ESTUDIO-DISEÑO

JORGE SANCHEZ GALVANIngeniero civil

C A P I TU L O I

G E N E R A L I D A D E S E I N F O R M A C I O N P R E L I M I N A R

1.1. ANTECEDENTES

El Ministerio de Transporte y Obras Públicas, dentro del plan de

Rehabilitación y Mejoramiento de la Red Vial del País contrata a la

Compañía Consermin para que realice los trabajos necesarios tendientes

a brindar las mejores condiciones de seguridad y comodidad a los

usuarios de esta vía.

En tal circunstancia y luego de un análisis de las condiciones en que se

encuentra actualmente la vía y tomando en cuenta la calidad de los

materiales utilizados y los existentes en la zona de influencia del

proyecto, se ha creído necesario realizar un rediseño de la estructura del

pavimento, de tal manera que se obtenga la mayor durabilidad ante la

influencia de factores como tráfico vehicular, humedad, tipo de suelo de

subrasante y agentes atmosféricos, dando seguridad y comodidad a los

usuarios.

Para el efecto, se contrata el suscrito Ing. Jorge Sánchez Galván para

realizar los estudios de investigación de campo y el rediseño respectivo,

que consta en el presente informe.

1.2. IMPORTANCIA Y UBICACIÓN DEL PROYECTO

Esta vía es importante por cuanto permitirá la integración de amplias

zonas productivas y turísticas que se encuentran en el área de influencia

del proyecto, con la disminución del tiempo de viaje, costos de operación

y mantenimiento vehicular, lo cual representa un gran desarrollo socio-

económico entre Costa, Sierra y Oriente, enlazando las provincias de

Chimborazo que tiene acceso a la Costa y Morona Santiago con su

capital Macas.

Dirección: Av. Eloy Alfaro 1138 y República Quito – EcuadorTelf. 2547895 -099661147


Adicionalmente hay que considerar que esta vía ha tenido un tratamiento

inicial con gran inversión de recursos económicos del Estado Ecuatoriano

y es necesario culminar la construcción a fin de que esta inversión se

traduzca en beneficio lo cual se logrará con los trabajos integrales que

serán realizados dentro del contrato de ejecución de obra actual.

1.2.1 UBICACIÓN.-La vía inicia en la parroquia Cebadas(0+000), y es una continuación de la

vía San Luis-Cebadas que actualmente está en proceso de ampliación y

Rehabilitación. Atraviesa las lagunas de El Atillo, túnel de San Vicente,

parroquia 9 de Octubre(fin del proyecto) y Macas como consta en los

esquemas adjuntos.

UBICACIÓN GENERAL DEL PROYECTO

UBICACIÓN REGIONAL DEL PROYECTO



1.3. CLIMA

El corredor Cebadas-9 de Octubre, atraviesa zonas de diferente

características de temperatura puesto que el recorrido abarca cotas que

van desde 2954msn hasta 1630msn, con grandes variaciones de

temperatura especialmente en el tramo comprendido entre el km 0+000 y



el km 50+000 aproximadamente, lo cual implica tomar consideraciones

especiales en el diseño de la capa de rodadura especialmente, drenaje y

procesos constructivos, debido a que estas condiciones ambientales

severas influyen en gran medida en el comportamiento y durabilidad de la

capa de rodadura especialmente.

1.4.- GENERALIDADES HIDROLOGICAS.-

La zona por donde se desarrollará el proyecto, presenta una pluviosidad

relativamente alta, con una precipitación media anual que bordea los 3000mm,

una temperatura media de 20ºC y humedad relativa cercana al 90% en la mayor

parte del año Por estos motivos, se asume que las cunetas laterales deben

asumir únicamente la labor de recolección y transporte de la escorrentía

superficial

1.5. SITUACION ACTUAL

Con la finalidad de realizar una descripción de las condiciones actuales

en que se encuentra la vía, se la ha dividido en cuatro tramos tomando en

cuenta la condición superficial y el tratamiento que se le ha dado en

anteriores incursiones.

Estos tramos son los siguientes:

Tramo km 0+000-Km 45.- Este tramo se encuentra a nivel de Doble

Tratamiento Superficial Bituminoso con deformaciones decimétricas

verticales y fisuramientos longitudinales y transversales.

Las capas inferiores del pavimento están constituidas por mejoramiento

granular y subbase granular en los espesores que constan en el cuadro

01

Tramo km 45+000-km 60+000.- Se encuentra a nivel de mejoramiento

granular con la presencia de surcos longitudinales formados por la

pérdida de material superficial expuesto a los efectos de las

precipitaciones pluviales, que en la zona son de alta intensidad.



Como estructura del pavimento se ha colocado una capa de

mejoramiento granular con material del talud de la vía y subbase granular

que por efecto de las lluvias torrenciales se ha desgastado habiendo

quedado un espesor incipiente.

Tramo km 60+000-km 70+000.- Este tramo se caracteriza por

encontrarse a nivel de subrasante y secciones con mejoramiento y en

estado deficiente para la circulación vehicular además que existen zonas

inestables que merecen un tratamiento especial en lo que se refiere a

estabilidad de taludes y de la plataforma de la vía.

La estructura del pavimento será construida en su totalidad con

mejoramiento granular, subbase, base y carpeta asfáltica.

Tramo km 70+000-km 95+000.- Se encuentra a nivel de capa de

subbase granular.

1.6 VIAS DE ACCESO.-

El inicio del proyecto se encuentra en la Y la vía a Guamote y se accede a

través de la vía que viene desde Riobamba-San Luis-Cebadas y al final del

proyecto se accede por Macas.

1.6 GEOMORFOLOGIA Y COBERTURA SUPERFICIAL.Geológicamente, la zona cruza por formaciones volcánicas que se componen de

ceniza reciente, roca metamórfica y coluvios inestables. Se enmarcan en

edades entre el Cuaternario y Cretáceo, atravesando la formación Macuchi y

depósitos aluviales. La primera se constituye de conglomerado volcánico, tobas,

limo volcánica, arenas y piroclastos. La segunda formación, se compone de

coluviales en el que se encuentran, grava y arena en estado suelto.

La zona se caracteriza por las condiciones de humedad alta, con un clima de frio

en la zona alta a cálido conforme se avanza hacia 9 de Octubre. Los suelos

corresponden a limo arenosos ,profundos con una retención de humedad alta y

fertilidad media.



1.7. TRANSITOLa cuantificación del volumen y composición del tráfico actual, se obtuvo

del estudio realizado por la Consultora Geovial realizado en el año

Proyectando esta información para el año 2011 en el cual entrará a

funcionar la vía con las nuevas características del pavimento objeto del

presente informe.

Para efectos de diseño del pavimento, se tomará la información

correspondiente a la estación ubicada en San Luis que es la más cercana

al proyecto Cebadas-9 de Octubre.

UBICACION DE LA ESTACION DE CONTEO



TASAS DE CRECIMIENTO DEL TRÁFICO VEHICULAR PARA LA PROVINCIA DE CHIMBORAZO

Liviano Bus Camión20082009201020112012201320142015201620172018201920202021202220232024202520262027

AÑOTASA DE CRECIMIENTO

2.26%

2.03%

1.84%

1.69%1.60%

1.60%

1.95%

2.66%2.43%

2.17%

1.95%

1.78%

Proyecciones de Tráfico:Para las proyecciones del tráfico vehicular, se han utilizado las tasas de

crecimiento de tráfico que dispone el Ministerio de Transporte y Obras Públicas

del Ecuador, conforme al siguiente detalle:

Cuadro 02 Proyecciones de tráfico

FUENTE: Geovial consultores Cia. Ltda.


AÑO LIVIANOS BUSES CAMIONES TOTAL2007 1158 147 47 13522008 1186 151 48 13852009 1215 155 49 14192010 1244 159 50 14542011 1275 163 51 14892012 1306 168 53 15262013 1334 171 54 1559204 1363 174 55 15922015 1392 178 56 16262016 1423 181 57 16612017 1453 185 58 16962018 1482 188 59 17292019 1511 191 60 17622020 1540 194 61 17952021 1570 197 63 18302022 1601 200 64 18652023 1630 203 65 18972024 1659 206 66 19312025 1688 210 67 19652026 1718 213 68 19992027 1749 216 69 2034

SAN LUIS


Una vez que la carretera Cebadas – 9 de Octubre-Macas entre en

funcionamiento, el volumen de tráfico se verá incrementado debido a la

tendencia de los usuarios a disminuir el tiempo de viaje y también al desarrollo

turístico que se verá beneficiado por las mejoras viales que se están dando en

esta región y el enlace de ésta vía a la Troncal Amazónica. Por tal razón se

tomará un factor adicional de asignación de tráfico para el cálculo de ejes

equivalentes.



CAPITULO II

INVESTIGACIÓN DE LA SUBRASANTE

2.1 ESTUDIO DE SUELO DE SUBRASANTE

Trabajos Realizados

Con la finalidad de determinar las propiedades físico - mecánicas del

suelo de subrasante, se realizó la investigación de la subrasante

aproximadamente cada kilómetro recuperando muestras donde las

condiciones lo permitían a 0.50 m, 1.00 m, 1.50 m o en profundidades

intermedias si se producía el cambio de estrato. En las muestras

obtenidas recuperadas, se realizaron los siguientes ensayos a 0.50 m.

compactación (relación humedad - densidad) y valor soporte (C.B.R.),

granulometría, límites de Atterberg y humedad natural, a 1.00 m y 1.50 m.

humedad natural, granulometría y límites de Atterberg, así como ensayos

de Penetración Dinámica en los sitios donde las condiciones de la

subrasante lo permitieron, es decir se realizaron en subrasante con

suelos arenoso y limo arenosos



Debido a la Morfología y Litología de la zona por la que atraviesa el

proyecto, las características de la subrasante son variables e

identificadas con bastante claridad en cuatro zonas homogéneas.

Km 0+000-km 45+000.-En forma general, esta zona se caracteriza por la presencia de arena fina,

limo arcilloso de mediana a baja resistencia al esfuerzo cortante

demostrada en los ensayos de C.B.R. Se encuentran en estado

semihúmedo debido a la filtración de agua a través de las capas

superiores.

Km 45+000-km 70+000.-Esta zona corresponde a una formación rocosa metamórfica con alta

resistencia al corte y zonas de coluviales inestables a los que se dará un

tratamiento especial desde el punto de vista de estabilización de taludes y

la plataforma de la vía. Existe la presencia de flujos de agua que deben

ser captados mediante subdrenes longitudinales en tramos específicos

que serán determinados en la ejecución de la obra.

Km 70+000-95+000.- En esta zona, se puede identificar la alternancia de

estratos rocosos y suelos blandos que son los que predominan y en base

a los que se realizará el diseño de la estructura del pavimento.

Por tal razón se ha realizado dos tipos de ensayos: Inalterado con el

Cono de Penetración Dinámico y en laboratorio sometiendo las muestras

a saturación con lo cual se ha obtenido diferentes valores como era de

esperar y para el diseño se adopta los valores más representativos que

corresponden a las condiciones naturales o inalteradas que es realmente

lo que va a suceder en la vía.

Descripción de los suelos encontrados.-

Los suelos encontrados se describe de acuerdo a las zonas que tienen

características similares en especial a la clasificación, contenido de

humedad, C.B.R. coloración.



De los pozos a cielo abierto que se realizaron a lo largo de todo el

proyecto, se determinaron las características físicas en forma visual como

coloración, espesores de las capas, cuyos resultados constan en el

cuadro 03.

CAPITULO 3

DISEÑO DE PAVIMENTO

3.1.- GENERALIDADES

El pavimento es una estructura lineal, conformada por un sistema laminar

heterogéneo y anisotrópico, sometido a un gran número de aplicaciones

de cargas transitorias y dinámicas, que convive con el ambiente,

diseñada para responder al requerimiento de los esfuerzos inducidos por

las cargas vehiculares y de los usuarios.

3.2.- CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑO

El diseño de la estructura del pavimento, está definido por dos

consideraciones fundamentales, la primera de carácter funcional, y la

segunda de carácter estructural.

En la primera, se engloban aspectos como la importancia del proyecto, la

velocidad de operación, la seguridad, el mantenimiento y los costos de

inversión.



En la segunda aparecen los conceptos de resistencia, durabilidad,

estabilidad volumétrica, compresibilidad, resistencia a la fatiga, capacidad

portante, relación esfuerzo - deformación, comportamiento frente a la

dimensión ambiental, sistema constructivo, mecanismo y estrategia de

rehabilitación.

Estas consideraciones están intrínsecamente involucradas, de tal manera

que se interrelacionan para dar como resultado una estructura durable y

que brinde seguridad a los usuarios.

3.3.- VARIABLES DE DISEÑOPeríodo de diseño

Tomando en cuenta que esta vía servirá de enlace y desarrollo Socio -

Económico y que el tráfico que va a generar esta integración será

importante, es necesario considerar un período de diseño inicial de 10

años, complementándose con las actividades necesarias de

reforzamiento para llegar a los 20 años.

El período de diseño ha sido determinado, tomando en cuenta factores

como: el costo económico de construcción, el costo económico de

operación de los vehículos, el costo de mantenimiento anual y el de

mantenimiento periódico hasta su reconstrucción.

TRANSITO

El método de diseño, se basa en el número de ejes simples equivalentes

a 18 Kips en el carril de diseño (W18).

Del estudio de tráfico, que consta en el cuadro 02, se desprende que la

distribución de carga por eje corresponde a un tráfico de tipo mediano,

con predominio de vehículos tipo liviano y buses.

3.4. SELECCIÓN DEL TIPO DE PAVIMENTO3.4.1. CONCEPCION DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO.-

Tomando en cuenta que la zona es de alta pluviosidad y humedad, se ha

considerado necesario diseñar un pavimento con la suficiente capacidad

estructural y drenaje para que no sea afectado por la influencia de los



cambios en la capacidad portante de la subrasante. Por tales motivos se

considera el pavimento de tipo flexible con una capa de rodadura con

mezcla asfáltica en caliente, subbase granular clase 3 , base granular

clase 2 estabilizada con cemento sobre las capas granulares existentes.

La definición de la estructura del pavimento se fundamenta en lo que

consta en el Método de diseño de la AASHTO y adicionalmente en

factores de tipo ambiental, básicamente relacionada con los niveles de

precipitación, el tráfico, la humedad relativa, estabilidad de las geoformas

superficiales y estabilidad de la capa de rodadura ante los agentes

atmosféricos y naturales.

Para el segundo período deberá realizarse los estudios adicionales y

determinar las acciones de rehabilitación o actividades necesarias para

mantener la vía en condiciones adecuadas de transitabilidad. En todo

caso, la decisión del tratamiento a dar a la vía después del primer período

dependerá de los resultados de un estudio detallado de las condiciones

de la vía en esa época.

3.5. METODOLOGÍA ASHTOO 1993.-

Para determinar los espesores de las capas de pavimento se utiliza el

método de diseño de la ASHTOO actualizado, descrito en la publicación

AASHTO GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENT STRUCTURES OF

1993, cuya ecuación básica es la siguiente:

LogW18 = ZRxSo +9.36xllog(SN-1) – 0.20 + + 2.32XlogMR – 8.07

DONDE:

W18 = Número previsto de ejes equivalentes de 18 kip(18000lb) acumulados durante el período de diseño para el carril estudiado.



ZR= Abscisa correspondiente a una área igual a la confiabilidad R en la curva de distribución normalizada.

So= Desviación estándar general 0.40 – 0.50 para pavimentos flexibles

= Diferencia entre el índice de servicio inicial(pi) y EL Indice de servicio final (pf) del pavimento.

MR = Módulo de resiliencia

SN = Número estructural indicativo del pavimento.

El número estructural se expresa por:

SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3

Donde:

a1 = Coeficiente de la capa i

D1 = Espesor de la capa i

m1 = Coeficiente de drenaje de la capa i

Criterios de diseño

Confiabilidad

Se define como la probabilidad de que una sección de pavimento,

diseñada de acuerdo con el método, se comporte satisfactoriamente bajo

las condiciones de tránsito y medio ambiente previstas durante el período

de diseño.

Para esta vía se ha escogido un 90% de confiabilidad, debido al tipo de

tránsito, tipo de carretera y materiales de la subrasante.

Este factor está íntimamente relacionado con la desviación estándar la

cual obedece a una distribución normal y que por recomendación de la

AASHTO varía entre 0.40 y 0.50 en el caso de pavimentos flexibles.

Serviciabilidad



En este caso, se ha tomado un valor inicial del PSI 4 y un valor final de 2

en función del tipo de vía y de la tecnología constructiva disponible.

Resistencia del suelo de fundación

La propiedad del suelo de subrasante que utiliza el método para el diseño

del pavimento, es el módulo Resiliente (Mr). Este módulo se determina

con un equipo que no es de fácil adquisición y por tal motivo se han

establecido correlaciones para determinarlo a partir de otros ensayos.

Para el cálculo del Mr existen correlaciones que su utilización depende el

C.B.R. las que se dan a continuación.

Serviciabilidad

En este caso, se ha tomado un valor inicial del PSI= 4 y un valor final de 2

en función del tipo de vía y de la tecnología constructiva disponible.

Resistencia del suelo de fundación

Serviciabilidad

i C.B.R. < 7,2% Mr(psi) = 1500 x CBR

Si C.B.R. < 20% Mr(p.s.i.) = 3000 x CBR 0.65

Si C.B.R. >20% Mr(p.s.i.) = 4326 x ln(CBR) + 241

Coeficiente de capas

El método asigna a cada una de las capas un coeficiente estructural (ai)

mediante el cual se convierten sus espesores reales a números

estructurales (SN).

Drenaje

Se refleja en la presencia de los factores (mi) que modifican los

coeficientes de las capas en la ecuación del número estructural.

Estos coeficientes se determinan del cuadro 03 siguiente:

Cuadro N° 03 Coeficientes de drenaje



Cargas de diseño

Para el diseño se utilizan únicamente las cargas de los vehículos

pesados de acuerdo a la metodología empleada.

En primer lugar, se determinó el número de vehículos pesados que

circularán por el carril de diseño por día, considerando los factores de

distribución de tráfico para el tipo de vía analizado de acuerdo con las

recomendaciones de la AASHTO.

3.5.1.- SELECCIÓN DEL MÓDULO DE RESILIENCIA DE DISEÑODe acuerdo a los resultados de las calicatas, sólo fue posible realizar

ensayos de C.B.R. en los tramos comprendidos entre los km 0+000-km

45+000 y km 70+000–95+000 cuyos resultados de ensayos constan en el

anexo 01 y en el cuadro 04 se presenta el cálculo del Módulo de Diseño

correspondiente al 75% de las muestras analizadas.

CUADRO 04

RESUMEN DEL CALCULO DE MODULO DE RESILIENCIA DE DISEÑO


Calidad de

Drenaje

% de tiempo en que el pavimento está expuesto a niveles de humedad próximos a la saturación.

< 1% 1 – 5% 5 – 25% >25%

Excelente 1.40 – 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 Pobre 1.05 – 0.95 0.95 – 0.75 0.75 – 0.40 0.40


5.2.- DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE PAVIMENTO Período (20010 - 2020)

Para determinar los espesores de la estructura del pavimento se ha

considerado la siguiente alternativa:

ALTERNATIVA TRAMO KM 0+000- KM 45+000



Capa de rodadura de 8cm con mezcla asfáltica en caliente

Base granular clase 2 de 20cm de espesor , estabilizada con

cemento, colocada sobre la estructura existente.

Subbase granular existente

Mejoramiento granular existente

ALTERNATIVA TRAMO KM 45+000- KM 60+000 Capa de rodadura de 8cm de mezcla asfáltica en caliente

Base,estabilizada con cemento, colocada sobre la estructura

existente.

Subbase granular existente de espesor variable desde 10 hasta 30cm

ALTERNATIVA TRAMO KM 60+000- KM 70+000 Capa de rodadura de 8cm de mezcla asfáltica en caliente

Base granular clase 2 de 15cm de espesor, estabilizada con cemento

nueva.

Subbase clase 3 de 20cm de espesor nueva



Mejoramiento granular de 45 cm de espesor

ALTERNATIVA TRAMO KM 70+000- KM 95+000(fin del proyecto) Capa de rodadura de 8cm de mezcla asfáltica en caliente

Base granular clase 2 de 15cm de espesor, estabilizada con

cemento.

Subbase granular clase 3 exsitente

Período 2020- 2030Luego del primer período de vida del pavimento, se deberá actualizar la

evolución del tráfico con lo cual se realizará además una evaluación

estructural y funcional del pavimento y llegar a definir las estrategias para

recuperar el nivel de servicio.

En los cuadros 05 y 06 se presenta el cálculo del número de ejes

equivalentes y los espesores de la estructura del pavimento con sus

respectivas secciones transversales existente y propuesta.



CUADRO 05



CUADRO 06



3.6.- PROCESO CONSTRUCTIVO TRAMO KM 0+000-KM 45+000



1. Previo a la colocación de la nueva capa de base estabilizada, será

necesario recuperar la estructura existente que en este caso sería el

DobleTratamiento Superficial Bituminosos más la subbase existente en

un espesor total de 5cm y tender la base granular clase 2 nueva para

mezclar con cemento en un porcentaje entre 3 a 3.5% en peso, el tendido

y compactación final.

2. Tomando en cuenta que se va a incrementar el espesor de la base

granular, las cunetas quedarán a un nivel inferior, por lo que será

necesario rellenar con material granular y conformar las nuevas cunetas

o en su defecto derrocar las existentes y construir un sistema nuevo.


1. Este tramo está constituido por una subrasante rocosa, de alta capacidad

portante hasta subbase por lo que se debe reconformar la capa granular

existente en un espesor de por lo menos 15 cm, y colocar la base

estabilizada con cemento en un espesor de 15cm

2. Durante el proceso constructivo será necesario identificara con detalle las

zonas en las que se debe colocar subdrenes longitudinales y en algunos

casos subdrenes horizontales debido al flujo de agua de escorrentía.


1. En este tramo existen zonas inestables en las que se realizarán obra de

estabilización tanto de la plataforma de la vía como de los taludes sin

embargo de lo cual para construir la estructura del pavimento, será

necesario colocar una capa de mejoramiento granular , subbase y la base

estabilizada con cemento más la carpeta asfáltica de 8cm de espesor.



3.7.- PROCESO CONSTRUCTIVO TRAMO KM 70+000-KM 94+000(fin del proyecto)

1. Previo a la colocación de la nueva capa de base estabilizada, será

necesario reconformar la capa granular existente y luego colocra la

carpeta asfáltica.

3.8. ESPECIFICACIONES GENERALESPara el control tecnológico durante la construcción se observará

rigurosamente todo lo establecido en las “Especificaciones Generales

para la Construcción de Caminos y Puentes” MOP-001-F Edición 2002,

tanto en lo referente a la calidad de los diferentes materiales, como a los

métodos y procesos constructivos.

REALIZADO POR:

Ing. Jorge Sánchez G.CONSULTOR



ENSAYOS DE LABORATORIOCLASIFICACION



ENSAYOS DE PENETRACION DINAMICA(D.C.P.)


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