Evaluación estructural de fallas del pavimento flexible por el método no destructivo en la carretera Puno – llave

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UNIVERSIDAD ANDINA

“NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ”

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PRESENTADO POR:

Bach. En I. C. GUIDO YAMIL PORTILLO CALCINA

PARA OPTAR AL TÍTULO PROFESIONAL DE

INGENIERO CIVÍL

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UNIVERSIDAD ANDINA

“NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ”

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PRESENTADO POR:

Bach. en I. C. GUIDO YAMIL PORTILLO CALCINA

PARA OPTAR AL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVÍL

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Mgtr. Ing. ORLANDO E. LA TORRE BARRA

Dr. Ing. EFRAIN PARILLO SOSA

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A mis queridos Amigos:

David Ginez,

Marco A. Gomez,

Por darme su apoyo,

sobre todo en los momentos en los que

más los necesite…

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A DIOS por guiarme, protegerme y

bendecirme en todo momento de mi vida,

haciendo posible la realización del

presente trabajo, y con éste un logro

importante en mi carrera.

Con mucho cariño y afecto a mis Padres:

Genuario Portillo Arenas y Julia Rita

Calcina Cari

, quienes con su brillante

apoyo y orientación contribuyeron a mi

formación profesional.

A mis queridos hermanos:

Durant

Percy,

Beto Angel, y Elvis Senen

, por su

constante

motivación,

empuje

y

solidaridad por cristalizar esta aspiración.

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A todos nuestros docentes, a todos los señores

Ingenieros Civiles, quienes dedican la mayor

parte de su vida profesional a la práctica y

enseñanza de la Ingeniería, y que poseen

relevantes cualidades humanas.

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ÍNDICE

Pág.

INTRODUCCION. ……….……… 08

RESUMEN. ………..……….…. 10

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN Pág. 1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA. ……….…..……… 11

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ………...……. 13

1.2.1 PROBLEMA GENERAL. ………..……. 13

1.2.2 PROBLEMAS ESPECÍFICOS. ………..…... 13

1.3 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN. ……….……. 13

1.3.1 JUSTIFICACIÓN TÉCNICA. ……….…… 13

1.3.2 JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA. ……….…. 14

1.3.3 JUSTIFICACIÓN SOCIAL - AMBIENTAL. ……….……… 14

1.4 OBJETIVOS. ……….…….. 14

1.4.1 OBJETIVO GENERAL. ……….……. 14

1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ……….……….. 15

1.5 HIPOTESIS. ……… 15

1.5.1 HIPÓTESIS GENERAL. ……… 15

1.5.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICAS. ……… 15

1.6 VARIABLES. ……… 15

1.6.1 VARIABLES INDEPENDIENTE………..…… 15

1.6.2 VARIABLES DEPENDIENTE………..…… 16

1.7 DISEÑO METODOLOGIA DE LA INVESTICACION………...…… 16

1.7.1 TIPO Y DISENO DE INVESTIGACION……….…… 16

1.8 POBLACION Y MUESTRAS DE INVESTIGACION……….… 16

1.8.1 POBLAICON………....………...……… 16

1.8.2 MUESTRA……….………....………..…… 16

1.9 UBICACIÓN Y DESCRIPCION DE LA POBLACION …..………..……… 17

1.7 MATRIZ DE CONSISTENCIA. ………. 18

CAPÍTULO II

MARCO TEORICO REFERENCIAL Pág. 2.1 GENERALIDADES……….……….….. 19

(7)

2.3 ORIGEN DE LOS SUELOS. ……… 20

2.3.1 DESINTEGRACION MECANICA. ………..… 20

2.3.2 DESINTEGRACION QUIMICA. ……….……….……… 20

2.3.3 SUELOS DE ORIGEN ORGANICO. ……….……… 20

2.4 SUELOS RESIDUALES Y TRANSPORTADOS. ……… 22

2.4.1 SUELOS RESIDUALES. ……….……… 22

2.4.2 SUELOS TRNSPORTADOS. ……….…… 22

2.5 PRINCIPALES TIPOS DE SUELO. ………..…… 23

2.5.1 SUELOS FRICCIONANTES. ……….…… 23

2.5.2 SUELOS COHESIVOS. ……….………..… 23

2.5.3 SUELOS MIXTOS. ………..………..…… 24

2.6 CLASIFICACION DE LOS SUELO. ………..………..… 25

2.6.1 IDENTIFICACION DE SUELOS. ………..………..… 26

2.6.2 SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACION DE SUELOS……….…… 26

2.7 PAVIMENTOS. ……….………..… 29

2.7.1 DEFINICIONES. ……….……….……… 29

2.7.2 CLASIFICACION TIPO Y USO. ……….……….……….…… 30

2.7.3 SUELOS DE FUNDACION. ……….……….……… 31

2.7.4 SUBRAZANTE. ……….……….……….……… 31

2.7.5 SUB BASE. ……….……….……… 32

2.7.6 BASE. ……….…….……….……… 33

2.7.7 CAPA DE DESGASTE O SUPERFICIE DE RODADURA. ……… 34

2.7.8 COMPACTACION DE ASFALTO. ……….……….……… 35

2.4 MARCO CONCEPTUAL…..……….…….……….……… 36

2.4.1 VIGA BENKELMAN...……….…….……….………...……… 36

2.4.2 RUGOSIMETRO MERLIN.……….…….……….………..……… 36

2.4.3 PCI………….……….…….……….………..……… 37

2.4.4 IRI………….……….…….……….……..……..………… 37

2.4.5 PSI………….……….…….……….…………..………… 37

2.4.6 NO DESTRUCTIVA.……….…….……..…….……… 37

2.4.7 BUENAS CONDICIONES.……….…….……….……… 37

2.4.8 MEDIANAS CONDICIONES.……….…….……….……… 37

2.4.9 MALAS CONDICIONES.……….…….………...…….……… 37

2.4.10 MANTENIMIENTO RUTINARIO………….……….……… 37

CAPÍTULO III

EVALUACION SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO Pág. 3.1 GENERALIDADES. ……….……….………. 39

3.2 CONCEPTO DE EVALUACION SUPERFICIAL. ……….………. 39

3.3 CLASIFICACION DE FALLAS DEL PAVIMENTO. ……….……. 40

3.4 DETERMINACION DE FALLAS EN EL PAVIMENTO. …….……….…. 40

(8)

3.5.2 EVALUACION DE FALLAS EN EL PAVIMENTO DE LA CARRETERA…….…. 48

3.5.3 EVALUACION DE LA CONDICION. ……….……….………. 59

3.5.4 CALCULO DEL PCI DE LA UNIDAD DE MUESTREO. ……….………. 61

2.5.7 EJEMPLO DE APLICACIÓN PARA LA PRIMERA UNIDAD DE MUESTREO DE MUESTRA……… 61

3.6 EVALUACION DE LA RUGOSIDAD SUPERFICIAL. ………….………. 71

3.6.1 SERVICIABILIDAD. ……….….………. 71

3.6.2 INDICE DE SERVICIO PRESENTE. ……….………. 72

3.6.3 INDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL. ……….………. 72

3.6.4 METODOS DE MEDICION DE REGULARIDAD SUPERFICIAL. ….……..…. 75

3.7 RUGOSIMETRO MERLIN. ……….………. 75

3.7.1 CALCULO DE RUGOSIDAD Y PSI. ……….………….………. 77

CAPÍTULO IV

EVALUACION ESTRUCTURAL NO DESTRUCTIVA DEL PAVIMENTO Pág. 4.1 GENERALIDADES. ………. 79

4.2 CONCEPTO DE EVALUACION ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO. ...……… 79

4.3 EVALUACION ESTRUCTURAL DEFLECTOMETRICA. ……….. 80

4.4 EQUIPOS PARA EVALUACION NO DESTRUCTIVA. ……….... 81

4.5 FACTORES QUE INFLUYEN EN LAS DEFLEXIONES. ………. 82

4.6 METODOLOGIA PARA LA INTERPRETACION DE DEFLEXIONES. ..……... 83

4.7 CONCEPTO DE LA DEFLEXION ADMISIBLE. ……….……… 86

4.8 MODELO MATEMATICO DE HOGG. ………..……….. 87

4.9 METODO DE DEFLEXION DEL INSTITUTO DEL ASFALTO PARA PAVIMENTOS RIGIDOS. ………..….………. 89

4.10 MEDICION DE DEFLEXIONES EN CAMPO. ……….……… 90

4.11 PROCEDIMIENTO DE MEDICION DE DEFLEXIONES. ………...…….……… 90

4.12 MODELO DE ANALISIS PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES. ………….……… 95

4.13 DETERMINACION DEL MODULO DE ELASTICIDAD. ……..………….……… 96

4.14 DETERMINACION DEL MODULO DE ELASTICIDAD EQUIVALENTE DEL PAVIMENTO. ……….…….…… 96

4.15 RELACION DE E0 CON CBR……….…….……….……… 98

4.16 PROCESAMIENTO DE DATOS………….…….……….……… 98

4.17 EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL METODO NO DESTRUCTIVO….……… 99

CAPÍTULO V

EVALUACION ESTRUCTURAL NO DESTRUCTIVA DEL PAVIMENTO 5.1 GENERALIDADES. ………. 102

(9)

5.2.1 RESULTADOS OBTENIDOS POR UNIDAD DE MUESTRA CON NÚMERO DE FALLAS.……….…….……….……….……… 105 5.2.2 RESULTADOS OBTENIDOS POR TIPO DE FALLA Y SEVERIDAD..….……… 108 5.2.3 RESULTADOS OBTENIDOS DE ACUERDO A SU INCIDENCIA……….……… 113 5.2.4 RESULTADOS OBTENIDOS DE ACUERDO AL CALCULO DEL PCI….……… 114 5.3 RESULTADOS OBTENIDOS DEL INDICE DE SERVICIO PRESENTE. ……. 118 5.4 RESULTADOS OBTENIDOS DEL ENSAYO DE LA VIGA BENKELMAN…..…. 122

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES. ………..….. 127 RECOMENDACIONES. ………..…. 128

BIBLIOGRAFÍA. ………..….. 129 ANEXO 001, CUADRO DE FALLAS PARA EL CALCULO DEL PCI …………..…………. 130 ANEXO 002, CALCULO DEL VALOR DE DECUCCION. ………… .………….…..….……. 159 ANEXO 003, CALCULO DEL INDICE DE CONDICION DEL PAVIMENTO. ……….….…. 178 ANEXO 004, REGULARIDAD SUPERFICIAL. ………… ………..…….…. 219 ANEXO 005, EVALUACION DEFLECTOMETRICA. ………… .………..……..………. 232 ANEXO 006, MONOGRAMA PARA EL CALCULO DEL INDICE DE CONDICION

(10)

Pág. FOTOGRAFÍA N° 01. LA FALLA EN LA CARRETERA DE TIPO PIEL DE COCODRILO 43 FOTOGRAFÍA N° 02. LA FALLA EN LA CARRETERA DE TIPO EXUDACION...………… 44 FOTOGRAFÍA N° 03. LA FALLA EN LA CARRETERA DE TIPO AGRIETAMIENTO DE BLOQUE………..……… 46 FOTOGRAFÍA N° 04. LA FALLA EN LA CARRETERA DE TIPO ABULTAMIENTO

Y HUNDIMIENTO………. 47 FOTOGRAFÍA N° 05. LA FALLA EN LA CARRETERA DE TIPO CORRUGACION……… 48 FOTOGRAFÍA N° 06. LA FALLA EN LA CARRETERA DE TIPO DE GRIETAS DE

LONGITUDINALES Y TRANSVERSALES………..………. 52 FOTOGRAFÍA N° 07. LA FALLA EN LA CARRETERA DE TIPO PARCHE.……… 54 FOTOGRAFÍA N° 08 LA FALLA EN LA CARRETERA DE TIPO HUECO……… 55 FOTOGRAFÍA N° 09. CARRETERA PUNO – ILAVE EVALUACION DE

LA RUGOSIDAD SUPERFICIAL……… 71 FOTOGRAFÍA N° 10. CARRETERA PUNO – ILAVE EVALUACION DE

LA RUGOSIDAD SUPERFICIAL LADO IZQUIERDO ………..…… 73 FOTOGRAFÍA N° 11. CARRETERA PUNO – ILAVE SE MUESTRA DE TIPO BLOQUE 76 FOTOGRAFÍA N°12. CARRETEERA PUNO – ILAVE EL PERSONAL Y LOS EQUIPOS DE ENSAYO………..……….…… 81 FOTOGRAFÍA N° 13. CARRETERA PUNO – ILAVE EL TESISTA Y EL PERSONAL

(11)

ÍNDICE DE CUADROS

Pág. CUADRO N° 3.3.5.1 NIVELES DE PROFUNDIDAD DE HUECOS……… 55 CUADRO N° 3.3.5.7 CUADRO DE FALLAS PARA EL CÁLCULO DEL PCI…………..…. 63 CUADRO N° 3.3.5.8 CUADRO PARA EL CÁLCULO DEL VALOR DE DEDUCCION…... 64 CUADRO N° 3.3.5.9 CUADRO PARA EL CÁLCULO DEL VALOR DE DEDUCCION..…. 65 CUADRO N° 3.3.5.10 CUADRO DE CALCULO DEL INDICE DE CONDICION DEL

PAVIMENTO……..……….... 67 CUADRO N° 3.3.5.11 CUADRO DEL INDICE DE CONDICION DEL PAVIMENTO…….… 70 CUADRO N° 4.7.1 DEFLEXIONES ADMISIBLES CALCULADO CON DIVERSOS

(12)

(13)

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ÍNDICE DE GRÁFICOS

GRÁFICO N° 3.3.5.1. MONOGRAMA PARA EL CALCULO DE VALORES POR

CADA UNA DE LAS FALLAS………. 65

GRÁFICO N° 3.3.5.8. AJUSTE DEL NUMERO DE VALORES DEDUCIDOS…………... 67

GRÁFICO N° 3.3.5.2. MAXIMO VALOR DEDUCIDO CORREGIDO……….... 68

GRÁFICO N° 3.3.5.3. MAXIMO VALOR CORREGIDO DEDUCIDO “q”………... 69

GRÁFICO N° 3.3.5.4. MAXIMO VALOR CORREGIDO DEDUCIDO “q”………... 69

GRÁFICO N° 5.2.1 . REPRESENTACION DE NUMERO TOTAL DE FALLAS SEGÚN SU TIPO……….. 104

GRÁFICO N° 5.2.2 . REPRESENTACION DEL TIPO DE FALLA MAS ALTO……….... 104

GRÁFICO N° 5.2.1.1. REPRESENTACION DE LOS INDICES DE CONDICION DEL PAVIMENTO……….. 105

GRÁFICO N° 5.2.1.2. REPRESENTACION DE LOS INDICES DE CONDICION DEL PAVIMENTO……….. 106

GRÁFICO N° 5.2.1.3. REPRESENTACION DE LOS INDICES DE CONDICION DEL PAVIMENTO………... 107

GRÁFICO N° 5.2.2.1. SEVERIDAD DE LA FALLA PIEL DE COCODRILO………... 108

GRÁFICO N° 5.2.2.2. SEVERIDAD DE LA FALLA EXUDACION………….………... 108

GRÁFICO N° 5.2.2.3. SEVERIDAD DE LA FALLA DEFLEXION…………...………... 109

GRÁFICO N° 5.2.2.4. SEVERIDAD DE LA FALLA FISURA DE BORDE...………... 109

GRÁFICO N° 5.2.2.5. SEVERIDAD DE LA FALLA FISURA LONGITUDINAL Y TRANSVERSAL…………...………... 110

GRÁFICO N° 5.2.2.6. SEVERIDAD DE LA FALLA PARCHE…………...……..…….……... 110

GRÁFICO N° 5.2.2.7. SEVERIDAD DE LA FALLA BACHE…………...………... 111

GRÁFICO N° 5.2.2.8. SEVERIDAD DE LA FALLA AHUELLAMIENTO.…...………... 111

GRÁFICO N° 5.2.2.9. SEVERIDAD DE LA FALLA HINCHAMIENTO……...………... 112

(14)

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INTRODUCCION

Con el tiempo muchas instituciones a nivel mundial han desarrollado métodos

más eficaces para el diseño de pavimentos, a fin de aminorar los costos de construcción.

También se ha desarrollado métodos para la rehabilitación de pavimentos, ya que es más

importante para un país guardar un patrimonio como son las carreteras y una

reconstrucción significa costos, a veces hasta más caros que un pavimento nuevo.

En la actualidad se hace estudios de Evaluación de Pavimentos en muchas carreteras,

a fin de determinar la serviciabilidad y el grado de deterioro que estas han sufrido con el

tiempo, el aumento de tráfico y los factores climáticos, estas evaluaciones permiten

determinar qué acción se tomara para mejorar la serviciabilidad y la estructura del

pavimento.

En la Evaluación del Pavimento se han desarrollado técnicas con métodos no

destructivos con el fin de no dañar la estructura del pavimento, las cuales dan referencia

del nivel de fallas superficiales que presenta este, el nivel de serviciabilidad y daños

estructurales siendo necesario realizar sondeos, desarrollado una evaluación destructiva

en el pavimento.

Aparentemente entre ambos métodos existen relaciones evidentes. El presente trabajo

tiene por finalidad contrastar la aplicación de manera puntual ambos métodos, tomando

como muestra representativa la carretera Puno – Ilave, tramo 1388+000 al 1392+000,

para el desarrollo de este trabajo, teniendo esta mucha importancia en nuestra ciudad.

La estructura del presente trabajo de investigación está dividida en capítulos que se

han visto por conveniente. En efecto, el primer capítulo presenta el problema de

investigación. El segundo capítulo es imprescindible y de mucha importancia, en esta

parte la necesidad de realizar los conceptos básicos para la fundamentación del marco

teórico referencial. El tercer capítulo es la Evaluación Superficial del Pavimento. El cuarto

capítulo es la Evaluación Estructural del Pavimento no destructivo del pavimento. Como

toda estructura tiene la fundación de soportar cargas, en el capítulo cinco se desarrolla

los análisis y discusión de resultados. Ya que indirectamente se realiza la evaluación

integral de la carretera Puno – Ilave, se propone una rehabilitación, además de dar a

(15)

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Cabe y es necesario mencionar que existen varios equipos para aplicar métodos no

destructivos, así como sus metodologías para sus respectivos cálculos, lamentablemente

en nuestro medio no están ampliamente difundidas. Es por eso, que solo se utilizó los

indicadores antes mencionados para la evaluación de la carretera en investigación el cual

está al alcance de nuestras posibilidades y es el equipo que tiene la base de datos más

ampliamente desarrollados en la medición de deflexiones en carreteras.

Esperando que este minúsculo esfuerzo del autor se vea compensado con el interés

(16)

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FacuullttaaddddeeIInnggeenniieerrííaayyCCiieenncciiaassPPuurraass C

RESUMEN

El objetivo para la investigación de esta tesis es determinar los factores técnicos que

produjeron la falla estructural del pavimento flexible por el método no destructivo en la

carretera Puno – Ilave. En el tramo 1388+000 - 1392+000, para la Evaluación estructural

de fallas del pavimento flexible por el método no destructivo de la carretera en estudio,

para ellos se tiene tres tipos de indicadores los cuales nos sirvió para la determinación de

las fallas los cuales son: el índice de condición del pavimento, rugosidad merlin y la viga

benkelman, estos indicaremos nos muestran cada uno la condición del pavimento.

El primer indicar del Índice de Condición del Pavimento se realizó el inventario de todos

los tipos de falla que existía en la carretera en estudio, para ellos se determinó que sea a

cada 25.00 metros, lo cual esto ayudaría a conocer los tipos de falla que existía y así

poder tener la situación actual en la que se encontraba, este método clasifica la carretera

Excelente, Muy Bueno, Bueno, Malo y Muy Malo. Para los cuatro kilómetros la condición

por el método no destructivo está en condición BUENO con un indicar de 67.87 de valor.

El segundo indicar es la Rugosidad Merlin el cual calcula la rugosidad de la carretera en

estudio; la circulación es cómoda, con fallas incipientes como: depresiones debidas a

pequeñas deformaciones, defectos y/o agrietamientos de la superficie de rodadura.

(17)

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CAPÍTULO I

EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA.

La ubicación del tramo de carretera Puno - Ilave en estudio se desarrolla sobre una

topografía de terreno llano, geología diversa propia del altiplano, con presencia de

fenómenos hidrológicos desfavorables, con particular importancia dentro del sistema vial

conllevando a características técnicas propias de diseño para el logro de una eficiente

transitabilidad en la vía y el inadecuado diseño de estos factores técnicos originan la falla

estructural.

Las vías terrestres se proyectan y construyen para que estén en servicio por un

determinado número de años, llamado horizonte de proyecto o vida útil del proyecto. Al

alcanzar este tiempo, los caminos se rescatan o se reconstruyen para continuar

ofreciendo el servicio por más tiempo, que es en general lo que sucede.

Cuando la carreteras Puno - Ilave llegan a una etapa donde el tránsito tiene bastantes

problemas y la “comodidad” del viaje llega a ser deficiente, es en este momento donde la

obra alcanza su Falla Funcional. Si la carretera sigue en servicio, logra la Falla

Estructural y prácticamente ya no se puede realizar el tránsito.

Debido a un mal diseño de la estructura en cuanto a calidad de materiales, espesores,

o a que no se pronosticó el tránsito en forma adecuada, una obra vial puede llegar a la

falla estructural al estar casi destruida antes de terminar la vida útil del proyecto, sin que

quizá hubiese habido falla funcional, pues el deterioro habría sido rápido.

Los programas de mantenimiento de carreteras Puno - Ilave están diseñados para

compensar los efectos del clima, crecimientos orgánicos, desgaste y daños provocados

(18)

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materiales, fallas en el diseño y construcción, los mismos que no fueron aplicados en el

tramo en estudio.

La ubicación del tramo de carretera Puno - Ilave en estudio se desarrolla sobre una

topografía de terreno llano, geología diversa propia del altiplano, con presencia de

fenómenos hidrológicos desfavorables, con particular importancia dentro del sistema vial

conllevando a características técnicas propias de diseño para el logro de una eficiente

transitabilidad en la vía y el inadecuado diseño de estos factores técnicos originan la falla

estructural.

Las vías terrestres se proyectan y construyen para que estén en servicio por un

determinado número de años, llamado horizonte de proyecto o vida útil del proyecto. Al

alcanzar este tiempo, los caminos se rescatan o se reconstruyen para continuar

ofreciendo el servicio por más tiempo, que es en general lo que sucede.

Cuando la carreteras Puno - Ilave llegan a una etapa donde el tránsito tiene bastantes

problemas y la “comodidad” del viaje llega a ser deficiente, es en este momento donde la

obra alcanza su Falla Funcional. Si la carretera sigue en servicio, logra la Falla

Estructural y prácticamente ya no se puede realizar el tránsito, Al mismo tiempo de hacer

al transitar por esta carretera, se muestra la incomodidad que esta genera al personal

que hace el viaje por estas carretera, para poder llegar a varias provincias que se

encuentran a kilómetros más allá de la carretera en estudio, por estas razones se pone

en estudio esta carretera.

Debido a un mal diseño de la estructura en cuanto a calidad de materiales, espesores,

o a que no se pronosticó el tránsito en forma adecuada, una obra vial puede llegar a la

falla estructural al estar casi destruida antes de terminar la vida útil del proyecto, sin que

quizá hubiese habido falla funcional, pues el deterioro habría sido rápido de su

normalidad.

Los programas de mantenimiento de carreteras Puno - Ilave están diseñados para

compensar los efectos del clima, crecimientos orgánicos, desgaste y daños provocados

por el tránsito, así como el deterioro debido a los efectos del envejecimiento, fallas de los

materiales, fallas en el diseño y construcción, los mismos que no fueron aplicados en el

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1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

1.2.1 PROBLEMA GENERAL.

¿Cuáles son los factores técnicos que produjeron la falla estructural del pavimento

Flexible por el método no destructivo en la carretera Puno – Ilave, tramo Km 1388+000 –

Km 1392+000?

1.2.2 PROBLEMAS ESPECÍFICOS.

 PROBLEMA ESPECÍFICO 1.

¿Cuál es la falla estructural más significativa del pavimento flexible por el

método no destructivo de la carretera Puno - Ilave?

¿Cuál es el estado actual en el que se encuentra la carretera Puno – Ilave?

¿Cuál es la solución más adecuada para el mantenimiento y/o reparación de

la carretera Puno – Ilave?

1.3 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN.

1.3.1 JUSTIFICACIÓN TÉCNICA.

El deterioro sufrido en el Pavimento Flexible construido en la Carretera Puno

-Ilave, se presenta de manera excesiva y las deficiencias se pueden atribuir posiblemente

a fallas en el diseño, control de calidad, lo cual ha inducido defectos en el proceso

constructivo, influencia de la temperatura, inadecuado sistema de drenaje superficial,

subterráneo y entre otras.

El deterioro prematuro de los pavimentos flexible en la carretera Puno – Ilave durante

los últimos años es el punto de partida de esta investigación que busca contribuir a la

solución de un problema tan importante de la infraestructura vial mediante la evaluación y

determinación de los factores técnicos viales que inciden en la falla estructural de un

pavimento.

Se hace necesario el estudio exhaustivo de los factores técnicos que originan la falla

estructural en pavimentos flexible con la finalidad de que estos parámetros de evaluación

sean un referente para similares problemas existentes en la aplicación de proyectos

(20)

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F

1.3.2 JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA.

La pavimentación de una vía de comunicación es costosa, los costos de

mantenimiento periódico son los más bajos por tal razón es la más adecuada, tener un

plan de mantenimiento para el cuidado de las vías de comunicación. El deterioro de esta

vía de comunicación Puno – Ilave tiene fallas estructurales que van a generar otros

costos para la reconstrucción

El deterioro prematuro del pavimentos flexible en la carretera Puno – Ilave durante los

últimos años será un costo adicional para su reparación, la carretera no ha cumplido el

periodo de su vida útil, tal vez esta sea por no haberle hecho el mantenimiento adecuado.

Se determinara la falla estructural más significativa de la carretera Puno – Ilave de

acuerdo a ello se planteara la reconstrucción de tal manera se podrá cuantificar los

costos para dicha reparación de la carretera en investigación.

1.3.3 JUSTIFICACIÓN SOCIAL - AMBIENTAL.

El deterioro sufrido en el Pavimento Flexible construido en la Carretera Puno

-Ilave, presenta de manera excesiva y las deficiencias en la vía, estas causan molestia a

los transportistas que hacen uso de la carretera.

La carretera Puno – Ilave presenta incomodidad al momento de pasar por este tramo

de vía. La carretera es transitada por vehículos de los distritos de Desaguadero,

Yunguyo, Juli, Ilave Y Acora, al pasar por este tramo la serviciabilidad es incómoda. Los

vehículos de carga que hacen el traslado de mercancías ya que estos pueblos tienen

producción que son trasladados a los grandes mercados de mayor demanda.

Para tal efecto se ha determinado realizar una investigación que evalué y determine

las causas de falla en la estructura del pavimento en dicha carretera.

1.4 OBJETIVOS.

1.4.1 OBJETIVO GENERAL.

Determinar los factores técnicos que produjeron la falla estructural del pavimento

flexible por el método no destructivo en la carretera Puno – Ilave. Tramo

(21)

U

F

1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

 OBJETIVO ESPECÍFICO 1.

Identificar la falla estructural más significativa del pavimento flexible por el

método no destructivo de la carretera Puno – Ilave.

Determinar el estado actual en el que se encuentra la carretera Puno – Ilave.

Determinar la solución más adecuada para el mantenimiento y/o reparación

de la carretera Puno - Ilave.

1.5 HIPOTESIS.

1.5.1 HIPÓTESIS GENERAL.

Con la evaluación por el método no destructivo del pavimento flexible de la

carretera Puno –Ilave se identificara las fallas estructurales.

1.5.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICAS.

 HIPÓTESIS ESPECÍFICA 1

La carretera Puno – Ilave, la falla de los niveles superficiales y estructurales

se determinaran con los métodos no destructivos.

 HIPÓTESIS ESPECÍFICA 2.

En la carretera “Puno – Ilave” se aplicara el método no destructivo para

evaluar si solo necesita tratamiento superficial para dar comodidad y

serviciabilidad.

 HIPÓTESIS ESPECÍFICA 3.

Con la evaluación por el método no destructivo se identificara la solución más

adecuada para el mantenimiento y la conservación del pavimento flexible.

1.6 VARIABLES.

1.6.1 VARIABLES INDEPENDIENTES

La aplicación de métodos no destructivos en base a las teorías, permitirá obtener

las respuestas de las fallas estructurales. Entonces los variables independientes

(22)

U

F

1.6.2 1.6.2 VARIABLES DEPENDIENTES

La obtención de respuestas estructurales bajo la evaluación y determinación de

las fallas del pavimento.

1.7 DISEÑO METOLOGICO DE LA INVESTIGACION.

1.7.1 TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACION

Previamente se efectuara la recopilación de toda la información que sea de utilidad

para el proyecto y en especial para el diagnóstico sobre el estado de la estructura del

pavimento.

Se realizan auscultaciones visuales las cuales nos dan una referencia del estado

superficial y estructural, realizándose en esta etapa el estudio de la condición del

pavimento. Posteriormente se verifica la serviciabilidad y la regularidad superficial,

determinando la rugosidad del pavimento utilizando el Rugosimetro Merlin y con la Viga

Benkelman determinar las deflexiones en la vía en estudio, cuyos resultados nos

proporcionan el estado y el comportamiento estructural en el que se encuentra el

pavimento, lo suficientemente necesario, lo que representa una evaluación geotécnica y

se realiza los ensayos necesarios que comúnmente se desarrollan, para verificar los

materiales y sus controles de calidad.

1.8 POBLACION Y MUESTRAS DE INVESTIGACION.

1.8.1 POBLACION

La construcción de esta carretera comprende desde las ciudades del distrito de puno

al distrito de la ciudad de desaguadero, para el presente trabajo de investigación.

La carretera está comprendida por dos carriles en ambos sentidos, la demanda del

tránsito del tramo en investigación de esta vía está comprendida desde los distritos de

Platería – Puno, Acora – Puno, Ilave – Puno, ChucuitoJuli – Puno y Desaguadero – Puno.

1.8.2 MUESTRA

Se está considerando una longitud de exactamente 4.00 kilómetros que comprenden

del distrito de Platería hasta el distrito de Acora, tramo que comprende desde los

kilómetros 1388+000 al 1392+000.

La carretera en investigación está construida por un terraplén hasta definir la sub

rasante de la carretera, seguidamente la estructura del pavimento comprende la sub

(23)

U

F

1.9 UBICACIÓN Y DESCRIPCION DE LA POBLACION

La carretera se encuentra en la parte sur del departamento de puno, a una altura

promedio de 3820 m.s.n.m. la carretera es la vía principal de integración con los distritos

del departamento de puno.

Distrito : Platería - Acora

Provincia : Puno

Departamento : Puno Región : Puno

La carretera se encuentra en la parte sur del departamento de puno, a una altura

promedio de 3820 m.s.n.m. la carretera es la vía principal de integración con los distritos

(24)

1.10 MATRIZ DE CONSISTENCIA.

PROYECTO : “EVALUACION ESTRUCTURAL DE FALLAS DEL PAVIMENTO FLEXIBLE POR EL METODO NO DESTRUCTIVO EN LA CARRETERA PUNO - ILAVE”

AUTOR : Guido Yamil PORTILLO CALCINA

GVV PROBLEMA OBJETIVOS HIPOTESIS

VARIABLES

INDICADORES

PROBLEMA GENERAL.

¿Cuáles son los factores

técnicos que produjeron la falla estructural del pavimento Flexible por el método no destructivo en la carretera Puno – Ilave, tramo Km 1388+000 – Km 1392+000?

PROBLEMA ESPECIFICO PROBLEMA ESPECIFICO 1.

¿Cuál es la falla estructural más significativa del pavimento flexible por el método no destructivo de la carretera Puno - Ilave?

PROBLEMA ESPECIFICO 2. ¿Cuál es el estado actual en el que se encuentra la carretera Puno – Ilave?

PROBLEMA ESPECIFICO 3. ¿Cuál es la solución más

adecuada para el

mantenimiento y/o reparación de la carretera Puno – Ilave?

OBJETIVO GENERAL.

Determinar los factores técnicos

que produjeron la falla

estructural del pavimento

flexible por el método no destructivo en la carretera Puno – Ilave. Tramo 1388+000 - 1392+000.

OBJETIVO ESPECIFICO. OBJETIVO ESPECIFICO 1. Identificar la falla estructural más significativa del pavimento flexible por el método no destructivo de la carretera Puno – Ilave.

OBJETIVO ESPECIFICO 2. Determinar el estado actual en el que se encuentra la carretera Puno –ilave.

OBJETIVO ESPECIFICO 3. Determinar la solución más

adecuada para el

mantenimiento y/o reparación de la carretera Puno – Ilave.

HIPOTESIS GENERAL. Con la evaluación por el método no destructivo del pavimento flexible de la carretera Puno –Ilave se

identificara las fallas

estructurales.

HIPOTESIS ESPECÍFICO. HIPOTESIS ESPECIFICO 1. La carretera Puno –Ilave la

falla de los niveles

superficiales y estructurales se determinara por los métodos no destructivos.

HIPOTESIS ESPECÍFICO 2. En la carretera Puno – Ilave, se aplicara el método no destructivo para evaluar si solo necesita tratamiento superficial para dar comodidad y serviciabilidad.

HIPOTESIS ESPECÍFICO 3. Con la evaluación por el método no destructivo se identificara la solución más

adecuada para el

mantenimiento y la

conservación del pavimento flexible.

VARIABLE INDEPENDIENTE

La aplicación de métodos no destructivos

VARIABLES DEPENDIENTES

La obtención de resultados

estructurales bajo la

evaluación y determinación de las fallas.

 Índice de condición del pavimento.

 Rugosimetro Merlin.

(25)

CAPÍTULO II

MARCO TEORICO REFERENCIAL

2.2 GENERALIDADES

Para el desarrollo del presente trabajo se tomaran consideraciones básicas y

fundamentales de la mecánica de suelos como fundamentación teórica para el desarrollo

de ensayos de deflexiones, como tema central de la presente tesis, dentro del desarrollo

se consideran; el origen de suelos, su identificación en campo, sus características, etc.

Tomando en cuenta diferentes conceptos de distintas bibliografías, tratando de

fundamentar por el inicio los principios y consideraciones a tener en cuenta para realizar

ensayos con equipos concernientes a la medición de deflexiones.

2.3 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

Dentro de los antecedentes del problema de la investigación podemos citar las siguientes

obras, artículos, tesis y textos. Damos a conocer diferentes tesis de investigación que han

sido realizados en diferentes universidades así como:

Tesis para optar el Título de Ingeniero Civil: “Diagnostico del estadio situacional de la vía: Av. Argentina – Av. 24 de Junio por el método: Índice de Condición del Pavimento” de la

universidad Peruana de los Andes, CAMPOSANO OLIVERA Jhessy Eliam y GARCIA

CARDENAS Kenny Victor, Huancayo Marzo del 2012.

Tesis para optar el Título de Ingeniero Civil: “Cálculo del Índice de Condición del Pavimento Flexible en la Av. Luis Montero, Distrito de Castilla” de la universidad de Piura,

RODRIGUEZ VELASQUEZ Edgar Daniel, Piura Octubre del 2009.

Tesis para optar el Título de Ingeniero Civil: “Cálculo del Índice de Condición del Pavimento Flexible en la Av. Las Palmeras de Piura” de la universidad de Piura,

(26)

2.4 BASE TEORICA

2.4.1 SUELOS1

La palabra suelo representa todo tipo de material terroso, desde un relleno de

desperdicio, hasta areniscas parcialmente cementadas”, mencionaremos que las

definiciones de suelos varían según el punto de vista de las diferentes ramas de la

ingeniería, como por ejemplo: el ingeniero agrónomo define el suelo como la parte

superficial de la corteza terrestre capaz de sustentar vida vegetal; para el geólogo es

todo material intemperizado en el lugar en que ahora se encuentra y con contenido de

materia orgánica cerca de la superficie, debemos mencionar que ambas definiciones no

puede ser aplicada por el ingeniero civil, siendo la primera definición demasiada

restringida para el ingeniero, y la segunda definición peca de parcial en ingeniería al no

tomar en cuenta los materiales transportados.

Para el ingeniero civil, la corteza terrestre es clasificada en forma arbitraria en dos

categorías: suelo y roca. Se llama suelo a todo agregado de partículas minerales

separables por medios mecánicos de poca intensidad, como la agitación en agua. Por

otra parte se llama roca a un agregado de minerales que están unidas por fuerzas

cohesivas poderosas y permanentes.

En la mecánica de suelos, se define a los suelos como sedimentos u otras

acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas producidas por la desintegración de

rocas y mezcla de dichas partículas con sustancias orgánicas; arbitrariamente, definimos

al suelo como un material compuesto de partículas minerales que pueden ser separadas

mediante una acción suave como es la de la agitación con agua; y que conjuntamente

con las rocas conforman la corteza terrestre.

2.3.2 ORIGEN DE LOS SUELOS1

El origen de los suelos se atribuye a diferentes agentes generadores de suelos, siendo

los medios de acción principalmente el aire y las aguas, estos mecanismos de ataque

pueden incluirse en dos grandes grupos: desintegración mecánica y desintegración

química.

2.3.2.1 DESINTEGRACION MECANICA1

Este agente se refiere a la intenterizacion de las rocas, por agentes físicos; tales como

cambios periódicos de temperatura, acción de la congelación del agua en las juntas y

(27)

Grietas de las rocas, acción de los seres vivos (el hombre, las plantas, los

microorganismos, etc.)

Una vez que las rocas son fraccionados en trozos de tamaños variados e irregulares,

a consecuencia de estos fenómenos, llegan a formar las arenas y limos y solo en casos

especiales arcillas.

2.3.2.2 DESCOMPOSICION QUIMICA1

Esta forma de origen de suelo, se refiere a la acción de agentes que atacan las rocas

modificando la constitución mineralógica o química. El principal agente es el agua y los

mecanismos de ataque más importantes son: la oxidación, la hidratación y la

carbonización. Los efectos químicos de la vegetación juegan un papel muy importante,

estos mecanismos generalmente producen las arcillas como último producto de

descomposición. Todos los efectos anteriores suelen acentuarse encontrar formaciones

arcillosas de importancia en zonas húmedas y cálidas, mientras que son típicas de zonas

más frías formaciones arenosas o limosas, más gruesas.

2.3.2.3 SUELOS DE ORIGEN ORGANICO1

Los suelos de origen orgánico son aquellos suelos que se han formado de la

descomposición de los vegetales, o acumulación de fragmentos inorgánicos de

caparazones de ciertos organismos, de allí que estos suelos de origen orgánico pueden

ser orgánicos e inorgánicos. Estos suelos casi siempre se han formado en “in situ”.

También la expresión de suelo orgánico se aplica generalmente a suelos

transportados producto de la descomposición de las rocas y que contienen cierta

cantidad, de materia orgánica vegetal descompuesta.

Los suelos deben su origen a una tal variedad de causas, de exceder de todo poder

de descripción detallada. El resultado de ese concurso de causas, es una inmensa

diversidad de tipos de suelo resultantes.

También debe notarse que su formación ha ocurrido a través de las Eras geológicas,

tal como sigue ocurriendo hoy; en consecuencia, el hombre el completamente ajeno a los

principios del suelo tal como la naturaleza se lo presenta.

(28)

ingenieros civiles podemos agruparlos en los dos grupos mencionados, y definirlos a

continuación:

2.3.3.1 SUELOS RESIDUALES1

Un suelo residual es aquel que se formó en su ubicación actual a través de la

meteorización de la roca madre. Este material se subdivide en dos clases: los minerales

inalterados y los productos insolubles de su descomposición. Como quiera que estos

materiales no han sido afectados por el transporte, se presentan naturalmente

heterogenias y en forma angular. Constituyen una mezcla de fragmentos de tamaños

diferentes en concordancia con la naturaleza y granulosidad de la roca madre, por lo

general los suelos residuales se encuentran en la superficie de las rocas planas y son

retenidos en el lugar por la vegetación, bien sea en praderas o bajo los bosques, estos

suelos suelen tener un espesor muy variable, pudiendo ser desde escasos metros hasta

desenas de metros, sobre todo los mayores espesores se encuentran en zonas llanas,

según el doctor Karl Terzaghi en zonas templadas los suelos residuales suelen ser firmes

y estables.

2.3.3.2 SUELOS TRANSPORTADOS1

Son aquellos suelos que han sido removidos del lugar de su formación para ser

trasladados por medio de agentes de transporte a otros lugares, asi se generan suelos

que sobrepasen sobre otros estratos sin relación directa con ellos.

Existen en la naturaleza diferentes agentes de transporte, de los cuales podemos citar

como los más principales, a los glaciares, el viento, los ríos y corrientes de agua

superficial, los mares y las fuerzas de gravedad; estos factores a menudo actúan en

forma combinada.

Muchos de los depósitos de los suelos transportados son blandos y sueltos hasta

profundidades de varias decenas de metros y constituyen la fuerza potencial de serios

(29)

2.3.4 PRINCIPALES TIPOS DE SUELOS

En el campo de la ingeniería civil y el estudio de la mecánica de suelos, los suelos que

nos interesa conocer en términos generales podemos agruparlos en: suelos friccionantes,

suelos cohesivos y suelos mixtos.

2.3.4.1 SUELOS FRICCIONANTES

Son aquellos suelos que provienen de la erosión física de las rocas, por tanto

conservan las propiedades de la roca que les dio origen.

Estos suelos al estado limpio y puro no poseen cohesión solamente fricción entre si,

se allí su nombre de suelos friccionaste. A estos suelos independientemente a su forma,

dureza, color, etc. En orden de tamaños decrecientes, se les denomina como sigue:

rocas sueltas, boleos, cantos rodados, gravas, arenas y limos.

En algunos casos a los suelos friccionaste, también se les denomina suelos

granulares, debido a su tamaño variados de sus componentes.

2.3.4.2 SUELOS COHESIVOS

Estos suelos provienen de la descomposición química de las rocas y también

devienen de origen orgánico de los suelos, este tipo de suelos está caracterizado, por

toda una gama de arcilla.

Son también aquellos suelos que también tienen como característica fundamental la

cohesión, estos suelos cuando se realiza una compactación o apisonamiento, sus

partículas se adhieren unos a otros, en algunos suelos la cohesión se debe casi

exclusivamente a las partículas de menos tamaño, como en las arcillas, la mezcla

adecuada de las partículas de diferentes tamaños con una debida proporción de arcilla.

La fuerza de la gravedad tiene muy poca influencia en los suelos de granos muy finos,

sin embargo las fuerzas de otro tipo ejercen una acción importantísima; ello debido a que

en estos granos, la relación de área a volumen alcanza valores de consideración y

fuerzas electromagnéticas desarrolladas en la superficie de los compuestos minerales

cobra significación. En general se estima que esta actividad en la superficie de la

partícula individual es fundamental para tamaños menores que dos micras (0.002mm).

La cohesión de un suelo depende en gran parte de la cantidad de contenido de

(30)

a)

Cohesión Verdadera

.-

causada por la atracción mutua de las partículas debido a fuerzas moleculares.

b)

Cohesión Aparente

.-

Debido a la acción de partículas de humedad.

Para hacer cohesiva una masa de suelo el contenido de humedad deberá ser

adecuado pero no excesivo.

Los suelos cohesivos generalmente son caracterizados por las arcillas, que son suelos

de partículas microscópicas y ultramicroscópicas, las arcillas puras son raras y la mayoría

de las veces están mezcladas con limo y muy finos. En su estado húmedo la arcilla se

pega a las manos y también al tacto da una sensación jabonosa. Son suelos con

permeabilidad muy baja.

Entre las características más resaltantes de los suelos cohesivos, tomando como

referencia principal a las arcillas, se tienen los siguientes:

- Son difíciles de compactar cuando están húmedas.

- Cuando las arcillas son duras o rígidas no pueden ser moldeadas con los dedos y

no pueden excavarse sin la ayuda de picos o barretas, pues estas arcillas han

sido comprimidas hasta tener un bajo contenido de humedad.

- Son llamadas arcillas blandas o suaves cuando pueden ser fácilmente moldeadas

con los dedos y pueden excavarse simplemente con palos, además su esfuerzo al

corte es bajo.

- Son características de algunas arcillas, las grandes expansiones y contracciones

que sufren en función de su contenido de humedad.

Cuando mayor sea el límite líquido LL de una arcilla será mayor su comprensibilidad.

Para el caso de arcillas que tienen el mismo limite líquido, tenga más alto el índice de

plasticidad IP, la arcilla será más cohesiva.

2.3.5 SUELOS MIXTOS1

Al margen de la existencia de los suelos descritos, suelos friccionantes (sin cohesión),

suelos cohesivos; existen también otros tipos de suelos que participan a la vez de las