Estudio de suelos y diseño de pavimentos

Generalidades. Trabajo de campo. Ensayos de laboratorio

  • Enviado por: Edwin
  • Idioma: castellano
  • País: Perú Perú
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ESTUDIO DE SUELOS Y DISEÑO DE PAVIMENTO

CARRETERA : JUANJUI - TOCACHE

TRAMO : III

4.1.0 GENERALIDADES

  • Antecedentes

  • En atención a lo dispuesto por la superioridad y bajo el marco del convenio suscrito entre el MTC y DEVIDA (antes CONTRADROGAS), la Oficina de Apoyo Tecnológico (OAT) remite a la Dirección de Estudios Viales el Memorándum N° 520-2002-MTC/15.17.06, con los Términos de Referencia y el presupuesto para la elaboración de los Estudios de Suelos, Canteras, Diseño de Pavimento, Geología-Geotécnica e Hidrología-Drenaje. Asimismo realizada las coordinaciones para el apoyo logístico, Personal Técnico de esta Oficina se constituyó a la zona de trabajo (Juanjuí y Tocache) a fin de ejecutar los estudios básicos (trabajo de campo) en dos frentes simultáneamente durante el 15 Octubre del 2002 al 03 Noviembre del 2002.

    El tramo de la carretera Juanjuí - Tocache ha sido dividido por la Jefatura de Proyecto en cuatro tramos para una mayor eficacia en su ejecución:

    Tramo I : Juanjuí - Campanilla

    Tramo II : Campanilla - Pizarrón

    Tramo III : Puente Pizana - Pizarrón

    Tramo IV : Tocache - Puente Pizana

    En base a este planteamiento los estudios básicos fueron ejecutados en dos frentes: frente Juanjuí (Tramo I y II) y frente Tocache (Tramo III y IV); correspondiendo el presente Estudio al frente Tocache (Tramo III y IV).

  • Objetivo

  • El presente Estudio tiene el propósito de determinar las propiedades físico-mecánicas del terreno de fundación, evaluar las condiciones de la vía, definir y diseñar el pavimento requerido para la carretera.

  • Descripción de la Zona de Estudio

  • La Carretera Presidente Belaúnde Terry (antes Margina de la Selva) constituye la única vía longitudinal en la selva. El tramo, materia de estudio, se encuentra comprendido entre las ciudades de Tocache y Juanjuí ubicados en el departamento de San Martín, provincias de Tocache y Mariscal Careces respectivamente. El tramo tiene una longitud aproximada de 170 kilómetros. El tramo Tocache - Pizarrón se encuentra constituido por dos tramos (III y IV del Proyecto). Cabe indicar que el punto denominado Pizarrón constituye el límite entre las provincias de Tocache y Mariscal Cáceres.

    El tramo III: Puerto Pizana - Pizarrón tiene como punto de inicio el estribo izquierdo del Puente Pizana (Km. 0+000), origen también del poblado de Pizana. La vía atraviesa en su recorrido poblados como Miraflores, Buenos Aires, Pólvora y Nuevo San Martín, para luego tener como punto final el sector denominado Pizarrón.

    En su primer kilómetro la vía atraviesa el poblado de Pizana para luego desarrollarse en una topografía plana a semi-plana hasta el Km. 7+500 aproximadamente. Desde este punto la topografía es semi-ondulada a ondulada desplazándose principalmente a media ladera con sectores puntuales semi-planos. Por otro lado se debe indicar que el eje del proyecto se encuentra próximo al talud superior, generalmente en los sectores a media ladera.

    4.2.0 ESTUDIO DE SUELOS

    La metodología seguida para la ejecución del estudio de suelos, comprende básicamente una investigación de campo a lo largo del prisma vial definido por el eje de la carretera del proyecto. Mediante la ejecución de prospecciones de exploración (calicatas) se observaron las características del terreno de fundación, para luego obtener muestras representativas y en cantidades suficientes para ser sometidas a ensayos de laboratorio. Finalmente con los datos obtenidos en ambas fases se realizan las labores de gabinete, para consignar luego en forma gráfica y escrita los resultados del Estudio.

  • Trabajo de campo

  • El propósito de los trabajos de campo es reconocer las características físico-mecánicas de los materiales del terreno de fundación, para lo cual se llevan a cabo investigaciones mediante pozos exploratorios a “cielo abierto” de 1.5 m de profundidad mínima, distanciados cada 250m uno del otro, los que se distribuyeron en forma alternada de tal manera que la información obtenida sea representativa.

    En forma general, una vez realizada las prospecciones se determinan los límites de los horizontes de los diferentes estratos (capas) que conforma el sub-suelo y se obtienen muestras disturbadas, que adecuadamente descritas e identificadas a través de una tarjeta donde se consigna ubicación, número de muestra, estado de compacidad de los materiales, características de gradación, profundidad, nivel freático encontrado y tipo de ensayo a realizar; son colocadas en bolsas de polietileno para su traslado al laboratorio.

  • Ensayos de laboratorio

  • El procedimiento de laboratorio tiende a complementar las labores de campo, en ese sentido las muestras obtenidas del suelo de fundación son clasificadas y seleccionadas siguiendo el procedimiento descrito en ASTM D-2488 “Práctica Recomendada para la Descripción de Suelos”.

    Estas muestras representativas fueron sometidas a los siguientes ensayos:

    ENSAYOS ESTÁNDAR

    • Análisis Granulométrico por tamizado (ASTM C-136)

    • Límites de Consistencia (ASTM D-4318)

    . Límite Líquido

    . Límite Plástico

    . Índice de Plasticidad

    • Clasificación SUCS (ASTM D-2487)

    • Clasificación AASHTO (ASTM D-3282)

    • Contenido de Humedad (ASTM D-2216)

    ENSAYOS ESPECIALES

    • Proctor Modificado (ASTM D-1557)

    • CBR (ASTM D-1883)

  • Labores de gabinete

  • En base a la información obtenida durante los trabajos de campo y los resultados de los ensayos de laboratorio, se efectuó la clasificación de suelos, para ello se ha empleado los sistemas SUCS y AASHTO para luego correlacionados de acuerdo a las características litológicas similares, lo cual se consigna en el perfil estratigráfico correspondiente.

  • Descripción de los Suelos

  • Los resultados de laboratorio obtenidos de las muestras de la sub-rasante determinan claramente dos sectores predominantes desde el punto de vista del tipo de suelo que conforma la sub-rasante.

    Desde otro punto de vista, también se puede establecer los porcentajes de suelos, Gravas, arenas, finos y sectores con roca, que según los resultados de laboratorio se encuentran a lo largo del terreno de fundación.

    Gravas (GM, GC, GM-GC, GP-GM, GW-GM) 45.9%

    Arenas (SC, SM, SM-SC, SP-SM) 35.3%

    Finos (ML, CL, OH, CH) 15.1%

    Roca 3.7%

  • Sub-tramo Km. 0+000 - Km. 10+750:

  • En este tramo existe un predominio de los suelos arcillosos (tipo CL). La presencia de suelos granulares encima de los suelos finos se debe al mejoramiento recibido por sectores por motivo de la transitabilidad de la vía; estas capas granulares son variables y no guardan uniformidad, existiendo sectores donde la superficie de rodadura es únicamente arcilla. Asimismo también se observa que algunos espesores granulares solamente alcanzan 0.10m, lo que prácticamente no puede ser considerado como mejoramiento para el tipo de suelo de la sub-rasante.

  • Sub-tramo km 10+750 - km 45+500:

  • En éste sector el predominio de los suelos es prácticamente de las arenas. La presencia de suelos arcillosos (CL) se observa por sectores, cuyos espesores inclusive alcanzan todo el estrato estudiado. Estos sectores deberán ser mejorados con los requerimientos que se establezcan en el capítulo de diseño de pavimentos. Por otro lado, también se observa capas granulares de espesores variables, colocados como mejoramiento de la superficie de rodadura que dependiendo de su espesor pueden considerarse como tal.

  • Sectores críticos

  • El tramo desde el punto de vista de suelos ha sido dividida en dos sub-tramos por sus características como suelo de cimentación para pavimentos.

  • Sectores críticos en el Sub-tramo Km. 0+000 - Km. 10+750

  • A continuación se señalan los sectores críticos con presencia de suelos arcillosos (CL), a ello se suman los sectores que cumpliendo con esta condición recibieron una capa de material granular como mejoramiento y que por su potencia (espesor) no puede ser considerados como tal en la sub-rasante.

    Km 0+000 - km 0+375

    Km 1+125 - km 3+125

    Km 3+875 - km 4+625

    Km 5+125 - km 5+375

    Km 5+875 - km 6+625

    Km 7+125 - km 7+375

    Km 8+125 - km 8+375

    Km 8+450 - km 8+870

    Km 10+375 - Km. 10+650

    Los requerimiento de tráfico y los suelos de bajo valor soporte (CBR) establecen espesores considerables de pavimento, asimismo la relación de rigidez del material de la sub-rasante respecto a los material granular de alto valor de CBR que puede ser colocado sobre esta podrían llegar a establecer asentamientos diferenciales que se reflejan en la superficie. Como solución paliativa se deberá considerar un mejoramiento gradual del suelo de la sub-rasante con CBR en forma ascendente (creciente). La concepción de los espesores del pavimento debe considerar esta posibilidad para mejor performancia de la vía.

    Los sectores puntuales con presencia de nivel freático se indican a continuación:

    Km 5+000 cota del nivel freático -1.10m

    Km 6+750 cota del nivel freático -0.70m

    Km 18+250 cota del nivel freático -1.20m

    Km 20+250 cota del nivel freático -1.30m

    Se debe contemplar la posibilidad de elevar la rasante en la progresiva Km. 6+750, sin restricción de las recomendaciones que pueda realizarse en el Estudio de Drenaje que atenúen el nivel freático.

  • Sectores críticos en el Sub-tramo Km. 10+750 - Km. 45+500

  • El suelo predominante en este sub-tramo son las arenas, cuyo Valor Soporte (CBR) es aceptable como suelo de fundación; pero a pesar de ello existe sectores con presencia de suelos arcillosos que a continuación se indican.

    Km 12+625 - km 12+875

    Km 15+625 - km 15+875

    Km 17+375 - km 17+675

    Km 19+125 - km 19+375

    Km 20+375 - km 20+625

    Km 21+375 - km 21+625

    Km 23+625 - km 23+875

    Km 24+125 - km 24+375

    Km 29+125 - km 30+375

    Km 38+625 - km 38+875

    Km 43+125 - km 43+375

    Km 43+625 - km 44+125

    En estos sectores deberán realizarse un mejoramiento gradual de la sub-rasante como fue indicado para el sub-tramo anterior, las capas de materiales deben posean valores ascendente (crecientes) de CBR, cuestión que debe ser considerada en el diseño de pavimento.

    4.3.0 DISEÑO DE PAVIMENTO

    La estructuración de un pavimento obedece a una disposición de las diversas capas y a las características de los materiales empleados en su construcción, las cuales pueden ofrecer una variedad de posibilidades, de tal manera que puede estar formado por sólo una ó varias capas, y a su vez, éstas pueden ser de materiales naturales seleccionados, procesados y/o sometidos a algún tipo de tratamiento y/o estabilización.

    La actual tecnología contempla una gama muy diversa de secciones estructurales que pueden ser utilizadas y que se encuentran en función de los distintos factores que intervienen en la performance de una vía, como son: solicitaciones tránsito, tipo de suelo, importancia de la vía, condiciones de drenaje, recursos disponibles, etc.

    Asimismo la superficie de rodadura, tiene el propósito principal de proporcionar una superficie uniforme, de textura apropiada, resistente a la acción del tránsito, medio ambiente (intemperismo) y de otros agentes perjudiciales, así como transmitir adecuadamente al terreno de fundación, los esfuerzos producidos por las solicitaciones impuestas por el tránsito. El Proyecto, material del presente estudio tiene consideraciones preestablecida por las consideraciones que son expuestas en el presente y se ha adoptado como solución una superficie granular de rodadura (afirmado).

  • Análisis de Tráfico

  • El comportamiento del tráfico en la zona del proyecto debe ser cuidadosamente analizado para determinar si su influencia cobra importancia en el cálculo de espesores de pavimento, más aún si se trata de vías que van tener como acabado una superficie granular de rodadura (afirmado).

    Es preciso indicar que en nuestro medio para conocer la influencia del número de vehículos, se ha acostumbrado (aceptado) realizar censos vehiculares durante periodos de 7días, los que son corregidos por factores estacionales (FCE) para determinar el Índice Medio Diario Anual (IMDA), en vista que no existe estadística histórica de censos que puedan ayudar a proyectar el número de vehículos para el período de diseño. Todo esto hace más sensible el análisis en donde va incidir decisivamente el criterio de proyectista, en base a la influencia de los factores económicos y crecimiento del parque automotor de la zona.

    La estructuración de la capas de un pavimentos obedecen principalmente a la calidad de los materiales disponibles y a los esfuerzos a los que serán sometidos durante su vida de diseño, para este último es necesario realizar un análisis de la influencia vehicular (censo vehicular y de carga).

    Las investigaciones realizadas demuestran que el efecto producido por las cargas influyen significativamente en el comportamiento del pavimento por las diversas configuraciones de ejes y masas que conforman actualmente los vehículos que circulan por las carreteras; en ese sentido y bajo convención establecida se ha uniformizado y simplificado las cargas los vehículos llevándolos a cargas a ejes simples equivalente de 80 KN (8.2 tn ó 18000 lb).

  • Tráfico de la zona de Estudio

  • La información proporcionada por la Jefatura de Proyecto en cuanto al Estudio de Tráfico de la zona de estudio, lo constituye un censo de vehicular y de carga.

    El censo vehicular fue tomado en la estación E-2 para el sector Tocache - Pizana - Juanjuí, cuya composición se indica en el cuadro siguiente:

    CUADRO Nº 01

    COMPOSICIÓN DEL IMDA

    TIPO DE TRÁFICO

    VEHÍCULOS LIGEROS

    CAMIONES / ÓMNIBUS

    IMDA

    AUTOS

    COMBIS

    MICROS

    BUS

    C-2E

    C-3E

    2S2

    2S3

    NORMAL x FCE

    144

    45

    5

    2

    32

    15

    2

    0

    245

    PORCENTAJE

    58.8%

    18.4%

    2.0%

    0.8%

    13.1%

    6.1%

    0.8%

    0

    100%

    DERIVADO

    65

    17

    0

    4

    11

    8

    22

    17

    144

    GENERADO

    4

    4

    0

    1

    3

    1

    1

    1

    15

    TOTAL AL 2002

    213

    66

    5

    7

    46

    24

    25

    18

    404

    PORCENTAJE

    52.7%

    16.4%

    1.2%

    1.7%

    11.4%

    5.9%

    6.2%

    4.5%

    100%

    70.3%

    29.7%

    100%

    FUENTE: Censo Vehicular (2002)

    ELABORADO: Jefatura de Proyecto del Estudio

    Del cuadro anterior se puede observar que los porcentajes de vehículos ligeros a disminuido en 10% aproximadamente con respecto al tráfico normal y a generado un incremento en el mismo porcentaje para los vehículos pesados; esto puede notarse probablemente por el aumento en el tráfico derivado y generado luego de la rehabilitación de la carretera.

    De igual forma se alcanzaron las tasas (porcentajes) de crecimiento por grupos de vehículos.

    CUADRO Nº 02

    TASA DE CRECIMIENTO

    FECHA DE CÁLCULO

    AUTOS Y PICK-UP

    (vehículos ligeros)

    ÓMNIBUS

    CAMIONES

    PESADOS

    4.3 %

    3.2%

    4%

    FUENTE: Estudio de tráfico

    ELABORADO : Jefatura de Proyecto del Estudio

  • Cálculo de eje Equivalente

  • Los pavimentos deben diseñarse principalmente para las solicitaciones de tráfico, calidad de suelos de fundación y un periodo de tiempo en años. Por otro lado, podemos establecer que el tráfico es influenciado por factores económico locales y/o nacionales los que probablemente puedan ocasionar, en algunos casos, un crecimiento rápido, en otros, la declinación o su paralización, cuestiones que deben ser verificadas durante el periodo de vida del pavimento diseñado.

    Asimismo la determinación de las tasas de crecimiento que se utilizará para el calculo de espesores debe representar un crecimiento sostenido que pueda captar todo los fenómenos que puedan presentarse durante el periodo de diseño del pavimento. Las tasas de crecimiento alcanzada por la Jefatura de Proyecto del Estudio como porcentajes representativos durante el período de diseño (2002 -2012).

    CUADRO Nº 03

    TASA DE CRECIMIENTO PARA EL TRÁFICO PROYECTADO

    PERIODO

    TASA DE

    VEHÍCULOS LIGEROS

    (%)

    TASA ÓMNIBUS (%)

    TASA CAMIONES (%)

    2002 - 20012

    4.3

    3.2

    4.0

    FUENTE : Estudio de Tráfico

    El periodo de diseño para el pavimento ha sido establecida para 10 años, pero alternativamente se determinará para 5 años. La relación matemática utilizada para la proyección del tráfico a partir del año en servicio será la recomendada por las guías de diseño (AASHTO y INSTITUTO DEL ASFALTO).

    Donde:

    r : Tasa de Crecimiento

    n : Año para el cual se calcula el volumen de tráfico

    Se tomará como año de servicio el 2003, se tiene para ese año el siguiente tráfico:

    CUADRO Nº 04

    TRÁFICO DE DISEÑO

    TIPO DE TRÁFICO

    VEHÍCULOS LIGEROS

    CAMIONES / ÓMNIBUS

    IMDA

    AUTOS

    COMBIS

    MICROS

    BUS

    C-2E

    C-3E

    2S2

    2S3

    TOTAL AL 2002

    284

    7

    46

    24

    43

    404

    PORCENTAJE

    70.3%

    1.7%

    11.4%

    5.9%

    10.7%

    100%

    La influencia de las cargas por tipo de eje o por tipo de camión es importante para la determinación de los ejes de repeticiones, por lo tanto la Jefatura del Proyecto del Estudio ha realizado un censo de carga y determinó los factores destructivos por tipo de vehículo, de ellos se tomarán los más críticos.

    CUADRO Nº 05

    FACTORES DESTRUCTIVOS POR TIPO DE VEHÍCULO

    TIPO DE

    VEHÍCULO

    DIRECCIÓN DE CIRCULACIÓN

    Tarapoto - Juanjuí

    Juanjuí - Tarapoto

    Bus

    2.0201

    3.56134

    C - 2E

    0.2545

    0.0805

    C - 3E

    2.3689

    0.25589

    3 S 2

    6.8122

    FUENTE : Estudio de Tráfico

    ELABORADO : Jefatura de Proyecto del Estudio

    El cálculo de Ejes Equivalentes para el periodo de diseño, es analizado de acuerdo a los Manuales de Diseño, Normas para Carreteras, y Estudios de Rehabilitación, desarrollados por la AASHTO, INSTITUTO DEL ASFALTO, así como CONREVIAL, los que son de uso generalizado; así se tiene:

    Donde:

    ESAL8.2Tn = Equivalent Single Axle Loads

    IMDK = Índice Medio Diario del vehículo tipo K.

    FDK = Factor Destructivo de vehículo tipo K.

    CUADRO Nº 06

    NUMERO DE EJES EQUIVALENTE

    PERIODO

    ESAL 8.2tn

    10 AÑOS

    8.5 x 105

    5 AÑOS

    3.8 x 105

  • Valor Soporte del Terreno de Fundación (CBR)

  • Las guías de diseños actualmente utilizan dentro de sus procedimientos de cálculo los valores de resistencia del terreno de fundación representado por el Valor Soporte (CBR-California Bearing Ratio). Durante los trabajos de campo para el estudio de suelos se tomaron muestras representativas para determinar el CBR del suelo de fundación con el propósito de definir la estructura del pavimento. Basándose en esta información y en el análisis del perfil estratigráfico se sectorizó el tramo conforme se establece mas adelante.

    Por otro lado para determinar el valor representativo se ha utilizado un procedimiento estadístico (percentiles) que obedece a los criterios recomendados por Instituto del Asfalto Americano para el cálculo del CBR de diseño. Dicho criterio se basa en la calificación del tráfico proyectado (diseño) con respecto a indicadores estadísticos que establecen el valor indicado del universo de datos obtenidos en laboratorio.

    CUADRO Nº 07

    VALOR DE DISEÑO DEL PERCENTIL

    NIVEL DE TRÁFICO

    (ESAL)

    PERCENTIL DE DISEÑO

    (%)

    104 o menor

    60

    Entre 104 y 106

    75

    106 o más

    87.5

    Del perfil estratigráfico se puede establecer dos zonas claramente definidas por el tipo de suelo que predomina (ver descripción de los suelos). El siguiente cuadro establece un análisis del primer sector comprendido entre las progresivas Km. 0+000 - Km. 10+750.

    CUADRO Nº 08

    ANALISIS DEL VALOR SOPORTE (CBR)

    Km 0+000 - Km. 10+750

    PROGRESIVA

    (Km.)

    CLASIFICACIÓN

    CBR

    (95% de MDS)

    P75

    0+500

    CL

    1.9

    2.2%

    3+000

    CL

    3.9

    5+250

    CL

    1.7

    7+250

    CL

    3.8

    9+000

    CL

    2.2

    18+000

    ML

    3.9

    19+000

    CL

    3.0

    20+500

    CL

    3.1

    25+000

    CL

    3.4

    36+250

    CL

    9.0

    43+000

    CL

    3.4

    El siguiente sector se encuentra ubicado entre las progresivas Km. 10+750 - Km. 45+500.

    CUADRO Nº 09

    ANALISIS DEL VALOR SOPORTE (CBR)

    Km 10+750 - Km. 45+500

    PROGRESIVA

    (Km.)

    CLASIFICACIÓN

    CBR

    (95% de MDS)

    P75

    11+500

    SC

    14.2

    10.4%

    13+750

    SC

    13.1

    22+500

    SM

    10.3

    25+000

    SM

    12.3

    28+250

    SC

    9.4

    39+500

    SC

    10.6

    41+200

    SM

    15.4

    Con el propósito de considerar el aporte del material actualmente colocado en la plataforma como mejoramiento de la superficie de rodadura y además de establecer un aumento progresivo de la resistencia del suelo sobre la sub-rasante y de esta forma una acentuación gradual de la relación de rigidez; se ha analizado los valores de CBR del material actualmente colocado en algunos tramos de la plataforma del primer sector, los mismo que presentan diferentes espesores como puede observase en el perfil estratigráfico.

    CUADRO Nº 10

    ANALISIS DEL VALOR SOPORTE (CBR)

    Capa Superior Utilizado como Superficie de Rodadura

    PROGRESIVA

    (Km.)

    CLASIFICACIÓN

    CBR

    (95% de MDS)

    P75

    1+500

    GP-GM

    41.3

    20.0%

    16+750

    GP-GM

    31.8

    22+500

    SM

    10.3

    26+000

    GC

    19.7

    37+750

    GM

    28.5

    45+000

    GM

    44.9

  • Diseño de Espesores del Pavimento

  • El presente proyecto, materia de estudio, tiene como directiva que la estructura del pavimento sea una Superficie Granular de Rodadura (afirmado); por lo que se ha estructurado los espesores del pavimento de acuerdo a lo solicitado.

    Método de la US Forest Service

    El servicio de Guardabosques de EE.UU. es responsable del diseño y mantenimiento de una gran parte de caminos pavimentados y no pavimentados y ha desarrollado procedimientos para el diseño estructural de los mismos, encuadrándolos en un sistema de diseño basado en la minimización de los costos de vida del pavimento. En ese sentido para pavimentos de materiales granulares el método utiliza dos criterios de falla, por Ahuellamiento y por Serviciabilidad, esta último será la utilizado para el presente diseño.

    CUADRO N° 11

    CALCULO DE NÚMERO ESTRUCTURAL (SN)

    Índice de

    Serviciabilidad

    Numero de ejes simples equivalentes de 18000lb (x 103)

    Valor Soporte del Suelo (SS)

    2

    3

    10

    Pi = 4.0

    Pf = 1.5

    200

    3.24

    2.87

    1.04

    500

    3.68

    3.27

    1.25

    1000

    4.04

    3.60

    1.42

    Fuente : Guía de la US Forest Service

    Elaboración : Propia

    Para la distribución de los espesores la metodología plantea una gama de coeficientes estructurales (ai) que pueden ser combinados de acuerdo a la calidad del material disponible. A continuación se presenta coeficientes estructurales para los materiales de canteras disponibles en la zona y que de acuerdo a los ensayos de laboratorio realizados en el contexto del Estudio de Canteras.

    CUADRO N° 12

    COFICIENTES ESTRUCTURALES

    CBR del

    Material Granular

    Coeficiente Estructural (SN)

    Superficie de

    Rodadura ó

    Base Granular

    Sub-base

    Granular

    20

    0.070

    0.095

    30

    0.093

    0.109

    45

    0.112

    0.124

    50

    0.117

    0.127

    60

    0.126

    0.130

    Fuente : Guía de la US Forest Service

    Elaboración : Propia

  • Diseño Estructural

  • En principio se ha establecido dos periodo de diseño, el primero de 5 años y el segundo de 10 años (requerido por el Proyecto). Por otro lado del perfil estratigráfico se observa dos sub-tramos de acuerdo a la calidad del suelo. Bajo este contexto se establecerá la estructura:

    De acuerdo al cuadro establecido por la US Forest Service la determinación del Número Estructural (SN) para un pavimento afirmado es establecido por la interpolación de los parámetros señalados para el tipo de falla, calidad de la sub-rasante y número de eje de repeticiones del tráfico proyectado.

  • Sub-tramo Km. 0+000 - Km. 10+750

  • CUADRO N° 13

    DATOS BÁSICOS DEL DISEÑO

    Periodo de Diseño

    CBR de la

    Sub-rasante

    Tráfico de

    Diseño

    SN

    5 años

    2.2%

    3.8x105

    3.50

    10 años

    2.2%

    8.5x105

    3.95

    En base a los datos del cuadro anterior se establece la siguiente estructuración del pavimento.

    CUADRO N° 14

    ESPESORES DEL PAVIMENTO

    Tipo de Material

    Periodo de diseño

    de 5 años

    Periodo de diseño

    de 10 años

    Pulg.

    cm.

    Pulg.

    cm.

    Afirmado con CBR = 50%

    al 100% MDS

    19.0

    50.0

    18.0

    46.0

    Capa Granular Tipo A

    con CBR = 20% al 95% MDS

    12.0

    30.0

    17.0

    43.0

    En este sub-tramo existe la presencia de sectores que por condiciones de transitabilidad ha sido mejorados en capas sucesivas con materiales del tipo GP-GM, GW-GM y GC.

    A continuación se indican aquellos sectores que han logrado alcanzar el espesor indicado para ser considerado como material de “Capa Granular Tipo A” y que de acuerdo a los análisis de laboratorio tienen CBR igual o superior a 20% al 95% de la Máxima Densidad Seca (MDS), aportando de esta manera al pavimento, siempre y cuando se verifique su extensión y alcance a todo el ancho de la calzada.

    Km 0+375 - km 1+125

    Km 3+125 - km 3+875

    Km 4+625 - km 5+125

    Km 5+375 - km 5+875

    Km 6+675 - km 7+125

    Km 7+375 - km 7+625

    Km 7+875 - km 8+125

    Km 8+375 - km 8+450

    Km 8+870 - km 10+375

    En éstos sectores podría, luego de verificarse su extensión, colocarse el material de afirmado indicado en el cuadro de diseño.

    Es preciso señalar que la propuesta de diseño indicada líneas arriba obedece a la condición de la coincidencia en la ubicación de la sub-rasante del diseño geométrico con la actual superficie de rodadura. En el supuesto caso de levantar la rasante sobre la actual superficie, la calidad del material de relleno no debe ser menor al indicado como Capa Granular Tipo A.

  • Sub-tramo Km. 10+750 - Km. 45+500

  • CUADRO N° 15

    DATOS BÁSICOS DEL DISEÑO

    Periodo de Diseño

    CBR de la

    Sub-rasante

    Tráfico de

    Diseño

    SN

    5 años

    10.4%

    3.8x105

    1.2

    10 años

    10.4%

    8.5x105

    1.4

    En base a los datos del cuadro anterior se establece la siguiente estructuración del pavimento.

    CUADRO N° 16

    ESPESORES DEL PAVIMENTO

    Tipo de Material

    Periodo de diseño

    de 5 años

    Periodo de diseño

    de 10 años

    pulg.

    cm.

    Pulg.

    cm.

    Afirmado con CBR = 50%

    al 100% MDS

    10

    25

    12.0

    30.0

    En este sub-tramo se presenta sectores críticos con presencia de suelos del tipo CL y ML con bajo valores de CBR (2%). En estos sectores se debe considerar como diseño de pavimento los establecidos en el sub-tramo anterior.

    Km 12+625 - km 12+875

    Km 15+625 - km 15+875

    Km 17+375 - km 17+625

    Km 19+125 - km 19+375

    Km 20+375 - km 20+625

    Km 24+125 - km 24+375

    Km 29+125 - km 30+375

    Km 38+625 - km 38+875

    Km 43+125 - km 43+375

    Km 43+625 - km 44+125

  • Recomendaciones Constructivas

    • Los suelos de la sub-rasante por su naturaleza han sido divididos en dos sub-tramos, cuyos diseños fueron concebidos de forma diferente y principalmente constituidos dos capas, la primera de afirmado y la segunda denominada Capa Granular tipo A. Esta estructuración de capas en el pavimento obedece principalmente a la calidad de la sub-rasante.

    • La capa de Afirmado deberá cumplir las exigencias de calidad establecidas en las Especificaciones Técnicas (EG-2000, sección 302).

    • Por restricciones económicas puede dividirse el espesor total del afirmado en dos capas, la primera de afirmado concordante con las EG-2000 y la segunda (capa inferior) de la misma calidad a excepción del parámetro de Índice de Plasticidad que se deberá encontrarse entre NP a 9%, con el propósito de utilizar las fuentes de materiales de origen fluvial en forma natural.

    • La Capa Granular Tipo A constituye un espesor estructural del pavimento, por lo que sus condiciones constructivas deben ser controladas minuciosamente. Sus requerimientos mínimos debe ser los siguientes:

    CBR = 20% al 95% de la Máxima Densidad Seca (MDS)

    Tamaño Máximo = 3”

    Espesor máximo de Compactación = 20cm

    • La capa de afirmado deberá ser compactada al 100% de la Máxima Densidad Seca (MDS) y su CBR mínimo de 50% al 100% MDS.

  • Conclusiones

    • El estudio de suelos del tramo Puerto Pizana - Pizarrón tiene el propósito de reconocer las características del terreno de fundación donde se apoya la estructura vial, para lo cual se han ejecutado 186 pozos exploratorios o perforaciones a "cielo abierto" (calicatas) de 1.5 m de profundidad, realizadas a una distancia de 250m una del otra, de modo que la información obtenida sea representativa de la zona en estudio.

    • El suelo de fundación del Tramo Puerto Pizana - Pizarrón se encuentra constituido por los tipos de suelos:

    Gravas (GM, GC, GM-GC, GP-GM, GW-GM) 45.9%

    Arenas (SC, SM, SM-SC, SP-SM) 35.3%

    Finos (ML, CL, OH, CH) 15.1%

    Roca 3.7%

    • En base al análisis del perfil estratigráfico se ha divido la carretera en dos tramos: el primero comprendido entre el Km. 0+000 al Km. 10+750 con un predominio de suelos arcillosos (CL) y el tramo Km. 10+750 al Km. 45+500 con predominio de suelos arenosos.

    • Las capas de suelos granulares colocadas encima de suelos arcillosos como mejoradores de la superficie de rodadura pueden ser consideradas como aporte, siempre y cuando cumplan con el requisito de espesor (mínimo de 0.40), tal como es analizado en ítem “4.2.3.2 Zonas Críticas”.

    • Los datos básicos de diseño para el tramo III se resumen en los siguientes cuadro:

    DATOS BÁSICOS DEL DISEÑO

    (Sub-tramo Km. 0+000 - Km. 10+750)

    Periodo de Diseño

    CBR de la

    Sub-rasante

    Tráfico de

    Diseño

    SN

    5 años

    2.2%

    3.8x105

    3.50

    10 años

    2.2%

    8.5x105

    3.95

    DATOS BÁSICOS DEL DISEÑO

    (sub-tramo Km. 10+750 - Km. 45+500)

    Periodo de Diseño

    CBR de la

    Sub-rasante

    Tráfico de

    Diseño

    SN

    5 años

    10.4%

    3.8x105

    1.2

    10 años

    10.4%

    8.5x105

    1.4

    • Los espesores del pavimento (afirmado) se resumen a continuación por sub-tramos.

    ESPESORES DEL PAVIMENTO

    (Sub-tramo Km. 0+000 - Km. 10+750)

    Tipo de Material

    Periodo de diseño

    de 5 años

    Periodo de diseño

    De 10 años

    pulg.

    cm.

    Pulg.

    cm.

    Afirmado con CBR = 50%

    al 100% MDS

    19.0

    50.0

    18.0

    46.0

    Capa Granular Tipo A

    con CBR = 20% al 95% MDS

    12.0

    30.0

    17.0

    43.0

    ESPESORES DEL PAVIMENTO

    (sub-tramo Km. 10+750 - Km. 45+500)

    Tipo de Material

    Periodo de diseño

    de 5 años

    Periodo de diseño

    de 10 años

    pulg.

    cm.

    Pulg.

    cm.

    Afirmado con CBR = 50%

    al 100% MDS

    10

    25

    12.0

    30.0

    En el sub-tramo Km. 10+750 - Km. 45+500 existe sectores donde los suelos son arcillosos, en estos deberán ser colocados el diseño establecido en el sub-tramo Km. 0+000 - Km. 10+750 (ver 4.2.3.2 Zonas Críticas).

  • Recomendaciones

      • El tramo se encuentra ubicado en zona de selva por lo cual es indispensable el cumplimiento irrestricto de todas las recomendaciones expuestas en el estudio de Hidrología y Drenaje, con el propósito de evitar fallas asociadas a movimientos del agua en el pavimento.

      • Por restricciones económicas puede dividirse el espesor total de la capa de afirmado en dos parte; para lo cual la calidad de la segunda capa inferior será igual al exigido para un afirmado a excepción del Índice de Plasticidad que se encontrar entre NP a 9%.

      • Si bien el proyecto establece un periodo de diseño de 10 años y por la naturaleza del proyecto es un pavimento afirmado sin recubrimiento, sería conveniente considerar, por razones de durabilidad, los diseñados para un períodos de 5 años.

      • Las recomendaciones señaladas en el presente Estudio y en lo referente a los capítulos de Suelos, Canteras y Diseño de Pavimento deberán ser concordantes con las Especificaciones Generales para Construcción de Carreteras del MTC (EG - 2000).