propuesta de estabilizaciÓn del terreno de …
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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
Tabla 33. Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento
con Burmister – Tramo km 127+340 al km 140+150 ......................................................... 126
Tabla 34. Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento
con Burmister – Tramo km 140+520 al km 146+230 ......................................................... 127
Tabla 35. Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento
con Burmister – Tramo km 146+270 al km 150+430 ......................................................... 128
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
Tabla 38. Cálculo de Números Estructurales por la guía del MTC – km 126+420 al km
140+060 ............................................................................................................................ 132
Tabla 39. Cálculo de Números Estructurales por la guía del MTC – km 140+060 al km
140+146+150 .................................................................................................................... 133
Tabla 40. Cálculo de Números Estructurales por la guía del MTC – km 146+180 al km
150+430 ............................................................................................................................ 134
Tabla 41. Datos requeridos para el uso de la Ecuación y Ábaco de Burmister .................. 137
Tabla 42. Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento
con Burmister – Tramo km 115+00 al km 127+400 ........................................................... 142
Tabla 43. Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento
con Burmister – Tramo km 127+960 al km 141+250 ......................................................... 143
Tabla 44. Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento
con Burmister – Tramo km 141+250 al km 147+570 ......................................................... 144
Tabla 45. Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento
con Burmister – Tramo km 147+660 al km 150+430 ......................................................... 145
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 49. Resultados de ensayos de granulometría – km 126+420 al km 139+250 .......... 153
Tabla 50. Resultados de ensayos de granulometría – km 139+470 al km 143+400 .......... 154
Tabla 51. Resultados de ensayos de granulometría – km 143+400 al km 148+120 .......... 155
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
Tabla 59. Resultados de las constantes físicas para las muestras en estudio – (km 118+910
– km 141+750) .................................................................................................................. 166
Tabla 60. Resultados de las constantes físicas para las muestras en estudio – (km 141+870
– 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
Tabla 63. Resultados de los ensayos de Proctor Modificado – km 126+420 – km 146+500
......................................................................................................................................... 174
Tabla 64. Resultados de los ensayos de Proctor Modificado – km 146+680 – km 150+430
......................................................................................................................................... 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
Tabla 77. Criterio de evaluación de calidad de suelos – SUCS (km 129+015 – km 141+500)
......................................................................................................................................... 200
Tabla 78. Criterio de evaluación de calidad de suelos – SUCS (km 141+500 – km 147+750)
......................................................................................................................................... 201
Tabla 79. Criterio de evaluación de calidad de suelos – SUCS (km 147+870 – km 150+430)
......................................................................................................................................... 202
Tabla 80. Criterio de evaluación de calidad de suelos – AASHTO (km 115+100 – km 139+250)
......................................................................................................................................... 203
Tabla 81. Criterio de evaluación de calidad de suelos – AASHTO (km 139+470 – km 147+570)
......................................................................................................................................... 204
Tabla 82. Criterio de evaluación de calidad de suelos – AASHTO (km 147+660 – km 150+430)
......................................................................................................................................... 205
Tabla 83. Criterio de Resistencia Estructural de suelos – CBR (km 115+100 – km 131+550)
......................................................................................................................................... 206
Tabla 84. Criterio de Resistencia Estructural de suelos – CBR (km 131+910 – km 146+150)
......................................................................................................................................... 207
Tabla 85. Criterio de Resistencia Estructural de suelos – CBR (km 146+180 – km 150+430)
......................................................................................................................................... 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
Tabla 87. Criterio de verificación de contenido de humedad y compactación – H.N y O.C.H
(km 119+340 – km 141+500) ............................................................................................ 210
Tabla 88. Criterio de verificación de contenido de humedad y compactación – H.N y O.C.H
(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
Tabla 90. Criterio de verificación de compresión de suelos – Índice de compresión (km
126+420 – km 141+650) ................................................................................................... 213
Tabla 91. Criterio de verificación de compresión de suelos – Índice de compresión (km
141+650 – km 150+430) ................................................................................................... 214
Tabla 92. Criterio de verificación de potencial de expansión de suelos – (km 115+100 – km
130+400) .......................................................................................................................... 215
Tabla 93. Criterio de verificación de potencial de expansión de suelos – (km 131+490 – km
146+730) .......................................................................................................................... 216
Tabla 94. Criterio de verificación de potencial de expansión de suelos – (km 147+510 – km
150+430) .......................................................................................................................... 217
xvi
Tabla 95. Criterio de verificación de consistencia del suelo– (km 115+100 – km 129+050)
......................................................................................................................................... 218
Tabla 96. Criterio de verificación de consistencia del suelo– (km 129+470 – km 143+200)
......................................................................................................................................... 219
Tabla 97. Criterio de verificación de consistencia del suelo– (km 143+200 – km 150+430)
......................................................................................................................................... 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
Tabla 102. Vista general de los criterios para evaluar las muestras – km 127+960 – km
140+150 ............................................................................................................................ 225
Tabla 103. Vista general de los criterios para evaluar las muestras – km 140+520 – km
146+150 ............................................................................................................................ 226
Tabla 104. Vista general de los criterios para evaluar las muestras – km 146+180 – km
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.
Fuente: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica – Braja M. Das
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
Fuente: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica – Braja M. Das
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.
Fuente: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica – Braja M. Das
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%
Fuente: Elaboración propia en referencia a Manual de carreteras, Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos.
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.
3.2.5.1 Generalidades.
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
Fuente: Elaboración propia en referencia a Manual de carreteras, Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos.
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
TIPOS DE TRÁFICO PESADO EXPRESADO EN EE
RANGOS DE TRÁFICO PESADO EXPRESADO EN EE
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
Fuente: Elaboración propia en referencia a Manual de carreteras, Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos.
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
TIPOS DE TRÁFICO PESADO EXPRESADO EN EE
RANGOS DE TRÁFICO PESADO EXPRESADO EN EE
TP15 > 30'000,000 EE
Fuente: Elaboración propia en referencia a Manual de carreteras, Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos.
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.
Fuente: AASHTO 1993 Guide
Figura 20. Coeficiente estructural para subbase.
Fuente: AASHTO 1993 Guide
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.
3.2.6.1 Generalidades.
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.
3.2.7.1 Generalidades.
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
Fuente: Elaboración propia.
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%
Fuente: Elaboración propia en referencia a Manual de carreteras, Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos.
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.
3.2.10.1 Generalidades.
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
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N°
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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
%
Fuente: Elaboración Propia
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
Fuente: Elaboración propia
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
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 a la densidad natural (%) 4.9
Módulo Resiliente Mr. (psi) 7041.98
Número Estructural efectivo (Nomograma) 3.9
Número Estructural efectivo (Ecuación) 3.69
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración propia
112
Tabla 29.
Cálculo de Números Estructurales – km 127+340 al km 141+250
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)
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
Fuente: Elaboración propia
113
Tabla 30.
Cálculo de Números Estructurales – km 141+250 al km 147+570
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)
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
Fuente: Elaboración propia
114
Tabla 31.
Cálculo de Números Estructurales – km 147+660 al km 150+430
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)
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
Fuente: Elaboración propia
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.
Fuente: Elaboración propia usando el programa “WinDepav”
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
Fuente: Elaboración Propia
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
km km 1/pulg cm x10-2 mm m x10-2 mm x10-2 mm
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
Fuente: Elaboración Propia.
127
Tabla 34.
Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento con Burmister – Tramo km 140+520 al km 146+230
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
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
Fuente: Elaboración propia
128
Tabla 35.
Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento con Burmister – Tramo km 146+270 al km 150+430
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
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
Fuente: Elaboración propia.
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
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 a la 95% MDS (%) 15
Módulo Resiliente Mr. (psi) 14457.37
Fuente: Elaboración propia.
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
CBR DENSIDAD NATURAL
MR. A DENSIDAD NATURAL
SN EFECTIVO
A DENSIDAD NATURAL
SN DE MEJORAMIENTO
∆ 𝑆𝑁
km km % (Kg/cm2) % (Kg/cm2)
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
Fuente: Elaboración propia
132
Tabla 38.
Cálculo de Números Estructurales por la guía del MTC – km 126+420 al km 140+060
TRAMO
INICIO FIN CBR
MEJORAMIENTO MR. DE
MEJORAMIENTO
CBR DENSIDAD NATURAL
MR. A DENSIDAD NATURAL
SN EFECTIVO A DENSIDAD NATURAL
SN DE MEJORAMIENTO
SN REFUERZO
km km % (Kg/cm2) % (Kg/cm2)
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
Fuente: Elaboración Propia.
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
CBR DENSIDAD NATURAL
MR. A DENSIDAD NATURAL
SN EFECTIVO
A DENSIDAD NATURAL
SN DE MEJORAMIENTO
SN REFUERZO
km km % (Kg/cm2) % (Kg/cm2)
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
Fuente: Elaboración propia.
134
Tabla 40.
Cálculo de Números Estructurales por la guía del MTC – km 146+180 al km 150+430
TRAMO
INICIO FIN CBR
MEJORAMIENTO MR. DE
MEJORAMIENTO
CBR DENSIDAD NATURAL
MR. A DENSIDAD NATURAL
SN EFECTIVO
A DENSIDAD NATURAL
SN DE MEJORAMIENTO
SN REFUERZO
km km % (Kg/cm2) % (Kg/cm2)
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
Fuente: Elaboración propia.
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
Fuente: Elaboración Propia.
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.
𝜔𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 ≤ 𝜔𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
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.
Fuente: Elaboración propia usando el programa “WinDepav”
Con el programa se evalúa los datos introducidos, cuyos resultados se observan en la Figura
39.
Figura 45. Nueva deflexión calculada con el Programa.
Fuente: Elaboración propia usando el programa “WinDepav”
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.
𝜔𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 ≤ 𝜔𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
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.
Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento con Burmister – Tramo km 115+00 al km 127+400
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
km km 1/pulg cm x10-2 mm m x10-2 mm x10-2 mm
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
Fuente: Elaboración propia.
143
Tabla 43.
Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento con Burmister – Tramo km 127+960 al km 141+250
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
km km 1/pulg cm x10-2 mm m x10-2 mm x10-2 mm
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
Fuente: Elaboración Propia.
144
Tabla 44.
Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento con Burmister – Tramo km 141+250 al km 147+570
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
km km 1/pulg cm x10-2 mm m x10-2 mm x10-2 mm
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
Fuente: Elaboración propia.
145
Tabla 45.
Resumen de cálculos, validación y replanteo de las profundidades de mejoramiento con Burmister – Tramo km 147+660 al km 150+430
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
km km 1/pulg cm x10-2 mm m x10-2 mm x10-2 mm
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
Fuente: Elaboración propia.
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.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 47. Suelo de grano grueso y suelo de grano fino separado.
Fuente: Elaboración propia.
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.
Fuente: Elaboración propia.
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.
Fuente: Elaboración propia.
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.
Fuente: Elaboración propia.
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)
Fuente: Elaboración propia
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
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
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
Fuente: Elaboración Propia
Laboratorio de Estudios
Avanzados de Ingeniería
Civil – SUELOS Y
PAVIMENTOS
151
Gráfica 3. Curva Granulométrica
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración propia
153
Tabla 49.
Resultados de ensayos de granulometría – km 126+420 al km 139+250
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" 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
Fuente: Elaboración Propia
154
Tabla 50.
Resultados de ensayos de granulometría – km 139+470 al km 143+400
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" 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
Fuente: Elaboración propia.
155
Tabla 51.
Resultados de ensayos de granulometría – km 143+400 al km 148+120
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" 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
Fuente: Elaboración propia
156
Tabla 52.
Resultados de ensayos de granulometría – km 148+300 al km 1450+430
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" 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
Fuente: Elaboración Propia
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.
Fuente: Elaboración propia
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.
Fuente: Elaboración propia.
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"
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS, CONCRETO Y ASFALTO
DETERMINACIÓN DE HUMEDAD NATURAL
NORMAS TÉCNICAS: MTC E 108, ASTM D 2216
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
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
Fuente: Elaboración propia.
De la misma manera se ha procedido con las demás muestras, cuyos resultados se muestran
en la Tabla 54 Y Tabla 55.
Laboratorio de Estudios
Avanzados de Ingeniería
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
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración propia.
161
6.2.3.3 Límites de Atterberg (limite líquido, limite plástico, Índice de
plasticidad).
A continuación, se muestran las actividades realizadas en laboratorio.
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.
Fuente: Elaboración propia.
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.
Fuente: Elaboración propia
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.
Fuente: Elaboración propia
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.
Fuente: Elaboración propia
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
Proyecto: "MEJORAMIENTO DE LACARRETERA MOQUEGUA – OMATE -
AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM 153+500
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS, CONCRETO Y ASFALTO
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
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
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
Fuente: Elaboración propia
Laboratorio de Estudios
Avanzados de Ingeniería
Civil – SUELOS Y
PAVIMENTOS
164
Tabla 57.
Formato para toma de datos y resultados para ensayo de límite plástico
Proyecto: "MEJORAMIENTO DE LACARRETERA MOQUEGUA – OMATE -
AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM 153+500
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS, CONCRETO Y ASFALTO
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
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 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
Fuente: Elaboración propia
NP
Laboratorio de Estudios
Avanzados de Ingeniería
Civil – SUELOS Y
PAVIMENTOS
165
Gráfica 4. Línea de fluidez para determinar el Limite Liquido.
Fuente: Elaboración Propia
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
Fuente: Elaboración propia
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.
Resultados de las constantes físicas para las muestras en estudio – (km 118+910 – km 141+750)
ITEM
TRAMO
PROGRESIVA DE LA MUESTRA
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
Fuente: Elaboración propia
167
Tabla 60.
Resultados de las constantes físicas para las muestras en estudio – (km 141+870 – km 150+430)
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
Fuente: Elaboración propia.
168
6.2.3.4 Ensayo Proctor modificado.
A continuación, se muestran las actividades realizadas en laboratorio.
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.
Fuente: Elaboración Propia
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".
Fuente: Elaboración propia
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.
Fuente: Elaboración propia.
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.
Fuente: Elaboración propia
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.
Fuente: Elaboración propia.
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.
Fuente: Elaboración Propia.
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.
Fuente: Elaboración propia.
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
Proyecto: "MEJORAMIENTO DE LACARRETERA MOQUEGUA – OMATE -
AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM 153+500
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS, CONCRETO Y ASFALTO
PROCTOR MODIFICADO
NORMAS TÉCNICAS: MTC E115, ASTM D 1557, AASHTO T 180
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
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
Fuente: Elaboración Propia.
Laboratorio de Estudios
Avanzados de Ingeniería
Civil– SUELOS Y
PAVIMENTOS
173
Gráfica 5. Curva de Compactación.
Fuente: Elaboración Propia.
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
PROGRESIVA DE LA MUESTRA
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
Fuente: Elaboración propia.
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.
Resultados de los ensayos de Proctor Modificado – km 126+420 – km 146+500
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
Fuente: Elaboración propia
175
Tabla 64.
Resultados de los ensayos de Proctor Modificado – km 146+680 – km 150+430
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
Fuente: Elaboración Propia.
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.
Fuente: Elaboración propia.
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.
Fuente: Elaboración Propia
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).
Fuente: Elaboración propia.
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.
Fuente: Elaboración propia
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.
Fuente: Elaboración propia.
Finalmente se somete la muestra a penetración con la prensa CBR, (ver Figura 69).
Figura 69. Penetración de la muestra.
Fuente: Elaboración propia.
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
Fuente: Elaboración propia.
Proyecto: "MEJORAMIENTO DE LACARRETERA MOQUEGUA – OMATE - AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM
153+500
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS, CONCRETO Y ASFALTO
RELACIÓN SOPORTE DE CALIFORNIA (C.B.R.)
NORMAS TÉCNICAS: MTC E 132, ASTM D 1883, AASHTO T 193
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 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
Laboratorio de Estudios
Avanzados de Ingeniería
Civil– SUELOS Y
PAVIMENTOS
180
Tabla 66.
Formato para toma de datos y presentación de resultados de penetración para ensayo CBR
Fuente: Elaboración propia.
Proyecto: "MEJORAMIENTO DE LACARRETERA MOQUEGUA – OMATE -
AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM 153+500
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS, CONCRETO Y ASFALTO
RELACIÓN SOPORTE DE CALIFORNIA (C.B.R.)
NORMAS TÉCNICAS: MTC E 132, ASTM D 1883, AASHTO T 193
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
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
Laboratorio de Estudios
Avanzados de Ingeniería
Civil– SUELOS Y
PAVIMENTOS
181
Fuente: Elaboración propia.
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
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 67.
Resultados de ensayo CBR
Fuente: Elaboración propia.
Proyecto: "MEJORAMIENTO DE LACARRETERA MOQUEGUA – OMATE -
AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM 153+500
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS, CONCRETO Y ASFALTO
RELACIÓN SOPORTE DE CALIFORNIA (C.B.R.)
NORMAS TÉCNICAS: MTC E 132, ASTM D 1883, AASHTO T 193
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.
Laboratorio de Estudios
Avanzados de Ingeniería
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
Fuente: Elaboración propia.
184
Tabla 69.
Resultados del ensayo CBR – km 141+140 – km 150+430
ITEM
TRAMO
PROGRESIVA MUESTRA
ENSAYO CBR
DEL AL DENSIDAD NATURAL
%
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
Fuente: Elaboración Propia
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.
A continuación, se muestran las actividades realizadas en laboratorio.
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.
Fuente: Elaboración Propia
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.
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración propia
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.
Fuente: Elaboración propia.
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.
Fuente: Elaboración propia.
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"
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS, CONCRETO Y ASFALTO
CORTE DIRECTO
NORMAS TÉCNICAS: MTC E 123, ASTM D 3080, AASHTO T 236
DATOS DE LA MUESTRA
CONCEPTO "MEJORAMIENTO DE LACARRETERA MOQUEGUA – OMATE - AREQUIPA TRAMO II: KM 35+000 AL KM 153+500"
TRAMO II - KM.: 101+000 al KM.: 153+500 LADO IZQ
UBICACIÓN KM.: 115+100 al KM.: 115+150 PROF. CALICATA de 0.00 m a 1.0 m.
CALICATA C-36 HECHO POR A. A. P.
MUESTRA KM.: 115+110 FECHA
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
Fuente: Elaboración propia.
Laboratorio de Estudios
Avanzados de Ingeniería
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
Esfuerzo normal de 1.0 kg/cm2
Esfuerzo normal de 2.0 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
Fuente: Elaboración propia.
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
Esfuerzo normal de 2.0 kg/cm2
Deformación vertical (dial)
Deformación vertical
Deformación vertical (dial)
Deformación vertical
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
Fuente: Elaboración propia.
192
Gráfica 8. Curva de esfuerzos vs deformación horizontal.
Fuente: Elaboración propia
Gráfica 9. Envolvente de corte.
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración Propia.
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
- Interpolación para determinar el 𝑑30
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
- Interpolación para determinar el 𝑑10
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 %
% que pasa el tamiz N°10: 82.2 %
% que pasa el tamiz N°40: 26.3 %
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
Fuente: Elaboración propia
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
2 115+150 115+250 SP-SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
3 115+250 115+350 SP-SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
4 115+350 115+400 SP-SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
5 116+050 116+150 SP-SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
6 116+150 116+290 SP Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
7 116+290 116+310 SP-SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
8 116+460 116+510 SP-SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
9 118+675 118+700 SP-SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
10 118+910 118+935 SP Semipermeable
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
13 127+340 127+400 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
14 127+960 128+060 ML Impermeable Media a
baja Correcta a muy pobre
Apto
15 128+060 128+200 SP Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
Fuente: Elaboración propia
200
Tabla 77.
Criterio de evaluación de calidad de suelos – SUCS (km 129+015 – km 141+500)
ITEM
TRAMO CLASIFICACIÓN
SUCS Criterio de Calidad SUCS
Evaluación
DEL AL SUCS Permeabilidad Resistencia al cortante
Manejabilidad
16 129+015 129+050 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
17 129+470 129+540 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
18 130+100 130+400 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
19 131+490 131+550 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
20 131+910 132+053 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
21 133+040 133+137 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
22 139+000 139+150 ML Impermeable Media a
baja Correcta a muy pobre
Apto
23 139+150 139+250 ML Impermeable Media a
baja Correcta a muy pobre
Apto
24 139+470 139+530 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
25 140+000 140+060 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
26 140+060 140+150 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
27 140+520 140+600 ML Impermeable Media a
baja Correcta a muy pobre
Apto
28 141+140 141+250 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
29 141+250 141+375 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
30 141+375 141+500 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
Fuente: Elaboración propia
201
Tabla 78.
Criterio de evaluación de calidad de suelos – SUCS (km 141+500 – km 147+750)
ITEM
TRAMO CLASIFICACIÓN
SUCS Criterio de Calidad SUCS
Evaluación
DEL AL SUCS Permeabilidad Resistencia al cortante
Manejabilidad
31 141+500 141+650 ML Impermeable Media a
baja Correcta a muy pobre
Apto
32 141+650 141+750 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
33 141+870 141+970 ML Impermeable Media a
baja Correcta a muy pobre
Apto
34 142+980 143+200 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
35 143+200 143+400 ML Impermeable Media a
baja Correcta a muy pobre
Apto
36 143+400 143+600 ML Impermeable Media a
baja Correcta a muy pobre
Apto
37 144+360 144+500 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
38 145+120 145+170 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
39 145+880 146+150 SM Semipermeable
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
42 146+380 146+500 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
43 146+680 146+730 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
44 147+510 147+570 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
45 147+660 147+750 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
Fuente: Elaboración propia
202
Tabla 79.
Criterio de evaluación de calidad de suelos – SUCS (km 147+870 – km 150+430)
ITEM
TRAMO CLASIFICACIÓN
SUCS Criterio de Calidad SUCS
Evaluación
DEL AL SUCS Permeabilidad Resistencia al cortante
Manejabilidad
46 147+870 148+000 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
47 148+000 148+120 SW-SM Semipermeable
a permeable Alta Muy buena Apto
48 148+300 148+400 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
49 149+120 149+300 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
50 149+390 149+500 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
51 149+670 149+750 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
52 150+000 150+130 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
53 150+360 150+430 SM Semipermeable
a permeable Alta
De buena a correcta
Apto
Fuente: Elaboración propia
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
TRAMO CLASIFICACIÓN
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
18 130+100 130+400 A-2-4 (0) Excelente a bueno
19 131+490 131+550 A-2-4 (0) Excelente a bueno
20 131+910 132+053 A-2-4 (0) Excelente a bueno
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
Fuente: Elaboración Propia
204
Tabla 81.
Criterio de evaluación de calidad de suelos – AASHTO (km 139+470 – km 147+570)
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
28 141+140 141+250 A-2-4 (0) Excelente a bueno
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
37 144+360 144+500 A-2-7 (0) Excelente a bueno
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
43 146+680 146+730 A-2-4 (0) Excelente a bueno
44 147+510 147+570 A-1-b (0) Excelente
Fuente: Elaboración Propia
205
Tabla 82.
Criterio de evaluación de calidad de suelos – AASHTO (km 147+660 – km 150+430)
ITEM
TRAMO CLASIFICACIÓN
AASHTO Evaluación
DEL AL
45 147+660 147+750 A-5 (3) Regular a malo
46 147+870 148+000 A-2-7 (0) Excelente a bueno
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
Fuente: Elaboración propia
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
DEL AL DENSIDAD NATURAL
(%)
95% M D S
(%)
100% M D S
(%)
1 115+100 115+150 4.8 7.5 9.1 Subrasante pobre
2 115+150 115+250 5.9 13.1 16.8 Subrasante pobre
3 115+250 115+350 3.8 7.6 10.1 Subrasante pobre
4 115+350 115+400 3.6 8.6 11.0 Subrasante pobre
5 116+050 116+150 4.0 6.4 8.4 Subrasante pobre
6 116+150 116+290 5.0 9.4 12.0 Subrasante pobre
7 116+290 116+310 3.8 7.9 10.1 Subrasante pobre
8 116+460 116+510 3.0 9.3 12.2 Subrasante pobre
9 118+675 118+700 4.7 5.9 7.4 Subrasante pobre
10 118+910 118+935 9.4 14.2 17.5 Subrasante Regular
11 119+340 119+373 3.2 9.0 12.3 Subrasante pobre
12 126+420 126+460 4.7 10.6 14.4 Subrasante pobre
13 127+340 127+400 7.5 13.1 18.4 Subrasante Regular
14 127+960 128+060 1.4 3.6 4.7 Subrasante Inadecuada
15 128+060 128+200 3.3 11.9 17.2 Subrasante pobre
16 129+015 129+050 4.1 13.3 18.2 Subrasante pobre
17 129+470 129+540 6.4 15.2 21.9 Subrasante Regular
18 130+100 130+400 5.4 9.9 14.5 Subrasante pobre
19 131+490 131+550 4.7 10.2 14.4 Subrasante pobre
Fuente: Elaboración propia
207
Tabla 84.
Criterio de Resistencia Estructural de suelos – CBR (km 131+910 – km 146+150)
ITEM
TRAMO CBR
Evaluación
DEL AL DENSIDAD NATURAL
(%)
95% M D S
(%)
100% M D S
(%)
20 131+910 132+053 5.5 16.5 24.5 Subrasante pobre
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
23 139+150 139+250 3.5 7.1 11.8 Subrasante pobre
24 139+470 139+530 9.5 13.3 17.1 Subrasante Regular
25 140+000 140+060 5.7 10.7 16.7 Subrasante pobre
26 140+060 140+150 6.3 10.9 15.9 Subrasante Regular
27 140+520 140+600 3.8 8.2 13.5 Subrasante pobre
28 141+140 141+250 7.7 12.8 17.3 Subrasante Regular
29 141+250 141+375 6.5 12.6 17.3 Subrasante Regular
30 141+375 141+500 2.0 5.3 8.8 Subrasante inadecuada
31 141+500 141+650 4.6 8.3 10.6 Subrasante pobre
32 141+650 141+750 2.0 8.6 12.0 Subrasante inadecuada
33 141+870 141+970 3.0 6.9 10.5 Subrasante pobre
34 142+980 143+200 6.0 13.4 17.3 Subrasante Regular
35 143+200 143+400 1.7 6.5 10.1 Subrasante inadecuada
36 143+400 143+600 2.8 8.0 11.6 Subrasante inadecuada
37 144+360 144+500 1.5 3.9 6.8 Subrasante inadecuada
38 145+120 145+170 5.6 12.2 16.6 Subrasante pobre
39 145+880 146+150 6.0 13.1 16.6 Subrasante Regular
Fuente: Elaboración propia
208
Tabla 85.
Criterio de Resistencia Estructural de suelos – CBR (km 146+180 – km 150+430)
ITEM
TRAMO CBR
Evaluación
DEL AL DENSIDAD NATURAL
(%)
95% M D S
(%)
100% M D S
(%)
40 146+180 146+230 4.5 6.6 9.7 Subrasante pobre
41 146+270 146+380 1.6 4.3 6.4 Subrasante inadecuada
42 146+380 146+500 2.9 7.1 9.7 Subrasante inadecuada
43 146+680 146+730 4.7 5.4 7.8 Subrasante pobre
44 147+510 147+570 6.2 11.4 18.1 Subrasante Regular
45 147+660 147+750 2.5 6.0 9.0 Subrasante inadecuada
46 147+870 148+000 2.0 9.0 11.6 Subrasante inadecuada
47 148+000 148+120 11.0 19.0 27.5 Subrasante Buena
48 148+300 148+400 5.0 18.9 24.1 Subrasante pobre
49 149+120 149+300 4.4 10.3 13.9 Subrasante pobre
50 149+390 149+500 5.7 18.2 26.7 Subrasante pobre
51 149+670 149+750 6.0 19.0 26.5 Subrasante Regular
52 150+000 150+130 8.7 13.1 17.1 Subrasante Regular
53 150+360 150+430 11.4 19.9 26.0 Subrasante Buena
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración propia
210
Tabla 87.
Criterio de verificación de contenido de humedad y compactación – H.N y O.C.H (km 119+340 – km 141+500)
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
Fuente: Elaboración propia
211
Tabla 88.
Criterio de verificación de contenido de humedad y compactación – H.N y O.C.H (km 141+500 – km 150+430)
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
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración propia.
213
Tabla 90.
Criterio de verificación de compresión de suelos – Índice de compresión (km 126+420 – km 141+650)
ITEM
TRAMO CONSTANTES
FÍSICAS CRITERIO DE COMPRESIÓN DE SUELOS
DEL AL Límite Líquido
(%) Índice de Compresión
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
Fuente: Elaboración propia
214
Tabla 91.
Criterio de verificación de compresión de suelos – Índice de compresión (km 141+650 – km 150+430)
ITEM
TRAMO CONSTANTE
S FÍSICAS
CRITERIO DE COMPRESIÓN DE SUELOS
DEL AL Límite Líquido
(%) Índice de Compresión
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
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración propia
216
Tabla 93.
Criterio de verificación de potencial de expansión de suelos – (km 131+490 – km 146+730)
ITEM
TRAMO CONSTANTE FÍSICA
CLASIFICACIÓN
DEL AL Índice de Plasticidad
(%)
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
Fuente: Elaboración propia
217
Tabla 94.
Criterio de verificación de potencial de expansión de suelos – (km 147+510 – km 150+430)
ITEM
TRAMO CONSTANTE FÍSICA
CLASIFICACIÓN
DEL AL Índice de Plasticidad
(%)
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
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración propia
219
Tabla 96.
Criterio de verificación de consistencia del suelo– (km 129+470 – km 143+200)
ITEM
TRAMO CONTANTES FÍSICAS
HUMEDAD NATURAL
CRITERIO DE INDICE DE CONSISTENCIA
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
Fuente: Elaboración propia
220
Tabla 97.
Criterio de verificación de consistencia del suelo– (km 143+200 – km 150+430)
ITEM
TRAMO CONTANTES FÍSICAS
HUMEDAD NATURAL
CRITERIO DE INDICE DE CONSISTENCIA
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
Fuente: Elaboración propia.
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
Fuente: Elaboración propia
222
Tabla 99.
Criterio de durabilidad de suelos - C.M.O (km 139+000 – km 147+570)
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
Fuente: Elaboración propia
223
Tabla 100.
Criterio de durabilidad de suelos - C.M.O (km 147+660 – km 150+430)
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
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración Propia.
225
Tabla 102.
Vista general de los criterios para evaluar las muestras – km 127+960 – km 140+150
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
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
Fuente: Elaboración Propia
226
Tabla 103.
Vista general de los criterios para evaluar las muestras – km 140+520 – km 146+150
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
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
Fuente: Elaboración Propia
227
Tabla 104.
Vista general de los criterios para evaluar las muestras – km 146+180 – km 150+430
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
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
Fuente: Elaboración Propia.
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
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración propia
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
Fuente: Elaboración propia
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.
Fuente: Elaboración Propia
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
Fuente: Elaboración propia
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.
Fuente: Elaboración Propia.
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.
Fuente: Elaboración Propia.
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%
Fuente: Elaboración propia.
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.
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Anexos
Anexo A. Informe de evaluación petrográfica
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