PROPUESTA TÉCNICO-ECONOMICA DE UN DISEÑO CON …

FACULTAD DE INGENIERÍA

Carrera de Ingeniería Civil

PROPUESTA TÉCNICO-ECONOMICA DE UN DISEÑO CON PAVIMENTO REFORZADO CON GEOMALLA

PARA GARANTIZAR ESTABILIDAD Y TRANSITABILIDAD VEHICULAR EN SUELOS TROPICALES TRAMO VILLA EL PESCADOR-

MASISEA-CORONEL PORTILLO- UCAYALI

Trabajo de Investigación para optar el Grado Académico de

Bachiller en Ingeniería Civil

SANDY KAREN AYALA SALVADOR (0000-0002-6582-2430)

JHON JULINHO PINTO LAURENTE (0000-0002-2239-9214)

Asesor:

Mg. Luis Fernando Raygada Rojas (0000-0002-5471-643X)

Lima – Perú

2021

ii

INDICE

RESUMEN 1

1. Descripción del Problema del Proyecto 3

1.1. Descripción de la realidad problemática .................................................................... 3

1.2. Delimitación de la Investigación ................................................................................ 7

1.2.1. Delimitación Geográfica 7

1.2.2. Delimitación Temporal 9

1.3. Formulación del problema de la investigación ........................................................... 9

1.3.1. Problema principal 9

1.3.2. Problemas secundarios 10

1.4. Objetivo de la investigación ..................................................................................... 10

1.4.1. Objetivo Principal 10

1.4.2. Objetivo Específico 10

2. Expediente Técnico 13

2.1. Memoria Descriptiva ................................................................................................ 13

2.1.1. Antecedentes 13

2.1.2. Topografía 14

2.2. Alcances de la propuesta .......................................................................................... 14

3. Evaluación del entorno, impactos y/o riesgos 15

3.1. Análisis de Vulnerabilidades .................................................................................... 16

3.2. Plan de control de calidad y seguridad en obra ........................................................ 18

4. Propuesta de solución tomando en cuenta la normativa vigente y estándares 19

4.1. Resumen de cumplimiento con las restricciones y limitaciones del proyecto ......... 19

4.2. Resumen de cumplimiento con estándares de diseños nacionales e internacionales 21

5. Plan de Metodología de Trabajo 24

5.1. Flujo de trabajo del Proyecto .................................................................................... 24

5.2. Flujo de trabajo para la Instalación de Geomalla Biaxial en Pavimentos Flexibles. 25

5.3. Flujo de trabajo para el diseño del Pavimento Rígido .............................................. 25

6. Juego de planos constructivos 26

6.1. Plano de Ubicación y Localización (ANEXO 2) ....................................................... 26

6.2. Plano de Ubicación de Canteras (ANEXO 3)............................................................ 26

6.3. Plano de Planta y Perfil Longitudinal (ANEXO 4) ................................................... 26

iii

6.4. Plano de Secciones Transversales (ANEXO 5) ......................................................... 26

7. Memoria de cálculos 26

7.1. Memoria del estudio de tráfico ................................................................................. 26

7.2. Memoria del estudio de canteras .............................................................................. 30

7.3. Memoria de cálculo del diseño estructural ............................................................... 31

7.3.1. Estudio de Mecánica de Suelos 31

7.3.2. Diseño de Pavimento Flexible según AASTHO 93 32

7.3.3. Diseño de Pavimento Flexible con Geomalla Biaxial según AASTHO 93 40

7.3.4. Diseño de pavimento rígido 42

7.4. Memoria de cálculo de diseño Geométrico .............................................................. 56

8. Cronograma de ejecución del estudio-Diagrama de Gantt 67

9. Presupuesto y Análisis de Costos 69

9.1. Comparación Económica .......................................................................................... 82

10. CONCLUSIONES 84

11. RECOMENDACIONES 85

12. REFERENCIAS 86

11. ANEXOS 90

iv

Índice de figuras

Figura 1: Principales causas que originan el problema de transitabilidad vehicular. 6

Figura 2: Zona de ubicación del proyecto, Carretera Villa el Pescador – Masisea, Coronel

Portillo – Ucayali – Perú 8

Figura 3: Diferencia de peligro vs riesgo. 16

Figura 4: Flujo de trabajo del proyecto. 24

Figura 5: Flujo de trabajo para la instalación de geomalla biaxial. 25

Figura 6: Flujo de trabajo para el diseño de pavimento rígido. 25

Figura 7: Variación Diaria de Vehículos por cada día 28

Figura 8_ Zx vs Progresiva 37

Figura 9: CBR Promedio 37

Figura 10 Determinación del SNreq1, SNreq2. 39

Figura 11: Perfil de la estructura del Pavimento 40

Figura 12 Coeficiente de Aporte Estructural 41

Figura 13: Perfil de la estructura del Pavimento con Geomalla 42

Figura 14: Estimación de vida útil del pavimento respecto al trafico 43

Figura 15 Nomograma de estimación de numero estructural de pavimento rígido (a) 54

Figura 16: Nomograma de estimación de numero estructural de pavimento rígido (b) 55

Figura 17: Perfil de la estructura del Pavimento rígido 55

Figura 18: Camión de diseño 64

Figura 19: Sobreancho en las curvas 64

Figura 20: Sección transversal típica en tangentes 66

Figura 21: Diagrama Gantt de la ejecución del proyecto 67

Figura 22 Comparativo de costos para un Pavimento 83

v

Índice de tablas

Tabla 1: Coordenadas UTM-WGS 84 de la zona de estudio 7

Tabla 2: Intervenciones en la Red Vial Nacional, ejecutado 2001-2018 y programado 2019-

2021 13

Tabla 3: Clasificación de Amenazas 17

Tabla 4: Probabilidad que la amenaza se materialice 18

Tabla 5: Severidad de la amenaza si se materializa 18

Tabla 6: Espesor mínimo por tipo de capa. 21

Tabla 7: Tráfico Normal de Masisea 27

Tabla 8: Tráfico Normal convertido de ML – MT a Automóvil 27

Tabla 9: Resumen de comportamiento del Flujo Vehicular Diario 28

Tabla 10: Resultado del índice medio anual (IMDA) por tipo de vehículo 29

Tabla 11: Descripción de canteras 30

Tabla 12: Relación de volúmenes de canteras 31

Tabla 13: Resumen de Ensayos realizados 32

Tabla 14: Factores de Distribución Direccional y de Carril para determinar el factor el

Transito en el Carril de Diseño. 33

Tabla 15: Relación de Cargas por Eje para determinar Ejes Equivalentes “Fvp” 34

Tabla 16: Determinación del EEi(día-carril) 34

Tabla 17: Nivel de confiabilidad recomendado por AAHTO para carreteras 35

Tabla 18: Índice de Serviciabilidad 36

Tabla 19: Tramos Homogéneos 36

Tabla 20: Parámetros para determinar el SNpro y los espesores de cada capa. 38

Tabla 21: Parámetros para determinar el SNpro y los espesores de cada capa. 42

vi

Tabla 22: Ucayali: Valor Agregado Bruto por Años, según Actividades Económicas Valores

a Precios Corrientes (Variación porcentual del índice de precios) 44

Tabla 23: Factor de presión de contacto 45

Tabla 24: Relación de Cargas por Eje para determinar Ejes Equivalente (EE) Para

Pavimentos Rígidos 46

Tabla 25: Calculo del factor camión por tipo de vehículo para pavimentos rígidos 46

Tabla 26: Índice medio diario anual y factor de vehículo pesado o camión de diseño por tipo

de vehículo 47

Tabla 27: Calculo de ejes equivalente (EEi) por tipo de vehículo 47

Tabla 28: Nivel de confiabilidad de la vía por clasificación funcional y zona 48

Tabla 29: Desviación normal estándar por niveles de confiabilidad 48

Tabla 30: Índices de serviciabilidad recomendados para pavimento rígido 50

Tabla 31: Coeficiente de transferencia de carga recomendado para varios tipos de

pavimentos y condiciones de diseño 51

Tabla 32: Coeficiente de drenaje del pavimento rígido 52

Tabla 33: Espesor de concreto del pavimento. 53

Tabla 34: Clasificación por demanda 56

Tabla 35: Clasificación por orografía 57

Tabla 36: Rangos de Velocidad de diseño en función de la clasificación de la carretera por

demanda y orografía. 58

Tabla 37: Longitud de tramos en tangente 59

Tabla 38: Radios mínimos y peraltes máximos 60

Tabla 39: Anchos mínimos de calzada en tangente 62

Tabla 40: Anchos de bermas 63

Tabla 41: Sobreanchos 65

vii

Tabla 42: Valores referenciales para taludes en corte (relación H: V) 65

Tabla 43: Taludes referenciales en zonas de relleno (terraplenes) 66

viii

Índice de ecuaciones

Ecuación 1: Índice Medio Diario Anual (IMDa) 29

Ecuación 2: Factor de corrección estacional (Fc) 29

Ecuación 3: Numero de ejes equivalentes 34

Ecuación 4: Factor de crecimiento anual 35

Ecuación 5: Tráfico 35

Ecuación 6: Numero estructural requerido para pavimento flexible 37

Ecuación 7: Numero estructural propuesto 38

Ecuación 8: Numero estructural propuesto para pavimentos flexibles reforzados con

geomalla 41

Ecuación 9: Factor por vehículo pesado o camión 46

Ecuación 10: Modulo de reacción de la subrasante (K) 49

Ecuación 11: Modulo de elasticidad (Ec) del concreto 50

Ecuación 12: Numero estructural del pavimento rígido 52

Ecuación 13: Radio mínimo 61

1

RESUMEN

El presente trabajo tiene por objetivo dar conocer una propuesta de diseño y desarrollar

un análisis económico de pavimento para el tramo Villa el Pescador-Masisea. Lo que se quiere

lograr es realizar el diseño del pavimento flexible reforzado para reducir la estructura del

pavimento, donde se busca determinar los aportes de la geomalla como refuerzo y si es o no una

alternativa económicamente viable sin disminuir la capacidad estructural de la vía proyectada.

Asimismo, usar la metodología de diseño establecido en la norma AASHTO R-50.

Debido al crecimiento demográfico se viene realizando la construcción de nuevas vías de

acceso, donde las dimensiones de la estructura del pavimento flexible son un factor sustancial en

el costo del proyecto, por lo que se han desarrollado métodos para disminuir la estructural del

pavimento flexible, uno de estos métodos consiste en reforzar el pavimento mediante el uso de

geomallas para mejorar el suelo, generando un confinamiento lateral y aumentar su resistencia a

la tensión.

Las geomallas utilizadas en el refuerzo son soluciones que presentan altas resistencias a

la tensión para trabajar en conjunto con los suelos, los cuales presentan resistencia a la

compresión, formando sistemas reforzados que generan beneficios en las obras de

infraestructura. Para poder obtener un buen diseño es necesario conocer las propiedades de las

geomallas disponibles en el mercado actualmente.

Luego se hizo una recopilación de las metodologías de diseño que se utilizaron para el

caso de estudio presentado y las investigaciones que permitieron obtener los factores necesarios

para realizar el diseño de las secciones reforzadas con geomalla. Con esta información se

procedió al diseño de las estructuras del pavimento, esto permitió hacer un análisis económico

completo con los diferentes factores que influyen en el resultado final obtenido en el pavimento

2

con geomallas de refuerzo lo cual varía 8.6% y 40% menos que el pavimento flexible y el

pavimento rígido respectivamente, así como encontrar las condiciones óptimas donde esta

alternativa es económica y técnicamente mejor.

La geomalla se ha utilizado con el fin de reforzar y mejorar el comportamiento del

pavimento.

3

1. Descripción del Problema del Proyecto

1.1. Descripción de la realidad problemática

La infraestructura vial es una pieza fundamental para el desarrollo económico y social en

un país, ya que fomenta el desarrollo económico y satisface las condiciones básicas para el

avance de las actividades productivas. (INEGI, 2016). Sin embargo, el Estado Peruano ha

presenciado el déficit de infraestructura vial a lo largo del tiempo en toda la Red Vial, esto fue

fundamentado y expuesto por Provias Nacional en la presentación de “Intervenciones en la Red

Vial Nacional” (2016), la cual contiene puntos relevantes que abarcan la brecha de

infraestructura vial, tales como el crecimiento del PBI (Producto Bruto Interno), lineamientos

estratégicos y planificación vial que contiene políticas nacionales de desarrollo para los próximos

años.

La Amazonía peruana representa el 59% del territorio nacional, presenta un clima

tropical que influye en la formación y caracterización de los suelos tropicales (Rodríguez,1990).

Por lo tanto, existen diferentes metodologías de diseño para pavimentos flexibles incluyendo

métodos empíricos. Por ejemplo, el método AASHTO es un método de regresión basado en

métodos empíricos obtenidos por la AASHTO ROAD TEST en los años 50, esta metodología

explica la contribución estructural de diferentes tipos de estabilizantes. (MARTINEZ, 2008). El

diseño de pavimentos genera altos costos dependiendo la metodología que se use o por la escasez

del material granular cerca del área de trabajo (Orobio,2015)

En el tramo longitudinal de la selva peruana, 1655.11 mil km de la red vial están

pavimentados, pero hay más de 165.75 mil km de caminos no pavimentados, por lo tanto, no

permiten el desarrollo regional (Provias Nacional, 2018). Tal es el caso de la red vial

departamental de Ucayali que solo cuenta con el 9.81 % de sus redes viales asfaltadas según la

4

Dirección Regional de Transportes y Comunicaciones (DRTC,2017). Este es un problema que

afecta a la Amazonia, por ello para la mejora económica de la Amazonía Peruana (Ucayali), se

necesita usar metodologías que ayude a mejorar la infraestructura vial, ya que esta es

fundamental para el desarrollo de la región. (Chávez, 2007)

El desarrollo de este trabajo se ubica en el tramo Villa el Pescador-Masisea, provincia de

coronel Portillo, departamento de Ucayali, lo cual presenta un clima tropical y tiene una longitud

de 4 km. Las principales causas son las características geológicas y mineralógicas del suelo que

por ser del tipo arcilloso presentan una baja resistencia estructural, estos suelos son clasificados

como marginales-inadecuados para su puesta en obra por su elevada plasticidad y expansividad

(Duque & Escobar, 2016). El clima prevalente en el sitio es otro de los factores, como las altas

precipitaciones superficiales característico de la zona tropical, estos contribuyen en el deterioro

de la capa de rodadura del pavimento, este efecto es mayor en combinación con el tráfico

(Obando, 2017).

Existen otros factores que influyen en la calidad de las vías como: la disponibilidad de

canteras que por característica del lugar de estudio no cumplen las especificaciones técnicas, se

encuentran alejados de la vía o simplemente son limitados. Además, se establecen requisitos que

deben tenerse en cuenta para el desarrollo de actividades de explotación de canteras de

materiales de construcción según la resolución ministerial N° 188-97-EM-VMM. Por otro lado,

los estabilizadores que comúnmente son empleados, en el medio, como el cemento portland son

ineficaces en ciertas condiciones, su uso a gran escala puede demandar un alto costo económico

y generar contaminación ambiental ya que del total C02 producidas por las actividades humanas

la industria cementera emite de 5% a 8 % de contaminantes (UNDC, 2015).

5

La construcción de la infraestructura vial en suelos tropicales es compleja debido al tipo

de suelo y a los factores climatológicos (Carrillo, 2016). Otros factores que originan el problema

de transitabilidad vehicular como se observa en la Figura 1. Por ello, en el Perú el uso de

geosintéticos en la construcción de pavimentos se está tornando una solución algo común ya que

su diseño responde a los problemas que tiene el pavimento (Hinostroza, 2018). Además, con el

uso de los geosintéticos muestra una reducción de los espesores de las secciones reforzadas que

varían entre 21.05% y 40.74% (Orrego, 2014).

Para mejorar los suelos tropicales se necesita mejorar la calidad del suelo, esto es para

estabilizar la base del pavimento, ya que los suelos blandos de la zona son evidentes

(Requiz,2018). Así mismo es necesario garantizar un drenaje adecuado en la vía para evitar

saturación de los materiales granulares de la nueva estructura y garantizar la vida útil para la cual

fue diseñada (Palma, 2012). Estas geomallas proporcionan un confinamiento lateral de la base o

subbase en el suelo aumentando la resistencia a la tensión, mejora la capacidad portante,

membrana tensionada, y mejora la distribución de esfuerzos sobre el terreno natural. (Korner,

2015).

6

Figura 1:

Principales causas que originan el problema de transitabilidad vehicular.

Fuente: Elaboración Propia

VIAS

INSTRANSITABLES

Expedientes Técnicos

incompletos

Deficientes estudios

de suelos y drenaje

Escasos Presupuesto

para los estudios Supervisión

escasa

Sub Causa

Materiales

Inadecuados Pocos controles de

Calidad

Deficiencia del Diseño

del Pavimento

PROCESO

CONSTRUCTIVO ESTUDIOS

TÉCNICOS

Canteras Alejadas

Escases de materiales

Costo elevado del

material en la zona

MATERIAL

Falta de toma de

decisiones Técnicas Poca experiencia en el

proceso constructivo

Clima tropical

Lodazal

Falta de

Capacitación

GOBIERNO LOCAL AMBIENTE HOMBRE

Inadecuados mantenimientos

y rehabilitaciones

Suelo Fino

Polvadera (Contaminación

Ambiental)

PROBLEMA

7

1.2. Delimitación de la Investigación

1.2.1. Delimitación Geográfica

El proyecto se encuentra ubicada en la Localidad de Masisea, perteneciente al Distrito

de Masisea, Provincia de Coronel Portillo - Ucayali; cuya categoría es una Zona Rural. La

topografía de la zona tiene la característica de ser llana, no presenta mayores complicaciones en

cuanto a desniveles dado que su orografía es de terreno plano, la longitud del tramo es

aproximadamente 00+4.00 km. En la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se

aprecia la ubicación exacta vista desde el Google Earth.

Tabla 1:

Coordenadas UTM-WGS 84 de la zona de estudio

Sur 8°35’22” S

Oeste 74°18’50”

Departamento UCAYALI

Provincia CORONEL PORTILLO

Distrito MASISEA

Localidad MASISEA

Región Geográfica SELVA

Zona RURAL


8

Figura 2:

Zona de ubicación del proyecto, Carretera Villa el Pescador – Masisea, Coronel

Portillo – Ucayali – Perú

Fuente: Google Earth

9

1.2.2. Delimitación Temporal

La investigación está referida a la provincia de Coronel Portillo, específicamente al área

de estudio que se detalla en el plano de ubicación. El tema se basa en el desarrollo del

mejoramiento de este tramo con el uso de la implementación de tecnología en la estabilización

de suelos expansivos, que se puede clasificar un tipo de material según el manual de diseño con

Geosintéticos y la norma CE. 020 Estabilización de Suelos y Taludes, por la que se emplea una

solución para el mejoramiento de suelos de soporte y capas granulares. Estas metodologías

permiten reforzar y mejorar el comportamiento del pavimento con el fin evitar saturación de

los materiales granulares de la estructura del pavimento y garantizar la vida útil para la cual fue

diseñada.

Se incluirá estudios cercanos a la zona con el fin de determinar los parámetros de

resistencia del suelo, para el diseño de las nuevas estructuras como el diseño estructural del

pavimento. Comprendiendo el estudio completo de mecánica de suelos, diseño del pavimento

utilizando la implementación tecnológica y el análisis de costos.

1.3. Formulación del problema de la investigación

1.3.1. Problema principal

¿Cuál es la mejor propuesta técnico-económica para el diseño de un pavimento

reforzado con geomalla que carece de estabilidad en los suelos tropicales, que dificulta la

transitabilidad vehicular ubicado en el Tramo Villa El Pescador-Masisea-Coronel Portillo-

Ucayali?

10

1.3.2. Problemas secundarios

¿Cómo diseñar el pavimento reforzado con geomalla para garantizar la estabilidad en

los suelos tropicales y una mejor transitabilidad vehicular en el Tramo Villa El Pescador-

Masisea-Coronel Portillo- Ucayali?

¿Qué diseños de pavimento tradicional, pavimento con geomalla de refuerzo y

pavimento rígido en suelos tropicales puede garantizar la estabilidad en el suelo tropical y una

mejor transitabilidad vehicular en el Tramo Villa El Pescador-Masisea-Coronel Portillo-

Ucayali?

¿Cuál es la mejor propuesta técnico-económica de los diferentes tipos de pavimentos en

los suelos tropicales y una mejor transitabilidad vehicular en el Tramo Villa El Pescador-

Masisea-Coronel Portillo- Ucayali?

1.4. Objetivo de la investigación

1.4.1. Objetivo Principal

Proponer un análisis técnico-económica para el diseño de un pavimento reforzado con

geomalla para mejorar la estabilidad del suelo tropical y garantizar la transitabilidad vehicular

ubicado en Tramo Villa El Pescador-Masisea-Coronel Portillo- Ucayali

1.4.2. Objetivo Específico

1. Diseñar un pavimento reforzado con geomalla que garantice la estabilidad en los

suelos tropicales y una mejor transitabilidad vehicular en el Tramo Villa El Pescador-

Masisea-Coronel Portillo- Ucayali

2. Proponer diseños de un pavimento tradicional, pavimento con geomalla de refuerzo y

pavimento rígido en suelos tropicales que garantice la estabilidad en el suelo tropical

11

y una mejor transitabilidad vehicular en Tramo Villa El Pescador-Masisea-Coronel

Portillo- Ucayali.

3. Desarrollar un análisis técnico-económico de un pavimento tradicional, pavimento

con geomalla de refuerzo y pavimento rígido en suelos tropicales y una mejor

transitabilidad vehicular en Tramo Villa El Pescador-Masisea-Coronel Portillo-

Ucayali.

1.5. Justificación e Importancia

El proyecto desarrolla una propuesta de mejoramiento del pavimento flexible en suelos

tropicales utilizando Geomallas de refuerzo como una alternativa para solucionar la carencia de

infraestructura básica en la zona, cuyo propósito principal es mejorar la transitabilidad vial y

con ello mejorar la calidad de vida de las personas y pueblos cercanos del lugar. Así mismo,

Alva (2016) evidencia la existencia de suelos arcillosos en el departamento de Pucallpa, por

ello es importante determinar sus propiedades físicas - mecánicas y emplear estabilizantes, de

lo contrario podría generar costos excesivos en la construcción de carreteras. Además, se debe

tener cuidado con los precios unitarios para la elaboración de estas (Porón, 2012).

El Manual de carreteras, suelos, geología, geotecnia y pavimentos (2013), brinda

parámetros para mejorar un suelo de baja capacidad portante con diversas alternativas de

estabilización, donde se consideran materiales no aptos con un CBR ≤ 6%. Además, la

ausencia de información en los manuales al usar una metodología basada en geosintéticos

(Orrego,2014), sobre todo en los lugares donde no se encuentran materiales pétreos disponibles

y su traslado es complicado por las condiciones geográficas y especialmente en zonas como la

Amazonía Peruana (Ucayali) donde hay ausencia de los materiales granulares.

12

El desarrollo de la infraestructura vial departamental en zonas amazónicas está

aumentando en gran medida durante los últimos años y tiene como finalidad transportar

mercancías y personas (DRTC,2017-2026). Además, la economía de Ucayali está basada

principalmente en la actividad comercial, agroindustrial y forestal. Debido a la disponibilidad

de sus recursos. El sector forestal tiene una participación de 9,7% en su PBI. (Mincetur, 2018).

En la actualidad, para mejorar las propiedades geotécnicas de un suelo tropical, es

necesario estabilizar los suelos usando alguna metodología, uno de ellos es el uso geosintéticos

(geomalla biaxial) que presentan altas resistencias a la tensión que trabajan en conjunto con los

suelos, ofrecen una alta rigidez flexural formando sistemas reforzados que generan beneficios

en la obra de infraestructura y garantizar la vida útil para la cual fue diseñada, siendo una

alternativa válida para su uso en obra civil lo cual garantiza eficiencias de trabajo por encima

del 90% para la construcción de carreteras (Palma, 2012)

En la construcción de obras de infraestructura vial, se presentan suelos arcillosos

expansivos que nos obliga a cambiar dicho material por otra que presenta mayor capacidad

estructural y que cumpla con los requerimientos, para soportar las cargas a las que estará

sometido durante su tiempo de vida útil (Hernández et. al, 2016). Por otro lado, los suelos de la

selva peruana se caracterizan por la carencia de canteras que pueden ser usados en las diversas

capas de la estructura del pavimento, debido a este problema una solución es el uso de

geomallas de refuerzo que permite mejorar la capacidad de soporte del suelo incrementando la

capacidad de la subrasante (Pérez, 2012).

En el Perú se implementan pavimentos nuevos, se mejoran los existentes a nivel de

soluciones básicas y para el año 2023 se tiene planeado invertir 10,469 millones de soles en

rehabilitación, mejoramiento y construcción de las carreteras, como se observa en la Tabla 2

13

(PROVIAS NACIONAL, 2019). Sin embargo, todo diseño de pavimento se realiza con el

método empírico y ello no garantiza una buena inversión, debido a que no se ajusta a las

condiciones de la zona.

Tabla 2:

Intervenciones en la Red Vial Nacional, ejecutado 2001-2018 y programado 2019-2021

Fuente: Provias Nacional, 2019

Con el desarrollo del proyecto se busca dar una solución empleando el uso de

geomallas de refuerzo para pavimentación, con el fin de mostrar la reducción de espesores de

las capas. Así mismo, su aplicación en carreteras tiene impactos positivos en lo económico

reduciendo volúmenes de movimiento de tierras, en lo técnico incrementa la vida útil de los

pavimentos y logrando un pavimento más eficiente (Alvarado, 2012).

2. Expediente Técnico

2.1. Memoria Descriptiva

2.1.1. Antecedentes

El antecedente más reciente del mantenimiento de esta vía se remonta al año 2013 y

principios del 2014 la Municipalidad Provincial de Coronel Portillo realizo labores de

mejoramiento del camino vecinal EMP. UC – 623: Emp. UC - 621 (MASISEA), PTE. CAÑO

MASISEA, VILLA EL PESCADOR, con material de afirmado con un espesor de 15

centímetros siendo el material utilizado 80% de hormigón más 20% de material ligante. Esta

vía es la que comunica a través del puerto en el río Ucayali (Villa El Pescador) con la capital

14

del distrito de Masisea, mediante la cual se comunican todos los centros poblados de la margen

derecha del río Ucayali conectados por el camino vecinal hacia la ciudad de Masisea, a los

mercados locales y regionales. Por el paso de los años y la falta de un adecuado mantenimiento

las condiciones de la vía se encuentran en pésimas condiciones, lo que dificulta el traslado de

las personas, carga y pasajeros, actualmente se carece de actividades de operación y

mantenimiento rutinario y periódico.

2.1.2. Topografía

La zona tiene la característica de ser llana, no presenta mayores complicaciones en

cuanto a desniveles dado que su orografía es de terreno plano. Asimismo, la pendiente

longitudinal no supera el 5%. Esta topografía permite que la obra no conlleve excesivos

volúmenes de corte de terreno para nivelación, todo lo contrario, al ser un terreno orgánico se

tendrá que mejorar la subrasante para posteriormente rellenarlo con un material de préstamo

apto.

2.2. Alcances de la propuesta

El proyecto consiste en mejorar la transitabilidad de la infraestructura vial y elaborar

una propuesta de mejoramiento de un pavimento flexible utilizando Geomallas de refuerzo en

suelos tropicales, se basó principalmente en la búsqueda de la data lo cual incluye estudios

básicos de la ingeniería como el estudio geotécnico y de tráfico. Por lo tanto, se realizará

estudios topográficos mediante la georreferenciación del google Earth, para diseño geométrico

de la carretera, diseño estructural del pavimento, memorias de cálculo y la elaboración de

planos, metrado y presupuesto del proyecto.

Por otro lado, en la especialidad de geotecnia, se tomó una data de estudio de mecánica

de suelos cercana al área de estudio, el cual incluye una serie de ensayos tales como: ensayo

15

para el Análisis Granulométrico, ensayo de Limite de Consistencia como el límite líquido,

límite plástico, Contenido de Humedad, Clasificación de suelos AASSHTO y S.U.C.S, Proctor

Modificado, el CBR (California Bearing Ratio- Valor Soporte de California). Finalmente, estos

estudios de suelos fueron tomados del proyecto “MEJORAMIENTO DE LAS PISTAS Y

VEREDAS DE LA LOCALIDAD DE MASISEA DISTRITO MASISEA” realizados en el

“Laboratorio Suelos, Concreto y Asfalto GASPAR E.I.R.L.”

3. Evaluación del entorno, impactos y/o riesgos

La matriz de identificación de peligros y evaluación de cuenta con una metodología

para identificar, evaluar y controlar los riesgos de los procesos y actividades durante la

ejecución del proyecto, así efectuarse en forma proactiva antes del inicio de un nuevo proceso

o antes de iniciar un proceso en el cual hubo cambios en el procedimiento de trabajo. Se realizó

el Análisis y Control de Riesgos en los Procesos del Proyecto de acuerdo con OHSAS 18001

y el reglamento de la ley n°29783, Ley de Seguridad y Salud en el trabajo Decreto Supremo

N°005-2012-TR son las siguientes:

16

Figura 3:

Diferencia de peligro vs riesgo.

Fuente: Elaboración propia en base a OHSAS 18001 y La Ley de Seguridad y Salud

en el Trabajo (2017).

3.1. Análisis de Vulnerabilidades

El análisis de vulnerabilidad es el proceso mediante el cual la organización determina el

nivel de exposición y la predisposición a la pérdida de un elemento o grupo de elementos ante

una amenaza específica. Se valora (0) la más baja a (1) en el nivel más alto o pérdida total.

AMENAZA

Condición latente derivada de la posible ocurrencia de un fenómeno físico de origen

natural, socionatural o antrópico no intencional, que puede causar daño a la población y sus

bienes, la infraestructura, el ambiente y la economía pública y privada. Es un factor de riesgo

externo, como se observa en la Tabla 3.

Es una fuente, situación o acto con potencial de daño en

terminos de lesión y/o enfermedad.

¿Qué es un peligro?Es una combinación de la

probabilidad y la consecuencia que ocurra un evento peligroso

específico.

¿Que es un riesgo?

17

Tabla 3:

Clasificación de Amenazas

TECNOLOGICAS NATURALES SOCIALES

❖ Robos de datos ❖ Movimientos sísmicos ❖ Sindicatos

❖ Derrame de químicos ❖ Deslizamiento de tierras ❖ Asaltos o robos

❖ Caída de sistemas ❖ Lluvias torrenciales ❖ Huelgas masivas

❖ Accidentes laborales ❖ Inundaciones

Fuente: Elaboración propia

Donde el nivel de riesgo se clasifica en:

✓ ACEPTABLE: Acciones de control que no se necesita tomar acciones, riesgo

controlado o tiene poco impacto y se le asigna el color VERDE.

✓ ACEPTABLE CONDICIONADO: Acciones de control que se deben hacer

esfuerzos para reducir el riesgo, las medidas para ello deben implementarse en un

periodo determinado y se le asigna el color AMARILLO.

✓ INACEPTABLE: Eventos que se necesita tomar acción para reducir el riesgo y

se le asigna el color ROJO.

Es así que, para el Análisis de Riesgos, se está siguiendo los siguientes pasos:

✓ Identificación de peligros.

✓ Determinación de los riesgos originados por cada peligro y evaluación

del riesgo en base a tres conceptos: la probabilidad que el problema ocurra (ver

Tabla 4), la severidad del mismo (ver Tabla 5).

✓ Toma de decisiones respecto a cada uno de los riesgos (en base a su nivel de

riesgo) para determinar si son aceptables, aceptables condicionados o

inaceptables.

18

Tabla 4:

Probabilidad que la amenaza se materialice

PROBABILIDAD

Baja B 1 Cuando el problema se presenta poco

Media M 2 Cuando el problema se presenta medianamente

Alta A 3 Cuando el problema se presenta constantemente

Fuente: G & G Arquitectos

Tabla 5:

Severidad de la amenaza si se materializa

SEVERIDAD

Baja B 1 Cuando el efecto del problema afecta poco al proceso, al

cliente o al negocio

Media M 2 Cuando el efecto del problema afecta medianamente al

proceso, al cliente o al negocio

Alta A 3 Cuando el efecto del problema afecta altamente al proceso, al

cliente o al negocio

Fuente: G&G Arquitectos

Seguidamente se está realizando el Control de riesgos, para ello se determina las

medidas de control o acciones de prevención o de protección que reducirían la magnitud de los

riesgos a fin de lograr la seguridad. Entendiéndose como seguridad la situación o condición de

mantener todos los riesgos en un nivel tolerable.

3.2. Plan de control de calidad y seguridad en obra

Durante la construcción de las obras el Director de Obra y el Director de la Ejecución

de la Obra realizarán los controles correspondientes, el cual debe verificar el cumplimiento de

las exigencias definidas en el manual de Carreteras – Sección Suelos y Pavimentos R.D. N ˝

10-2014-MTC-14, según indican los siguientes puntos:

a) Control de recepción en obra de productos, equipos y sistemas

19

El control de recepción tiene por objeto comprobar que las características técnicas de

los productos, equipos y sistemas suministrados satisfacen lo exigido en el proyecto. Este

control comprenderá:

El control de la documentación de los suministros.

El control mediante distintivos de calidad o evaluaciones técnicas de idoneidad.

El control mediante ensayos.

b) Control de ejecución de la obra

Durante la construcción, el director de la ejecución de la obra controlará la ejecución de

cada unidad de obra verificando su replanteo, los materiales que se utilicen, la correcta

ejecución y disposición de los elementos constructivos y de las instalaciones, así como las

verificaciones y demás controles a realizar para comprobar su conformidad con lo indicado en

el proyecto.

c) Control de la obra terminada

En la obra terminada, deben realizarse las comprobaciones y pruebas de servicio

previstas en el proyecto u ordenadas por la dirección facultativa y las exigidas por la

legislación aplicable.

4. Propuesta de solución tomando en cuenta la normativa vigente y estándares

4.1. Resumen de cumplimiento con las restricciones y limitaciones del proyecto

En este proyecto se usaron los estudios básicos cercanos al área de estudio para el

diseño de pavimento y evaluar la mejor alternativa técnica – económica de un pavimento

flexible tradicional, un pavimento flexible reforzado con geomallas y un pavimento rígido, por

lo que también se considera un estudio de costos. Además, el trabajo incluye diferentes áreas,

las cuales son: El estudio de suelos, estudio de tráfico y topografía. Por motivo de la crisis

20

sanitaria Covid-19 se buscó información en cada una de estas áreas, debido a que no se contaba

con ningún estudio realizado in-situ.

Estudio de suelos: Según el RD 037-2008-MTC/14 y el Manual de Ensayo de

Materiales del MTC menciona que las carreteras de tercera clase se deben realizar las calicatas

cada 500 m en el tramo de estudio, lo cual que no se realizó por problemas que a traviesa hoy

en día el país. Por lo tanto, se tomaron estudios de suelos de proyectos realizados cercanos al

lugar de estudio.

Estudio de tráfico: Según el Manual de Diseño de Camino no Pavimentado de Bajo

Volumen de Tráfico, indica que los conteos de volumen y clasificación vehicular se deben

realizar 3 veces al día durante 7 días en un lugar específico donde hay mayor tránsito vehicular,

lo cual no se pudo realizar el conteo vehicular in-situ por lo que se optó por una búsqueda de

información sobre qué tipos de vehículos pasa por la zona, y posteriormente se determinó el

IMDA con el que se diseñó el Pavimento.

Topografía: No se pudo realizar en campo por la restricción de la inmovilización que

decretó el estado para el país. Por tal motivo, se realizó el trabajo de levantamiento topográfico

haciendo uso de Softwares como el Google Earth, Global Mapper cuyos datos obtenidos fueron

procesados en el programa CIVIL 3D.

La crisis económica provocado por el Covid-19 no tiene precedente en la economía

actual, esta atravesó por una recesión, se notó una depresión real significativa y se registró una

mayor inflación. Todo ello tuvo efectos negativos en el ámbito social, ya sea en los empleos, el

ingreso, la pobreza y la desigualdad. Actualmente, son insuficientes compensar las actividades

afectadas y mitigar el impacto sobre la población más vulnerable.

21

En cuanto al medio ambiente, ha tenido un respiro por las reducciones en las emisiones

de gases de efecto invernadero, derivadas de la disminución de la producción industrial en

algunos países, la reducción en el uso de medios de transporte a gran escala por las

restricciones a vuelos o simplemente el hecho de quedarse en casa y no ir al trabajo.

4.2. Resumen de cumplimiento con estándares de diseños nacionales e internacionales

De acuerdo con el Manual de carreteras SGGP-2014, los espesores de la propuesta

cumplieron lo indicado en la Tabla 6.

Tabla 6:

Espesor mínimo por tipo de capa.

Capas Espesor mínimo Espesor Calculado

Capa rodadura 4 cm ≥4 cm

Base Granular 15 cm ≥15 cm

Subbase granular 15 cm ≥15 cm


Nuestra propuesta cumple con la normativa en los ensayos de mecánica de suelos,

debido a que se cumplió todos los procedimientos, cabe indicar que el número de calicatas para

el ensayo CBR cumple con lo indica en el Manual de Carreteras. Cabe mencionar que el DG-

2018 es una transcripción AASHTO 1993 Guide for Design of Pavement Structures.

a) Normativas de Diseño Nacionales

➢ “Guía para la prevención ante el coronavirus en el ámbito laboral” según

R.M. N° 055-2020-TR: Esta resolución ministerial fue para poder retomar las

actividades laborales respetando ciertas medidas como la limpieza y

desinfección en el área laboral, medidas preventivas de aplicación colectiva,

medidas de higiene y vigilancia de salud del trabajador.

➢ Manual de Diseño de Pavimentos EG-2013 en base al Método AASHTO–

93: El proyecto utiliza como metodología de diseño esta guía AASHTO–93,

una norma norteamericana donde se estudia los diferentes parámetros de diseño

22

para los pavimentos, el tráfico vehicular y capacidad portante de la subrasante

para el cálculo de espesores. Considerando las siguientes normas para los

ensayos:

▪ NTP 339.128:1998 SUELOS. Método de ensayo para el análisis

granulométrico.

▪ NTP 339.132.1998 SUELOS. Método de ensayo para determinar el material

que pasa el tamiz N°200

▪ NTP 339.129:1998 SUELOS. Método de ensayo para determinar el límite

líquido, límite plástico e índice de plasticidad de suelos.

▪ NTP 339.143:1999 SUELOS. Método de ensayo estándar para la densidad

y peso unitario del suelo in-situ mediante el método del cono de arena

▪ NTP 339.134.1998 SUELOS. Métodos para la clasificación de suelos con

propósitos de ingeniería S.U.C.S.

▪ ASTM 2487–69 Clasificación SUCS de suelos

▪ AASHTO M145 Clasificación de la muestra de suelos

▪ NTP 339.141.1999 SUELOS. Relación Humedad - Densidad por método

de Proctor Modificado.

▪ NTP 339.145.1999 SUELOS. Determinación del CBR (California Bearing

Ratio- Valor Soporte de California) medido en muestras compactadas en

laboratorio.

➢ Manual de Carreteras MTC: Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos:

Este manual se usó para el diseño estructural del pavimento teniendo en cuenta

los volúmenes de tráfico a lo largo de los años. Además, se usó su metodología

de diseño para pavimentos flexibles (Método AASHTO).

➢ Manual de Carreteras MTC, Diseño Geométrico Dg-2018: Este manual se

usó para tomar todas las consideraciones necesarias (como IMDA, VHD,

velocidades, radios mínimos, radios máximos) para el correcto diseño de

nuestra carretera.

b) Normativas de Diseños Internacionales

➢ AASHTO R-50: Es una guía para el uso de estos materiales (se refiere,

principalmente al uso de geotextiles y geomallas) cuando se busca incluir el

23

aporte estructural que se genera al colocar un refuerzo en la estructura del

pavimento flexible. Asimismo, se puede tomar como referencia otras

publicaciones como la Asociación de Materiales Geosintéticos (GMA) y el

Instituto Nacional de Carreteras (NHI). Considerando las siguientes normas

para los ensayos:

▪ ASTM D5818 - 11(2018) Standard Practice for Exposure and Retrieval of

Samples to Evaluate Installation Damage of Geosynthetics

▪ ASTM D5732-95(2001) Standard Test Method for Stiffness of Nonwoven

Fabrics Using the Cantilever Test (Withdrawn 2008)

▪ ASTM D6637 / D6637M - 15 Standard Test Method for Determining

Tensile Properties of Geogrids by the Single or Multi-Rib Tensile Method

▪ ASTM- D2487: Standard Practice for Classification of Soils for

Engineering Purposes (Unified Soil Classification System).

▪ ASTM D 1557: Standard Test Methods for Laboratory Compaction

Characteristics of Soil Using Modified Effort.

▪ ASTM D 1883: Standard Test Method for CBR of Laboratory Compacted

Soils.

▪ AASHTO T 193: Standard Test Method for CBR of Laboratory

Compacted Soil.

➢ “Geosynthetics Reinforcement of the Aggregate Base Course of Flexible

Pavement Structures” - WHITE PAPER II – (2000): Este documento fue

preparado como un soporte adicional a los documentos preparados por la

AASHTO y tiene como objetivo específico resaltar los beneficios del uso de

Geosintéticos en estructuras de pavimentos recomendando algunos criterios y

un procedimiento de diseño para el caso de refuerzo de un pavimento flexible.

24

5. Plan de Metodología de Trabajo

5.1. Flujo de trabajo del Proyecto

Figura 4:

Flujo de trabajo del proyecto.


no

sí

MEJORAMIENTO DE LA INFRAESTRUCTURA VIAL EN SUELOS TROPICALES

UTILIZANDO GEOMALLAS DE REFUERZO TRAMO VILLA EL PESCADOR -

MASISEA

Aprobación del

Proyecto por la

dirección de la

carrera

Mejorar el objetivo

y/o buscar otro

tema del proyecto

Mejorar el objetivo

y/o buscar otro

tema del proyecto

Delimitación del

área de estudio

Recolección de

información

Análisis de

información

Data secundaria

(información de

la municipalidad

de Masisea)

Búsqueda principal de

la data (estudios

básicos de ingeniería)

Presupuesto

Listado de insumos

Análisis de

precios unitarios

Fin Propuesta

de solución

Diseño geométrico

Diseño de pavimento

flexible, reforzado

con geomalla y diseño

de pavimento rígido

Metrado

- Cálculo de ejes equivalentes - Parámetros de diseño de pavimento - Cálculo de espesores de pavimento

con monograma ASSHTO 93

- Levantamiento topográfico - Análisis del parámetro del diseño - Señalización

25

5.2. Flujo de trabajo para la Instalación de Geomalla Biaxial en Pavimentos Flexibles

Figura 5:

Flujo de trabajo para la instalación de geomalla biaxial.


5.3. Flujo de trabajo para el diseño del Pavimento Rígido

Figura 6:

Flujo de trabajo para el diseño de pavimento rígido.

Fuente: Elaboración propia. AASHTO 1993

Compra del material Mayor

Tensión

Aumento de

Capacidad Portante

Traslape entre las

Geomallas

Tendido de material

de Base tributaria

Compactación

INSTALACIÓN DE GEOMALLAS

BIAXIALES

Preparación

Inicial En Campo

Reunión con Especialista Preparación del Sitio

Tendido de los Rollos de

Geomalla

Inspección Técnica del

Sitio

DISEÑO ESTRUCCTURAL DEL

PAVIMENTO RIGIDO ASSHTO 1993

Calculo de espesores de la Losa “D” con el método de diferencias

acumuladas y con la ayuda de los Nomogramas

-Resistencia estructural del terreno (Mr)

- Trafico (w18)

- Modulo de elasticidad y rotura del concreto

- Coeficiente de transferencia de carga (J)

- Serviciabilidad (confort)

- Desviación estándar

- Coeficiente de drenaje

26

6. Juego de planos constructivos

6.1. Plano de Ubicación y Localización (ANEXO 2)

6.2. Plano de Ubicación de Canteras (ANEXO 3)

6.3. Plano de Planta y Perfil Longitudinal (ANEXO 4)

6.4. Plano de Secciones Transversales (ANEXO 5)

7. Memoria de cálculos

7.1. Memoria del estudio de tráfico

El estudio de trafico tiene por finalidad cuantificar y determinar el volumen de los

vehículos que transitan por la carretera Masisea – Villa el Pescador, información que es

indispensable para determinar las características de diseño del pavimento. En este proyecto se

ha considero una información del conteo vehicular que fue realizado hace un año atrás por

parte de la Municipalidad distrital de Masisea, como se muestra en la Tabla 7, las

consideraciones tomadas fueron las siguientes:

✓ El conteo se realizó durante 7 días con la finalidad de ver el comportamiento del

tránsito durante los días de la semana.

✓ Los conteos se realizaron durante 24 horas, con el objetivo de identificar lo más

claramente posible, el comportamiento del flujo vehicular durante el día y la noche.

✓ Las horas de conteo fueron desde las 06:00 am – 06:00 am del día siguiente, dos

turnos, de día y de noche de 12 horas respectivamente.

27

Tabla 7:

Tráfico Normal de Masisea


a) Conversión de Motocicletas, Furgoneta, Mototaxi a Automóvil

Realizado el conteo de los vehículos en esta vía, incluido el conteo de motocicletas,

Mototaxi, y con el fin de cumplir con la metodología expuesta por el Ministerio de Transportes

y Comunicaciones, con los cuales se ha efectuado la conversión de los vehículos de los tipos:

motocicletas y Mototaxi.

De motocicletas y Mototaxi a automóvil.

Por cada diez (10) motocicletas un (01) automóvil.

Por cada dos (2) furgonetas un (01) automóvil.

Por cada tres (03) Mototaxi un (01) automóvil.

Tabla 8:

Tráfico Normal convertido de ML – MT a Automóvil


28

Tabla 9:

Resumen de comportamiento del Flujo Vehicular Diario


En la Figura 7 se observa la variación diaria de vehículos por cada día, el mayor flujo

vehicular en el tramo Masisea – Villa el Pescador es domingo y viernes respectivamente.

Figura 7:

Variación Diaria de Vehículos por cada día


Para el cálculo del Índice Medio Diario Anual (IMDA), se usó la Figura 14,

Ecuación 1 y

Ecuación 2:

𝐼𝑀𝐷𝐴 = 𝐹𝐶 𝑥 𝐼𝑀𝐷𝑆

29

Ecuación 1: Índice Medio Diario Anual (IMDa)

𝐹𝑐 =𝐼𝑀𝐷𝐴

𝐼𝑀𝐷𝑀

Ecuación 2: Factor de corrección estacional (Fc)

Donde:

- IMDA: Índice Medio Diario Anual

- IMDS: Índice Medio Diario Semanal

- Fc: Factor de corrección estacional

Siendo el Fc (factor de corrección estacional), obtenido de la recolección de datos

correspondiente al Peaje de Ambo, Carretera Central: La Oroya - Huánuco perteneciente al

mes de julio del año 2010 - 2016, con los datos proporcionados por el Instituto Nacional de

Estadística e Informática (INEI), se obtiene 0.7479 y 0.7890 para vehículos livianos y pesados

respectivamente. Por lo tanto, como se observa en la Tabla 10, el IMDA fue de 210 vehículos

por día, se cuenta con el 77 % de vehículos ligeros y el 23 % de vehículos pesados.

Tabla 10:

Resultado del índice medio anual (IMDA) por

tipo de vehículo


30

Finalmente, luego de obtener el IMDA se recurre al Manual de Carreteras: Diseño

Geométrico del MTC para determinar la clasificación de carretera por demanda. El Índice

Medio Diario Anual (IMDA) obtenido fue 210 veh/día, según el manual del MTC “La

Carreteras son IMDA menores a 400 veh/día, con calzada de dos carriles de 3.00 m de ancho

como mínimo. De manera excepcional estas vías podrán tener carriles hasta 2.50m, contando

con el sustento técnico correspondiente. Estas carreteras pueden funcionar con soluciones

denominadas básicas o económicas, consistentes en la aplicación de estabilizadores de suelos,

emulsiones asfálticas y/o micro pavimentos; o en afirmado, en a la superficie de la rodadura. “

7.2. Memoria del estudio de canteras

Como se observa en la Tabla 11 y Tabla 12, el tramo de estudio corresponde a 4 Km de

longitud, donde se identificaron 02 canteras, dichas canteras se encuentran a orillas del rio

Ucayali que están conformados por material hormigón aptos para su uso en las capas de

pavimento como base y subbase granular. Cabe resaltar que para su correcto uso se debe

realizar un proceso de selección de material por tamizado y/o lavado para obedecer la

granulometría requerida y eliminar suelo fino

Tabla 11:

Descripción de canteras

Cantera Progresiva (km) Profundidad (m) Coordenadas UTM

X Y

Cantera N°1 07+770 0.70 571900 9053600

Cantera N°2 06+420 0.70 573500 9054800

Cantera N°3 09+168 5.00 574400 9055750


31

Tabla 12:

Relación de volúmenes de canteras Resumen de Volúmenes

Nombre

Factor de

Esponjamiento

Corte

Factor de

Esponjamiento

relleno

2d Área Corte Relleno Neto

(m2) (m3) (m3) (m3)

Cantera

N°1 1.000 1.000 78751.49 415169.50 0.00 415169.50<Corte>

Cantera

N°2 1.000 1.000 26822.81 50691.91 0.00 50691.91<Corte>

Cantera

N°3 1.000 1.000 8573.08 15507.62 0.00 15507.62<Corte>


7.3. Memoria de cálculo del diseño estructural

Para diseñar un pavimento Flexible, usando Geomallas y rígido es necesario contar con

datos de las características físico – mecánicas del suelo y algunos parámetros necesarios. Por lo

tanto, se consideró las siguientes actividades:

- Estudio de mecánica de suelos.

- Diseño estructural del Pavimento Flexible

- Diseño estructural del Pavimento Flexible con Geomallas

- Diseño estructural del Pavimento Rígido

7.3.1. Estudio de Mecánica de Suelos

En el estudio realizado por el Laboratorio de Suelos GASPAR E.I.R.L brindado por la

Consultora FALIM E.I.R.L, se determinó las propiedades físicas y mecánicas como

clasificación e identificación del material que compone el terreno de fundación para el diseño

del pavimento, con el propósito de desarrollar los ensayos de granulometría, Proctor

Modificado y finalmente el CBR. El ensayo CBR se desarrolló al 95% de la MDS y 0,1” de

penetración (este ensayo CBR ya está corregido), el máximo valor es de 6.75% y el mínimo

32

valor es 3.85 % debido a que el CBR del suelo en estos tramos no llegan al mínimo necesario

según los ensayos realizados en el laboratorio como se muestra en la Tabla 13.

Tabla 13:

Resumen de Ensayos realizados

Fuente: Estudios de Suelos-Falim E.I.R.L.

7.3.2. Diseño de Pavimento Flexible según AASTHO 93

La metodología del diseño AASTHO es considerada con el objetivo de desarrollar

formulas, gráficas y tablas que relacionan el desempeño de la carretera y el deterioro de la

carpeta por su vida útil. La metodología del método AASTHO 1993 es calcular el “Numero

Estructura Requerido” que está en función de los siguientes parámetros como: W18 (Medición

del tráfico de EE), capacidad portante del suelo (Modulo Resiliente), Δ𝑃𝑠𝑖 (variación del índice

de Serviciabilidad) entre otros parámetros, este resultado debe ser menor al “Numero

Estructural Propuesto” con ello garantizamos que el diseño del pavimento tenga un desempeño

exitoso en su vida útil.

Hallamos el tráfico acumulado (EEI), para todos los tipos de vehículo los cuales

presenta las siguientes consideraciones:

Los factores de distribución direccional y de carril son evaluados mediante el número

de calzadas, número de sentidos, números de carriles por sentido de acuerdo al Manual

33

de Carreteras MTC -2014. Por lo tanto, se consideró los siguientes valores como se

muestra en la Tabla 14

Tabla 14:

Factores de Distribución Direccional y de Carril para determinar el factor el Transito en el

Carril de Diseño.

Factores de Distribución Direccional y de Carril para determinar el Transito en el Carril de

Diseño

Numero de

calzadas

Numero de

sentidos

Número de

Carriles por

sentido

Factor Direccional

(Fd)

Factor Carril

(Fc)

1 calzada (para

IMDa total de la

calzada

1 sentido 1 1.00 1.00

1 sentido 2 1.00 0.80

1 sentido 3 1.00 0.60

1 sentido 4 1.00 0.50

2 sentidos 1 0.50 1.00

2 sentidos 2 0.50 0.80

2 calzadas con

separador

central (para

IMDa total de

las dos calzadas

2 sentidos 1 0.50 1.00

2 sentidos 2 0.50 0.80

2 sentidos 3 0.50 0.60

2 sentidos 4 0.50 0.50

Fuente: Manual de Carreteras MTC -2014

La relación de Carga por Eje para determinar Ejes Equivalentes (EE) para Afirmados,

Pavimentos y Semirrígidos se muestra en la Tabla 15. Por lo tanto, se calculó el EE

considerando todos estos datos como se observa en la Tabla 16.

34

Tabla 15:

Relación de Cargas por Eje para determinar Ejes Equivalentes “Fvp”

Relación de Cargas por Eje para determinar Ejes Equivalente (EE) Para Afirmados,

Pavimentos Flexibles y Semirrígidos

Tipo de Eje Eje Equivalente (EE de

8.2ton)

Eje Simple de ruedas simples (EEs1) 𝐸𝐸𝑆1 = (𝑃

6.6)4.0

Eje Simple de ruedas dobles (EEs2) 𝐸𝐸𝑆2 = (𝑃

8.2)4.0

Eje Tandem (1 eje ruedas dobles + 1 eje rueda simple) (EETA1) 𝐸𝐸𝑇𝐴1 = (𝑃

14.8)4.0

Eje Tandem (2 ejes ruedas dobles) (EETA2) 𝐸𝐸𝑇𝐴2 = (𝑃

15.1)4.0

Eje Tridem (2 ejes ruedas dobles + 1 eje rueda simple) (EETR1) 𝐸𝐸𝑇𝑅1 = (𝑃

20.7)3.9

Eje Tridem (3 ejes de ruedas dobles) (EETR2) 𝐸𝐸𝑇𝑅2 = (𝑃

21.8)3.9

Fuente: Adaptado en base a las correlaciones con los valores de las tablas del apéndice D de

la Guía AASHTO

∑𝑬𝑬𝒊 = 𝑰𝑴𝑫𝒂 ∗ 𝑭𝒄 ∗ 𝑭𝒅 ∗ 𝑭𝒑 ∗ 𝑭𝒗𝒑

Ecuación 3: Numero de ejes equivalentes

Tabla 16:

Determinación del EEi(día-carril)


TIPO DE

VEHICULO IMDA

Carga de

Vehículo

por Eje.

EJE

EQUIVALENTE Fvp

FACTOR

DIRECCIONAL

(Fd)

FACTOR

CARRIL

(Fc)

EEi

VL

(Vehículos

Livianos)

187 - - 0.001 0.5 1 0.0935

C2 34 7 1.27

4.50 0.5 1 76.56 11 3.24

C3 19 7 1.27

3.28 0.5 1 31.20 18 2.02

C4 14 7 1.27

2.77 0.5 1 19.41 23 1.51

TOTAL 127.27

35

Una vez hallado todos los valores de EEi, se calculó el W18 donde se consideró 10 años de

vida útil y un crecimiento poblacional de 1.8% según INEI (2018) (ver

Ecuación 5 y Tabla 22). Esta vía consta de 1 calzada en 2 direcciones. Además, las

llantas que circulan por el pavimento tienen una presión de contacto de 80 psi.

𝑭𝒄𝒂 =(𝟏 + 𝒓)𝒏 − 𝟏

𝒓

Ecuación 4: Factor de crecimiento anual

𝐹𝑐𝑎 = 10.85

𝑾𝟏𝟖 =∑𝑵𝒖𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒆𝒋𝒆𝒔 𝒆𝒒𝒖𝒊𝒗𝒂𝒍𝒆𝒏𝒕𝒆𝒔 ∗ 𝑭𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 𝒅𝒆 𝒄𝒓𝒆𝒄𝒊𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒂𝒏𝒖𝒂𝒍 ∗ 𝟑𝟔𝟓

𝑾𝟏𝟖 = 𝜮𝑬𝑬𝒊 ∗ 𝑭𝒄𝒂 ∗ 𝑭𝒑 ∗ 𝟑𝟔𝟓

Ecuación 5: Tráfico

𝑊18 = 127.27 ∗ 10.85 ∗1∗365

𝑊18 = 504027.13 ≈ 0.5 x10^6 millones

El nivel de confiabilidad recomendado por AASHTO para carreteras sugeridos para

varias clasificatorias funcionales se consideró en interestatal y vías expresas el 85%

para zona rural como se observa en la Tabla 17.

Tabla 17:

Nivel de confiabilidad recomendado por AAHTO para carreteras

Clasificación funcional Urbano Rural

Interestatal y vías expresas 85 – 99.9 80 – 99.9

Arteriales y vías principales 80 – 99 75 – 95

Colectoras 80 – 95 75 – 95

Locales 50 - 80 50 – 80

Fuente: AASHTO Guide for designing of pavement structures 1993

La serviciabilidad “ΔPSI”se consideró como inicial 4.2 y final 2.0 como se observa en

la Tabla 18. Además, la serviabilidad está en función al diseño del proyecto, calidad de

la construcción, categoría de la vía y criterio del proyectista.

36

Tabla 18:

Índice de Serviciabilidad

Índice de servicialidad Sugerido

Pi: serviciabilidad inicial 4.2 Para pavimentos flexibles

Pt: serviciabilidad final 2.5 Para vías importante

2.0 Para vías de menor transito

Fuente: AASHTO Guide for designing of pavement structures 1993

La desviación estándar recomendado por AASHTO para pavimentos flexibles es de

0.40 a 0.50, para este proyecto se consideró el promedio 0.45. Por lo tanto, para

establecer tramos homogéneos en la vía, se calculó el CBR mediante el Método de

Diferencias acumuladas (Anexo J de la Guía de diseño AASHTO 1993). Como se

muestra en la Tabla 19 este método es estático y se usa con la finalidad de no

sobredimensionar o subdimencionar la estructura del pavimento.

Tabla 19:

Tramos Homogéneos

Progresiva CBR

(%)

#

Intervalo

Dist.

Entre

intervalo

Dist.

Acumulada

entre

intervalos

Intervalo

promedio

Área del

intervalo

Área

acumulada Zx

Sub

Tramos

- CBR

prom.

(%)

Mr

01+000 3.9 1 1000 1000 3.85 3850.00 3850.00 -275.00 3.7 5928.0

02+000 3.6 2 1000 2000 3.73 3725.00 7575.00 -675.00

03+000 3.8 3 1000 3000 3.68 3675.00 11250.00 -

1125.00 5.3 6910.1

04+000 6.8 4 1000 4000 5.25 5250.00 16500.00 0.00


37

Figura 8_

Zx vs Progresiva

Fuente: Elaboración propia.

Figura 9:

CBR Promedio


𝑺𝑵𝑹𝑬𝑸𝑼𝑬𝑹𝑰𝑫𝑶 ≤ 𝑺𝑵𝑷𝑹𝑶𝑷𝑼𝑬𝑺𝑻𝑶

𝐥𝐨𝐠(𝑾𝟏𝟖) = 𝒁𝒓 ∗ 𝑺𝒐 + 𝟗. 𝟑𝟔 ∗ 𝐥𝐨𝐠(𝑺𝑵𝑹𝑬𝑸𝑼𝑬𝑹𝑰𝑫𝑶 + 𝟏) − 𝟎. 𝟐𝟎

+𝐥𝐨𝐠 (

𝚫𝑷𝑺𝑰𝟒. 𝟐 − 𝟏, 𝟓

)

𝟎. 𝟒𝟎 +𝟏𝟎𝟗𝟒

(𝑺𝑵𝑹𝑬𝑸𝑼𝑬𝑹𝑰𝑫𝑶 + 𝟏)𝟓.𝟏𝟗

+ 𝟐. 𝟑𝟐 ∗ 𝐥𝐨𝐠(𝑴𝑹) − 𝟖. 𝟎𝟕

Ecuación 6: Numero estructural requerido para pavimento flexible

-1500.00

-1000.00

-500.00

0.00

00+500 01+000 01+500 02+000 02+500 03+000 03+500 04+000 04+500

Zx

Progresiva (km)

Zx vs progresiva

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

00+050 00+100 00+150 00+200 00+250 00+300 00+350 00+400

CB

R

Progresiva (km)

CBR Promedio

CBRi CBR Promedio

38

Determinamos el Numero Estructural propuesto (SNpro), teniendo en cuenta todas las

consideraciones como: el coeficiente estructural (a), espesor de la capa del pavimento

(D) y m (Coeficiente de drenaje). Por otro lado, la ecuación 3 es aplicada para múltiples

capas como carpeta asfáltica, base granular y subbase granular como se muestra en la

Tabla 20.

𝑆𝑁𝑝 = 𝑎1𝐷1 + 𝑎2𝐷2𝑚2 + 𝑎3𝐷3𝑚3 +⋯𝑎𝑛𝐷𝑛𝑚𝑛

Ecuación 7: Numero estructural propuesto

El módulo de elasticidad de la carpeta asfáltica Mrca = 450000 psi, el CBR de la base

se consideró 60%, con ello del monograma se obtuvo el Mrb = 26 ksi, el CBR de la

subbase se consideró 40%, con ello del monograma se obtuvo el Mrb = 17 ksi. Además,

la carpeta asfáltica es impermeable por lo tanto el coeficiente de drenaje m1 es 1.00

debido a las condiciones locales de sitio del proyecto, la carretera está expuesta a

aproximadamente 7 meses de lluvia y el suelo es fino, por lo tanto, el coeficiente de

drenaje m2 y m3 es 0.60.

SN Requerido del tramo 1 = 3.1


Tabla 20:

Parámetros para determinar el SNpro y los espesores de cada capa.

Tramo Progresiva Capa SN

propuesto

Aporte

estructural Drenaje

Espesor

a usar

(cm)

1 0+000 –

2+000

Carpeta Asfaltica 1.792 0.45 1.0 4.0 in

Base Granular 2.189 0.125 0.6 15 cm

Sub Base Granular 3.118 0.12 0.6 35 cm

2 3+000 –

4+000

Carpeta Asfaltica 1.792 0.45 1.0 4.0 in


Sub Base Granular 2.905 0.12 0.6 25 cm


39

Figura 10

Determinación del SNreq1, SNreq2.


40

Finalmente, los espesores de cada capa (cm) fueron de la siguiente forma (ver Figura

11).

Figura 11:

Perfil de la estructura del Pavimento

DISEÑO DE TRAMO 01 DISEÑO DE TRAMO 02

Capa rodadura 𝐷1 = 4" Capa rodadura 𝐷1 = 4"

Base granular 𝐷2 = 15 𝑐𝑚 Base granular 𝐷2 = 15 𝑐𝑚

Sub-base granular 𝐷3 = 35 𝑐𝑚 Sub-base granular 𝐷3 = 25 𝑐𝑚


7.3.3. Diseño de Pavimento Flexible con Geomalla Biaxial según AASTHO 93

Teniendo en cuenta los parámetros como el SN del pavimento flexible mediante la

metodología AASHTO 1993, se procede a calcular el nuevo espesor de la base y sub-base

teniendo en cuenta el espesor de la Carpeta Asfáltica del pavimento flexible, usando un ábaco

de Maccaferri donde se obtiene el coeficiente de aporte de la geomalla. Para este proyecto se

utilizó una Geomalla Biaxial de MacGRID EG 20 como se muestra en la Figura 12.

41

Figura 12

Coeficiente de Aporte Estructural


Determinamos el Numero Estructural propuesto (SNpro), teniendo en cuenta todas las

consideraciones como: el número estructural requerido (SNreq), el coeficiente

estructural (a), espesor de la capa del pavimento (D) y m (Coeficiente de drenaje). Por

otro lado, la ecuación 4 es aplicada para múltiples capas como carpeta asfáltica, base

granular y subbase granular incluyendo un tipo de Geomalla, como se muestra en la

Tabla 21.

𝑆𝑁𝑝 = 𝑎1𝐷1 + 𝑎2𝐷2𝑚2 + 𝑎3(𝐿𝐶𝑅)𝐷3𝑚3

Ecuación 8: Numero estructural propuesto para pavimentos flexibles reforzados con geomalla



Para el espesor de la base granular no se recomienda que este valor se encuentre por

debajo de los 15 cm. Para la solución del problema, se deja constante el espesor de la

base granular, que para este caso se emplea el espesor mínimo recomendado de 15 cm y

se despeja de la ecuación el espesor de la subbase granular. Finalmente se calculó los

42

nuevos espesores para la subbase del pavimento flexible, así como se muestra en la

Tabla 21.

Tabla 21:

Parámetros para determinar el SNpro y los espesores de cada capa.

Tramo Progresiva Capa SN

propuesto Aporte estructural Drenaje Espesor a usar (cm)

1 00+000 –

02+000

Carpeta

Asfaltica 1.80 0.45 1.0 4.0 in


Sub Base

Granular 3.10 0.12 0.6 25 cm

2 03+000 –

04+000

Carpeta

Asfaltica 1.80 0.45 1.0 4.0 in


Sub Base

Granular 2.90 0.12 0.6 15 cm


Finalmente, los espesores de cada capa (cm) fueron de la siguiente forma (ver ¡Error!

No se encuentra el origen de la referencia.10).

Figura 13:

Perfil de la estructura del Pavimento con Geomalla


Capa rodadura 𝐷1 = 4" Capa rodadura 𝐷1 = 4"


Sub-base granular 𝐷3 = 25 𝑐𝑚 Sub-base granular 𝐷3 = 15 𝑐𝑚


7.3.4. Diseño de pavimento rígido

El estudio de pavimentos rígidos se incluye la determinación del espesor de las capas

del pavimento (concreto). Para el diseño del pavimento está influenciado las condiciones

actuantes (número de ejes equivalentes, índice de CBR del suelo, nivel de serviciabilidad y

confiabilidad y desviación estándar).

Geomalla

Biaxial

Geomalla

Biaxial

43

Tráfico (W18)

La carga de tráfico (W18) representa el número de veces que pasa un eje equivalente de

8.2 toneladas por un año en la vía. EL factor de crecimiento anual depende de la tasa de

crecimiento anual (r) y el tiempo de vida útil del pavimento (n) (ver

Ecuación 4).

Figura 14:

Estimación de vida útil del pavimento respecto al trafico

Fuente: Adaptado de la Guía AASHTO, 1993

Tasa de Crecimiento del PBI (%) es 1.8% (ver Tabla 22), periodo de diseño es 10 años

(Ver ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.Figura 14) por lo tanto el factor de

Crecimiento Anual Fca es 10.85 estimado de acuerdo a la Ecuación 4.

Tiempo o vida útil (años

Trá

fico

de

ES

AL

s –

18

Kip

s

acu

mu

lad

os

(mil

lon

es: 106)

44

Tabla 22:

Ucayali: Valor Agregado Bruto por Años, según Actividades Económicas Valores a Precios

Corrientes (Variación porcentual del índice de precios)

Actividades 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016P/ 2017P/ 2018E/ 2019E/

Agricultura,

Ganadería, Caza

y Silvicultura

… 6.2 -1.0 -0.9 5.8 12.9 9.8 6.3 3.6 10.7 -1.3 1.7 3.8

Pesca y

Acuicultura … 3.4 8.1 1.2 11.2 3.3 4.0 8.7 -1.8 -0.2 9.2 0.6 -2.6

Extracción de

Petróleo, Gas y

Minerales

… 17.3 -28.1 26.5 13.7 6.1 -34.0 26.2 -16.7 4.8 -5.1 33.2 -11.5

Manufactura … 5.0 4.3 3.7 6.6 5.0 -2.0 1.0 1.6 3.2 2.6 3.3 1.9

Electricidad,

Gas y Agua … 3.2 10.0 0.8 2.6 10.5 7.7 8.0 12.4 17.5 -5.1 7.8 5.6

Construcción … 6.6 1.6 2.7 0.1 4.5 5.8 7.4 9.7 4.3 2.3 4.2 1.8

Comercio … 9.5 0.4 2.8 5.5 0.2 0.2 1.5 3.6 3.7 2.7 1.9 1.9

Transporte,

Almacén.,

Correo y

Mensajería

… 0.6 11.3 -1.6 6.8 0.8 5.7 2.9 17.1 4.2 -3.4 -4.3 3.1

Alojamiento y

Restaurantes … 2.3 8.1 7.1 5.3 5.7 8.2 7.4 6.4 6.4 6.3 4.4 3.3

Telecom. y

Otros Serv. de

Información

… -5.1 -8.7 -3.7 -5.9 -5.8 -3.3 -3.4 -5.6 -3.6 0.9 -1.9 -1.4

Administración

Públicas y

Defensa

… 5.2 0.7 0.9 5.2 2.7 5.0 8.0 3.3 2.5 -0.8 0.4 -1.0

Otros Servicios … 2.6 2.6 2.0 3.0 4.6 3.5 4.9 3.4 4.4 4.9 3.2 2.7

VaPas

Agregado

Bruto

… 6.0 -0.6 3.8 5.3 4.4 -1.0 6.0 2.5 5.2 1.8 3.5 1.7

Fuente: (Instituto Nacional de Estadistica e Informática, 2020)

El número de ejes equivalentes (𝐸𝐸𝑖), se determina con el índice medio diario anual y

los factores de modificación (factor carril: Fc, factor direccional: Fd, factor presión: Fp, factor

camión: Fvp). El factor carril y direccional están influenciada por el número de calzada y

número de carriles por calzada, esto significa el porcentaje de presencia de vehículo sobre el

carril y dirección. El factor presión es la amplificación por presión de contacto sobre la carpeta

de rodadura. Por último, el factor camión es la amplificación por peso de cada eje del vehículo

(ver Ecuación 3).

45

Los factores de distribución direccional y de carril será 1.0 y 0.50. respectivamente de

acuerdo a las consideraciones de tipo de vía (Tabla 28). El factor de modificación por presión

de contacto del neumático es 1.0 ya que se estima una presión de inflado de neumático de 80psi

y el espesor de capa de rodadura es de 140mm (Ver Tabla 23)

Tabla 23:

Factor de presión de contacto

Espesor de

Capa de

Rodadura (mm)

Presión de Contacto del Neumático (PCN) en PSI PCN = 0.90*(Presión de

inflado de neumático) (psi)

80 90 100 110 120 130 140

50 1.00 1.36 1.80 2.31 2.91 3.59 4.37

60 1.00 1.33 1.72 2.18 2.69 3.27 3.92

70 1.00 1.30 1.65 2.05 2.49 2.99 3.53

80 1.00 1.28 1.59 1.94 2.32 2.74 3.20

90 1.00 1.25 1.53 1.84 2.17 2.52 2.91

100 1.00 1.23 1.48 1.75 2.04 2.35 2.68

110 1.00 1.21 1.43 1.66 1.91 2.17 2.44

120 1.00 1.19 1.38 1.59 1.80 2.02 2.25

130 1.00 1.17 1.34 1.52 1.70 1.89 2.09

140 1.00 1.15 1.30 1.46 1.62 1.78 1.94

150 1.00 1.13 1.26 1.39 1.52 1.66 1.79

160 1.00 1.12 1.24 1.36 1.47 1.59 1.71

170 1.00 1.11 1.21 1.31 1.41 1.51 1.61

180 1.00 1.09 1.18 1.27 1.36 1.45 1.53

190 1.00 1.08 1.16 1.24 1.31 1.39 1.46

200 1.00 1.08 1.15 1.22 1.28 1.35 1.41

Fuente: Adaptado de la guía AASHTO, 1993

El cálculo de factor de vehículo pesado o camión para pavimentos rígidos está

influenciado por la relación de cargas por tipo de eje que se muestra en la Tabla 24 y los

cálculos se muestran en la Tabla 25.

46

Tabla 24:

Relación de Cargas por Eje para determinar Ejes Equivalente (EE) Para Pavimentos Rígidos

Tipo de Eje Eje Equivalente (EE de 8.2ton)

Eje Simple de ruedas simples (EEEs1) 𝐸𝐸𝑆1 = (𝑃

6.6)4.1

Eje Simple de ruedas dobles (EEEs2) 𝐸𝐸𝑆2 = (𝑃

8.2)4.1

Eje Tandem (1 eje ruedas dobles + 1 eje rueda simple) (EETA1) 𝐸𝐸𝑇𝐴1 = (𝑃

14.8)4.1

Eje Tandem (2 ejes ruedas dobles) (EETA2) 𝐸𝐸𝑇𝐴2 = (𝑃

15.1)4.1

Eje Tridem (2 ejes ruedas dobles + 1 eje rueda simple) (EETR1) 𝐸𝐸𝑇𝑅1 = (𝑃

20.7)4.0

Eje Tridem (3 ejes de ruedas dobles) (EETR2) 𝐸𝐸𝑇𝑅2 = (𝑃

21.8)4.0

Fuente: Adaptado en base a las correlaciones con los valores de las tablas del apéndice D de la

Guía AASHTO, 1993

El factor camión se calcula a través de la

Ecuación 9 donde sea aplicable:

𝑭𝒗𝒑 =∑𝑭𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓𝒆𝒔 𝒑𝒐𝒓 𝒕𝒊𝒑𝒐 𝒅𝒆 𝒆𝒋𝒆 = 𝑬𝑬𝑺𝟏 +𝑬𝑬𝑺𝟐 +𝑬𝑬𝑻𝑨𝟏 + 𝑬𝑬𝑻𝑨𝟐 + 𝑬𝑬𝑻𝑹𝟏 + 𝑬𝑬𝑻𝑹𝟐

Ecuación 9: Factor por vehículo pesado o camión

Tabla 25:

Calculo del factor camión por tipo de vehículo para pavimentos rígidos

N° Tipo De

Vehículo

Configuración

Vehicular

Eje

Delantero

1º Eje

Posterior

2º Eje

Posterior

FVi 1º Eje

Posterior

FVi 2º Eje

Posterior

FVi 3º Eje

Posterior Fvi total

1 Bus B2 7.00 11.00 - 1.273 3.335 - 4.608

2 Bus B3-1 7.00 16.00 - 1.273 1.377 - 2.649

3 Bus B4-2 - - - - - - -

4 Camión C2 7.00 11.00 - 1.273 3.335 - 4.608

5 Camión C3 7.00 18.00 - 1.273 2.055 - 3.328

6 Camión C4 7.00 23.00 - 1.273 1.524 - 2.797

7 Trailer T2S1 7.00 11.00 11.00 1.273 3.335 3.335 7.942


47

Tabla 26:

Índice medio diario anual y factor de vehículo pesado o camión de diseño por tipo de vehículo

N° Tipo De

Vehículo

Configuración

Vehicular

Índice Medio

Diario Anual

IMDa

Carga de

Vehículo por eje

(ton)

Tipo de

eje

Factor camión

(Fvp)

1 Liviano VL 187 - 0.001

12 Camión C2 34 7 EEs1 1.273

11 EEs2 3.335

3 Camión C3 19 7 EEs1 1.273

18 EETA2 2.055

4 Camión C4 14 7 EEs1 1.273

23 EETR1 1.524


Tabla 27:

Calculo de ejes equivalente (EEi) por tipo de vehículo

N° Configuración

Vehicular IMDa

Factor

Carril (Fc)

Factor

Direccional

(Fd)

Factor

Presión

(Fp)

Factor

camión

(Fvp)

EEi

1 VL 187 1.0 0.50 1.0 0.001 0.0935

2 C2 34 1.0 0.50 1.0 4.608 78.336

3 C3 19 1.0 0.50 1.0 3.328 31.616

4 C4 14 1.0 0.50 1.0 2.797 20.300

Total 130.35


Para este proyecto el factor de vehículo pesado se estima en la Tabla 26 y los ejes

equivalentes se determinan en la Tabla 27. Por consiguiente, el tráfico se termina por la

Ecuación 5. Por lo tanto 𝑊18 = 130.35 ∗ 10.85 ∗ 365 = 0.516 𝑥 106 𝐸𝑆𝐴𝐿

Confiabilidad (R)

Los niveles de confiabilidad (R) sugeridos para viarias clasificatorias funcionales se

indica en la Tabla 28. Para este informe se consideró una vía rural colectora teniendo 80%

como nivel de confiabilidad y -1.037 de desviación estándar como se muestra en la Tabla 29.

48

Tabla 28:

Nivel de confiabilidad de la vía por clasificación funcional y zona

Clasificación funcional Urbano Rural

Interestatal y vías expresas 85 – 99.9 80 – 99.9

Arteriales y vías principales 80 – 99 75 – 95

Colectoras 80 – 95 75 – 95

Locales 50 - 80 50 – 80

Fuente: adaptado de la Guía AASHTO, 1993

Tabla 29:

Desviación normal estándar por niveles de

confiabilidad

Confiabilidad (R) Desviación Normal

Estándar (Zr)

50 0.000

60 -0.253

70 -0.524

75 -0.674

80 -0.841

85 -1.037

90 -1.282

91 -1.340

92 -1.405


Desviación global estándar (So)

Para pavimentos rígidos se recomienda una desviación global estándar de entre 0.30 a

0.40. En este informe se utiliza una desviación global estándar de 0.35

49

Capacidad de carga del suelo

Del terreno de fundación o subrasante (CBR y Mr)

El CBR del suelo se determina por el método de diferencias acumuladas sugeridas por

la Guía AASHTO, 1993 que se explica en el capítulo 7.3.2 de este informe.

Por lo tanto, el módulo de resiliencia de la subrasante del tramo 1 es 𝑀𝑟 = 2555 ∗

𝐶𝐵𝑅0.64 = 2555 ∗ 3.80.64 = 6004 𝑝𝑠𝑖 y del tramo 2 es 𝑀𝑟 = 2555 ∗ 𝐶𝐵𝑅0.64 = 2555 ∗

5.20.64 = 7339 𝑝𝑠𝑖

Módulo de reacción de la subrasante (K)

El módulo de reacción de la subrasante (k) es determinado en función del módulo

resiliente de la subrasante de acuerdo a la Ecuación 10 recomendada por la guía AASHTO,

1993.

𝐾 =𝑀𝑟𝑠𝑢𝑏𝑟𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒

19.4 (𝑃𝐶𝐼)

Ecuación 10: Modulo de reacción de la subrasante (K)

Tramo 1: 𝐾 =6004

19.4= 309.493 𝑃𝐶𝐼

Tramo 2: 𝐾 =7339

19.4= 378.296 𝑃𝐶𝐼

Serviciabilidad (PSI)

La serviciabilidad es el confort o nivel de servicio que ofrecerá la vía en su vida útil y

está en función al diseño del proyecto, calidad de la construcción, categoría de la vía y criterio

del proyectista, los índices recomendables se muestran en la Tabla 30. Para este informe se

utiliza un índice de serviciabilidad inicial de 4.5 y final de 2.0.

50

Tabla 30:

Índices de serviciabilidad recomendados para pavimento rígido

Índice de serviciabilidad Sugerido

Pi: serviciabilidad inicial 4.5 Para pavimentos rígidos

Pt: serviciabilidad final 2.5 Para vías importante

2.0 Para vías de menor transito


Concreto hidráulico

Módulo de elasticidad (Ec)

𝐸𝑐 = 57000 ∗ √𝑓′𝑐 (𝑝𝑠𝑖)

Ecuación 11: Modulo de elasticidad (Ec) del concreto

Resistencia a la compresión del concreto es 𝑓′𝑐 (𝑝𝑠𝑖) = 6401 (𝑝𝑠𝑖) = 450 (𝑘𝑔

𝑐𝑚2)

Por lo tanto, el módulo de elasticidad es determinado de acuerdo a la

Ecuación 11.

𝐸𝑐 = 57000 ∗ √3983 = 4.56 ∗ 106(𝑝𝑠𝑖)

Módulo de rotura a flexión (S’c)

Es la resistencia a flexión del concreto determinado a través del ensayo a flexión simple

de una viga de acuerdo a las recomendaciones de la norma ASTM. El valor de S’c se

recomienda deba estar entre 40 kg/cm2 y 50 kg/cm2. Para este informe se utiliza el módulo de

flexión de 45 kg/cm2 = 640.05 psi

51

Coeficiente de transferencia de carga (J)

El coeficiente de transferencia de carga (J) está en función de tipo de confinamiento del

pavimento a través de la berma, dispositivos de transmisión de carga entre losa de concreto y

subrasante y tipo de refuerzo que se coloca en la losa de concreto tal como indica la Tabla 31.

Tabla 31:

Coeficiente de transferencia de carga recomendado para varios tipos de pavimentos y

condiciones de diseño

Berma asfalto concreto

Dispositivos de transmisión de

cargas SI NO SI NO

Tipo de pavimento

Simple con junta y reforzado

con junta 3.2 3.8 – 4.4 2.5 – 3.1 3.6 – 4.2

Reforzado continuo (CRCP) 2.9 – 3.2 - 2.3 – 2.9 -


Para este proyecto se considera que la carretera tiene berma de concreto y el pavimento

no tiene dispositivo de transmisión de carga. Además, la losa de concreto es simple con junta.

Teniendo como coeficiente de transmisión de carga de 3.9.

Coeficiente en función al drenaje previsto (Cd)

La estimación del coeficiente de drenaje (Cd) es vital para garantizar el buen nivel de

servicio del pavimento durante su vida útil, dependiendo de las condiciones locales de sitio

dicho factor puede variar de 1.25 a 0.70. la elección depende de la calidad del drenaje (tipo de

suelo) y la precipitación anual de la zona de estudio (ver Tabla 32).

52

Tabla 32:

Coeficiente de drenaje del pavimento rígido

Calidad del

drenaje

Porcentaje de tiempo que la estructura del pavimento está expuesta a

niveles de humedad cercanos a la saturación

Menos de 1% 1% - 5% 5% - 25% Más de 25%

Excelente 1.25 – 1.20 1.20 – 1.15 1.15 – 1.10 1.10

Bueno 1.20 - 1.15 1.15 – 1.10 1.10 – 1.00 1.00

Regular 1.15 – 1.10 1.10 – 1.00 1.00 – 0.90 0.90

Pobre 1.10 – 1.00 1.00 – 0.90 0.90 – 0.80 0.80

Muy malo 1.00 – 0.90 0.90 – 0.80 0.80 – 0.70 0.70


La ubicación del proyecto es Ucayali donde la precipitación es durante

aproximadamente 7 meses del año y el suelo es de tipo fino. Por lo tanto, el coeficiente de

drenaje es 0.80.

Calculo del espesor de losa del pavimento rígido (D)

Uso de ecuación

La guía AASHTO, 1993 nos proporciona una correlación empírica para la estimación

del espesor de losa de concreto del pavimento rígido (ver Ecuación 12). Esta ecuación fue

determinada de acuerdo a los ensayos realizados a escala real.

𝐥𝐨𝐠(𝑾𝟏𝟖) = 𝒁𝒓 ∗ 𝑺𝒐 + 𝟕. 𝟑𝟓 ∗ 𝐥𝐨𝐠(𝑫 + 𝟏) − 𝟎. 𝟎𝟔 +𝐥𝐨𝐠 (

𝚫𝑷𝑺𝑰𝟒. 𝟐 − 𝟏, 𝟓

)

𝟏 +𝟏. 𝟔𝟐𝟒 ∗ 𝟏𝟎𝟕

(𝑫 + 𝟏)𝟖.𝟒𝟔

+(𝟒. 𝟐𝟐 − 𝟎. 𝟑 ∗ 𝑷𝒕) ∗ 𝐥𝐨𝐠

(

𝑺𝒄 ∗ 𝑪𝒅 ∗ (𝑫𝟎.𝟕𝟓 − 𝟏. 𝟏𝟑𝟐)

𝟐𝟏𝟓. 𝟔𝟑 ∗ 𝑱 ∗ (𝑫𝟎.𝟕𝟓 −𝟏𝟖. 𝟒𝟐

(𝑬𝒄𝑲 )

𝟎.𝟐𝟓)

)

Ecuación 12: Numero estructural del pavimento rígido

53

Donde el espesor de la losa de concreto está en pulgada. Para esta investigación, los

espesores de pavimento para cada tramo se muestran en la Tabla 33.

Tabla 33:

Espesor de concreto del pavimento.

Tramo Mr (psi) K (PCI) Espesor (cm)

1 6004 309.493 20

2 7339 378.296 20


Uso de nomograma

El nomograma es proporcionado por la Guía AASHTO, 1993 y nos ayuda a estimar los

espesores del pavimento de manera rápida y esquemática (ver Figura 15 y Figura 16).

54

Figura 15

Nomograma de estimación de numero estructural de pavimento rígido (a)

Fuente: Adaptado de (Guide for Design of Pavement Structures, 1993)

55

Figura 16:

Nomograma de estimación de numero estructural de pavimento rígido (b)

Fuente: Adaptado de (Guide for Design of Pavement Structures, 1993)

Figura 17:

Perfil de la estructura del Pavimento rígido


Losa de concreto 𝐷1 = 20 𝑐𝑚 Losa de concreto 𝐷1 = 20 𝑐𝑚



Tramo 1: ----

𝑊18 = 0.504 ∗ 106 𝑅 = 85% 𝑆𝑜 = 0.35 𝐾 = 309.493 𝑝𝑠𝑖 𝐶𝑑 = 0.80

𝐽 = 3.9

𝐸𝑐 = 4.56 ∗ 106

𝑆′𝑐 = 640.05 𝑝𝑠𝑖 ∆𝑃𝑆𝐼 = 2.5 𝐷 = 6.92 𝑖𝑛 = 17.98 𝑐𝑚 = 20 𝑐𝑚

Tramo 2: ----

𝑊18 = 0.504 ∗ 106 𝑅 = 85% 𝑆𝑜 = 0.35 𝐾 = 378.296 𝑝𝑠𝑖 𝐶𝑑 = 0.80

𝐽 = 3.9

𝐸𝑐 = 4.56 ∗ 106

𝑆′𝑐 = 640.05 𝑝𝑠𝑖 ∆𝑃𝑆𝐼 = 2.5 𝐷 = 6.92 𝑖𝑛 = 17.59 𝑐𝑚 = 20 𝑐𝑚

56

7.4. Memoria de cálculo de diseño Geométrico

Los parámetros de ingreso para determinar el diseño geométrico de una vía son:

la velocidad, longitudes de tramo de tangente, radios mínimos de giro, números de

calzada, peralte de calzada, ancho de carril, ancho de berma, etc.

Velocidad de diseño

La velocidad de diseño se determina a través de la clasificación de la vía por

demanda y orografía. La demanda es referida al Índice Medio Diario Anual (IMDa)

estimado a través del conteo vehicular (ver tabla 34), para este proyecto es 211.90

veh/día; la orografía es la topografía de la zona de estudio (plano, ondulado,

accidentado y escarpado) que se determina a través de la pendiente máxima y para este

informe la pendiente es menor que 10% por lo tanto, el relieve es plano ya que le

proyecto se ubica en la selva del Perú.

Tabla 34:

Clasificación por demanda

Autopista

de Primera

Clase

Autopista de

Segunda Clase

Carreteras de

Primera Clase

Carreteras

de Segunda

Clase

Carreteras

de Tercera

Clase

Trochas

carrozables

IMDa > 6000 [6000 − 4001] [4000 − 2001] [2000− 400]

< 400 < 200

Separador

de calzada Si Si No No No no

Número de

carriles > 2 > 2 2 2 2 1

Ancho de

carril (m) ≥ 3.60 ≥ 3.60 ≥ 3.60 ≥ 3.30 ≥ 3.00 ≥ 4.00

Superficie

de

rodadura

Pavimentad

a Pavimentada Pavimentada Pavimentada

Solución

básica Afirmada

Fuente: Adaptado de (Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG - 2018, 2018)

Por lo tanto, para este proyecto corresponde una carretera de tercera clase, sin

separador de calzada, de dos carriles teniendo como ancho de carril a 3.30 m y la

superficie de rodadura de solución básica.

57

Tabla 35:

Clasificación por orografía

Terreno plano

(tipo 1)

Terreno

ondulado

(tipo 2)

Terreno

accidentado

(tipo 3)

Terreno

escarpado

(tipo 4)

Pendiente

transversal ≤ 10% [11 % − 50%]

[51 %

− 100%] > 100%

Pendiente

longitudinal ≤ 3% [3% − 6%] [6% − 8%] > 8%


La zona de trabajo es UTM84-18S teniendo terreno plano (ver tabla 36), éste se

obtiene desde el Análisis de Superficie que la pendiente transversal de mayor porcentaje

es entre 0 a 10%.

58

Tabla 36:

Rangos de Velocidad de diseño en función de la clasificación de la carretera por

demanda y orografía.

Clasificación Orografía Velocidad de Diseño de un tramo homogéneo VTR (km/h)

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Autopista de

Primera

Clase

Plano

Ondulado

Accidentado

Escarpado

Autopista de

Segunda

Clase

Plano

Ondulado

Accidentado

Escarpado

Carreteras de

Primera

Clase

Plano

Ondulado

Accidentado

Escarpado

Carreteras de

Segunda

Clase

Plano

Ondulado

Accidentado

Escarpado

Carreteras de

Tercera Clase

Plano

Ondulado

Accidentado

Escarpado


Finalmente, la velocidad de diseño es 50km/h ya que se tiene una carretera de

tercera clase y topografía plana.

59

Longitud de tramos en tangente

Tabla 37:

Longitud de tramos en tangente

V (km/h) L min. s (m) L min. o (m) L máx.(m)

30 42 83 500

40 56 111 668

50 69 139 835

60 83 167 1002

70 97 194 1169

80 111 222 1336

90 125 250 1503

100 139 278 1670

110 153 306 1837

120 167 333 2004

130 180 362 2171


Donde:

𝐿 𝑚𝑖𝑛. 𝑠: Longitud mínima (m) para trazados en “S” (alineamiento recto

entre alineamientos con radios de curvatura en sentido contrario.

𝐿 𝑚𝑖𝑛. 𝑜: Longitud mínima (m) para el resto de casos (alineamiento

recto entre alineamientos con radios de curvatura del mismo

sentido.

𝐿 𝑚𝑎𝑥: Longitud máxima deseable (m).

𝑉: Velocidad de diseño (km(h).

Las longitudes de tramos en tangente presentada en la Tabla 38, están

estimados con las siguientes expresiones:

𝐿 𝑚𝑖𝑛. 𝑠 = 1.39𝑉

𝐿 𝑚𝑖𝑛. 𝑜 = 2.78𝑉

𝐿 𝑚𝑖𝑛. 𝑠 = 1.39𝑉

𝐿 𝑚𝑎𝑥 = 16.7𝑉

60

Radios mínimos y peraltes máximos

Tabla 38:

Radios mínimos y peraltes máximos

Ubicación

de la vía

Velocidad

de diseño

(km/h)

Peralte

𝒑 𝒎𝒂𝒙. (%)

Coeficiente de

fricción

𝒇 𝒎𝒂𝒙.

Radio

calculado

(m)

Radio

redondeado

(m)

Área

urbana

30 4% 0.17 33.7 35.0

40 4% 0.17 60.0 60.0

50 4% 0.16 98.4 100.0

60 4% 0.15 149.2 150.0

70 4% 0.14 214.3 215.0

80 4% 0.14 280.0 280.0

90 4% 0.13 375.2 375.0

100 4% 0.12 492.1 495.0

110 4% 0.11 635.2 635.0

120 4% 0.09 872.2 875.0

130 4% 0.08 1108.9 1110.0

Área rural

(con

peligro de

hielo)

30 6% 0.17 30.8 35.0

40 6% 0.17 54.8 55.0

50 6% 0.16 89.5 90.0

60 6% 0.15 135.0 135.0

70 6% 0.14 192.9 195.0

80 6% 0.14 252.0 255.0

90 6% 0.13 335.7 340.0

100 6% 0.12 437.4 440.0

110 6% 0.11 560.4 560.0

120 6% 0.09 755.9 760.0

130 6% 0.08 950.5 955.0

Área rural

(plana u

ondulada)

30 8% 0.17 28.3 30.0

40 8% 0.17 50.4 50.0

50 8% 0.16 82.0 85.0

60 8% 0.15 123.2 125.0

70 8% 0.14 175.4 175.0

80 8% 0.14 229.1 230.0

90 8% 0.13 303.7 305.0

100 8% 0.12 393.7 395.0

110 8% 0.11 501.5 505.0

120 8% 0.09 667.0 670.0

130 8% 0.08 831.7 835.0

Área rural

(accidenta

da o

escarpada)

30 12% 0.17 24.4 25.0

40 12% 0.17 43.4 45.0

50 12% 0.16 70.3 70.0

60 12% 0.15 105.0 105.0

70 12% 0.14 148.4 150.0

80 12% 0.14 193.8 195.0

61

90 12% 0.13 255.1 255.0

100 12% 0.12 328.1 330.0

110 12% 0.11 414.2 415.0

120 12% 0.09 539.9 540.0

130 12% 0.08 665.4 665.0

Fuente: (Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG - 2018, 2018)

𝑅 =𝑉2

127(𝑝 + 𝑓)

Ecuación 13: Radio mínimo

Donde:

R: Radio mínimo

V: Velocidad de diseño

𝑝: peralte

f: coeficiente de fricción

Para este proyecto, el área es rural de topografía plana con velocidad de diseño

𝑉 = 50𝑘𝑚/ℎ, peralte máximo de 8% y coeficiente de fricción de 0.16. entonces el

radio mínimo redondeado es 85m.

Anchos mínimos de calzada en tangente

Para este informe se tiene el ancho mínimo de calzada de 6.60 m (ver Tabla 39)

correspondiente a una carretera de tercera clase con velocidad de diseño de 50km/h.

62

Tabla 39:

Anchos mínimos de calzada en tangente

Clasificación Autopista Carretera

Trafico

vehículos (día > 𝟔𝟎𝟎𝟎 [𝟔𝟎𝟎𝟎 − 𝟒𝟎𝟎𝟏] [𝟒𝟎𝟎𝟎 − 𝟐𝟎𝟎𝟏] [𝟐𝟎𝟎𝟎 − 𝟒𝟎𝟎] < 𝟒𝟎𝟎

Tipo Primera Clase Segunda Clase Primera Clase Segunda Clase Tercera Clase

Orografía 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Velocidad de

diseño

30 km/h 5.00 6.00

40 km/h 6.00 6.00 6.00 6.00

50 km/h 7.20 7.20 6.60 6.60 6.60 6.60 6.00

60 km/h 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 6.60 6.60 6.60 6.60

70 km/h 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 6.60 6.60

80 km/h 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 6.60 6.60

90 km/h 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 6.60 6.60

100 km/h 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20 7.20


Notas:

a) Orografía: Plano (1), Ondulado (2), Accidentado (4), y Escarpado (4).

b) En carretera de tercera clase, excepcionalmente podrán usarse calzadas de hasta 500m, con el correspondiente sustento técnico y

económico.

63

Tabla 40:

Anchos de bermas

Clasificación Autopista Carretera

Trafico

vehículos (día > 𝟔𝟎𝟎𝟎 [𝟔𝟎𝟎𝟎 − 𝟒𝟎𝟎𝟏] [𝟒𝟎𝟎𝟎 − 𝟐𝟎𝟎𝟏] [𝟐𝟎𝟎𝟎 − 𝟒𝟎𝟎] < 𝟒𝟎𝟎

Tipo Primera Clase Segunda Clase Primera Clase Segunda Clase Tercera Clase

Orografía 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Velocidad de

diseño

30 km/h 0.50 0.50

40 km/h 1.20 1.20 0.90 0.50

50 km/h 2.60 2.60 1.20 1.20 1.20 0.90 0.90

60 km/h 3.00 3.00 2.60 2.60 3.00 3.00 2.60 2.60 2.00 2.00 1.20 1.20 1.20 1.20

70 km/h 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 2.00 2.00 1.20 1.20 1.20

80 km/h 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 2.00 2.00 1.20 1.20

90 km/h 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 2.00 1.20 1.20

100 km/h 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 2.00


Notas:

a) Orografía: Plano (1), Ondulado (2), Accidentado (4), y Escarpado (4).

b) Los anchos indicados en la tabla son para la berma lateral derecha, para la berma lateral izquierda es de 1.50 m para autopistas de primera

clase y 1.20 m para autopistas de segunda clase.

64

El ancho de berma se considera de 1.20 m porque el proyecto es de carretera de tercera

clase y la velocidad de diseño es de 50km/h.

Sobreancho

Figura 18:

Camión de diseño

Fuente: (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

Figura 19:

Sobreancho en las curvas

Fuente: (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

Donde:

65

R’: radio hasta el extremo del parachoques delantero.

s: sobreancho requerido por un carril.

L: distancia entre el parachoques delantero y el eje trasero del vehículo.

Asumiendo que R’ es aproximadamente igual a Rc, entonces se tiene la

siguiente expresión para una calzada de n carriles:

𝑺𝒂 = 𝒏(𝑹𝒄 − √𝑹𝒄𝟐 − 𝑳𝟐) +𝑽

𝟏𝟎√𝑹𝒄

Donde:

𝑆𝑎 : sobreancho (m)

𝑛 = 2 : numero de carriles

𝑅𝑐 : radio de curvatura circular (m)

𝐿 = 7.32 𝑚 : distancia entre el eje posterior y la parte frontal (m)

𝑉 = 50 𝑘𝑚/ℎ : velocidad de diseño (km/h)

Tabla 41:

Sobreanchos

N° Radio (m) Sa (m) Sa Corregido (m)

1 390 0.644 0.64

2 260 0.826 0.83

3 520 0.542 0.54

4 320 0.726 0.73


Talud de corte y relleno

Tabla 42:

Valores referenciales para taludes en corte (relación H: V)

Clasificación de

material de corte Roca fija

Roca

suelta

Material

Grava

Limo

arcilloso o

arcilla

Arenas

Altura

de corte

< 5𝑚 1: 10 1: 6 − 1: 4 1: 1 − 1: 3 1: 1 2: 1

[5𝑚 − 10𝑚] 1: 10 1: 4 − 1: 2 1: 1 1: 1 ∗

> 10𝑚 1: 8 1: 2 ∗ ∗ ∗


(*) requerimiento de banquetas o estudio de estabilidad.

66

Tabla 43:

Taludes referenciales en zonas de relleno (terraplenes)

Materiales

Talud (V:H)

Altura (m)

< 𝟓𝒎 [𝟓𝒎− 𝟏𝟎𝒎] > 𝟏𝟎𝒎

Gravas, limo arenoso

y arcilla 1:1.5 1:1.75 1:2

Arena 1:2 1:2.25 1:2.5

Enrocado 1:1 1:1.15 1:1.5


Figura 20:

Sección transversal típica en tangentes


Para esta investigación el talud (V:H) de relleno (grava) es 1:1.5 y corte (arcilla) es 1:1.

67

8. Cronograma de ejecución del estudio-Diagrama de Gantt

Las actividades desarrolladas en la ejecución de obra del Mejoramiento de la

Infraestructura Vial en Suelos Tropicales utilizando Geomalla Biaxial, están conformadas con

el trabajo directamente de campo como:

✓ Obras Provisionales y Trabajos Preliminares

✓ Seguridad y Salud en Obra

✓ Pavimentación

✓ Sistema de Drenaje Pluvial Superficial

✓ Mitigación y Control de Impacto Ambiental

✓ Flete

Figura 21:

Diagrama Gantt de la ejecución del proyecto

68

Fuente: Elaboración propia con la ayuda del programa Ms Project

Estas fueron las tareas consideradas, teniendo en cuenta que cada tarea o actividad

puede tener subíndices, como se puede apreciar en la Figura 17. La ejecución de la obra tuvo

una duración de 76 días, el cual tiene como fecha de inicio EL 2 de enero del 2021 y fecha fin

el 3 de mayo del año en curso.

69

9. Presupuesto y Análisis de Costos

El presupuesto que se presenta a continuación, es el presupuesto base de lo que costaría

realizar el proyecto “Mejoramiento de la Infraestructura Vial en Suelos Tropicales utilizando

Geomallas de Refuerzo”. El análisis del costo de hora hombre (hh) de la mano de obra y los

rendimientos considerados en el proyecto están de acuerdo a la revista costos setiembre 2020

“Costos y Presupuestos de Obra” 8va edición y la revista de CAPECO “Construcción e

Industria”.

82

9.1. Comparación Económica

Para poder hacer un análisis más real en cuanto a la diferencia de costos de la sección

analizada entre pavimento flexible y pavimento reforzado con geomallas, tomaremos en cuenta

el costo de la pavimentación y el flete, como se ve en la tabla 44. Se tomará en cuanto

movimiento de tierras, pavimento flexible y pintura, debido a que presentan una diferencia

importante de costos. El movimiento de tierras en el pavimento flexible tiene un mayor costo

debió a que el espesor es mayor, alrededor de un 40% aproximadamente en comparación con el

reforzado con geomallas.

En cuanto al pavimento flexible, se tiene el mismo metrado, pero el costo es mayor en

el pavimento reforzado con geomallas debido a la malla de refuerzo. Por último, en cuanto al

pavimento de tráfico, la variación de costos es porque se cotizo con diferentes proveedores. El

costo del flete es mayor en el pavimento flexible, ya que existe un mayor volumen en el

movimiento de tierras.

Tabla 44:

Comparación económica para un pavimento

PAVIMENTO

REFORZADO CON

GEOMALLAS

PAVIMENTO

FLEXIBLE

PAVIMENTO

RÍGIDO

S/ S/ S/

OBRAS PROVISIONALES 54,366.41 54,366.41 54,366.41

SEGURIDAD Y SALUD EN OBRA 63,661.93 63,761.93 63,661.93

PAVIMENTO 4,325,757.74 4,463,563.05 7,097,101.47

SISTEMA DE DRENAJE 69,792.22 69,792.22 81,804.00

IMPACTO AMBIENTAL 7,550.00 8,250.00 7,550.00

VARIOS 28,392.40 28,392.40 28,392.40

FLETE 322,456.00 644,858.80 845,746.70

COSTO DIRECTO (S/) 4,871,976.70 5,331,983.61 8,178,622.91


83

Figura 22

Comparativo de costos para un Pavimento


0.00

2,000,000.00

4,000,000.00

6,000,000.00

8,000,000.00

10,000,000.00

COSTO TOTAL (S/)

Compartivo de costos

PAVIMENTO REFORZADO CON GEOMALLAS

PAVIMENTO FLEXIBLE

PAVIMENTO RÍGIDO

84

10. CONCLUSIONES

1. Con el análisis técnico-económico se puede concluir que el pavimento reforzado

con geomalla es más viable, ya que su diseño responde a los problemas que

tiene el suelo tropical, satisfaciendo las condiciones básicas como estabilidad del

suelo y transitabilidad en la infraestructura garantizando la vida útil para la cual

fue diseñada. Además, en la Amazonía peruana el material granular es escaso y

su traslado es complicado por las condiciones geográficas y climatológicas, por

ello reforzar un pavimento con geomallas es una alternativa válida para su uso

en obra civil lo cual garantiza eficiencias de trabajo por encima del 90% para la

construcción de carreteras.

2. Del diseño de un pavimento flexible reforzado con geomalla se verifica la

estabilidad en los suelos tropicales y una mejor transitabilidad vehicular, ya que

mejora el comportamiento estructural e incrementa su vida útil, logrando disipar

mejor los esfuerzos provocados por las cargas superficiales distribuyendo estas

en un área mayor y así disminuir la frecuencia del mantenimiento.

3. De los tres diseños propuestos se concluye que al usar pavimento tradicional se

garantiza la estabilidad del suelo tropical conforme se incrementa la profundidad

a la que se coloca, al usar pavimento rígido se garantiza la estabilidad en los

suelos tropicales ya que al mejorar el suelo tiene una mayor capacidad

estructural, menores deformaciones por ello los esfuerzos que trasmiten al suelo

son de magnitud reducida y al usar el pavimento con geomalla de refuerzo

genera mayor estabilidad ya que las geomallas tiene mejores beneficios para el

refuerzo de la estructura del pavimento.

4. Del análisis técnico económico se desprende el resultado un costo de S/

6,611,271.83 en pavimento reforzado, S/ 7,235,501.76 en pavimento flexible y

S/ 11,098,391.28 en Pavimento Rígido, lo cual varía un porcentaje de 8.6% más

que pavimento flexible y 40% menos que pavimento rígido por el cual es viable

su aplicación en el área de estudio. Por lo tanto, la mejor opción es el pavimento

reforzado ya que se aprecia que el ahorro es mayor para la sección reforzada con

geomalla que un pavimento convencional o rígido, ya que el costo de la

85

colocación del material granular es un factor importante en el análisis

económico y el costo de este insumo puede verse afectado por diversas variables

como la disponibilidad del material, la distancia de transporte desde las canteras

más cercanas disponibles.

11. RECOMENDACIONES

• Se recomienda realizar mantenimiento al pavimento cada cierto tiempo para

evitar fallas que afecten a las capas inferiores a la carpeta de rodadura, por causa

de las condiciones climáticas y demanda del tráfico no regulado.

• Se recomienda colocar un espesor de 15 cm como mínimo que asegure la

correcta colocación, compactación y densificación del material. A pesar de que

el cálculo en cada uno de los casos puede arrojar una sección menor, se descarta

siguiendo el criterio antes descrito.

• Se recomienda seguir todos los pasos indicados en las normas de ensayo, diseño

estructural y geométrico, esto se realiza con la finalidad de evitar pérdidas

innecesarias que podrían afectar el proyecto.

• Implementar el uso de geomallas en vías con baja capacidad portante, ya que es

una solución básica y tiene grandes beneficios técnicos y económicos. Es decir,

en tramos de vías con tratamiento superficial.

86

12. REFERENCIAS

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Ingeniería. Recuperado de la página web:

http://www.jorgealvahurtado.com/files/EstudiosGeotecnicos/Pucallpa.pdf

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Ministerio de Comercio Exterior y Turismo. “Reporte Regional de Comercio Ucayali”; 2018.

Recuperado de la página web: https://www.mincetur.gob.pe/wp-

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subrasante mejorada y/o sub base de pavimentos, Tesis de Maestría, Universidad

Nacional de Ingeniería, Lima, Perú.

https://www.pvn.gob.pe/wp-content/uploads/2017/12/RVN_PERU_RTT_201601-20160311.pdf

https://www.pvn.gob.pe/wp-content/uploads/2017/12/RVN_PERU_RTT_201601-20160311.pdf

88

Provias Nacional – MTC (2016). Modelo del Sistema de Gestión de Infraestructura Vial de

Provias Nacional. Recuperado de: https://www.pvn.gob.pe/wp-

content/uploads/2017/12/MEMORIA-ANUAL-2016-20170530-VF.pdf

Provias Nacional – MTC (2019). Modelo del Sistema de Gestión de Infraestructura Vial de

Provias Nacional. Recuperado de: https://www.pvn.gob.pe/wp-

content/uploads/2020/06/pvn-memoria-anual-2019.pdf

Rodríguez. F (1990). Los Suelos De Áreas Inundables De La Amazonia Peruana: Potencial,

Limitaciones Y Estrategia Para Su Investigación

Reducir El Impacto Ambiental En La Producción De Cemento (17 de setiembre de 2015),

Universidad Nacional de Colombia. Recuperado de la página web:

https://minas.medellin.unal.edu.co/noticias/facultad/396-reducir-el-impacto-ambiental-

en-la-produccion-de-cemento

Orobio. A (2015). Análisis de costos de construcción asociados al diseño racional de pavimentos

con diferentes modelos de fatiga.

Chávez. J (2007). La infraestructura que necesita el perú. Brecha de inversión en infraestructura

de servicios públicos.

Carrillo. A (2016). Comportamiento del suelo tropical peruano.

Behavior of peruvian tropical soils

Requiz. J (2018). Aplicación de la metodología mct en estudio de suelos tropicales con fines de

pavimentación en la selva baja del perú. Caso: caminos vecinales de madre de dios.

Porón. A (2012). Manual de estimación de costos en proyectos de carreteras de terracería.

https://minas.medellin.unal.edu.co/noticias/facultad/396-reducir-el-impacto-ambiental-en-la-produccion-de-cemento

https://minas.medellin.unal.edu.co/noticias/facultad/396-reducir-el-impacto-ambiental-en-la-produccion-de-cemento

89

Orrego. D (2014). Análisis técnico-económico del uso de geomallas como refuerzo de bases

granulares en pavimentos flexibles.

90

11. ANEXOS

91

Índice de Anexos

ANEXO 1: Panel fotográfico del estudio de tráfico - 2 -

ANEXO 2: Plano de Ubicación y Localización - 4 -

ANEXO 3: Plano de canteras - 6 -

ANEXO 4: Plano de Planta y Perfil - 8 -

ANEXO 5: Plano de Secciones Transversales del Pavimento Flexible con Geomalla - 21 -

ANEXO 6: Presupuesto - 25 -

ANEXO 7: Acta de reuniones y documentación - 32 -

- 1 -

INDICE DE ANEXOS

ANEXO1: Panel fotográfico del estudio de tráfico - 2 -

ANEXO 2: Plano de Ubicación y Localización - 4 -

ANEXO 3: Plano de canteras - 6 -

ANEXO 4: Plano de Planta y Perfil - 8 -

ANEXO 5: Plano de Secciones Transversales del Pavimento Flexible con Geomalla - 21 -

ANEXO 6: Presupuesto - 25 -

ANEXO 7: Acta de reuniones y documentación - 32 -

- 2 -

ANEXO 1: Panel fotográfico del estudio de tráfico

- 3 -

PANEL FOTOGRÁFICO

Se observa el área del proyecto

construcción de la carretera del

tramo villa el pescador, masisea.

Abastecimiento de agregado grueso

de las canteras del rio Pachitea

se aprecia la inexistencia de

pavimento, asimismo se observa

como el suelo se vuelve fangoso por

causa de las lluvias.

- 4 -

ANEXO 2: Plano de Ubicación y Localización

- 6 -

ANEXO 3: Plano de canteras

- 8 -

ANEXO 4: Plano de Planta y Perfil

- 9 -

ANEXO 4.1 Plano de Planta y Perfil Pavimento Flexible

- 10 -

- 11 -

- 12 -

- 13 -

ANEXO 4.2 Plano de Planta y Perfil Pavimento Rígido

- 14 -

- 15 -

- 16 -

- 17 -

ANEXO 4.3 Plano de Planta y Perfil Pavimento Flexible con Geomalla Biaxial

- 18 -

- 19 -

- 20 -

- 21 -

ANEXO 5: Plano de Secciones Transversales del Pavimento Flexible con Geomalla

- 22 -

- 23 -

- 24 -

- 25 -

ANEXO 6: Presupuesto

- 26 -

ANEXO 6.1 Presupuesto del Pavimento Flexible

- 27 -

- 28 -

- 29 -

ANEXO 6.2 Presupuesto del Pavimento Rígido

- 30 -

- 31 -

- 32 -

ANEXO 7: Acta de reuniones y documentación

- 33 -

Lima, 03 de Julio del 2020 Pregrado Regular Programa CPEL Sr(a) Director(a): ____________ Carrera/Programa: Ingeniería Civil_ Universidad San Ignacio de Loyola Presente. -

Solicito a Usted la aprobación del Tema propuesto para proceder con el desarrollo del Trabajo de Investigación para obtener el Grado Académico de Bachiller.

Tema del Trabajo de Investigación:

Mejoramiento De La Infraestructura Vial En Suelos Tropicales Utilizando

Geomallas De Refuerzo Tramo Villa El Pescador-Masisea-Coronel Portillo-

Ucayali-2020

Objetivo del Trabajo de Investigación:

Diseñar un pavimento flexible utilizando la implementación de geosintéticos (geomallas) para mejorar la capacidad estructural de la base granular en el tramo ubicado en Coronel Portillo – Ucayali.

INTEGRANTES FIRMA Integrante 1: Nombres y Apellidos: Sandy Karen Ayala Salvador

Teléfono: 921986107

Email: [email protected]

Integrante 2:

Nombres y Apellidos: Samuel Fabricio Peralta Palacios



Integrante 3: Nombres y Apellidos: Jhon Julinho Pinto Laurente



Integrante 4: Nombres y Apellidos:

Teléfono

Email

Sin otro en particular.

Saludos cordiales.

- 34 -

TRABAJO DE GRADO N° 004 – CP-CICIVIL

PUNTOS DE DECISIÓN

1 Lluvia de ideas

2 Corrección del primer avance

3 Elección de objetivo general

4 Elección de problema general

5 Tener mejores referencias

6 Acotar más el tema a desarrollar

ACTA DE REUNIÓN

Grupo: Acta N°: 1

Semestre: 2020-2 Fecha: 01/07/2020

Asesor:

Luis Fernando Raygada Rojas Hora de inicio:6:30 PM Fin: 7:00 PM

Revisor: Lugar: Vía ZOOM

PARTICIPANTES

N° Nombre Cargo Firma:

1

Sandy Karen Ayala Salvador Ex-Alumno

2 Samuel Fabricio Peralta Palacios Ex-Alumno

3 Jhon Julinho Pinto Laurente

Ex-Alumno

4 Jose ludeña Ex-Alumno

- 35 -

CONCLUSIONES

N° Tarea: Responsable: Periodo de

cumplimiento:

Observaciones:

1 Corrección de objetivos

con problemas

Karen Ayala ----

Estar relacionados

2 Corrección de

referencias

Fabricio Peralta ----

Faltan citas

3 Corrección de título y

objetivos

Julinho Pinto ----

Acotar el tema a tratar

4 Corregir Planteamiento

del Problema

Todos ---- Buscar y leer más

artículos 5 Corregir Justificación Todos ----

Nota:

✓ Firma Líder del equipo y Asesor en reunión con Asesor

✓ Firmar Líder del equipo, cuando solo hay reuniones de equipo

SAMUEL PERALTA PALACIOS

________________________

Líder del equipo Asesor

DESARROLLO DE LA REUNIÓN

La reunión estuvo conformada por los 3 integrantes y el asesor.

Los puntos importantes tocados fueron los siguientes:

1 Acotar más el tema principal que se desarrolló

2 Discusión de la estructura del primer avance

3 Retroalimentación del asesor

- 36 -

PARTICIPANTES


1




Ex-Alumno


PUNTOS DE DECISIÓN

1 Feed back

2 Búsqueda de antecedentes

3 Empezar con los primeros cálculos

ACTA DE REUNIÓN

Grupo: Acta N°: 2

Semestre: 2020-2 Fecha: 02/10/2020

Asesor:



- 37 -

CONCLUSIONES


cumplimiento:

Observaciones:

1 Búsqueda de

antecedentes

Karen Ayala ----

----

2 Realizar Feed back Fabricio Peralta ---- Faltan citas

3 Búsqueda de

antecedentes

Julinho Pinto ----

----

4 Empezar con los

primeros cálculos

Jose ludeña ---- ----

Nota:




________________________


- 38 -

PARTICIPANTES


1




Ex-Alumno


PUNTOS DE DECISIÓN

1 Elaboración del expediente técnico

ACTA DE REUNIÓN

Grupo: Acta N°: 3

Semestre: 2020-2 Fecha: 25/10/2020

Asesor:



- 39 -

CONCLUSIONES


cumplimiento:

Observaciones:

1 Elaboración del

expediente técnico

Karen Ayala ----

----

2 Elaboración del

expediente técnico


-----

3 Elaboración del

expediente técnico

Julinho Pinto ----

----

4 Elaboración del

expediente técnico


Nota:




________________________


- 40 -

PARTICIPANTES


1




Ex-Alumno


PUNTOS DE DECISIÓN

1 Elaboración de la memoria de cálculo

ACTA DE REUNIÓN

Grupo: Acta N°: 4

Semestre: 2020-2 Fecha: 31/10/2020

Asesor:



- 41 -

CONCLUSIONES


cumplimiento:

Observaciones:

1 Elaboración de la

memoria de cálculo

Karen Ayala ----

----


memoria de cálculo


-----


memoria de cálculo

Julinho Pinto ----

----


memoria de cálculo


Nota:




________________________


- 42 -

PARTICIPANTES


1




Ex-Alumno


PUNTOS DE DECISIÓN

1 Corrección de los cálculos

2 Evaluación del entorno

3 Plan de Metodología de Trabajo

ACTA DE REUNIÓN

Grupo: Acta N°: 5

Semestre: 2020-2 Fecha: 15/11/2020

Asesor:



- 43 -

CONCLUSIONES


cumplimiento:

Observaciones:

1 Corrección de los

cálculos

Karen Ayala ----

Cálculos

2 Evaluación del entorno Fabricio Peralta ---- Mas detallado

3 Corrección de los

cálculos

Julinho Pinto ----

Cálculos

4 Plan de Metodología de

Trabajo

Jose ludeña ---- Usar referencias

Nota:




________________________


- 44 -

PUNTOS DE DECISIÓN

1 Corrección de Memoria de calculo

ACTA DE REUNIÓN

Grupo: Acta N°: 6

Semestre: 2020-2 Fecha: 15/11/2020

Asesor:



PARTICIPANTES


1




Ex-Alumno


- 45 -

CONCLUSIONES


cumplimiento:

Observaciones:

1 Corrección de Memoria

de calculo

Karen Ayala ----

Cálculos


de calculo


Cálculos


de calculo

Julinho Pinto ----

Cálculos


de calculo

Jose ludeña ----

Cálculos

Nota:




________________________


- 46 -

PARTICIPANTES


1




Ex-Alumno

4 Jose ludeña

Ex-Alumno

PUNTOS DE DECISIÓN

1 Revisión de todo el trabajo

ACTA DE REUNIÓN

Grupo: Acta N°: 7

Semestre: 2020-2 Fecha: 1/12/2020

Asesor:



- 47 -

CONCLUSIONES


cumplimiento:

Observaciones:

1 Revisión de todo el

trabajo

Karen Ayala ----

Memoria de calculo


trabajo

Fabrizio Peralta ----

Plan de metodolodía


trabajo

Julinho Pinto ----

Referencias


trabajo

Jose ludeña ----

Redacción

Nota:




________________________


PROPUESTA TÉCNICO-ECONOMICA DE UN DISEÑO CON …

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