I
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA
CARRERA: INGENIERIA CIVIL
TRABAJO ESTRUCTURADO DE MANERA
INDEPENDIENTE
TEMA:
“ESTUDIO PARA EL MEJORAMIENTO LA CAPA DE RODADURA DE LA CARRETERA GARCÍA MORENO DESDE LA ENTRADA A LA COMUNIDAD DE LATURUN HASTA LA COMUNIDAD DE CUATRO ESQUINAS, EN LA PARROQUIA SAN ANDRÉS, CANTÓN GUANO,
PROVINCIA DE CHIMBORAZO PARA SATISFACER LAS
NECESIDADES DEL SECTOR.”
TOMO I
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
AUTOR: Paco Oswaldo Cucuri Miñarcaja
TUTOR: Msc. Ing. Israel Alulema
Ambato – Ecuador
2011
II
CERTIFICACIÓN
Certifico que la presente Tesis de Grado, previo a la obtención del título
de Ingeniero Civil, con el tema “Estudio para el mejoramiento la capa de
rodadura de la carretera García Moreno desde la entrada a la comunidad
de Laturún hasta la comunidad de Cuatro Esquinas, en la parroquia San
Andrés, cantón Guano, provincia de Chimborazo para satisfacer las
necesidades del sector” ha sido realizado en su totalidad por el SR.
PACO OSWADO CUCURI MIÑARCAJA, egresado de la Facultad de
Ingeniería Civil y Mecánica, bajo mi tutoría.
Es todo cuanto puedo certificar en honor a la verdad.
Ambato, Julio del 2011
Msc. Ing. Israel Alulema
Director de Tesis
III
AUTORÍA
El presente trabajo de investigación así como sus opiniones, ideas y
criterios vertidos son responsabilidad de quien lo ejecuto.
Egdo. Paco Oswaldo Cucuri Miñarcaja
AUTOR
IV
DEDICATORIA
Este trabajo va dedicado especialmente al Señor, mi Dios, quien me ha colmado de bendiciones a lo largo de mi vida, mostrándome el camino a seguir y alentándome a seguir adelante en los instantes en que estuve a punto de desfallecer.
A mis Padres Federico y María, quienes a más de brindarme todo su cariño y apoyo durante estos años, han sido un ejemplo de dedicación y sacrificio, siendo una de las razones más importantes para seguirme superando.
A mis hermanos Cris, Fanny, Anita, Ángel, Beatriz, quienes supieron darme consejos cuando los necesitaba, y por su amor, apoyo incondicional, y cuidados.
V
AGRADECIMIENTO
A mis padres: Federico y María por el enorme esfuerzo que han hecho por mí durante estos 24 años de mi vida, gracias a usted por enseñarme cosas más valiosas e importantes como el respeto, la humildad y la lealtad.
A la Universidad Técnica de Ambato especialmente a mi Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica quien me ha permitido seguir creciendo en mi formación personal y profesional.
A todos mis profesores, de los cuales he aprendido a más de los conocimientos impartidos en las aulas, la forma de ser una mejor persona, en especial al Sr. Ing. Israel Alulema, quien acepto el reto de guiarme en la elaboración de mi Tesis, y a muchos otros Ing. que me ayudaron en el desarrollo de la investigación.
Y a todas aquellas personas que me acompañaron durante esta hermosa aventura, a los cuales llevaré siempre en el corazón.
VI
ÍNDICE GENERAL
A. PÁGINAS PRELIMINARES
Pág. Página de título o portada. ... I Página de aprobación por el tutor... II Página de autoría de la tesis... III Página de dedicatoria ... IV Página de agradecimiento ... V Índice general de contenidos ... VI Índice de tablas y gráficos ... XI Resumen ejecutivo ... XIII
B. TEXTO: INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO 1. EL PROBLEMA
1.1. Tema. ... 1
1.2. Planteamiento del Problema. ... 1
1.2.1. Contextualización. ... 1
1.2.2. Análisis crítico. ... 3
1.2.3. Prognosis. ... 3
1.2.4. Formulación del problema. ... 4
1.2.5. Interrogantes (subproblemas). ... 4
1.2.6. Delimitación del objeto de investigación. ... 4
1.2.6.1.Delimitación Contenido. ... 4
1.2.6.2.Delimitación Espacial. ... 4
1.2.6.3.Delimitación de Temporal. ... 4
VII
1.4. Objetivos. ... 5
1.4.1. Generales. ... 5
1.4.2. Específicos. ... 6
2. CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes investigativos. ... 7 2.2. Fundamentación Filosófica. ... 7 2.3. Fundamentación Legal. ... 8 2.4. Categorías Fundamentales. ... 8 2.4.1. Superordinación de Variables. ... 8 2.4.2. Caminos y Carreteras. ... 9
2.4.2.1.Clasificación de las Carreteras. ... 9
2.4.2.2.Diseño Geométrico de la vía. ... 11
2.4.3. Alineamiento Horizontal. ... 15
2.4.4. Alineamiento Vertical. ... 17
2.4.5. Sección Transversal. ... 19
2.4.6. Estudios para el Diseño Geométrico de la Vía. ... 20
2.4.6.1.Levantamiento Topográfico. ... 21
2.4.6.2.Estudio de Suelos. ... 21
2.4.7. Estudio de Tráfico. ...23
2.4.8. Sistema de Drenaje. ... 25
2.4.9. Estructura del Pavimento. ... 26
2.5. Hipótesis. ... 28
2.6. Señalamiento de Variables. ... 29
2.6.1. Variable Independiente. ... 29
VIII
3. CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA
3.1. Modalidad básica de la investigación. ... 30
3.2. Nivel o Tipo de Investigación. ... 31
3.3. Población y Muestra. ... 31 3.3.1. Población (N). ... 31 3.3.2. Muestra. ... 31 3.4. Operacionalización de variables. ... 33 3.4.1. Variable independiente. ... 33 3.4.2. Variable dependiente. ... 34
3.5. Plan de recolección de información. ... 34
3.6. Plan de procesamiento de la información. ... 35
4. CAPÍTULO 4. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS 4.1. Análisis de los resultados. ... 36
4.1.1. Análisis del inventario vial. ... 36
4.1.2. Análisis de los resultados del Estudio Topográfico. ... 37
4.1.3. Análisis de los resultados del estudio de Tráfico. ... 37
4.1.4. Análisis de resultados del Estudio de Suelos. ... 38
4.1.5. Análisis de los resultados de las Encuetas. ... 39
4.2. Interpretación de los resultados. ... 43
4.2.1. Interpretación del inventario vial. ... 43
4.2.2. Interpretación de los resultados del Estudio Topográfico. ... 43
4.2.3. Interpretación de los resultados del estudio Tráfico. ... 43
4.2.4. Interpretación de resultados del Estudio de Suelos. ... 44
4.2.5. Interpretación de los resultados de las Encuetas. ... 45
IX
5. CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. Conclusiones. ... 47 5.2. Recomendaciones. ... 48 6. CAPÍTULO 6. PROPUESTA 6.1. Datos Informativos. ... 50 6.1.1. Ubicación y Localización. ... 50 6.1.2. Aspectos Demográficos. ... 51 6.1.3. Análisis Socio-económico. ...52 6.1.4. Clima. ...54 6.1.5. Hidrología. ...54 6.2. Antecedentes de la propuesta. ... 55 6.3. Justificación. ... 55 6.4. Objetivos. ... 56 6.4.1. Objetivo General. ... 56 6.4.2. Objetivos Específicos. ... 56 6.5. Análisis de Factibilidad. ... 57 6.6. Fundamentación. ... 57 6.6.1. Descripción de la Ruta. ... 57
6.6.2. Determinación de volúmenes de obra. ... 58
6.7. Metodología. ... 59
6.7.1. Metodología General del Proyecto. ... 59
6.7.2. Diseño del Pavimento Flexible. ... 60
6.7.2.1.Determinación del TPDA. ... 60
6.7.2.2.Parámetros de Diseño del Pavimento Flexible. ... 63
6.7.2.3.Determinación del Número de Ejes Equivalentes ... 67
X
6.7.2.5.Diseño de Espesores ... 71
6.7.3. Diseño del sistema de drenaje. ... 73
6.7.3.1.Cálculo y diseño de las cunetas laterales. ... 73
6.7.3.2.Diseño de Alcantarilla ... 80
6.7.4. Sección transversal de la vía. ... 84
6.7.5. Calculo de Volumen de obra. ... 85
6.8. Administración. ... 86 6.8.1. Recursos Económicos. ... 86 6.8.2. Recursos Técnicos. ... 86 6.8.3. Recursos Administrativos. ... 87 6.9. Previsión de la Evaluación. ... 87 C. MATERIALES DE REFERENCIA 1. Bibliografía. ... 88 2. Anexos. ... 90
XI
INDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Resumen del inventario vial. ... 43
Tabla 2. Tráfico Proyectado para 10 y 20 años. ... 44
Tabla 3. Resumen de los resultados de los diferentes ensayos de suelo. ... 44
Tabla 4. Resumen las encuetas ... 45
Tabla 5. Limites de San Andrés. ... 50
Tabla 6. Ubicación del proyecto. ... 51
Tabla 7. Beneficiarios directos e indirectos de al vía. ... 52
Tabla 8. Características de la vía del proyecto. ... 57
Tabla 9. Porcentaje del Ancho de Empedrado Existente. ... 58
Tabla 10. Conteo y clasificación vehicular. ... 62
Tabla 11. Calculo del TPDA (Actual total). ... 62
Tabla 12. Tráfico Promedio Diario. ... 63
Tabla 13. Ordenamiento de los CBR existentes en la sub-rasante. ... 65
Tabla 14. Calculo de ejes equivalentes para 10 años. ... 68
Tabla 15. Calculo de ejes equivalentes para 20 años. ... 69
Tabla 16. Cálculo de los Números Equivalentes. ... 69
Tabla 17. Espesores de Pavimento Flexible Obtenidos. ... 72
Tabla 18. Características de la vía del proyecto. ... 84
XII
INDICE DE CUADROS
Pág.
Cuadro 1. Clasificación de Carreteras según (TPDA). ... 11
Cuadro 2. Tasa de crecimiento del tráfico. ... 24
Cuadro 3.Factor regional en función de la precipitación. ... 64
Cuadro 4. Factor de distribución por carril. ... 66
Cuadro 5. Factor daño según tipo de vehículos. ... 67
Cuadro 6. Espesores de capas mínimos recomendadas. ... 71
Cuadro 7. Coeficientes de rugosidad de Manning para canales abiertos. ... 74
Cuadro 8. Caudales admisibles para las diferentes pendientes. ... 74
Cuadro 9. Valores de escorrentía para distintos factores. ... 77
Cuadro 10. Valores de coeficientes C de la formula Talbol. ... 81
Cuadro 11. Área hidráulica de la Alcantarilla. ... 82
INDICE DE GRÁFICOS Gráfico 1. Altura del ojo del conductor sobre la calzada. ... 13
Gráfico 2. Gráfico de los tipos de vehículos. ... 14
Gráfico 3. Sección Transversal Típica. ... 20
Gráfico 4. Tráfico Proyectado. ... 44
Gráfico 5. Ubicación del proyecto. ... 51
Gráfico 6. Ubicación Poblacional. ... 52
Gráfico 7. Determinación del CBR de diseño. ... 65
Gráfico 8. Determinación del NE, en el Nomograma. ... 70
Gráfico 9. Sección transversal típica de una vía. ... 73
Gráfico 10. Secciones típicas de la cuneta lateral. ... 80
Gráfico 11. Detalles para excavación y relleno de alcantarillado. ... 83
Gráfico 12. Sección Típica de las alcantarillas. ... 83
Gráfico 13. Corte Tipo Alcantarilla. ... 84
XIII
RESUMEN EJECUTIVO
La investigación bajo el tema “Estudio para el mejoramiento la capa de rodadura de la Carretera García Moreno desde la entrada a la Comunidad de Laturun hasta la Comunidad de Cuatro Esquinas, en la Parroquia San Andrés, Cantón Guano, Provincia de Chimborazo para satisfacer las necesidades del sector” tiene como objetivo fundamental el mejorar las condiciones de vida de la población que se encuentra en el área de influencia del proyecto, además de beneficiar al sector turístico en la zona y de esta manera brindar mejores condiciones de vida, principalmente a las comunidades asentadas en este sector, así como también facilitar la transportación de productos agropecuarios desde las zonas rurales a los centros de acopio y comercialización con bajos costos de operación, además de fomentar el turismo comunitario aprovechando las condiciones naturales, agropecuarias y agrícolas.
Para el desarrollo del proyecto, se consideró estudios preliminares de campo tales como el levantamiento de las condiciones actuales de la vía, punto importante para la solución ingenieril que se propone en el proyecto. El reconocimiento de campo consiste en levantar datos de las características y parámetros que presenta la vía necesarios para el diseño definitivo, los mismos que se realizaron utilizando equipos topográficos como el teodolito para realizar el levantamiento de la vía del proyecto.
Debido a que la vía Laturún – Cuatro Esquinas es la principal vía de acceso a la reserva faunística del Chimborazo y beneficia a más de 19 comunidades del sector de la Parroquia de San Andrés ha aumentado considerablemente la circulación vehicular. Por esta razón se realizó un conteo de tráfico verificando que constituye la capacidad funcional y nivel de servicio de la vía para los periodos de diseño, con este dato y los estudios mencionados mas adelante, se pudo calcular el nuevo diseño del pavimento, debido a que la capa de rodadura existente presenta un deterioro progresivo.
XIV
que se lo lleva acabo mediante trabajos de campo, prospección, investigación y con información proporcionada por la institución (Universidad Técnica de Ambato), se procedió a diseñar el pavimento.
De acuerdo al inventario vial hecho previamente, se diseño obras complementarias, que son necesarias para el buen funcionamiento y durabilidad de la vía como también para la seguridad del conductor. Para esto se considero la colocación de obras de drenaje como alcantarillas y cunetas, para su complementación se colocarán también señales de transito horizontal y vertical para así evitar futuros accidentes.
Finalmente se realiza los presupuestos referenciales del costo de la construcción, con sus respectivos análisis de precios unitarios de cada rubro, especificaciones técnicas de construcción y los correspondientes planos.
El detalle de estos trabajos específicos es materia de la presente tesis de grado, aclarándose que los mismos han sido realizados cumpliendo con todos los condicionamientos y normas técnicas.
1
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1 TEMAEstudio para el mejoramiento la capa de rodadura de la antigua carretera García Moreno desde la entrada a Laturún hasta la comunidad de Cuatro Esquinas, en la parroquia San Andrés, cantón Guano, provincia de Chimborazo para satisfacer las necesidades del sector.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.2.1 Contextualización
Desde la antigüedad el afán expansionista de los pueblos para buscar terrenos más productivos, así como la necesidad de intercambiar el fruto de sus cultivos, despertaron el interés de trasladarse de un lugar a otro por senderos primitivos que salvando accidentes geográficos se constituyeron en las primeras vías de comunicación.
No se tiene un claro indicio de la época donde se empezó a utilizar una estructuración vial, así como la utilización de materiales en dichas obras. Pero se puede decir que en la Edad Antigua donde se contaba con el sistema más avanzado de red de caminos rápidos y seguros es en Roma, ya que muchos de ellos aún existen todavía después de 2000 años.
Con la aparición del automóvil, los factores geográficos que hasta ese entonces eran adecuados a las exigencias de transporte animal, tuvieron que ser cambiados para dar cabida a las exigencias de velocidad y capacidad de carga de los vehículos del
2
moderno parque automotor, mejorándose de esta manera el alineamiento, pendientes y superficie de rodadura existentes.
En este siglo de gran avance tecnológico y modernización en toda América latina, y en nuestro país, el tráfico por carretera se ha incrementado considerablemente en los últimos años por tal motivo es indispensable la dotación de vías terrestres que promuevan el desarrollo de los centros poblados. El gran reto del profesional especializado en vías terrestres es de diseñar, construir, ampliar, mejorar el sistemas de redes viales, estableciendo las características geométricas y las condiciones de la vía tomando en cuenta el tráfico y las condiciones socioeconómicas de los centros poblados beneficiados directa e indirectamente.
A nivel nacional el transporte por carreteras ha jugado un papel preponderante en el desarrollo socio-económico, debido a las condiciones topográficas que presenta nuestro país y las distancias relativamente cortas. Que separan los centros de producción con los centros de consumo y exportación.
Durante varios años la necesidad de mejoramiento de los proyectos viales existentes es y será una exigencia en el desarrollo de la comunicación terrestre para ésta zona, los mejoramientos viales de la Parroquia San Andrés son casi nulos por lo cual esta zona no puede quedarse al margen de otras vías mejoradas en el Ecuador.
La antigua carretera García Moreno, desde la entrada a Laturun hasta la comunidad de Cuatro Esquinas en la actualidad no cuenta con una capa de rodadura adecuada, así como la falta de obras de arte que permita el drenaje de las aguas lluvias, causando en época de invierno deslizamiento por el mismo, de pequeños riachuelos que erosionan el suelo dificultando la movilización de vehículos y personas.
La realización del mejoramiento de esta vía permitirá el adelanto social, económico y cultural de la población de la parroquia de San Andrés así como también los demás sectores implicados en dicho proyecto, evitando el rápido deterioro de vehículos, brindando seguridad a las personas que hacen uso de las mismas.
3 1.2.2 Análisis Crítico
El mejoramiento de la antigua carretera García Moreno, desde la entrada a Laturún hasta la comunidad de Cuatro Esquinas en la provincia de Chimborazo, constituirá la antesala de un proyecto que será uno de los incentivos para el desarrollo socioeconómico de las comunidades.
El no tener el servicio de una vía segura y cómoda en esta localidad agravaría el problema de comercialización de los productos que se cosechan en esta zona que muchas de las veces se echan a perder, o suben su costo en los mercados de expendio debido a la especulación de los intermediarios que llegan al productor directo pagando por su cosecha un valor de comercialización por debajo de lo justo desembocando en que los agricultores dejen sus tierras para salir a la ciudad en busca de otras fuentes de trabajo.
El mayor problema que se suscita es que los agricultores de esta zona no llegan con sus productos a los mercados de expendio debido al alto costo de operación y mantenimiento de sus vehículos por las deficiencias que presenta la vía en su capa de rodadura, lo cual es aprovechado por los comerciantes intermediarios los cuales son directos responsables en mayor parte del encarecimiento de los productos en los centros de acopio, además si tomamos en cuenta las exigencias de la gran población existente en la zona, por estas razones es prioritario realizar el mejoramiento integral.
1.2.3 Prognosis
La no realización del presente proyecto limitara el desarrollo de las comunidades del sector ya que al ser un sector netamente agrícola no podrán comercializar sus productos con facilidad por el costo que conlleva el transitar por este tipo de vía.
Quienes regularmente transitan por la vía quedaran expuestos al polvo y baches lo cual podría provocar la perdida de vidas humanas por cualquier eventualidad en el intervalo de la vía.
4 1.2.4 Formulación del problema
¿Cuál es el estudio más apropiado para el mejoramiento de la capa de rodadura de la antigua carretera García Moreno, desde la entrada a Laturun hasta la comunidad de Cuatro Esquinas parroquia San Andrés del cantón Guano provincia de Chimborazo, para satisfacer las necesidades del sector?
1.2.5 Interrogantes (subproblemas)
¿En qué condiciones se encuentra la vía en estudio? ¿Qué demanda de tráfico actual tiene la vía?
¿Cuál es la topografía del sector? ¿Qué calidad de suelo existe en la vía? ¿Cuál es la capa de rodadura?
1.2.6 Delimitación del objeto de investigación
1.2.6.1 Delimitación de contenido
El presente proyecto corresponde al área de Ingeniería Civil dentro del campo de proyectos Viales en el área del diseño.
1.2.6.2 Delimitación espacial
El estudio de campo se realizo en la Provincia de Chimborazo de la parroquia de San Andrés, los ensayos de laboratorios y los estudios bibliográficos se realizaro en la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Técnica de Ambato, Campus Huachi Chico, del Cantón Ambato. Los estudios complementarios se realizo en la oficina particular en la ciudad de Riobamba Provincia de Chimborazo.
1.2.6.3 Delimitación temporal
El presente estudio se realizo en un tiempo de nueve meses, desde el mes de Noviembre del 2010 hasta Agosto del 2011.
5 1.3 JUSTIFICACIÓN
La provincia de Chimborazo posee un sin número de recursos, naturales , culturales y paisajísticos , los mismos que se constituyen en un potencial atractivo turístico y que en su mayoría se encuentran dentro de la reserva de producción faunística Chimborazo , debiendo anotar que la principal vía de acceso a esta reserva, es la antigua carretera García Moreno.
El mejoramiento de la vía García Moreno, desde la entrada a Laturun hasta la comunidad de Cuatro Esquinas de la parroquia de San Andrés se realizará con la finalidad de que éste proyecto facilite una rápida comunicación, además permitirá el desarrollo comunitario para los pueblos aledaños agilitando el proceso de circulación vehicular y otorgando seguridad, el propósito del mejoramiento de carpeta asfáltica es satisfacer las necesidad de circulación del transporte en éste lugar, porque en la actualidad la vía se encuentra en mal estado.
Las organizaciones que directamente serán beneficiarías con el mejoramiento son alrededor de 19 comunidades: Laturun, Tagualag, Tuntzalao, Rumí Cruz, La moya, Jatari Campesino, Pulinguí, Cuatro Esquinas, Sanja Pamba, Tambo Wuasha, La Silveria, Calshi San Francisco, Santa Lucía, Toma Pamba, San Rafael de Chuquipogio, El Progreso, Santa Rosa de Chuquipogio, El Quinual, entre otras, y en forma indirecta a un sin número de consumidores de los productos agropecuarios y turísticos de la parroquia, el cantón y la provincia.
1.4 OBJETIVOS 1.4.1 Objetivo General
Realizar el estudio para el mejoramiento de la capa de rodadura de la carretera García Moreno, desde la entrada a Laturun hasta la comunidad de Cuatro Esquinas en la parroquia San Andrés para satisfacer las necesidades del sector.
6 1.4.2 Objetivos Específicos
Evaluar las condiciones actuales de la vía. Realizar el estudio de tráfico.
Realizar el levantamiento topográfico. Realizar el estudio del suelo.
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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOSEl lugar donde se desarrolla la investigación se encuentra en la Provincia de Chimborazo, perteneciente al Cantón Guano, en la Parroquia San Andrés.
No existen estudios previos para el desarrollo de la investigación, por lo que se tuvo que realizar los estudios de tráfico, topográficos y de suelos.
La Junta Parroquial de San Andrés con juntamente con las comunidades de Laturun, Tunsalao, Pulingui y Cuatro Esquinas han visto la necesidad de realizar el mejoramiento de la capa de rodadura ya que a través de esta vía se generará ingresos complementarios, mediante el transporte de todos los productos agrícolas e incluso el turismo.
2.2 FUNDAMENTACIÓN FILOSÓFICA
La presente investigación se enfoca dentro de un paradigma Crítico – Propositivo por las siguientes razones:
Critico por que analiza y evalúa las condiciones actuales de la vial mediante una información detallada del estado actual.
Participativo ya que propone alternativas de solución al problema. De la misma forma, el diseño de la investigación será de carácter participativo ya que todos quienes se verán beneficiados en forma directa e indirecta con el mejoramiento de la vía se verán involucrados.
8 Aspectos Socio-Económicos Vialidad Salud Educación Necesidades del sector Inventario Vial Tráfico Suelo Topografía Mejoramiento de la capa de rodadura
Finalmente, la visión de la realidad se basa en la existencia de múltiples realidades para determinar la solución más óptima.
2.3 FUNDAMENTACIÓN LEGAL.
Este estudio fue realizado en base a las normas de Diseño y Especificaciones Generales del Ministerio de Transporte y Obras Publicas, que es rectora en el Diseño, Construcción y Mantenimiento de las carreteras en el Ecuador, el diseño también se realizara en base a las siguientes normas:
Normas de diseño de Carreteras. Normas AASHTO.
Norma MTOP (Ministerio de Transporte y Obras Públicas).
2.4 CATEGORÍAS FUNDAMENTALES.
2.4.1 Superordinación de Variables
V.I V.D VARIABLE INDEPENDIENTE VARIABLE DEPENDIENTE
9 2.4.2 Caminos y Carreteras.
La carretera se puede definir como la adaptación de una faja de terreno con un plano de rodadura especialmente dispuesto para el tránsito de vehículos con niveles de seguridad y comodidad, la misma que está destinada a comunicar entre si regiones y sitios poblados, algunos acostumbran denominar caminos a las vías rurales, mientras que el nombre de carreteras se lo aplican a los caminos de características modernas destinadas al movimiento de un gran número de vehículos.
En el proyecto integral de una carretera, el diseño geométrico es la parte mas importante ya que a través de el se establece su configuración geométrica tridimensional, con el propósito de que la vía sea funcional segura, cómoda, estética, económica y compatible con el medio ambiente.
Una vía será funcional de acuerdo a su tipo, características geométricas y volúmenes de tránsito, de tal manera que ofrezca una adecuada movilidad a través de una suficiente velocidad de operación.
2.4.2.1 Clasificación de las Carreteras
Las carreteras se clasifican de diferentes maneras, en la práctica vial se pueden distinguir varias clasificaciones como son:
Según sus Características
Autopista.- Es una vía de calzadas separadas, cada una con dos o más carriles, con control total de acceso. Las entradas y salidas de la autopista se realizan únicamente a través de intersecciones a desnivel comúnmente llamados distribuidores.
Carreteras Multicarriles.- Son carreteras divididas o no, con dos o más carriles por sentido, con control parcial de acceso. Las entradas y salidas se realizan a través de intersecciones.
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Carreteras de dos Carriles.- Constan de una sola calzada de dos carriles, uno por cada sentido de circulación, con intersecciones a nivel y acceso directo desde sus márgenes.
Según el Tipo de Terreno
Llanos (LL).- Un terreno es de topografía llana cuando en el trazado del camino no gobiernan las pendientes.
Ondulado (O).- Es de topografía ondulada cuando la pendiente del terreno se identifica sin exceder, con las pendientes longitudinales que se puedan dar al trazado.
Montañosa (M).- Un terreno es de topografía montañosa cuando las pendientes del proyecto gobiernan el trazado, siendo de carácter suave cuando la pendiente transversal del terreno es menor o igual al 50%.
Según su Jurisdicción
La Red Vial Nacional es el conjunto total de las carreteras existentes en el territorio ecuatoriano, la cual se clasifica según su jurisdicción en Red Vial Estatal, Red Vial Provincial y Red Vial Cantonal.
Red vial Estatal.- Está constituida por todas las vías administradas por el Ministerio de Obras Públicas y Comunicaciones, como única entidad responsable del manejo y control.
Red vial Provincial.- Es el conjunto de vías administradas por cada uno de los Consejos Provinciales.
Red vial Cantonal.- Es el conjunto de vías urbanas e inter-parroquiales administradas por cada uno de los Consejos Municipales.
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Según el trafico proyectado (TPDA)
Para el diseño de carreteras en el país se recomienda la clasificación en función del pronóstico de tráfico para un periodo de 15 o 20 años.
Cuadro 1. Clasificación de carreteras según el trafico proyectado (TPDA) Clases de carretera Trafico proyectado (TPDA)
RI o RII (Autopista) > 8000 TPDA
I 3000 - 8000
II 1000 - 3000
III 300 - 1000
IV 100 - 300
V < 100
Fuente: Normas de Diseño Geométrico de Carreteras MTOP
2.4.2.2 Diseño Geométrico de la vía
El diseño geométrico de una vía es el proceso que correlaciona elementos físicos tales como: alineaciones, pendientes, distancia de visibilidad, radio de curvatura, peralte, ancho de carril, etc. Características de operación como son: la facilidad de frenado, aceleración, condiciones de seguridad, confort, etc.
El diseño geométrico es la parte más importante dentro de un proyecto de construcción o mejoramiento de una vía, pues allí se determina su configuración tridimensional, es decir, la ubicación y la forma geométrica definida para los elementos de la carretera; de manera que ésta sea funcional, segura, cómoda, estética, económica y compatible con el medio ambiente.
El diseño geométrico es aplicable tanto a carreteras como a vías férreas e incluso a canales de navegación, sin embargo consideraremos aspectos técnicos, para concebir una carretera completa y funcional, que cumpla los objetivos de seguridad y comodidad para los usuarios y compatibilidad con el medio ambiente, es decir qué su construcción sea sostenible y los beneficios se han mayores que los costos.
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Elementos básicos del diseño
a) El conductor (usuario)
En el proyecto de una carretera el conductor es sin duda alguna el elemento principal de un complejo sistema integrado por personas, vehículos y vías; aunque este sea el principal referente a la hora de concebir una carretera, no hemos de olvidar la importancia del vehículo instrumento que actúa como intermedio entre conductor y vía, ni descuidar la interacción de un tercer componente tan frágil como es el peatón.
Al conductor técnicamente podría definirse como aquel sujeto que manejara al mecanismo de dirección que va al mando de un vehículo. Podría decirse que el conductor es el cerebro del vehículo.
Los factores que influyen en el conductor son:
Motivación Psicológicos Experiencia Personalidad
Estado de ánimo
Factor Interno Vista
Físicos Adaptación luminosa
Altura del ojo, otros sentidos (oído, olfato) Cansancio
Psicosomático Edad
Tiempo
Uso del suelo Factor Externo Tráfico
Características de la vía Tipo del calzado
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Tiempo de reacción del conductor
Es aquel breve intervalo de tiempo entre ver, oír o sentir y empezar a actuar, este tiempo puede variar de 0.5 seg. a 4 seg. De acuerdo a la complejidad de la situación.
Vista del conductor.
Es importante determinar la altura del ojo del conductor sobre la superficie del camino. La que influye en el proyecto geométrico para el calculo de la distancia de visibilidad.
El valor promedio determinado es de 1.15m.
Grafico 1. Altura del ojo del conductor sobre la calzada.
b) El Vehículo
El vehículo es el nexo entre el conductor que lo maneja y la vía que la contiene, por lo que el estudio de sus características y comportamiento es fundamental. Los vehículos que se fabrican en la actualidad están destinados a distintos usos por lo que sus características varían dentro de una amplia gama de formas, tamaños y pesos.
Tipo de Vehículos
En general los vehículos que transitan por una carretera se pueden agrupar en dos grandes tipos generales, livianos y pesados.
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Características Geométricas y de Operación
Las características geométricas están definidas por las dimensiones y el radio de giro de los vehículos.
Grafico 2. Gráfico de los tipos de vehículos.
c) Las de Operación
Están definidas principalmente por la relación peso – potencia, lo cual en combinación con otras características del vehículo y conductor determinan la capacidad de aceleración y desaceleración, la estabilidad en las curvas y los costos de operación.
15 2.4.3 Alineamiento Horizontal
El alineamiento horizontal es la proyección del eje del camino sobre un plano horizontal. Este alineamiento esta compuesta fundamentalmente de rectas y curvas, en las rectas es posible lograr un movimiento uniforme del vehículo, buena visibilidad para el conductor, seguridad y un menor consumo de combustible; las rectas presentan problemas para la circulación vehicular cuando son excesivamente largas, la monotonía produce cansancio constituyéndose en un peligro, pudiendo influir en los valores de los tiempos de reacción y percepción.
La imperiosa necesidad de salvar los accidentes topográficos que presentan el terreno obliga a intercalar curvas entre las alineaciones rectas, esto da origen a la fuerza centrifuga y la falta de visibilidad; la fuerza centrifuga genera el deslizamiento transversal y la probabilidad de vuelco del vehículo, por estas y muchas razones las curvas hay que proyectarlas cumpliendo una serie de normas y condiciones técnicas para evitar los riesgos de circulación.
a) Curvas Horizontales
La alineación en planta de una vía, consiste en una sucesión de tramos rectos, conectados por curvas circulares. Las curvas circulares, son arcos de círculo que forman la proyección sobre un plano horizontal, de las curvas empleadas para unir dos tangentes sucesivas.
b) Curvas Simples
Se conoce como curva simple cuando dos tangentes son enlazadas por una sola curva, la misma que pueden direccionarse a la izquierda o a la derecha. Los elementos de una curva se determinan por métodos geométricos y trigonométricos y forman parte principal del trazado o replanteo en el terreno, y son:
R = Radio de la curva.
PC = Punto de inicio de la curva. PT = Punto donde termina la curva.
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∆ = Ángulo central de la curva o deflexión. CC = Punto medio de la curva.
c) Curvas Compuestas
Son curvas compuestas cuando dos tangentes son enlazadas con dos o más curvas simples. Las curvas son en el mismo lado. Y sus radios son diferentes.
Cada una de las curvas se calculan independiente mente, se determinan todas las distancias y elementos de las tangentes principales e intermedias, y otros que son necesarios para el trazado.
Este tipo de curvas horizontales es utilizado por dos razones fundamentales:
1. Cuando se quiere que el eje de la vía se adecue a las características del terreno. 2. Cuando por condiciones propias del terreno y por salvar muchos obstáculos, la
longitud de las tangentes tengan que ser diferentes.
d) Curvas Reversas o Contra curvas
Son curvas simples de sentido contrario y tienen un punto de tangencia común, siendo los radios de estas curvas iguales o distintas.
e) Curvas Espirales
Las curvas de retorno se presentan cuando se tiene dos alineaciones paralelas entre si o el ángulo de deflexión es cercano a 1800 y que se debe unir con un arco de circulo.
f) Velocidad de Circulación
La velocidad de circulación en carreteras es considerada como un esfuerzo de trabajo, pues permite proporcionar al usuario una carretera con mayor grado de seguridad, lo que no sucede cuando la misma vía es diseñada para la velocidad de
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proyecto.
En sitios de concentración de esfuerzos, intersecciones, canalizaciones, para el diseño de curvas, en distancias de visibilidad, etc., la velocidad de circulación resulta ser más efectiva.
La velocidad de circulación es la velocidad máxima a la cual puede desplazarse un vehículo en un tramo de vía bajo las condiciones de trafico dominantes y siendo indiferentes las condiciones climáticas de cada época, sin exceder de ninguna manera el valor de la velocidad de proyecto. La velocidad de circulación es importante en le instante de evaluar los costos de circulación, los mismos que varían según la velocidad a la que se recorra.
2.4.4 Alineamiento Vertical
Simultáneamente con el diseño en planta de una vía, se debe ir dibujando el correspondiente perfil, para obtener en cuenta los espaciamientos respecto a la pendiente, corte y relleno.
El perfil longitudinal esta compuesto por una serie de líneas rectas que son las pendientes, enlazadas entre si, por curvas parabólicas verticales, tangentes a las mismas. La pendiente depende del tipo de carretera y la clase de suelo existente, la misma que se considera positiva si es ascendente y negativa es descendente.
Cuando se proyecta el eje vial de una carretera, es conveniente que el perfil longitudinal no supere la gradiente máxima, y al mismo tiempo, obtener el mismo de movimiento de tierras. Las cotas de los puntos sobre el terreno se denominan cotas negras y se calculan por interpolación, las cotas sobre la línea proyecto se denomina cotas rojas y se determina de acuerdo a la pendiente y la distancia horizontal.
En el calculo de perfil longitudinal se realizara la compensación del material excavado con el material necesaria para el relleno; criterio que permite establecer la magnitud de las gradientes, y estas a su vez permiten determinar la magnitud de las
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curvas verticales.
a) Curvas Verticales
Las curvas verticales se usan para dar transición suave entre los cambios de pendiente o tan gentes, los mismos que pueden ser circulares, parabólicas cuadráticas y parabólicas cúbicas.
Las curvas verticales, deben proporcionar distancias de visibilidad además sobre crestas y hondonadas. La visibilidad, es uno de los parámetros fundamentales en el diseño de las curvas verticales, porque permite a usuarios detenerse, antes de llegar al obstáculo ubicado en la vía; o cuando, se encuentre con un vehículo que circula en sentido contrario.
Las curvas verticales se clasifican en cóncavas y convexas: En las curvas convexas gobierna la distancia de parada segura, mientras que en las curvas cóncavas prima la distancia visual de luz delantera. En las rasantes que superan cierto valor, las curvas verticales deberán cumplir con las condiciones mínimas determinadas para el diseño.
b) Curvas Verticales Cóncavas
Es importante preservar la integridad física del usuario, se necesita tener curvas verticales cóncavas lo suficientemente largas, de tal manera que la longitud de los rayos de la luz de los faros de un vehículo sea aproximadamente similar a la distancia de visibilidad inevitable para la parada de un vehículo
c) Curvas Verticales Convexas
La longitud mínima de las curvas verticales, se determina basándose en los requerimientos de la distancia de visibilidad para parada de un vehículo, considerando una altura del ojo del conductor de 1.15m, una altura del objeto que se divisa sobre la carreta igual a 0.15m.
19 2.4.5 Sección Transversal
Geométricamente, la sección transversal queda definida por la calzada, los espaldones, las bermas, las cunetas y los taludes laterales.
En ocasiones con el objeto de mejorar las condiciones de operación de la vía, se añaden a la sección transversal elementos tales como los bordillos, barandas, defensas, fajas separadoras y los dispositivos para la señalización de la vía.
La sección transversal es parte fundamental de un proyecto vial, donde el proyectista debe poner el máximo interés, para emitir sus conclusiones respecto al tipo de sección transversal a utilizar, de esta última depende la capacidad de tráfico de la vía y el costo total de construcción.
Elementos que conforman la sección transversal esta compuesta por:
Calzada.-También denominada superficie de rodamiento es la “zona de la vía
destinada a la circulación de vehículos” de una forma cómoda y segura. Esta calzada por lo general tiene que estar afirmada o pavimentada, dependiendo del tipo de carretera, puede estar dividida en una o mas franjas longitudinales denominados carriles.
Carriles.- La división de la calzada en varias franjas paralelas, se denominan
carriles, los mismos que deben tener un ancho suficiente para permitir la circulación de una sola fila de vehículos.
Espaldones.- Son las partes externas que están junto a la calzada, sirven para
proveer de espacio adicional a los carriles para que puedan estacionarse momentáneamente los vehículos que están en emergencia y evitar accidentes.
Corona.- Es la sección que esta formada por la calzada y los espaldones
Cunetas.- Son zanjas de sección trapezoidal o triangular que pueden estar
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taludes. Estas cunetas se localizan paralelamente a la calzada y junto a los espaldones. Sus dimensiones lo determinan los estudios hidráulicos.
Taludes. - Son superficies laterales inclinadas, que se ubican en las zonas de corte y
en relleno, las inclinaciones lo determinan los estudios geológicos. En secciones en corte los taludes empiezan a continuación de la cuneta, si la sección es en relleno, el talud se inicia en el borde del espaldón o de la cuneta de ser el caso.
Explanación. - El ancho de la explanación corresponde a la taja de terreno que
ocupa la construcción de la carretera, es decir desde los bordes extremos de las laterales.
Derecho de vía. - Es la faja de terreno que se destina para posibles ensanchamientos,
mejoramientos y desarrollos paisajísticos que sean necesarios realizarlos en el futuro.
Grafico 3. Sección transversal Típica.
2.4.6 Estudios para el Diseño de la Vía 2.4.6.1.1 Levantamiento Topográfico
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topográfico, es muy importante debido a que se necesita saber las características de la zona donde se va ha implantar el mejoramiento de la vía, de acuerdo a esto se va ha verificado la forma del terreno (curvas de nivel) y sus características (llano o plano, ondulado, montañoso).
Los levantamientos topográficos son sumamente necesarios para planificar y construir un proyecto.
Levantamiento topográfico, “es el arte de medir distancias horizontales y verticales entre puntos y objetos sobre la superficie terrestre, mediante ángulos entre rectas terrestres y localizar puntos por medio de distancias y ángulos previamente determinados.” “Libro de topografía de Álvaro Torres N. Capitulo I”
2.4.6.1.2 Estudio de Suelos
Para la obtención de la información geotécnica básica de los diversos tipos de suelos deben efectuarse investigaciones, de campo y laboratorio, que determinen su distribución y propiedades físicas.
Las actividades que se debe realizar para la recopilación de la información geotécnica son las siguientes:
Realizar un reconocimiento preliminar del proyecto para constatar las condiciones generales del suelo
Determinar el tipo y ubicación exacta de las perforaciones a realizarse Observar y clasificar los materiales extraídos de cada perforación Tomar muestras representativas parar ensayos de laboratorio Llevar un registro de cada perforación
Verificar que todos los ensayos de laboratorio y de campo y evaluar los resultados.
Para el diseño vial este estudio es muy importante debido a que orienta al profesional a determinar el espesor de la capa de rodadura, mediante la adecuada interpretación de las propiedades físicas y mecánicas del suelo.
22 a) Pruebas de Laboratorio.
Conocidos los principales tipos de suelos existentes, el siguiente paso es establecer una serie de procedimientos científicos que permitan caracterizarlos en función de diferentes propiedades físicas, químicas o mecánicas.
Los ensayos que definen las principales propiedades de los suelos en carreteras son: contenido de humedad, análisis granulométricos, límites de Atterbeng, equivalentes de arena, Proctor estándar y modificado y la determinación de la capacidad portante mediante el índice CBR.
Determinación del contenido de humedad
El contenido de agua en la masa del suelo (w%), es la relación existente entre el peso del agua contenida en la muestra natural y el peso de la muestra después de ser secada el horno. Es el ensayo que se efectúa con mayor frecuencia en los laboratorios de suelos por ser el parámetro fundamental.
Análisis granulométrico
Es una prueba que consiste en separar una muestra de suelo convenientemente seleccionada en grupos de partículas que tienen el mismo rango de tamaños. Se logra con tamices cuyas aberturas han sido estandarizadas.
Determinación de los límites de consistencia.
Características de los suelos finos limosos o arcillosos que son susceptibles de amasarse, remoldarse o deformarse frente a la presencia del agua, razón por la cual no son estables, tienen muy poca resistencia cuando húmedos, y son la causa del inmediato deterioro especialmente de construcciones que se efectúen sobre ellos. Los estados de consistencia son límites líquido, plástico y de contracción.
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Ensayos de compactación del suelo.
Se entiende por compactación todo proceso que aumenta el peso volumétrico de un suelo. Es conveniente compactar un suelo para incrementar su resistencia al esfuerzo cortante, reducir su compresibilidad y hacerlo mas impermeable.
Para efectos de control durante la construcción es necesario conocer la máxima densidad y el óptimo contenido de humedad de los suelos.
Los parámetros fundamentales en la compactación de los suelos son:
Peso volumétrico máximo o máxima densidad. Contenido de humedad.
Energía de compactación.
Determinación de la Resistencia del Suelo (C.B.R).
El ensayo de C.B.R. (Relación Californiana de Soporte) es una medida de la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo, bajo condiciones de densidad y humedad cuidadosamente controladas. Se usa en el diseño de pavimentos flexibles. El C.B.R se expresa en porcentaje como, la razón de la carga unitaria que se requiere para introducir un pistón dentro del suelo, a la carga unitaria requerida para introducir el mismo pistón a la misma profundidad en una muestra tipo de piedra partida.
2.4.7 Estudio de Tráfico
En los proyectos viales cuando se trata de mejoramiento de carreteras existentes (rectificación de trazado), ensanchamiento, pavimentación, etc. La construcción de carreteras alternas entre puntos ya conectados por vías de comunicación es relativamente fácil cuantificar el tráfico actual y pronosticar la demanda futura. En cambio, cuando se trata de zonas menos desarrolladas o actualmente inexplotadas la estimación del tráfico se hace difícil e incierta.
El volumen de tránsito es el número de vehículos que circulan en ambas direcciones por una sección de vía durante un período específico de tiempo. Este puede ser
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horario, diario, semanal, etc.
Es importante realizar este tipo de estudio ya que de este depende:
El tipo de carretera y enmarcarle en la clasificación que regula el Ministerio de Trasporte y Obras Publicas.
Determina la cantidad y la clase de vehículos que circulan para determinar la capa de rodadura.
Para conseguir esta información se debe efectuar un conteo de vehículos durante una semana de 6:00 a 18:00 o, durante el día de mayor circulación, con esta información se debe realizar cuadros estadísticos.
De no existir la posibilidad de realizar dicho conteo se lo hace por medio de un censo poblacional.
En base a las tendencias históricas especialmente del consumo total de combustible, de la aplicación del concepto de la elasticidad de la demanda de transporte y del crecimiento del producto bruto PIB y de la población se establecen en forma aproximada y generalizada para nuestro país las siguientes tasas de crecimiento de tráfico.
Cuadro 2. Tasa de crecimiento del tráfico. TASA DE CRECIMIENTO DE TRAFICO
PROVINCIA DE CHIMBORAZO TIPO DE VEHICULOS PERIODO 2010-2020 Livianos 5,05% Buses 2,70% Pesados 4,70%
25 2.4.8 Sistemas de Drenaje
El Sistema de Drenaje tiene como objetivo reducir al máximo posible la cantidad de agua que de una u otra manera llegan al mismo mediante la salida rápida del agua que llega a la vía. Con un eficiente sistema de drenaje permite una operación continua y segura de los vehículos sobre la carretera.
a) Drenaje Superficial
Mediante este sistema se busca la manera de reducir al mínimo el agua que fluye al camino mediante la captación de la misma, y la forma de dar rápida salida al agua que inevitablemente entra a la misma. Así dentro de estas obras tenemos: cunetas laterales, cunetas de coronación, alcantarillas, pasos de agua, puentes.
b) Drenaje Subterráneo
Semejante al drenaje superficial con capas impermeables forman canales bien definidos o vasos de almacenamiento de agua subterránea, cuyo propósito consiste en tener ductos de drenaje para controlar el escurrimiento de esa agua rápidamente.
Estas obras son necesarias cuando se tiene el nivel freático alto, las obras de drenaje subterráneo más comunes para impedir que el agua llegue al camino o remover las que han llegado son: tuberías, zanjas con tubos, drenes espina de pez.
c) Cunetas Laterales
Zanjas que se hacen a ambos lados de un camino con el propósito de recibir y conducir el agua pluvial de la mitad del camino, el agua escurre por los taludes. Debido a que el área a drenar por las cunetas es relativamente pequeña, son utilizadas generalmente para dar drenar aguaceros de 10 a 20 minutos de duración. Las dimensiones, pendiente, y otra características de las cunetas se determinan mediante el flujo que va escurrir por los mismos, siendo estas de forma triangular, o trapecial.
26 d) Alcantarillas
Son obras de cruce, llamadas también de drenaje transversal, tienen por objeto dar paso rápido al agua que por no poder desviarse en otra forma tengan que cruzar de un lado al otro del camino.
Esta agua debe provenir de una cuenca determinada o de las cunetas según la forma se dividen en: alcantarillas circular, tipo cajón, y de bóveda.
Para tener un diseño económico, estructuralmente técnico y eficiente se debe tener en cuenta los siguientes factores:
Alineamiento el cual debe estar en relación a la topografía del terreno coincidiendo el eje de la alcantarilla con el lecho de la corriente para facilitar la entrada y salida directa del agua.
Pendiente la cual debe tratarse que sea la misma del lecho de la corriente. Si la pendiente de la alcantarilla es mayor, el extremo de salida tiende a erosionarse y si por lo contrario es menor que la del cause es el extremo superior el que se obstruye.
Elevación las alcantarillas se colocan generalmente en el fondo del cause que desagua, aunque en algún caso particular puede cambiarse esa localización.
2.4.9 Estructura del Pavimento
Se define como la estructura en capas que descansa sobre el terreno de cimentación que soporta la carga de vehículos.
La calidad de este importante elemento de la vía brinda seguridad, comodidad al usuario y permite que los vehículos tengan un menor desgaste.
Una estructura de pavimentos se puede considerar como adecuada cuando llega a la falla funcional después de haber resistido el tránsito de diseño hasta llegar a una calificación de rechazo, con el menor costo posible.
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Pavimentos Flexibles
Es una estructura construida con productos bituminosos y materiales granulares. Se caracteriza por ser elementos continuos con la particularidad de que al aplicar una carga se deforma de manera apreciable en un área relativamente pequeña.
Generalmente la carpeta asfáltica está construida sobre dos capas no rígidas: la base y la sub-base, las capas tienen una resistencia a la deformación decreciente con la profundidad, de manera análoga a las disminución de las presiones trasmitidas desde la superficie por las cargas de tránsito.
Por lo general y salvo en aquellas estructuras no revestidas de vías para una intensidad muy baja de tránsito, los pavimentos flexibles tiene al menos una capa de rodadura bituminosa. Igualmente, una variación pequeña de las características de la sub-rasante tiene gran incidencia en la capacidad estructural de toda la estructura.
a) Funciones de la Sub-base granular
La sub-base es una capa de materiales granulares seleccionados, comprendida entre la sub-rasante y la base. En algunos casos especiales como en sub-rasantes granulares de elevada capacidad de soporte, ésta capa puede ser no necesaria. Está constituida por material granular, suelos estabilizados, escorias de altos hornos, entre otros, tiene como funciones principales, las siguientes:
Disminuir los costos de construcción ( Función económica )
Resistir los esfuerzos y deformaciones transmitidos por las cargas del tránsito a través de las capas superiores y trasmitirlos a un nivel de la sub-rasante.
Disminuir las deformaciones de la estructuras.
Servir como capa de transición entre la sub-rasante y la base.
b) Funciones de la Base
La base es una capa de materiales pétreos seleccionados; por lo general se construye sobre la sub-base y eventualmente sobre la sub-rasante. Se encuentra limitada en su
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parte superior por una carpeta asfáltico; su función es primordialmente resistente. Se utilizan para su construcción materiales granulares exigiendo algún grado de trituración, materiales granulares tratados con un material bituminoso o cemento Portland. Entre las funciones mas importantes están:
Proporcionar un elemento resistente que transmite a las capas inferiores los esfuerzos producidos por el tránsito en una intensidad apropiada.
Disminuir los costos de construcción (función de tipo económica). Servir como capa de transición entre la sub-base y la capa de rodadura. Al ser un material granular, desempeña una función drenante.
c) Función de la Capa de Rodadura Asfáltica
La carpeta asfáltica es una capa compuesta por una mezcla de materiales pétreos seleccionados y un producto bituminoso. Es la capa que soporta directamente las solicitaciones del tránsito Estructuralmente absorbe los esfuerzos horizontales, como funciones primordiales tiene:
Servir como superficie de rodamiento. Impermeabilizar la estructura.
Contrarrestar el potencial expansivo de la sobrasarte.
Proporcionar un alto grado de estabilidad a través del tiempo.
2.5 HIPÓTESIS
¿El diseño de pavimento flexible de la carretera García Moreno, desde la entrada a Laturun hasta la Comunidad de Cuatro Esquinas de la Parroquia San Andrés del Cantón Guano, Provincia de Chimborazo, permitirá satisfacer las necesidades del sector?
29 2.6 SEÑALAMIENTO DE VARIABLES 2.6.1 Variable Independiente
Diseño de pavimento flexible de la carretera García Moreno, desde la entrada a Laturun hasta la comunidad de Cuatro Esquinas de la parroquia San Andrés del cantón Guano provincia de Chimborazo.
2.6.2 Variable Dependiente
30
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
3.1. MODALIDAD BÁSICA DE LA INVESTIGACIÓN
El enfoque para todo el proceso investigativo es cuali-cuantitativo ya que fue necesario observar y obtener datos reales de campo en base a las encuestas realizadas en el sector de Laturun, Tagualag, Tuntzalao, Pulingui, Cuatro Esquinas.
Las modalidades básicas de investigación que se utilizaron para el presente proyecto fueron: de campo, bibliográfico y de laboratorio.
De campo.-porque se recogió los datos en el lugar donde se manifieste el
fenómeno.
Determinar la cantidad de vehículos que transitan por la carretera Laturun - Cuatro Esquinas (determinación del TPDA).
Obtener datos de localización, nivelación y perfiles transversales. Investigar el tipo de suelo por donde cruza el proyecto.
Bibliográfica.- porque se investigo en libros, Internet, apuntes de clase.
De laboratorio.- Se realizaron para determinar el comportamiento del suelo y los
ensayos realizados son:
Determinación de los límites de consistencia. Ensayos de granulometría.
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3.2. NIVEL O TIPO DE INVESTIGACIÓN
Los niveles de investigación que se utilizaron en el proyecto son los siguientes:
Exploratorio
Por que el mejoramiento de la vía se realizo analizando las causas de la situación vial actual, la cual se basa en la observación y en el registro de todos los datos recolectados. Intentando así formular una solución definitiva para la vía Laturun- Cuatro Esquinas. .
Descriptivo
Se describió el tipo de camino y las características mas adecuadas que se deberán tomar en cuenta es este tipo de vía.
Explicativo
Responde al por que se asumió la sección típica y el diseño del pavimento respectivo de acuerdo a las normas del MTOP.
3.3. POBLACIÓN Y MUESTRA
3.3.1 Población (N)
Para el proyecto de investigación en la parroquia San Andrés se determinó la población mediante un método estadístico, el cual es el número de habitantes del sector.
Población = 3250 habitante del sector
3.3.2 Muestra
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utilizo la siguiente formula:
Donde: n= tamaño de la muestra E= error admisible N= universo
=
( )Datos: n=? E= 6 % N= 3250 personas
=
, ( )= 255 Personas
Con el cual llegamos a obtener que la encuesta se realice a una muestra de 255 personas.
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3.4. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
3.4.1. Variable independiente
El diseño de pavimento flexible.
Conceptualización Dimensiones Indicadores ITEMS Técnicas e
Instrumentos
Pavimento Flexible es el conjunto de capas de material seleccionado que reciben en forma directa las cargas del tránsito. Tráfico Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) ¿Cuál es la unidad de medida del tráfico? Técnica: Observación Instrumentos: Guía de observación
Suelo Capacidad Portante del Suelo (CBR) ¿Cómo se medirá la resistencia al esfuerzo cortante del suelo? Técnica: Muestras para analizar. Instrumentos: Ensayo de suelo
34 3.4.2. Variable dependiente
Necesidades del sector
3.5. PLAN DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
Inventario de la vía.
El inventario se realizo en el mes de enero del 2011, se requerirá de una estación total con sus accesorios, un receptor satelital, Cinta, Vehículo y formularios.
Conceptualización Dimensiones Indicadores ITEMS Técnicas e
Instrumentos Demanda de servicios básicos de una población asentada en un territorio que satisfagan sus requerimientos para mejor su calidad de vida. Servicios básicos -Educación - Salud - Alcantarillado - Víalidad ¿Con que servicios básicos cuenta el sector? Técnica: -Encuestas -Observación Instrumentos: -Cuestionarios Calidad de vida - Comercio - Producción ¿Qué aspecto influyen en la calidad de vida del sector? Técnica: -Observación Instrumentos: -Cuestionarios
35 Conteo de tráfico.
El conteo se realizo durante el mes de enero del 2011, se realizara por el lapso de 7 días consecutivos según la norma del MTOP incluidos los días sábado y domingo, se requirió de formularios de acuerdo al tipo de vehículos.
Estudios de suelos.
Se tomo varias muestras de suelo a lo largo de la vía, para determinar la capacidad portante del suelo y determinar el tipo de capa de rodadura.
3.6 PLAN DE PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN
Analizar e interpretar los resultados, relacionándolos con las diferentes partes de la investigación, especialmente con los objetivos y las hipótesis.
Análisis de los resultados estadísticos, destacando tendencias o relaciones fundamentales de acuerdo con los objetivos y la hipótesis.
Interpretación de los resultados, con el apoyo del marco teórico en el aspecto pertinente.
Comprobación de la hipótesis (para la comprobación estadística de la hipótesis conviene seguir la asesoría de un especialista en estadística.
Establecimiento de conclusiones y recomendaciones.
Procesamiento de datos de Inventario vial, Conteo de transito, Datos topográficos, perfiles de la vía, ensayo de laboratorio.
Con lo cual se puede determinar: Trafico futuro, Ancho de calzada, espaldones, Capacidad Portante del suelo (CBR), espesor de las capas del pavimento flexible mediante especificaciones técnicas del MTOP y AAHTO.
36
CAPÍTULO IV
ANALISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
4.1. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
Se realizaron estudios de campo, oficina y laboratorio, también se evaluó el estado en la que se encuentra la Carretera García Moreno desde la entrada a la Comunidad de Laturún hasta Cuatro Esquinas, los resultados se detallan a continuación.
4.1.1 Análisis del inventario vial.
Para conocer las condiciones reales en que se encuentra la vía en estudio es necesario realizar un inventario vial, efectuando una evaluación de la superficie de la capa de rodadura principalmente y de otros parámetros de importancia.
Con los datos obtenidos del inventario vial es posible proceder a realizar mejora según convenga tales como: cambio de calzada, bacheo de la calzada, re capeo, aumento de ancho de la calzada, construcción de obras hidráulicas, modificación de curvas, etc.
Los parámetros que conforman el registro del inventario vial para la carretera en mención se describen a continuación.
El inventario vial se realizo en forma manual para determinar el área de empedrado y las diferentes obras de arte que se encuentra a lo largo de la vía en estudio, se procedió a abscisa la vía obteniendo los siguientes resultados:
El proyecto empieza en el K+000, en el ingreso a la Comunidad de Laturun, la vía es empedrada hasta el final del proyecto que finaliza en la abscisa K4+330 en la Comunidad de Cuatro Esquinas.
37
El ancho de la vía es de 6.00 m aproximadamente, este ancho es el mismo a lo largo de todo el proyecto.
La capa de rodadura está compuesta por agregado granular de TNM “6” por acción de lluvias y por la circulación de los vehículos se ha producido segregación de material granular en las zonas centrales y laterales de la vía, en cuanto al espesor promedio de la capa de rodadura es de aproximadamente 10 cm. De forma detallada se puede observar en el Anexo 7.
4.1.2 Análisis de los resultados del estudio Topográfico.
Luego de revisada la ruta por medio de una exploración terrestre, se procede mediante localización directa a replantear el eje de la vía en el terreno mediante una estacadura que cubra máximo 20 metros entre estaciones y todos los puntos intermedios necesarios para una cabal definición del eje replanteado como son: fondos y bordes de quebradas, puntos de cotas más altas y más bajas y todo punto necesario.
Este Replanteo es luego nivelado con precisión en ida y vuelta con la colocación de BMs cada 500 metros. Con las cotas de nivelación del replanteo se procede luego a la toma de perfiles transversales para rediseño con una franja de al menos 15 metros a cada lado del eje.
La topografía reinante a lo largo de la vía es ondulada con pocas presencias de pendientes abruptas las mismas que se encuentran dentro de los parámetros establecidos por el MTOP. De forma detallada se puede observar en el Anexo 5.
4.1.3 Análisis de los resultados del estudio de Tráfico.
En base al estudio de tráfico realizado mediante el conteo manual de vehículos que circularon por la vía en estudio, tomando en cuenta el día sábado 22 de enero (día más transitado ya que es el día de feria en la ciudad de Riobamba) se determinó el tráfico proyectado para vehículos livianos conformados por automóviles, camionetas, que representan un 66.67%, buses que representan el 10%, los camiones pequeños de 2 ejes que corresponden al 13.33%, camiones grandes de 2
38
ejes que corresponden al 10%,ya que no circulan camiones de 3 ejes por la vía no se a tomado en cuenta . El TPDA actual total del proyecto se 278 vehículos.
En cuanto a la proyección de tráfico para 10 años indica que 301 vehículos son livianos, 37 son buses y 104 son pesados.
Para 20 años muestra que 493 vehículos son livianos, 48 son buses y 165 son pesados.
De forma más detallada se puede observar los registros de aforamiento vehicular en el Anexo Nº 3.
4.1.4 Análisis de resultados del estudio de Suelos
El estudio del suelo es uno de los parámetros que determinaran el aumento o disminución de los costos del proyecto dependiendo de los resultados que se obtengan.
Por tal motivo es necesario realizar un estudio minucioso de los suelos de la sub-rasante mediante ensayos de laboratorio, determinando así sus propiedades mecánicas.
De acuerdo con las especificaciones técnicas se realizó un pozo a cielo abierto de 0.80 m de profundidad, cada 1 km aproximadamente, con un total de 5 sondeos.
En las muestras alteradas de la subrasante se hizo ensayos de humedad, granulometría, límite líquido y límite plástico, a partir de lo cual se procedió a realizar la clasificación SUCS y AASHTO de los suelos.
Para obtener los valores de compactación y C.B.R. se tomaron muestras alteradas de aproximadamente 50 Kg. de los lugares donde existía homogeneidad en los estratos de material a lo largo del transcurso del proyecto.
La descripción de los suelos, así como el resumen de los resultados de los ensayos ejecutados se presenta en el Anexo Nº 4.
