



Cc Condición

12 126+420 126+460 18 0.072 Baja

13 127+340 127+400 26 0.144 Baja

14 127+960 128+060 22 0.108 Baja

15 128+060 128+200 23 0.117 Baja

16 129+015 129+050 19 0.081 Baja

17 129+470 129+540 18 0.072 Baja

18 130+100 130+400 22 0.108 Baja

19 131+490 131+550 24 0.126 Baja

20 131+910 132+053 29 0.171 Baja

21 133+040 133+137 24 0.126 Baja

22 139+000 139+150 21 0.099 Baja

23 139+150 139+250 30 0.180 Baja

24 139+470 139+530 22 0.108 Baja

25 140+000 140+060 20 0.090 Baja

26 140+060 140+150 21 0.099 Baja

27 140+520 140+600 26 0.144 Baja

28 141+140 141+250 20 0.090 Baja

29 141+250 141+375 22 0.108 Baja

30 141+375 141+500 21 0.099 Baja

31 141+500 141+650 25 0.135 Baja


214

Tabla 91.


ITEM

TRAMO CONSTANTE

S FÍSICAS

CRITERIO DE COMPRESIÓN DE SUELOS



Cc Condición

32 141+650 141+750 22 0.108 Baja

33 141+870 141+970 24 0.126 Baja

34 142+980 143+200 19 0.081 Baja

35 143+200 143+400 21 0.099 Baja

36 143+400 143+600 26 0.144 Baja

37 144+360 144+500 45 0.315 Media

38 145+120 145+170 21 0.099 Baja

39 145+880 146+150 23 0.117 Baja

40 146+180 146+230 25 0.135 Baja

41 146+270 146+380 54 0.396 Alta

42 146+380 146+500 29 0.171 Baja

43 146+680 146+730 23 0.117 Baja

44 147+510 147+570 24 0.126 Baja

45 147+660 147+750 51 0.369 Media

46 147+870 148+000 47 0.333 Media

47 148+000 148+120 23 0.117 Baja

48 148+300 148+400 29 0.171 Baja

49 149+120 149+300 38 0.252 Media

50 149+390 149+500 26 0.144 Baja

51 149+670 149+750 23 0.117 Baja

52 150+000 150+130 18 0.072 Baja

53 150+360 150+430 22 0.108 Baja


215

6.2.6.6 Criterio de verificación del potencial de expansión.

Para este criterio, se tomó el resultado del Índice de plasticidad de la primera muestra en

estudio. Dicho valor es NP, es decir, no presenta. Numéricamente, este valor viene a ser cero.

De acuerdo con la Tabla 19, este valor posee una clasificación de potencial de expansión

bajo, puesto que es menor de 25.

A continuación, se muestra los resultados para los tramos en estudio. (Ver Tabla 92, Tabla

93 y Tabla 94).

Tabla 92.

Criterio de verificación de potencial de expansión de suelos – (km 115+100 – km 130+400)

ITEM

TRAMO CONSTANTE FÍSICA

CLASIFICACIÓN

DEL AL Índice de Plasticidad

(%)

1 115+100 115+150 NP Bajo

2 115+150 115+250 NP Bajo

3 115+250 115+350 NP Bajo

4 115+350 115+400 NP Bajo

5 116+050 116+150 NP Bajo

6 116+150 116+290 NP Bajo

7 116+290 116+310 NP Bajo

8 116+460 116+510 NP Bajo

9 116+675 116+700 NP Bajo

10 118+910 118+935 NP Bajo

11 119+340 119+373 NP Bajo

12 126+420 126+460 NP Bajo

13 127+340 127+400 NP Bajo

14 127+960 128+060 NP Bajo

15 128+060 128+200 NP Bajo

16 129+015 129+050 NP Bajo

17 129+470 129+540 NP Bajo

18 130+100 130+400 NP Bajo


216

Tabla 93.


ITEM


CLASIFICACIÓN


(%)

19 131+490 131+550 NP Bajo

20 131+910 132+053 NP Bajo

21 133+040 133+137 NP Bajo

22 139+000 139+150 NP Bajo

23 139+150 139+250 NP Bajo

24 139+470 139+530 NP Bajo

25 140+000 140+060 NP Bajo

26 140+060 140+150 NP Bajo

27 140+520 140+600 NP Bajo

28 141+140 141+250 NP Bajo

29 141+250 141+375 NP Bajo

30 141+375 141+500 NP Bajo

31 141+500 141+650 NP Bajo

32 141+650 141+750 NP Bajo

33 141+870 141+970 NP Bajo

34 142+980 143+200 NP Bajo

35 143+200 143+400 NP Bajo

36 143+400 143+600 NP Bajo

37 144+360 144+500 12 Bajo

38 145+120 145+170 NP Bajo

39 145+880 146+150 NP Bajo

40 146+180 146+230 7 Bajo

41 146+270 146+380 15 Bajo

42 146+380 146+500 5 Bajo

43 146+680 146+730 NP Bajo


217

Tabla 94.


ITEM


CLASIFICACIÓN


(%)

44 147+510 147+570 NP Bajo

45 147+660 147+750 NP Bajo

46 147+870 148+000 13 Bajo

47 148+000 148+120 NP Bajo

48 148+300 148+400 6 Bajo

49 149+120 149+300 8 Bajo

50 149+390 149+500 NP Bajo

51 149+670 149+750 NP Bajo

52 150+000 150+130 NP Bajo

53 150+360 150+430 NP Bajo


6.2.6.7 Criterios de verificación del Índice de consistencia.

De acuerdo con la ecuación 38, se requiere del límite líquido, índice de plasticidad, y la

humedad natural, para determinar el índice de consistencia. La primera muestra en estudio

presenta un L.L igual a 18%, un LP igual a NP, Un I.P igual a NP, H.N igual a 15.5%.

Evaluando los datos en la ecuación mencionada, se concluye que, para este suelo, no es

posible determinar su consistencia relativa. Lo cual corrobora el hecho de que las cenizas

volcánicas posee un cementante que permite mantener unidos a las partículas de este suelo,

sin embargo, al contacto con el agua, este pierde estabilidad.

A continuación, se muestran los resultados para los demás tramos en estudio, (Ver Tabla 95,

Tabla 96 y Tabla 97).

218

Tabla 95.

Criterio de verificación de consistencia del suelo– (km 115+100 – km 129+050)

ITEM

TRAMO CONTANTES FÍSICAS

HUMEDAD NATURAL

CRITERIO DE INDICE DE CONSISTENCIA

DEL AL LL (%)

LP (%)

IP (%) Consistencia

Relativa Estado de

consistencia

1 115+100 115+150 18 NP NP 13.00 NP NP

2 115+150 115+250 22 NP NP 14.00 NP NP

3 115+250 115+350 21 NP NP 12.00 NP NP

4 115+350 115+400 21 NP NP 13.80 NP NP

5 116+050 116+150 21 NP NP 10.50 NP NP

6 116+150 116+290 24 NP NP 12.00 NP NP

7 116+290 116+310 23 NP NP 13.90 NP NP

8 116+460 116+510 23 NP NP 5.10 NP NP

9 118+675 118+700 22 NP NP 9.3 NP NP

10 118+910 118+935 25 NP NP 14.00 NP NP

11 119+340 119+373 24 NP NP 13.00 NP NP

12 126+420 126+460 18 NP NP 11.00 NP NP

13 127+340 127+400 26 NP NP 14.00 NP NP

14 127+960 128+060 22 NP NP 28.30 NP NP

15 128+060 128+200 23 NP NP 13.50 NP NP

16 129+015 129+050 19 NP NP 16.00 NP NP


219

Tabla 96.


ITEM


HUMEDAD NATURAL


DEL AL LL (%)

LP (%)

IP (%)

Consistencia Relativa

Estado de consistencia

17 129+470 129+540 18 NP NP 12.00 NP NP

18 130+100 130+400 22 NP NP 13.30 NP NP

19 131+490 131+550 24 NP NP 14.50 NP NP

20 131+910 132+053 29 NP NP 13.60 NP NP

21 133+040 133+137 24 NP NP 20.20 NP NP

22 139+000 139+150 21 NP NP 12.90 NP NP

23 139+150 139+250 30 NP NP 15.00 NP NP

24 139+470 139+530 22 NP NP 16.20 NP NP

25 140+000 140+060 20 NP NP 17.30 NP NP

26 140+060 140+150 21 NP NP 16.40 NP NP

27 140+520 140+600 26 NP NP 18.10 NP NP

28 141+140 141+250 20 NP NP 17.10 NP NP

29 141+250 141+375 22 NP NP 16.70 NP NP

30 141+375 141+500 21 NP NP 18.30 NP NP

31 141+500 141+650 25 NP NP 15.50 NP NP

32 141+650 141+750 22 NP NP 18.50 NP NP

33 141+870 141+970 24 NP NP 14.50 NP NP

34 142+980 143+200 19 NP NP 16.40 NP NP


220

Tabla 97.


ITEM


HUMEDAD NATURAL


DEL AL LL (%)

LP (%)

IP (%)

Consistencia Relativa

Estado de consistencia

35 143+200 143+400 21 NP NP 24.40 NP NP

36 143+400 143+600 26 NP NP 25.20 NP NP

37 144+360 144+500 45 33 12 16.80 NP NP

38 145+120 145+170 21 NP NP 13.60 NP NP

39 145+880 146+150 23 NP NP 15.70 NP NP

40 146+180 146+230 25 18 7 12.90 NP NP

41 146+270 146+380 54 39 15 15.30 NP NP

42 146+380 146+500 29 24 5 16.10 NP NP

43 146+680 146+730 23 NP NP 7.60 NP NP

44 147+510 147+570 24 NP NP 12.60 NP NP

45 147+660 147+750 51 NP NP 13.20 NP NP

46 147+870 148+000 47 34 13 34.70 NP NP

47 148+000 148+120 23 NP NP 13.40 NP NP

48 148+300 148+400 29 23 6 17.10 NP NP

49 149+120 149+300 38 30 8 19.00 NP NP

50 149+390 149+500 26 NP NP 15.10 NP NP

51 149+670 149+750 23 NP NP 17.80 NP NP

52 150+000 150+130 18 NP NP 15.00 NP NP

53 150+360 150+430 22 NP NP 17.30 NP NP


221

6.2.6.8 Criterio de verificación de la durabilidad de suelos: Porcentaje

de materia orgánica.

El contenido de materia orgánica de la primera muestra en estudio es de 3.26%. De acuerdo

con el manual de carreteras, suelos, geología, geotecnia y pavimentos, si el resultado

sobrepasa el 1%, el material en evaluación no pude ser usado como terreno de fundación.

A continuación, se muestran los resultados por las demás muestras, (Tabla 98, Tabla 99 y

Tabla 100).

Tabla 98.

Criterio de durabilidad de suelos - C.M.O (km 115+100 – km 133+137)

ITEM

TRAMO CRITERIO DE DURABILIDA DE SUELOS

DEL AL Contenido de materia

orgánica (%)

Evaluación

1 115+100 115+150 3.86 Exceso

2 115+150 115+250 3.86 Exceso

3 115+250 115+350 0.00 Normal

4 115+350 115+400 0.00 Normal

5 116+050 116+150 0.00 Normal

6 116+150 116+290 0.00 Normal

7 116+290 116+310 0.00 Normal

8 116+460 116+510 0.00 Normal

9 118+675 118+700 0.0 Normal

10 118+910 118+935 0.00 Normal

11 119+340 119+373 0.00 Normal

12 126+420 126+460 0.00 Normal

13 127+340 127+400 0.00 Normal

14 127+960 128+060 0.00 Normal

15 128+060 128+200 0.00 Normal

16 129+015 129+050 0.00 Normal

17 129+470 129+540 0.00 Normal

18 130+100 130+400 0.00 Normal

19 131+490 131+550 0.00 Normal

20 131+910 132+053 0.00 Normal

21 133+040 133+137 0.00 Normal


222

Tabla 99.


ITEM

TRAMO CRITERIO DE DURABILIDA DE SUELOS

DEL AL Contenido de

materia orgánica (%)

Evaluación

22 139+000 139+150 0.0 Baja

23 139+150 139+250 0.00 Baja

24 139+470 139+530 0.00 Baja

25 140+000 140+060 0.00 Baja

26 140+060 140+150 0.0 Baja

27 140+520 140+600 0.00 Baja

28 141+140 141+250 0.00 Baja

29 141+250 141+375 0.00 Baja

30 141+375 141+500 0.0 Baja

31 141+500 141+650 0.00 Baja

32 141+650 141+750 0.00 Baja

33 141+870 141+970 0.00 Baja

34 142+980 143+200 0.0 Baja

35 143+200 143+400 0.00 Baja

36 143+400 143+600 0.00 Baja

37 144+360 144+500 0.00 Media

38 145+120 145+170 0.0 Baja

39 145+880 146+150 0.00 Baja

40 146+180 146+230 0.00 Baja

41 146+270 146+380 0.00 Alta

42 146+380 146+500 0.0 Baja

43 146+680 146+730 0.00 Baja

44 147+510 147+570 0.00 Baja


223

Tabla 100.


ITEM

TRAMO CRITERIO DE DURABILIDA DE

SUELOS

DEL AL Contenido de

materia orgánica (%)

Evaluación

45 147+660 147+750 0.00 Media

46 147+870 148+000 0.0 Media

47 148+000 148+120 0.00 Baja

48 148+300 148+400 0.00 Baja

49 149+120 149+300 0.00 Media

50 149+390 149+500 0.0 Baja

51 149+670 149+750 0.00 Baja

52 150+000 150+130 0.00 Baja

53 150+360 150+430 0.00 Baja


6.2.6.9 Análisis integral de los criterios geotécnicos

Finalmente, para determinar la calidad de cada subtramo conformado por cenizas volcánicas,

se va a verificar los resultados de los 8 criterios desde una vista integral. Por ende, la Tabla

101, Tabla 102, Tabla 103 y la Tabla 104 muestran los resultados de cada criterio y su

calificación como adecuado o no, para ser usado como terreno de fundación vial. Cabe

mencionar que basta con que un criterio no cumpla como para que se descarte el material en

evaluación.

224

Tabla 101.

Vista general de los criterios para evaluar las muestras – km 115+100 – km 127+400

ITEM

TRAMO Primer Criterio

Segundo Criterio

Tercer Criterio

Cuarto Criterio Quinto Criterio Sexto

Criterio Séptimo Criterio

Octavo Criterio EVALUACIÓN

FINAL

DEL AL Calidad de

suelos - SUCS

Calidad de suelos -

AASHTO

Resistencia Estructural

Criterio de Humedad y

compactación

Compresibilidad de suelos

Potencial de expansión

Índice de Consistencia

Materia orgánica

1 115+100 115+150 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

2 115+150 115+250 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

3 115+250 115+350 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

4 115+350 115+400 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

5 116+050 116+150 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

6 116+150 116+290 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

7 116+290 116+310 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

8 116+460 116+510 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

9 118+675 118+700 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

10 118+910 118+935 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

11 119+340 119+373 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

12 126+420 126+460 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

13 127+340 127+400 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple


225

Tabla 102.


ITEM


Segundo Criterio

Tercer Criterio Cuarto Criterio Quinto Criterio Sexto



FINAL DEL AL

Calidad de suelos - SUCS

Calidad de suelos -

AASHTO



compactación




Materia orgánica

14 127+960 128+060 ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

15 128+060 128+200 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

16 129+015 129+050 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

17 129+470 129+540 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

18 130+100 130+400 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

19 131+490 131+550 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

20 131+910 132+053 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

21 133+040 133+137 ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

22 139+000 139+150 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

23 139+150 139+250 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

24 139+470 139+530 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

25 140+000 140+060 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

26 140+060 140+150 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple


226

Tabla 103.


ITEM


Segundo Criterio

Tercer Criterio




FINAL DEL AL


Calidad de suelos -

AASHTO



compactación




Materia orgánica

27 140+520 140+600 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

28 141+140 141+250 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

29 141+250 141+375 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

30 141+375 141+500 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

31 141+500 141+650 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

32 141+650 141+750 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

33 141+870 141+970 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

34 142+980 143+200 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

35 143+200 143+400 ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

36 143+400 143+600 ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

37 144+360 144+500 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

38 145+120 145+170 ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

39 145+880 146+150 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple


227

Tabla 104.


ITEM


Segundo Criterio

Tercer Criterio




FINAL DEL AL


Calidad de suelos -

AASHTO



compactación




Materia orgánica

40 146+180 146+230 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

41 146+270 146+380 ✓ ✓ No cumple

42 146+380 146+500 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

43 146+680 146+730 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

44 147+510 147+570 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

45 147+660 147+750 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

46 147+870 148+000 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

47 148+000 148+120 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

48 148+300 148+400 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

49 149+120 149+300 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

50 149+390 149+500 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

51 149+670 149+750 ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

52 150+000 150+130 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple

53 150+360 150+430 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ No cumple


228

6.2.7 Evaluación económica.

Como parte del cumplimiento de los objetivos establecidos para este trabajo de investigación,

se va ha efectuado el análisis económico de las dos metodologías existentes para determinar

la profundidad de mejoramiento para una estabilización por sustitución de suelos.

Para tal fin, se ha elaborado de manera específica el análisis de precios unitarios para la

partida de movimiento de tierras y conformación de las plataformas, así como también se ha

efectuado el metrado para cada partida, para finalmente elaborar el presupuesto para ambas

metodologías mencionadas líneas arriba.

6.2.7.1 Análisis de precios unitarios.

Para elaborar el APU se ha tenido en cuenta los recursos de mano de obra y equipos-, así

como también las respectivas subpartidas de conformación de mejoramiento de suelos y

cortes para mejoramiento.

La tabla Tabla 105 y Tabla 106 muestran los análisis de precios unitarios mencionados.

229

Tabla 105.

APU para mejoramiento de suelos con material de cantera

Partida 205.A MEJORAMIENTO DE SUELOS CON MATERIAL DE CANTERA

Rendimiento m3/DIA MO. 1,020.00 EQ. 1,020.00 Costo Unitario Directo por: m3 10.41

Código Descripción recurso Unidad Cuadrilla Cantidad Precio S/. Parcial S/.

Mano de Obra 101010002 CAPATAZ hh 1 0.0078 24.36 0.19

101010005 PEON hh 3 0.0235 14.00 0.33

0.52

Equipos 10420060227 MOTONIVELADORA de 145 - 150 HP hm 1 0.0078431 208.18 1.62

10420060229 RODILLO VIB. LISO AUTOPROPULSADO 101 - 135 HP 10 - 12 ton hm 1 0.0078431 146.08 1.14

10420060231 TRACTOR DE ORUGAS DE 190 - 240 HP hm 0.5 0.0039216 289.79 1.13

301010006 HERRAMIENTAS MANUALES % mo 5% 0.52 0.03

3.92

Subpartidas 10102020103 AGUA PARA LA OBRA m3 0.12 49.72 5.97

5.97


Tabla 106.

APU para subpartidas de mejoramiento de suelos con material de cantera

Partida 207.A MEJORAMIENTO DE SUELOS CON MATERIAL DE CANTERA

Rendimiento m3/DIA MO. EQ. Costo Unitario Directo por: m3 20.80

Código Descripción recurso Unidad Cuadrilla Cantidad Precio S/. Parcial S/.

Subpartidas

10420010108 CONFORMACIÓN DE MEJORAMIENTO DE SUELO m3 1.20 12.42 14.90

10420140305 CORTE PARA MEJORAMIENTO m3 1.00 5.90 5.90

20.80 Fuente: Elaboración propia.

230

6.2.7.2 Presupuesto para movimiento de tierras – Método de estabilización del MTC.

Tabla 107.

Presupuesto para movimiento de tierras – Espesores determinados con el método del MTC

Presupuesto Estabilización del terreno de fundación por sustitución de suelos - Método MTC

Cliente Ministerio de Transportes y comunicaciones

Lugar Moquegua - General Sánchez Cerro - Omate

Ítem Descripción Und. Metrado Precio s/. Parcial s/.

200 MOVIMIENTO DE TIERRAS 320 377.37

A 205 MEJORAMIENTO DE SUELOS CON MATERIAL DE CANTERA m3 10 263.9 10.41 106 847.20

A 207 SUB PARTIDAS DE CONFORMACIÓN DE MEJORAMIENTO DE SUELO Y CORTE PARA MEJORAMIENTO m3 10 263.9 20.8 213 530.18

COSTO DIRECTO 320 377.37


231

6.2.7.3 Presupuesto para movimiento de tierras – Estabilización con el modelo elástico de Burmister.

Tabla 108.

Presupuesto para movimiento de tierras - Espesores corregidos por Deflexión con Burmister

Presupuesto Estabilización del terreno de fundación por sustitución de suelos – Corregido por Deflexión con Burmister

Cliente Ministerio de Transportes y comunicaciones

Lugar Moquegua - General Sánchez Cerro - Omate

Ítem Descripción Und. Metrado Precio s/. Parcial s/.

200 MOVIMIENTO DE TIERRAS 594 064.85

A 205 MEJORAMIENTO DE SUELOS CON MATERIAL DE CANTERA m3 19 032.0 10.41 198 123.12

A 207 SUB PARTIDAS SUB PARTIDAS DE CONFORMACIÓN DE MEJORAMIENTO DE SUELO Y CORTE PARA MEJORAMIENTO m3 19 032.0 20.80 395 941.73

COSTO DIRECTO 594 064. 85


232

Capítulo VII: Discusión de Resultados

En el capítulo VI se ha validado la calidad de la ceniza volcánica como inadecuada para

formar parte de un terreno de fundación en carreteras, a través de 8 criterios geotécnicos.

Seguido a ello, se ha determinado la profundidad de mejoramiento usando la metodología

que sugiere el manual del MTC, y el modelo elástico de Burmister, de donde se ha verificado

la deflexión que genera la capa mejorada sobre el terreno natural. Así mismo, se ha

determinado el costo que implica ejecutar la estabilización de suelos por sustitución tanto

para la metodología del MTC y el modelo elástico de Burmister.

A continuación, se realizará un breve análisis desde el punto de vista técnico, económico y

estadísticos. Por otro lado, se evalúa las aplicaciones del modelo hacia otros sectores, los

controles periódicos y los aportes a la sociedad ingenieril.

7.1 Análisis técnico

7.1.1 Calidad de la ceniza volcánica.

En el apartado 7.1.6 se ha validado la calidad de la ceniza volcánica mediante 8 criterios

geotécnicos, de donde La Tabla 101, Tabla 102, Tabla 103 y Tabla 104, muestra la valoración

dé cada criterio para cada muestra, así mismo muestran una evaluación final, cuyo resultado

fue que ninguna muestra cumple los criterios de evaluación.

Para un análisis general del cumplimiento de los criterios, se ha usado el software Mninitab,

con el cual se ha construido histogramas de frecuencias para valores cualitativos.

La Gráfica 10 muestra un histograma del cual se puede resaltar los siguientes resultados:

Solo un tramo cumple 2 criterios geotécnicos.

Solo 6 tramos cumplen 4 criterios Geotécnicos

Solo 23 tramos cumplen 5 criterios geotécnicos

Solo 23 tramos cumplen 6 Criterios Geotécnicos

De lo mencionado, se puede contabilizar 53 tramos, los cuales coinciden con la muestra total;

por ende, se puede concluir que ningún tramo cumple con los 8 criterios.

233

Gráfica 10. Histograma de muestras que cumplen los Criterios Geotécnicos.

Fuente: Elaboración propia usando el software Minitab

Por otro lado, se ha analizado los tramos que no cumplen los criterios geotécnicos usando el

software Minitab, con el fin de tener una vista desde un plano integral.

La Gráfica 11 muestra un histograma del cual se puede resaltar los siguientes resultados:

Solo 23 tramos no cumplen 2 criterios Geotécnicos.

Solo 23 tramos no cumplen 3 criterios Geotécnicos.

Solo 6 tramos no cumplen 6 criterios Geotécnicos

Solo 1 tramo no cumple 6 criterios

234

Gráfica 11. Histograma de muestras que no cumplen los Criterios Geotécnicos.


De lo mencionado, se puede contabilizar 53 tramos, los cuales coinciden con la muestra total;

por ende, se puede concluir que ningún tramo cumple con los 8 criterios.

235

7.1.2 Profundidades de mejoramiento – MTC vs Burmister.

La Gráfica 12 muestran las profundidades de mejoramiento determinados con la metodología

del MTC y con la metodología del modelo elástico de Burmister.

Gráfica 12. Comparación de profundidades de mejoramiento - MTC vs BURMISTER


De la gráfica, se puede interpretar que el modelo elástico de Burmiter calcula profundidades

de mejoramiento mayores a los que determina el manual del MTC.

Esto se da debido a que los espesores determinados con el manual de MTC son bajos, por

ende, estos no cumplen con disipar adecuadamente los esfuerzos transmitidos desde el

pavimento generando así mayores esfuerzos al terreno natural. El modelo de Burmister

corrige estas profundidades engrandeciéndolas hasta que generen una deflexión sobre el

terreno natural que este por debajo del valor que admite el terreno natural en un estado

compacto.

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

PR

OF

UN

DID

AD

DE

ME

J.

(cm

)

TRAMO

ESPESOR DE MEJORAMIENTO MTC VS MODELO DE BURMISTER

MÉTODO DE BURMISTER

MÉTODO DEL MTC

236

7.1.3 Deflexiones – MTC vs Burmister.

La Gráfica 13 muestra el estado de deflexiones generadas por los espesores de mejoramiento

sobre el terreno natural. La curva de color negro representa la deflexión admisible que

presenta el terreno natural, la curva de color azul representa las deflexiones generadas por

los espesores determinados por la metodología del MTC. Por otro lado, la curva de color rojo

representa las deflexiones generada por los espesores determinados por el modelo elástico

de Burmister.

Gráfica 13. Comparación de deflexión Admisible vs Deflexión a partir de los espesores del MTC y BURMISTER.


60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

180.00

200.00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

DE

FLE

XIÓ

N (

X10

-2)

TRAMO

DEFLEXIÓN ADMISIBLE VS DEFLEXIÓN DEL MTC VS DEFLEXIÓN DE BURMISTER

DEFLEXIÓN ADMISIBLE

DEFLEXIÓN - MÉTODO DE BURMISTER

DEFLEXIÓN - MÉTODO DEL MTC

237

Como se puede apreciar en la gráfica mencionada, el modelo elástico de Burmister garantiza

que los espesores de mejoramiento generen deflexiones sobre el terreno natural por debajo

del valor admisible. Lo mencionado es muy importante, debido a que, como se mencionó en

el apartado de deflexión en un pavimento flexible, muchas de las fallas a nivel funcional y

estructural se dan debido a una acumulación de deformación permanente en las capas del

pavimento incluyendo la subrasante y terreno de fundación vial, dicho problema nace desde

la incapacidad de las capas para responder adecuadamente ante las deformaciones

generadas por la carga vehicular.

La metodología del manual del MTC, calcula profundidades de mejoramiento bajos, sin

embargo, estos no son verificados por otro parámetro, y solo están sujetos a redondeos, Se

ha podido constatar que las deflexiones para estas profundidades son muy altas con respecto

a la deflexión admisible, y que solo 6 tramos cumplen. Por ende, estas capas de mejoramiento

no garantizan la estabilidad del terreno de fundación.

Por lo expuesto líneas arriba, es pertinente señalar que el modelo elástico de Burmister si ha

reducido las deflexiones hasta alcanzar los rangos permitidos, puesto que estos están por

debajo de la deflexión admisible. Así mismo, se puede inferir taxativamente, que a menores

deflexiones mayor capacidad de respuesta del terreno de fundación vial, por ende,

garantizara una estabilidad y soporte adecuado al pavimento generando mayor durabilidad y

menor riesgo de fallas.

7.1.4 Aplicación del modelo hacia otros sectores.

En el marco de la evaluación de un sistema bicapa, el modelo elástico de Burmister analizado

para sistemas de dos capas funciona eficazmente en escenarios donde no necesariamente

el material geotécnico presenta propiedades de colapso, puesto que de acuerdo con MTC

(2016), existen diversas combinaciones de suelos con comportamientos totalmente

particulares a otros, cuyas condiciones de inestabilidad pueden ser alarmantes como también

no.

Por otro lado, esta metodología se puede aplicar a sistemas bicapa donde las solicitaciones

presentan características dinámicas, puesto que la necesidad de determinar la deflexión en

un sistema bicapa, parte de conocer el límite de deformación vertical que presenta una

determinada capa de suelo sometido a esfuerzos de frecuencia variable y errática, con

magnitudes diferentes y de carácter dinámico. Tal es el caso de cimentaciones de equipos

vibratorios, patios de plantas industriales, etc.

238

A nivel del territorio peruano, acompañar a la evaluación del terreno de fundación con fines

de pavimentación, el análisis de la deflexión con el modelo resulta útil y pertinente, ya que

proporciona mayor seguridad de estabilidad y soporte a la estructura del pavimento.

7.2 Análisis estadístico

En el capítulo 6.2.1 se muestra el cálculo de la desviación estándar que presentan los

números estructurales requeridos efectivos. El promedio es de 3.79, y la desviación estándar

es de 0.45.

La Gráfica 14 muestra los 𝑆𝑁𝑟𝑒𝑞 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 de toda la vía en estudio. La línea de color negro

muestra los números estructurales efectivos para cada tramo en estudio, la línea de color rojo

muestra el valor promedio de estos. Por otro lado, la línea de color azul por encima y por

debajo de la recta promedio muestra la desviación estándar, el cual indica que a partir de

0.45 espacios del valor promedio hacia ambos extremos, se encuentran la mayor cantidad de

𝑆𝑁𝑟𝑒𝑞 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠.

Gráfica 14. Dispersión de los SN req. efectivos a partir del valor promedio.


De la gráfica de puede afirmar que los 𝑁𝑟𝑒𝑞 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 de las cenizas volcánicas no presentan

considerables dispersiones, ya que la mayor cantidad de datos se encuentran a 0.45 espacios

del valor promedio hacia ambas direcciones.

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

SN

requerido e

fectivo

TRAMO

Grado de dispersión de SN requerido efectivo

SN req por tramo

SN promedio

Desviación estandar a partir del valor promedio

239

7.3 Análisis económico

La Tabla 109 muestra una comparación del costo que implica ejecutar una partida de

movimiento de tierras y conformación de la plataforma del terreno de fundación dado el

espesor de remoción determinado con el método del manual del MTC, y con la metodología

del modelo de Burmister.

Tabla 109.

Análisis de costos para cada método de determinación del espesor de mejoramiento

DESCRIPCIÓN METRADO

(m3) PRECIO S/. PARCIAL S/. TOTAL, S/.

Movimiento de tierras y conformación de la plataforma

- Método MTC

10 264 10.41 106 847 320 377

10 264 20.80 213 530

Movimiento de tierras y conformación de la plataforma

– Método de Burmister

19 032 10.41 198 123

594 065 19 032 20.80 395 941

Incremento en costos S/. 273 688 85.43%


Se puede interpretar que ejecutar un movimiento de tierras y conformar la capa de

mejoramiento al espesor determinado con el modelo elástico de Burmister viene a ser más

costoso en un 85.43% con respecto a la metodología del MTC, dado que implica mayor

movimiento de tierras

Sin embargo, este análisis solo gravita en la etapa de ejecución, mas no se proyecta al

futuro; es decir, que, analizando a largo plazo, el costo de mantenimiento del pavimento va a

ser mínimo, y los gastos para la atención de posibles fallas superficiales o profundas se van

a ver reducidos, puesto que se está garantizando que la capa mejorada reciba

adecuadamente los esfuerzos y transmita en la intensidad correcta al terreno natural, por

ende la salud del paquete estructural del pavimento no se verá afectado.

240

7.4 Análisis de verificación y control de calidad de la aplicación

del modelo.

Con los resultados obtenidos líneas arriba, se puede tener la seguridad de que el terreno de

fundación vial estabilizado con el modelo elástico de Burmister va a proporcionar soporte

permanente al pavimento.

No obstante, es importante realizar verificaciones periódicas al sistema pavimento y terreno

de fundación vial. Para tal fin, se puede llevar a cabo verificaciones con el equipo Falling

weigth deflectometer (FWD) puesto que este equipo permite conocer el cuenco de deflexiones

gracias a su avanzado mecanismo no destructivo de medición.

De acuerdo con la Tabla 10, el cuenco de deflexiones permite conocer el estado en el que

se encuentra la subrasante y pavimento.

Por otro lado, se pueden realizar verificaciones superficiales periódicamente como el PCI

o la medición del índice de regularidad superficial (IRI) usando un perfilómetro laser, con la

finalidad de evaluar anomalías superficiales que permitan predecir posibles problemas

internos en el pavimento – subrasante.

Cabe mencionar que la existencia de ahuellamientos, son señales de que existe una

acumulación de deformación vertical en las capas del pavimento y subrasante.

7.5 Principales aportes.

1. El aporte de este trabajo de investigación gravita en que refuerza la metodología de

estabilización por sustitución de suelos que propone la normativa peruana

incorporando el análisis deflectometrico con el modelo elástico multicapa de

Burmister, puesto que la deflexión es el parámetro que indica el estado del paquete

estructural del pavimento y que la metodología del MTC no lo toma en cuenta.

2. Otro aporte resaltante, radica en el tratamiento especial que se debe hacer a los

suelos metaestables desde un estado crítico, puesto que, estos suelos al perder su

resistencia estructural aparente tienden a perder estabilidad intergranular y

comportarse en su estado natural.

241

Capítulo VIII: Conclusiones y Recomendaciones

8.1 Conclusiones

3. El Modelo Elástico Multicapa de Burmister si estabiliza el terreno de fundación vial de

la carretera en estudio, conformada por cenizas volcánicas, puesto que garantiza que

la deflexión generada por la capa de material mejorado, hacia el terreno natural

(cenizas volcánicas), este por debajo de los valores admisibles.

4. Las cenizas volcánicas son inadecuadas para ser usadas como terreno de fundación

para un pavimento, puesto que, mediante los criterios geotécnicos, se ha determinado

que ningún tramo cumple los 8 criterios. Por otro lado, usando un amplio análisis

bibliográfico, ensayos de laboratorio y ensayos de caracterización petrográfica, se ha

constatado que estos suelos poseen una resistencia aparente en un estado de no

saturación. Ante incrementos de humedad, los cementantes que mantienen unidas a

las partículas se disuelven y provocan una pérdida de estabilidad interna.

5. Las cenizas volcánicas son suelos catalogados como colapsables, puesto que, de

acuerdo con las bibliografías revisas, y las verificaciones en laboratorio, la superficie

de contacto que mantiene unida a las partículas es mínimo, dado su estructura amorfa,

y granular, dicha característica le hace muy susceptible a perder resistencia al entrar

en contacto con agua.

6. El modelo elástico Multicapa de Burmister, garantiza un apoyo estable y permanente

del pavimento, puesto que transmite esfuerzos al terreno de fundación regulados a la

capacidad de resistencia de este, generando deflexiones por debajo del valor

admisible.

7. La metodología que propone el manual del MTC no garantiza la estabilidad del terreno

de fundación, puesto que las profundidades de mejoramiento son bajos, por lo tanto,

transmiten mayores esfuerzos al terreno natural, generando deflexiones más grandes,

que, en este caso, superan los valores admisibles.

8. En términos económicos, el modelo Elástico Multica de Burmister, engrandece los

costos de movimiento de tierras y conformación de las plataformas en un 85.43%

frente a la propuesta de la norma peruana, puesto que engrandece las profundidades

de mejoramiento.

242

9. En términos económicos, el modelo Elástico Multica de Burmister es eficiente a largo

plazo, puesto que reduce los costos de mantenimiento y los costos por atención a

fallas superficiales o profundas.

10. En términos técnicos, el modelo elástico comparado con la metodología del MTC, es

eficiente a corto plazo y a largo plazo, puesto que corrige deficiencias en el diseño y

garantiza la estabilidad del suelo de fundación y el apoyo permanente del pavimento,

aun mas por involucrar suelos colapsables, para este caso en particular, cenizas

volcánicas.

243

8.2 Recomendaciones

1. En una estabilización de suelos por sustitución del material inadecuado, se sugiere

verificar la deflexión que genera el espesor de mejoramiento determinado por

cualquier método, con el fin de garantizar que las deflexiones estén por debajo de los

valores admisibles.

2. Se recomienda evaluar el terreno de fundación vial mediante los 8 criterios

geotécnicos, puesto que permiten detectar características de inestabilidad en los

suelos, como es el caso de las cenizas volcánicas

3. Se recomienda considerar que los suelos metaestables poseen resistencia estructural

aparente, lo cual puede resultar engañoso a primera impresión.

4. Para evaluar las deflexiones con el modelo elástico de Burmister, se recomienda

hacer uso del software WindePAV, puesto que este evalúa con mayor precisión las

deflexiones.

5. Se recomienda el uso del nomograma y ecuación de deflexión de Burmister para

casos donde la precisión no es un factor requerido, puesto que este método admite

errores en la obtención de algunos parámetros.

6. Para el diseño de pavimentos por la metodología AASHTO 1993, se recomienda el

uso del Software AASHTO 1993, puesto que este incluye en su sistema la ecuación

general y el proceso de cálculo es más rápido y preciso.

7. Se recomienda implementar controles periódicos al pavimento cuyo terreno de

fundación ha sido estabilizado con el modelo elástico multicapa de Burmister, como

verificaciones superficiales y profundas (PCI, deflectometría de impacto, perfilometría

laser).

244

Referencias

AASHTO. (1993). AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993. Washington, D.

C.

Alexander, R. Q., & Fredy, R. L. (2007). Comportamiento resiliente de materiales granulares

en pavimentos flexibles: Estado del Conocimiento. Revista Ingenierías Universidad

de Medillin, 65 - 90.

Asefa, S. (2011). Concepto y desarrollo de patologias de suelos colapsables. Madrid.

Badillo, J. (2004). Mecanica de suelos. Brazil: Limusa.

Balbo, J. T. (2015). Pavimentação Asfáltica: materiais, projetos e restauração. São Paulo:

Oficina de Textos, 2007.

Bejarano, L. (2015). Anàlisis estructural de un pavimento flexible con presencia de deterioro,

por medio de deflexiones obtenidas con equipo de carga dinàmica y estàtica.

Colombia.

Bermeo, M. C. (2018). Informe de estudio geotécnico de mejoamiento de la sub - rasante y

terreno de fundación con reemplazo de material inadeacuado sector km. 115+000 al

km. 150+430. Coalaque.

Boussinesq, J. V. (1885). Application des potentials a l’étude de l’équilibre et du

mouvement des solides élastiques. París: Gauthier Villars.

Bowen, N. L. (1922). The Reaction Principles in Petrogenesis (Vols. 30, 177-198). New

York: The Journal of Geology.

Burmister, D. M. (1943). The Theory of Stresses and Displacements in Layered Systems

and Applications to the Design of Airport Runways. (Vol. 23 ). Nueva York:

Proceedings, Highway Research Board .

Burmister. D. M. (1945). The general Theory of Stresses and Displacements in Layered Soil

System. New York: Journal of Applied Physics.

Congress, I. r. (2012). Guidelines for the Design of Flexible Pavements. Indian roads

Congress.

Crespo, C. (2004). Mecánica de suelos y cimentaciones. México: Limusa.

Das, B. M. (2012). Fundamentos de Ingenieria de Cimentaciones. Mexico: Cengage

Learning.

Das, B. M. (2015). Fundamentos de Ingeniería Geotécnica. Mexico: Cengage Learning.

Delbono, H. L., & Raul, R. O. (2017). Ahuellamiento en Paviemntos Asfálticos utilizando

Geosintéticos. Congreso Ibero - Latinoamericano del Asflato.

Díez, A. A. (2005). Algunas aclaraciones sobre los estudios geotecnicos en suelos

colapsables en Navarra. Navarra.

E. J. Yoder, M. W. (1975). Principles of Pavement Design. Canadá: John Wiley and Sons.

245

Estrada, I. J. (2018). Informe Geológico de Cenizas Volcánicas existentes en el ámbito de

implantación de la carretera Moquegua - Omate - Areuipa Tramo II. Omate.

F. Leiva, E. P. (2017). Modelo de deformación permanente para la evaluación de la

condición del paviemnto. Obtenido de Pontificia Ubuversidad Catolica de Chile:

https://www.ricuc.cl

Fonseca, A. M. (2010). Ingeniería de Pavimentos. Colombia: Universidad Catílica de

Colombia.

Fonseca, A. M. (2010). Ingenierìa de Pavimentos. Colombia: Universidad Catòlica de

Colombia.

Guerrero, N. H. (2016). LA DEFORMACIÓN PERMANENTE EN LAS MEZCLAS

ASFÁLTICAS Y EL CONSECUENTE DETERIORO DE LOS. Perfiles de Ingeniería,

9.

Huang, Y. H. (2004). Pavement Analysis and Design. Estados Unidos: Pearson.

INVIAS, I. N. (2008). Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de

pavimentos asfálticos de carreteras.

Lázares, J. W. (2007). Modelación Geotécnica de Pavimentos Flexibles con Fines de

Análisis y Diseño en el Perú. Lima.

Love, A. H. (1906). A Treatise on the Mathematical Theory of Elasticity. Oxford: Dover

Pubns.

Monge, M. E., & Barahona, R. C. (2015). Efectos de la Ceniza Volcánica sobre Estructuras.

San Pedro.

MTC. (2013). Manual de Carreteras - Espesificaciones Técnicas Generales para

Construcción. Lima.

MTC. (2013). Manual de Carreteras - Suelos, Geología, Goetécnia y Pavimentos. Lima.

MTC. (2016). Manual de Ensayo de Materiales. Lima.

Oviedo Bellott, R. (2013). Mejoramiento de Subrasantes de baja capacidad portante por

medio de la aplicación de correlación deflectométrica. Lima.

Redolfi, E. R. (2007). Suelos colapsables. Cordova.

Rondón Quintana, H., & Reyes Lizcano, F. (2015). Pavimentos - Materiales, construcción y

diseño. Colombia: Ecoe Ediciones.

Sampieri, R. H., Collado, C. F., & Lucio, P. B. (2010). Metodología de la Investigación. Santa

Fe: Mc Graw Hill.

Sandoval, C. H. (2006). Los cuencos de deflexión en estructuras de pavimentos flexibles.

Revista de Facultad de Ingenieria, UPTC, 1 - 12.

Sanhueza, C., Palma, J., Valenzuela, P., Araneda, O., & Calderon, K. (2011). Evaluación del

comportamiento geotécnico de suelos Volcánicos Chilenos para su uso como

material de filtro en la depuración de aguas residuales domésticos. Revista de la

Construcción Volumen 10 N°2, 66 - 81.

STRUCTURAL HEALTH MONITORING. (2018). Obtenido de https://www.shm-nde.com/

246

Suárez, M. B. (2012). Metodología de la Investigación Científica para Ingenieros. Chiclayo.

Timoshenko, S. P., & Godier, J. N. (1970). Theory of Elasticity. New York: McGraw - Hill.

Vallejo, L. I. (2002). Ingeniería Geológica. Madrid: Pearson Educación.

Vásquez Varela, L. (2018). WinDEPAV 2.6 con DosBOX 0.74. Colombia.

Wirtgen. (2004). Manual de Reciclado en Frío. Windhagen, Alemania: Wirtgen GmbH.

Yoder, E. J., & Witczak, M. W. (1975). Principles of pavement design. New York: John Wiley

and Sons.

247

Anexos

Anexo A. Informe de evaluación petrográfica

PROPUESTA DE ESTABILIZACIÓN DEL TERRENO DE …

Documents

Transcript of PROPUESTA DE ESTABILIZACIÓN DEL TERRENO DE …