UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE:
INGENIERO CIVIL
TEMA:
DISEÑO ESTRUCTURAL DEL CAMINO VECINAL RIO
CIEGO – EL CEREZO, PARROQUIA AYACUCHO, CANTÓN
SANTA
ANA.
AUTOR:
SAMUEL ENRIQUE ESPINOZA MENDOZA
DIRECTOR DE TESIS:
ING. MANUEL OCTAVIO CORDERO GARCÉS
AÑO 2017
1
INDICE
2 ÍNDICE DE TABLAS ... vii
3 ÍNDICE DE FIGURAS ... viii
4 ÍNDICE DE ECUACIONES ... xi
5 Dedicatoria. ... xii
6 Reconocimiento. ... xiii
7 Resumen. ... xiv
8 Introducción. ... 1
9 Objetivos. ... 3
9.1 Objetivo General. ... 3
9.2 Objetivos Específicos. ... 3
10 Marco teórico. ... 4
10.1 Caracterización del área de estudio. ... 4
10.2 Levantamientos topográficos. ... 5
10.2.1 Topografía: ... 5
10.2.2 Clasificación de terrenos según la topografía: ... 5
10.3 Estabilización de suelos. ... 6
10.3.1 Estabilización para mejorar la plasticidad: ... 6
10.3.2 Estabilización mecánica. ... 7
10.3.3 Estabilidad de cortes y terraplenes: ... 8
10.3.4 Estabilización para mejorar la granulometría: ... 8
10.4.1 Granulometría: ... 10
10.4.2 .-Métodos de análisis granulométrico. ... 11
10.4.3 .-Método del tamizado. ... 11
10.4.4 .-Curva granulométrica. ... 11
10.4.5 .-Clasificación de los suelos. ... 12
10.4.6 .-Clasificación A.S.T.M. (SUCS) ... 13
10.4.7 Límites de Atterberg: ... 17
10.4.8 Procedimiento ... 18
10.4.9 .- Limite plástico ... 19
10.4.10 .-Procedimiento ... 19
10.4.11 Ensayo Proctor Modificado. ... 20
10.5 .-Determinación de la capacidad de soporte CBR del suelo. ... 21
10.5.1 .-Cálculos y gráficos. ... 24
10.6 Composición del tránsito:... 27
10.6.1 Tráfico promedio diario anual (TPDA) ... 27
10.6.2 Pronóstico del volumen de tránsito futuro. ... 29
10.6.3 Intensidad del tráfico. ... 29
10.6.4 Aforos de tráfico. ... 29
10.6.5 Procedimientos de aforo. ... 30
10.7.1 Camino rural: ... 31
10.7.2 Funciones de una red de carreteras: ... 32
10.7.3 Caminos públicos:... 32
10.8 Diseño estructural. ... 33
10.8.1 .-Ejes equivalentes para el periodo de diseño. ... 33
10.8.2 .-Cantidad y composición vehicular. ... 33
10.8.3 .-Número estructural asumido. ... 34
10.8.4 .-índice de serviciabilidad. ... 34
10.8.5 .-Factores equivalentes de carga (lef).. ... 35
10.8.6 Factor de distribución por dirección (LD). ... 38
10.8.7 Factor de distribución por carril. ... 39
10.8.8 Ejes equivalentes de 18 kips (8,16 t=80Kn). ESAL ... 39
10.8.9 Cálculo de volúmenes... 41
10.8.10 Estructura de una carretera... 41
10.8.11 Especificaciones geométricas de las carreteras. ... 42
10.8.12 Pavimentos flexibles. ... 42
10.8.13 Estructura del pavimento: ... 43
10.8.14 Capas: ... 44
10.8.15 .-Sub-rasante ... 44
10.8.16 .-. Sub-base ... 45
10.8.17 .-Base ... 46
10.8.19 Duración de un Pavimento Flexible: ... 48
10.9 Método AASHTO para el diseño de pavimentos... 48
10.9.1 Confiabilidad (R). ... 50
10.9.2 Desviación estándar normal (SO). ... 51
10.9.3 Capacidad de carga de las sub-rasante. ... 52
10.9.4 Coeficiente estructural (a). ... 53
10.9.5 Coeficiente de drenaje (mi) ... 57
10.9.6 Calculo de número estructural con programa. ... 59
10.9.7 Espesores de las capas que componen el pavimento flexible (D1,D2,D3) ... 60
10.10 Obras de drenaje. ... 63
10.10.1 El bombeo. ... 63
10.10.2 Las cunetas. ... 64
10.11 Acciones impactantes por la construcción de vías. ... 64
10.11.1 Fase de construcción: ... 64
10.11.2 Fase de funcionamiento: ... 65
10.11.3 Factores impactados por la construcción de vías: ... 65
11 Materiales y metodos. ... 66
11.1 Metodología de Investigación. ... 66
11.1.1 De campo: ... 66
11.1.2 Para el Diseño estructural del pavimento. ... 66
11.1.3 De laboratorio: ... 67
12 Análisis y resultados. ... 68
12.1 Estudio de suelo. ... 68
12.1.1 Material de Mejoramiento ... 108
12.1.2 Material de Sub-Base ... 113
12.1.3 Material de Base Clase 4 ... 118
12.2 Estudio de tráfico: ... 123
12.2.1 Clasificación de la carretera... 125
12.2.2 Ejes equivalentes de carga. ... 125
12.3 Diseño estructural. ... 128
12.3.1 Análisis de las características de los elementos de la estructura del pavimento. 128 12.3.2 -Tráfico existente (promedio diario anual). ... 128
12.3.3 Período de diseño e índice de crecimiento. ... 129
12.3.4 Diseño de pavimento ASSTHO 93. ... 129
12.4 CALCULO ESTRUCTURAL PARA PAVIMENTO FLEXIBLE ... 129
12.4.1 Módulo elástico de la mezcla asfáltica del hormigón. ... 133
12.4.2 Determinación coeficiente estructural a3: ... 135
12.4.3 Características estructurales del pavimento ... 137
12.4.4 Coeficientes "m" seleccionados ... 138
13 Conclusiones. ... 146
14 Recomendaciones. ... 147
16 Anexos. ... 150
16.1 ANEXO A ... 150
16.2 ANEXO B ... 156
2
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Tipología de suelos Unified Soil Classification System (SUCS) ... 7Tabla 2. Diseño de una estabilización mecánica ... 9
Tabla 3. Clasificación de suelos según el sistema... 12
Tabla 4. Símbolos de los diferentes tipos de suelos... 16
Tabla 5. Clasificación Granulométrica de los suelos.... 17
Tabla 6. Clasificación y uso del suelo según el valor del CBR ... 26
Tabla 7. Esquema para llenar con la cantidad y porcentajes de los vehículos de la carretera. ... 34
Tabla 8. Índice de serviciabilidad. ... 35
Tabla 9. Factores equivalentes de carga para pavimentos flexibles, ejes simples, Pt = 2,0... 35
Tabla 10. Factores equivalentes de carga para pavimentos flexibles, ejes tándem, Pt = 2,0 ... 36
Tabla 11.Factores equivalentes de carga para pavimentos flexibles, ejes Tridem, Pt = 2,0 ... 37
Tabla 12. Factor de distribución por dirección. ... 39
Tabla 13. Factor de distribución por carril. ... 39
Tabla 14. Forma para calcular ejes equivalentes se resume en la siguiente tabla. ... 40
Tabla 15, Especificaciones generales para Sub-bases. ... 45
Tabla 16. Granulometría de las diferentes Sub-bases. ... 46
Tabla 17. Especificaciones Generales para bases. ... 46
Tabla 18. Granulometrías para bases. ... 47
Tabla 19. Granulometrías para capas de rodadura. ... 47
Tabla 20. Valores de confiabilidad R. ... 50
Tabla 21. Valores de desviación estándar normal ZR, correspondiente a los valores de confiabilidad R. ... 51
Tabla 22. Valores recomendados para la Desviación Estándar (SO). ... 51
Tabla 23. Módulo Resiliente de la Sub-rasante con el C.B.R. ... 52
Tabla 24. Correlación del módulo resiliente con el C.B.R. ... 53
Tabla 25. Carta para estimar coeficientes estructurales a1 a partir del módulo elástico (carpeta asfáltica) .. 54
Tabla 27. Nomograma para estimar coeficiente estructural a2 para una base granular. ... 55
Tabla 28. Nomograma para estimar coeficiente estructural a3 para una sub-base granular. ... 56
Tabla 29. Coeficiente de capas diseño de pavimento flexible método AASHO. ... 57
Tabla 30. Tiempos de drenaje para capas granulares.... 58
Tabla 31. Coeficientes de drenaje para pavimentos flexibles (mi). ... 59
Tabla 32. Espesores mínimos sugeridos para capas asfálticas y bases granulométricas en función del tránsito. ... 61
Tabla 33. SN de la estructura del pavimento. ... 62
Tabla 34. Aforo de tráfico actual existente. ... 123
Tabla 35Tráfico actual convertido a vehículo de diseño. ... 123
Tabla 36. Numero de ejes acumulados en el periodo de diseño ... 128
Tabla 37. Variables independientes a encontrar ... 129
Tabla 38. Niveles recomendados de confiabilidad (R) ... 130
Tabla 39. Valores de Zr en la curva normal para ciertos grados de confiabilidad ... 130
Tabla 40 Desviación Estándar según las condiciones de diseño ... 130
Tabla 41. Módulo resiliente del material de la subrasante ... 132
Tabla 42. Espesores mínimos en pulgadas de los ejes equivalentes ... 132
Tabla 43. Determinación coeficiente estructural a2: ... 134
Tabla 44. Determinación coeficiente estructural a3: ... 135
Tabla 45. Determinación de coeficiente estructural a4... 137
Tabla 46. Caracteristicas de drenaje del material de base y sub base granular ... 138
Tabla 47Valores recomendados del coeficiente de ajuste (m) ... 138
Tabla 48. Determinacion del SN de la base ... 142
Tabla 49. Espesor minimo re querido para la capa de base ... 142
Tabla 50. Espesor en pulgadas de la Sub base ... 142
Tabla 51. Espesor en pulgadas del Mejoramiento ... 143
Tabla 52. Resumen de datos Calculados ... 143
Tabla 53. Resumen de los coeficientes a calculados ... 143
Tabla 54. Resumen de los números estructurales calculados ... 144
Tabla 55. Resumen de espesores de las capas del pavimento... 145
3
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ubicación de la vía en estudio ... 4Figura 2. Sección mixta. Agudelo, J. Diseño Geométrico de Vías. ... 9
Figura 4. Aparato Casa Grande. ... 18
Figura 5. Ensayo de Limite Plástico ... 20
Figura 6. Curva Humedad-Densidad seca. Compacidad del Suelo. Manual de Carreteras. ... 21
Figura 7.- Secciones de Equipo CBR. ... 23
Figura 8. Corrección de Curva. ... 26
Figura 9. Trafico en una ciudad importante de EE.UU. ... 28
Figura 10. Camino rural o vecinal ... 31
Figura 11. Clasificación de los ejes de vehículos... 35
Figura 12. Vista de un pavimento flexible en una vía ... 43
Figura 13. Estructura típica de pavimentos asfalticos. Diseño moderno de pavimentos asfalticos. ... 44
Figura 14. Programa Ecuación AASTHO 93. ... 59
Figura 16. Clasificación del suelo según AASTHO (muestra # 1). ... 69
Figura 17. Granulometría de la subrasante (muestra # 1). ... 70
Figura 18. Limite líquido, limite plástico e índice de plasticidad (muestra #1). ... 71
Figura 19. Ensayo de compactación subrasante (muestra # 1). ... 72
Figura 20. Ensayo de CBR (muestra # 1). ... 73
Figura 21. Ensayo de esponjamiento (muestra # 1). ... 74
Figura 22.Cuadros de CBR (muestra # 1) ... 75
Figura 23. Clasificación del suelo según SUCS (muestra #2). ... 76
Figura 24. Clasificación del suelo según AASTHO (muestra #2). ... 77
Figura 25. Granulometría subrasante (muestra #2). ... 78
Figura 26. Límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad (muestra #2). ... 79
Figura 27. Ensayo de compactación subrasante (muestra #2). ... 80
Figura 28. Ensayo de CBR (muestra # 2) ... 81
Figura 29. Ensayo de esponjamiento (muestra #2) ... 82
Figura 30. Cuadros de CBR (muestra #2) ... 83
Figura 31. Clasificación del suelo según SUCS (muestra #3). ... 84
Figura 32. Clasificación del suelo según AASTHO (muestra #3)... 85
Figura 33. Granulometría subrasante 3 ... 86
Figura 34. Límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad (muestra #3). ... 87
Figura 35. Ensayo de compactación subrasante. 3 ... 88
Figura 36. Ensayo de CBR (muestra #3) ... 89
Figura 37. Ensayo de esponjamiento (muestra #3) ... 90
Figura 38. Cuadros de CBR (muestra #3). ... 91
Figura 39. Clasificación del suelo según SUCS (muestra #4). ... 92
Figura 40. Clasificación del suelo según AASTHO (muestra # 4). ... 93
Figura 41. Granulometría subrasante (muestra #4) ... 94
Figura 43. Ensayo de compactación subrasante (muestra #4). ... 96
Figura 44. Ensayo de CBR (muestra #4). ... 97
Figura 45. Ensayo de esponjamiento (muestra #4). ... 98
Figura 46. Cuadros de CBR (muestra #4) ... 99
Figura 47. Clasificación del suelo según SUCS (muestra #5). ... 100
Figura 48. Clasificación del suelo según AASTHO (muestra #5)... 101
Figura 49, Granulometría subrasante (muestra #5). ... 102
Figura 50. Límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad (muestra #5). ... 103
Figura 51. Ensayo de compactación subrasante (muestra #5). ... 104
Figura 52. Ensayo de CBR (muestra #5). ... 105
Figura 53.- Ensayo de esponjamiento (muestra #5)... 106
Figura 54. Cuadros de CBR (muestra #5). ... 107
FIGURA 55. Granulometría y Límites líquido y plástico del mejoramiento. ... 108
Figura 56. Ensayo de compactación Mejoramiento ... 109
Figura 57. Ensayo de CBR Mejoramiento ... 110
Figura 58. Ensayo de CBR Mejoramiento ... 111
Figura 59. Gráfico de CBR Mejoramiento ... 112
Figura 60. Granulometría y Limites líquido y plástico Sub base clase 3. ... 113
Figura 61. Ensayo de compactación Sub Base ... 114
Figura 62. Ensayo de CBR Sub Base ... 115
Figura 63. Ensayo de CBR Sub Base ... 116
Figura 64. Gráfico de CBR Sub Base ... 117
Figura 65. Granulometría y Limites líquido y plástico Base. ... 118
Figura 66. Ensayo de compactación Base. ... 119
Figura 67. Ensayo de CBR Base ... 120
Figura 68. Grafico de CBR Base ... 121
Figura 69. Gráfico de CBR Base. ... 122
FIGURA 70. Valores del coeficiente estructural (ar) para mezclas asfálticas densamente gradadas empleadas como capa de rodamiento y/o intermedia, a partir de la estabilidad Marshall………133
Figura 71. Grafico para determinar los coeficientes estrcuturales de los diferentes materiales……….134
FIGURA 72. Grafico para determinar el coeficiente a3………135
FIGURA 73. Grafico para determinar el coeficiente a3………136
FIGURA 74. Programa para calcular pavimento ECUACION AASHTO 93………139
Figura 75. Programa para calcular pavimento ECUACION AASHTO 93………..140
Figura 76. Programa para calcular pavimento ECUACION AASHTO 93………..140
Figura 77. Programa para calcular pavimento ECUACION AASHTO 93………..141
FIGURA 78. Realizando la topografía en la vía. Autor de este proyecto………....150
Figura 80. Realizando la topografía en la vía. Autor de este proyecto………151
Figura 81. Realizando la topografía en la vía. Autor de este proyecto………152
Figura 82. Realizando la topografía en la vía. Autor de este proyecto………...152
Figura 83. Realizando las calicatas en la vía. Autor de este proyecto………..153
Figura 84. Realizando las calicatas respectivas en la vía. Autor de este proyecto………...153
Figura 85. Realizando los ensayos para determinar las características físicas y mecánicas del suelo. Autor de este proyecto………...154
Figura 86. Realizando los ensayos para determinar las características físicas y mecánicas del suelo. Autor de este proyecto………154
Figura 87. Realizando los ensayos para determinar las características físicas y mecánicas del suelo. Autor de este proyecto………155
4
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1 ... 17Ecuación 2 ... 20
Ecuación 3 ... 24
Ecuación 4 ... 40
Ecuación 5………. ... 41
5
Dedicatoria.
Este trabajo investigativo se lo dedico a mi familia en general, a mí novia la Ec.
Jeniffer Mera Zambrano por ser mi pilar fundamental en todo este proceso, y por adquirir de
ellos la ayuda emocional y física recibiendo siempre un sí por respuesta en cada una de las
peticiones pedidas, siendo los impulsadores para que así consiga mis metas y objetivos
trazados.
A cada una de las personas que me brindaron su apoyo incondicional sin pedir nada a
cambio recibiendo de ellos el apoyo moral que necesité en su momento, y como no a Dios
por ser mi motor en la lucha constante para alcanzar mis objetivos.
6
Reconocimiento.
Quiero agradecerle en primera instancia a Dios, ya que sin él nada de esto sería
posible y por tenerme con vida y permitirme alcanzar mis metas. A mis padres: El Sr. Samuel
Espinoza García y la Sra. Elizabeth Mendoza Pinoargote, a mis hermanas: La Ing. Andrea
Espinoza Mendoza y Ma. Fernanda Espinoza Mendoza, por darme el apoyo incondicional día
a día ya que han depositado en mí la confianza.
A la Universidad Estatal del Sur de Manabí, por abrirnos sus puertas y a todo el
Personal Administrativo y de Servicio que trabajó en conjunto para nuestro bienestar.
A los maestros y maestras de la UNESUM, que fueron la guía en todos los años de
aprendizaje continuo, por haber tenido esa paciencia ese amor y excelente colaboración.
Al Ing. Manuel Cordero, Director de mi proyecto de investigación, por su apoyo
incondicional, su generosidad al brindarme la oportunidad de recurrir a su capacidad y
experiencia científica en un marco de confianza, afecto y amistad, fundamentales para la
concreción de este trabajo investigativo.
7
Resumen.
En el cantón Santa Ana, uno de los mayores problemas que han tenido las parroquias
urbanas es el ingreso a las parroquias rurales, debido al pésimo estado en el que se encuentran
las vías, más aun cuando el sector se dedica a la agricultura y ganadería dificultando el
traslado de sus productos a la ciudad, razón por la cual es motivo de preocupación por parte
de los habitantes del sector Rio Ciego – El Cerezo, Parroquia Ayacucho.
El objetivo fundamental del proyecto es proponer un diseño estructural, con el fin de
brindar un buen servicio a las personas que hacen uso de la misma; demostrando un enfoque
critico- propositivo, la cual se basa en fundamentos legales como normas y especificaciones
generales que se deben tomar en cuenta en el diseño; además las definiciones referentes al
estudio y diseño del pavimento son de diversos autores basados en documentos de fuentes
primarias y secundarias.
Durante el desarrollo del proyecto se resalta la investigación de campo, bibliográfica,
de laboratorio, también se incluyen los resultados de los estudios topográficos, de suelos,
tráfico e inventario vial; formando conclusiones que determina la gran importancia del diseño
del pavimento para la vía indicada ya que cambiara notablemente el bienestar de los
habitantes y se recomienda cumplir con las normas y especificaciones técnicas del MTOP. El
8
Introducción.
La construcción de carreteras en óptimas condiciones representa el objetivo
primordial para vías de cualquier índole, ya que deben satisfacer las necesidades básicas de
transporte de diferentes sectores, especialmente las vías de orden rural, debido a que las
poblaciones en su mayoría se dedican a labores agrícolas y necesitan transportar sus
productos, por lo que al contar con carreteras en buen estado se garantiza el desarrollo
socioeconómico de la zona, y mejora la accesibilidad a las necesidades básicas.
El camino vecinal “Rio Ciego – El Cerezo” se ha encontrado constantemente afectada
por las lluvias que se presentan durante la estación invernal; obteniéndose como resultado el
deterioro del camino y en algunos casos daños significativos en la calzada, perjudicando así
la actividad normal de desarrollo de la zona. La plataforma del camino es muy angosta y
consta de un solo carril para circular; y para cruzar vehículos en dirección opuesta o rebasar,
deben bajar sus velocidades y encontrar el lugar con el ancho adecuado para realizar la
maniobra.
Es fácil advertir que los pobladores de estas comunas tienen muchos motivos para
requerir una infraestructura vial en la zona, con lo cual surge este proyecto en base a la
necesidad de estos, que requiere una vía de comunicación para la movilización de sus
productos a diferentes puntos de la provincia para su posterior comercialización, así como
también para su comunicación interna.
Los sistemas de transporte deben garantizar la comodidad, seguridad y agradable
apariencia de la misma. Precisamente el objetivo de este proyecto es aplicar los principios de
ingeniería referentes al diseño estructural de vías. El presente proyecto está ubicado en la
comunidades de Rio Ciego y El Cerezo. Es así que este proyecto tiene como propósito el de
9
Objetivos.
9.1
Objetivo General.
Realizar el diseño estructural del camino vecinal Rio Ciego – El Cerezo, Parroquia
Ayacucho, Cantón Santa Ana.
9.2
Objetivos Específicos.
Realizar el estudio de suelo de la vía Rio Ciego – El Cerezo.
Determinar el tráfico promedio diario anual del camino vecinal Rio Ciego – El Cerezo
para su clasificación de acuerdo a la tipología planteada por el Ministerio de
Transporte y Obras Publicas del Ecuador (MTOP).
10 Marco teórico.
10.1
Caracterización del área de estudio.
La vía Rio Ciego – El Cerezo se encuentra ubicada en la Parroquia Ayacucho que
pertenece al Cantón Santa Ana, Provincia de Manabí, República del Ecuador; su acceso se
encuentra a 5 Km. del centro de la Parroquia.
Descripción de la via
La comuna Rio Ciego cuenta con 247 habitantes, en tanto que la comuna El Cerezo
tiene una población de 188 habitantes. Los habitantes se dedican en su mayoría a la
agricultura, ganadería, entre otras actividades.
El camino vecinal tiene 5+740 Km y se encuentra ubicado en las Coordenadas UTM
siguientes:
INICIO: E581734, 031 N9879057, 619 ELV.417, 431
FINAL: E582638, 785 N9874717, 069 ELV.80, 588
10.2
Levantamientos topográficos.
10.2.1 Topografía:
Es la ciencia que estudia el conjunto de procedimientos para determinar las
posiciones de puntos sobre la superficie de la tierra, por medio de medidas según los 3
elementos del espacio”.
10.2.2 Clasificación de terrenos según la topografía:
Terreno plano; de ordinario tiene pendientes transversales a la vía menores del 5%.
Terreno ondulado; se caracteriza por tener pendientes transversales a la vía del 6% al
12%.
Terreno montañoso; las pendientes transversales a la vía suelen ser del 13% al 40%.
Terreno escarpado; aquí las pendientes del terreno transversales a la vía pasan con
frecuencia del 40%.
En los terrenos planos las carreteras pueden ser rectas, aunque generalmente se hacen
cambios de dirección para llegar a ciertos puntos o para evitar otros, o para evitar a los
conductores la monotonía del viaje o el encandilamiento por las luces de los vehículos que
viajan por la noche en sentido contrario, situaciones que pueden ser peligrosas. Sim embargo,
si la topografía tiene poco efecto en los elementos de diseño de una carretera en terreno
plano, puede presentar dificultades en algunos aspectos particulares, como en el drenaje de la
zona por razón de las pendientes bajas, o en el diseño de las intersecciones a diferente nivel.
En los terrenos ondulados generalmente el diseño es más sencillo, pues las pocas dificultades
10.3
Estabilización de suelos.
Se llama estabilización de materiales a la mezcla de dos o más de estos para que
adquieran las características deseadas.
Estabilización Mecánica.
Las estabilizaciones de tipo mecánico se presentan en tres casos:
Para mejorar la granulometría.
Para reducir la plasticidad.
Para aumentar el valor cementante.
Estabilización para mejorar la granulometría:
Cuando un material tiene una granulometría discontinua porque escasean algunos
tamaños en partículas y ello hace inadecuado su uso, se puede agregar otro elemento que
disminuya este defecto; es necesario conocer las proporciones en que se deben mezclar
ambos materiales.
10.3.1 Estabilización para mejorar la plasticidad:
En la naturaleza a menudo se encuentran materiales con una plasticidad ligeramente
mayor a las que marcan las normas. Entonces, si es necesario utilizarlos en alguna capa de
pavimento, se reduce esta característica para que sean aceptables, es una práctica mezclarlos
con arena, cuya efectividad es mayor cuanto más finas sean, aunque es posible utilizar
Tabla 1. Tipología de suelos Unified Soil Classification System (SUCS)
Nota: Tipología de Suelos (SUCS). Clasificación General Casagrande
En ocasiones resulta necesario mejorar artificialmente las características de un
determinado material granular para que sea apto para integrar una determinada capa del
firme. Para ello se recurre a las técnicas de estabilización, que básicamente pueden
mecánicas, mezclando dos o más suelos o gravas de características complementarias.
Con la estabilización se pretende, en primer lugar, aumentar la resistencia mecánica,
trabando las partículas de una forma más efectiva y asegurando que las condiciones de
humedad en las que trabaja el suelo varíen dentro de unos rangos reducidos.
10.3.2 Estabilización mecánica.
La estabilización mecánica es una técnica de mejora basada en la mezcla de diversos
materiales con propiedades complementarias, de forma que se obtenga un nuevo material de
mayor calidad y que cumpla las exigencias deseadas. Las propiedades que generalmente se
pretenden mejorar con este tipo de estabilización son la plasticidad y/o la granulometría.
La misión del ingeniero se centrará por tanto en determinar las proporciones a mezclar
Actualmente existen herramientas de análisis informático que solventan fácilmente el cálculo,
limitándose únicamente el ingeniero a establecer los parámetros de calidad requeridos.
(BAÑON & COLS, 2010).
10.3.3
Estabilidad de cortes y terraplenes:Uno de los problemas que muy a menudo necesita resolver el ingeniero de caminos es
el correspondiente a los fenómenos de inestabilidad de taludes en cortes y terraplenes.
Un talud de tierra no puede considerarse estable indefinidamente, porque tarde o
temprano la estabilidad que pueda presentar se pierde debido a los agentes naturales tales
como las presiones hidrostáticas, el intemperismo y la erosión. Un aumento temporal de
carga, la reducción de la resistencia del suelo o una redistribución desfavorable de esfuerzos
son causas que contribuyen de una u otra manera a que el talud busque su posición más
estable.
10.3.4 Estabilización para mejorar la granulometría:
Cuando un material tiene una granulometría discontinua porque escasean algunos
tamaños en partículas y ello hace inadecuado su uso, se puede agregar otro elemento que
disminuya este defecto; es necesario conocer las proporciones en que se deben mezclar
ambos materiales. (CRESPO, 2014).
En ocasiones resulta necesario mejorar artificialmente las características de un
determinado material granular para que sea apto para integrar una determinada capa del
firme. Para ello se recurre a las técnicas de estabilización, que básicamente pueden
Con la estabilización se pretende, en primer lugar, aumentar la resistencia mecánica,
trabando las partículas de una forma más efectiva y asegurando que las condiciones de
humedad en las que trabaja el suelo varíen dentro de unos rangos reducidos.
Tabla 2. Diseño de una estabilización mecánica
Nota: Diseño de Estabilización Mecánica. Manual de Carreteras.
Figura 3. Sección en relleno o terraplén. Agudelo, J. Diseño Geométrico de Vías.
10.4
Ensayos de suelos.
10.4.1 Granulometría:
Es quizá la propiedad más característica de un suelo, hasta el punto de que el propio
lenguaje coloquial distingue los suelos según los tamaños de las partículas: grava, gravilla,
arena, arcilla, limo, etc. Es necesario determinar la granulometría cuantitativamente
conociendo la proporción en la que intervienen los distintos tamaños de partículas en una
porción de suelo.
La facilidad de la medida de esta propiedad hace que sea la más empleada en la
clasificación de suelos. El ensayo consiste en determinar la masa de suelo, seco y
desmenuzado, retenida entre dos tamices consecutivos de una serie determinada, se calcula
entonces la proporción en masa de lo retenido respecto del total de la muestra. (KRAMER &
10.4.2 .-Métodos de análisis granulométrico.
Comprende dos clases de ensayos: El de tamizado para las partículas grueso –
granulares (gravas, arenas) y el de sedimentación para la fracción fina del suelo (limos,
arcillas), pues no son discriminables por tamizado.
10.4.3 .-Método del tamizado.
Una vez se pasa el suelo por la estufa y se pulverice, se hace pasar por una
serie organizada de tamices, de agujeros con tamaños decrecientes y conocidos, desde
arriba hacia abajo. El primer tamiz, es el de mayor tamaño y es donde inicia el tamizado. Se
tapa con el fin de evitar pérdidas de finos; el último tamiz está abajo y descansa sobre un
recipiente de forma igual a uno de los tamices, y recibe el material más fino no retenido por
ningún tamiz.
Con sacudidas horizontales y golpes verticales, mecánicos o manuales, se
hace pasar el suelo por la serie de tamices, de arriba abajo, para luego pesar por separado el
suelo retenido en cada malla.
10.4.4 .-Curva granulométrica.
Los resultados de los ensayos de tamizado se llevan a un gráfico llamado curva
a granulométrica.
Tabla 3. Clasificación de suelos según el sistema
SUELO BRITANICO 1 AASTHO 2 ASTM 3 SUCS 4
TIPO ϕ (mm) ϕ (mm) ϕ (mm) ϕ (mm)
Grava 60-2 75-2 > 2 75-4,75
Arena 2-0,06 2-0,05 2-0,075 4,75-0,075
Limo 0,06-0,002 0,05-0,002
0,075-0,005
< 0,075 FINOS
Arcilla < 0,002 < 0,002 < 0,005
1: B S – 5930: 1981.
2: American Association of State Highway and Transportation Official.
3: American Society for Testing and Materials.
4: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.
La curva se dibuja en papel semi-logarítmico. Con la escala aritmética
(ordenadas) los porcentajes en peso de partículas con f < que cada uno de los lados de las
abscisas. En escala logarítmica (abscisas) los tamaños de los granos en milímetros. Esta
escala, en razón de que los f varían de cm a mm (Badillo & Rodriguez, 1990).
10.4.5 .-Clasificación de los suelos.
Teniendo en cuenta que en la naturaleza existe una gran variedad de suelos, la
ingeniería de suelos ha desarrollado algunos métodos de clasificación de los mismos, que son
muy útiles para evaluar de una forma aproximada, rápida y económica, las características y
propiedades de los suelos afectados o utilizados en una obra.
Estos sistemas permiten una división sistemática de los diferentes tipos de
suelos en diferentes grupos, que presentan propiedades y comportamientos similares. Es un
ordenamiento de los suelos en grupos que tienen propiedades similares y que facilita la
estimación de las propiedades o aptitudes de los suelos objeto de estudio por comparación. Es
Las clasificaciones de suelos son importantes para el ingeniero porque
establecen una referencia para la comparación entre los suelos y, gracias a la acumulación de
experiencias, permiten acotar las características más significativas de los suelos y su
comportamiento en diferentes condiciones.
Estas clasificaciones se basan principalmente en la granulometría y plasticidad
de los suelos, por haberse comprobado en la mayoría de los casos que las características que
interesan al constructor (deformabilidad, compactibilidad, permeabilidad, etc.) están
relacionados en una primera aproximación con dichas propiedades elementales.
La aplicación de diferentes clasificaciones a un suelo dado permite una mejor
caracterización del mismo, al agruparlo con otros análogos de comportamiento conocido.
Los sistemas más utilizados para la clasificación de los suelos son:
Clasificación A.S.T.M. (SUCS, CLASIFICACION UNIFICADA DE SUELOS)
Clasificación A.A.S.H.T.O.
Clasificación Francesa
Clasificación española
10.4.6 .-Clasificación A.S.T.M. (SUCS)
Este sistema fue propuesto por Arturo Casagrande como una modificación y
adaptación más general a su sistema de clasificación propuesto en el año 1942 para
aeropuertos. El método de la American Society for Testing Materials (ASTM: D 2487-69),
antiguamente conocido como el Unified Soil Classification System (SUCS), divide los suelos
Suelos de grano grueso, constituidos por gravas y arenas con menos del 50% de finos
que pasan por el tamiz No. 200 ASTM (0,074 mm). Las gravas (G) y arenas (S) se
separan con el tamiz No. 4, de mane-ra que un suelo pertenece al grupo G, si más del
50% del peso de su fracción gruesa queda retenido en el tamiz No. 4 y pertenecerá al
grupo S, en caso con-trario.
Tanto las gravas como las arenas se dividen en cuatro grupos (GW, GP, GM, GC) y
(SW, SP, SM, SC) respectivamente, en función de la granulometría del suelo y de la
plasticidad de la fracción que pasa por el tamiz No. 40 (0,42 mm).
Suelos de grano fino, constituidos por los suelos con 50% o más de finos. Se trata de
suelos arcillosos y limosos. Sobre el gráfico Casagrande se establecen unas zonas que
corresponden a diferentes subgrupos, de forma que los suelos son finalmente
clasificados en función de la relación entre su límite líquido y su índice de plasticidad
y según que contengan o no, materia orgánica. EI sistema divide los suelos finos en
tres grupos: limos inorgánicos (M), arcillas inorgánicas (C) y limos y arcillas
orgánicos (O). Cada uno de estos suelos se subdivide a su vez, según su límite líquido,
en dos gru-pos cuya frontera es LL = 50%.
Si el Límite líquido del suelo es menor de 50 se añade al símbolo general la letra L
(low Compresibility). Si es mayor de 50 se añade la letra H (high compresibility).
Obteniéndose de este modo los siguientes tipos de suelos:
ML = Limos inorgánicos de baja compresibilidad.
OL = Limos y arcillas orgánicas de baja compresibilidad.
CL = Arcillas inorgánicas de, baja compresibilidad.
MH = Limos orgánicos de alta compresibilidad.
OH = .Arcillas y limos orgánicos de alta compresibilidad.
Suelos de estructura orgánica, constituidos fundamentalmente por materia orgánica
fibrosa, como las turbas, se designan con el símbolo Pt. Estos suelos son además
fácilmente identificables por su color marrón oscuro y su olor a materia orgánica en
descomposición.
Para los símbolos se utilizan las iniciales en inglés de los diferentes tipos de suelos o
de sus características
Los suelos de grano grueso (gravas o arenas) tienen la mayor parte de la
fracción retenida en el tamiz No. 200. Los grupos GW y SW comprenden respectivamente
las gravas o arenas bien graduadas, con pocos finos o sin finos (menos del 5% pasando por el
tamiz No. 200). Para asegurar que su curva granulométrica es extendida y regular, se impone
una doble condición para los coeficientes de uniformidad Cu y de curvatura Cc.
A los grupos GP y SP pertenecen las gravas o arenas mal graduadas y con
pocos finos o sin ellos. Los grupos GM, GC, SM y SC corresponden a las gravas o arenas con
una proporción importante de finos (más del 12% pasando por el tamiz No. 200).
Para los símbolos se utilizan las iniciales en inglés de los diferentes tipos de suelos o
Tabla 4. Símbolos de los diferentes tipos de suelos
El sufijo M ó C se refiere a la plasticidad de la fracción empleada (que pasa
por el tamiz No. 40) determinada por los límites de Atterberg. Si el suelo queda representado
en el gráfico de plasticidad por debajo de la línea A se trata de un suelo limoso (M), y si
queda por encima, de un suelo arcilloso (C).
Si el límite líquido es superior a 50 la plasticidad de los limos o arcillas es alta
(H) calificándose como CH o MH; si es igual o inferior a 50 la plasticidad es baja (L)
calificándose como CL o ML. Se reconoce de esta forma que la plasticidad de los finos
influye más en el comportamiento del suelo que la granulometría de éste.
Para los casos intermedios se utiliza un doble símbolo. Esto ocurre cuando el
porcentaje de finos que pasan por el tamiz No. 200 está comprendido entre 5 y 12 (por
ejemplo, GW-GM, SP-SC, etc), o cuando el punto que representa al suelo se encuentra sobre
la línea A o por encima con IP = 4-7 (GM-GC, SM-SC).
En casos dudosos debe seguirse la clasificación menos plástica. Así, una arena bien
Los suelos de grano fino se califican utilizando exclusivamente el gráfico de
plasticidad. La línea A, prolongada por una pequeña franja, separa convencionalmente las
arcillas inorgánicas de plasticidad baja y media (CL) y alta (CH), de los limos inorgánicos
(ML, MH) y de los suelos finos orgánicos (OL, OH) (Terzaghi, 1975).
Tabla 5. Clasificación Granulométrica de los suelos.
Nota: Clasificación granulométrica de los suelos. Manual de Carreteras
10.4.7 Límites de Atterberg:
Los contenidos de humedad y los puntos de transición de uno de los estados a otros se
denominan límite líquido y límite plástico.
Ecuación 1
El límite Líquido se determina midiendo la humedad y número de golpes necesarios,
para cerrar en una determinada longitud una ranura de un determinado ancho mediante un
aparato normalizado. El límite plástico se obtiene midiendo el contenido de humedad del
10.4.8 Procedimiento
Se pone la muestra en el plato de evaporación agregándole suficiente cantidad
de agua destilada, mezclando con la espátula hasta lograr una pasta homogénea. Esta muestra
debe curarse durante el tiempo que sea necesario para lograr una adecuada distribución de la
humedad.
Se coloca el aparato de límite líquido sobre una base firme (verificando que
esté limpia y seca) y se deposita en la taza unos 50 a 70 grs. Del material preparado
previamente, para luego alisar la superficie con la espátula, de modo que la altura obtenida en
el centro sea de 10 mm. Y la masa ocupe un volumen de 16 cm3 aproximadamente.
Una vez enrasado, se pasa el acanalador para dividir la pasta en dos partes, a través de
un surco de 63 mm. De longitud. Si se presentan desprendimientos de la pasta en el fondo de
la taza, se debe retirar todo el material y reiniciar el procedimiento.
Cuando se tiene el surco, se gira la manivela del aparato con una frecuencia de 2
golpes por segundo, contando el número de golpes necesarios para que la ranura cierre en 10
mm. De longitud en el fondo de ella. Finalmente, se toman aproximadamente 10 grs. Del
material que se junta en fondo del surco para determinar la humedad.
10.4.9 .- Limite plástico
El límite plástico se ha definido arbitrariamente como el contenido de
humedad del suelo al cual un cilindro de éste, se rompe o resquebraja al amasado presentando
un diámetro de aproximadamente 3 mm.
Esta prueba es bastante subjetiva, es decir, depende del operador, el cual debe
ayudarse con un alambre u otro material de 3 mm de diámetro para hacer la comparación y
establecer el momento en que el suelo se resquebraja y presenta el diámetro especificado. La
muestra necesaria para realizar este ensayo deberá tener un peso aproximado de 20 grs. y
pasar completamente por el tamiz de 0,5 mm. (Malla Nº 40 ASTM).
10.4.10 .-Procedimiento
La muestra de ensayo se prepara de manera idéntica a la descrita en el límite
líquido, o bien puede usarse la misma muestra que se usó en ese ensayo, en la etapa en que la
pasta de suelo se vuelva lo suficientemente plástica para moldearla como una esfera.
Se toma una porción de suelo de aproximadamente 1 cm3, se amasa entre las
manos (figura 7 ) y se hace rodar con la palma de la mano o la base del pulgar, por sobre la
superficie de amasado, formando un cilindro. Cuando se alcance un diámetro aproximado a 3
mm se dobla y amasa nuevamente, para volver a formar el cilindro, lo que se repite hasta que
el cilindro se disgregue al llegar al diámetro de 3 mm en trozos de tamaño de 0,5 a 1 cm. De
El contenido de humedad que tiene el suelo en ese momento representa el límite
plástico, el cual se determina colocando las fracciones de suelo en un recipiente, secándolas
al horno. Se deben hacer tres determinaciones que no difieran entre sí en más de 2%, en caso
contrario deberá repetirse el ensayo.
Figura 5. Ensayo de Limite Plástico
El índice de Plasticidad, que indica la magnitud del intervalo de humedades en el cual
el suelo posee consistencia plástica, el índice de liquidez, que indica la proximidad del suelo
al límite líquido, son características especialmente útiles del suelo. Debe tenerse presente, que
todos los límites e índices, se determinan en suelos que se han amasado para formar una
mezcla uniforme suelo-agua.
Ecuación 2
10.4.11 Ensayo Proctor Modificado.
El ensayo Proctor Modificado se realiza con un procedimiento similar al Proctor
normal, pero con un molde más grande y una energía de compactación mayor por unidad de
volumen. El molde empleado tiene una capacidad de 2320 cm3. Se llena el molde en 5 capas,
El incremento de la densidad seca máxima es más notable en el caso de los suelos
finos muy plásticos, siendo pequeño con materiales granulares bien graduados, esto se debe a
la mejor compactibilidad de las gravas y arenas bien graduadas, cuya densidad alcanza ya
valores elevados con los niveles de energía de compactación del Proctor normal. (WILLIAM
& WHITMAN, 2010)
Figura 6. Curva Humedad-Densidad seca. Compacidad del Suelo. Manual de Carreteras.
10.5
.-Determinación de la capacidad de soporte CBR del suelo.
La finalidad de este ensayo, es determinar la capacidad de soporte (CBR) de
suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad óptima y niveles de
compactación variables. Es un método desarrollado por la división de carreteras del Estado de
California (EE.UU.) y sirve para evaluar la calidad relativa del suelo para rasante,
sub-base y sub-base de pavimentos. El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo
condiciones de humedad y densidad controladas, permitiendo obtener un (%) de la relación
El (%) CBR, está definido como la fuerza requerida para que un pistón
normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje de fuerza
necesaria para que el pistón penetre a esa misma profundidad y con igual velocidad, en una
probeta normalizada constituida por una muestra patrón de material chancado.
CBR= (carga unitaria del ensayo / carga unitaria patrón) * 100 (%)
De la ecuación se puede ver que el número CBR, es un porcentaje de la carga
unitaria patrón. En la práctica el símbolo de (%) se quita y la relación se presenta
simplemente por el número entero.
Usualmente el número CBR, se basa en la relación de carga para una
penetración de 2,5 mm. (0,1”), sin embargo, si el valor de CBR a una penetración de 5 mm.
(0,2”) es mayor, el ensayo debe repetirse. Si en un segundo ensayo se produce nuevamente un
valor de CBR mayor de 5 mm. de penetración, dicho valor será aceptado como valor del
ensayo.
Los ensayos de CBR se hacen sobre muestras compactadas con un contenido
de humedad óptimo, obtenido del ensayo de compactación Proctor.
Antes de determinar la resistencia a la penetración, generalmente las probetas
se saturan durante 96 horas para simular las condiciones de trabajo más desfavorables y para
determinar su posible expansión. En general se confeccionan 3 probetas como mínimo, las
El suelo al cual se aplica el ensayo, debe contener una pequeña cantidad de
material que pase por el tamiz de 50 mm. y quede retenido en el tamiz de 20 mm. Se
recomienda que esta fracción no exceda del 20% (Das & Braja M, 2001).
Figura 7.- Secciones de Equipo CBR.
Se reemplaza dicho material por una masa igual de material que pasa por el
tamiz de 20 mm y queda retenido en el tamiz de 5 mm tomada de la porción no utilizada de
suelo original. Una vez obtenida la muestra de ensaye, se selecciona una porción
representativa de unos 35 kg para realizar el ensayo de compactación Proctor. El resto de la
muestra, se divide en tres porciones de unos 7 kg cada una.
Compactación de probetas CBR. Normalmente se compactan de tres a cinco
probetas en un rango de 90 a 100% de la DMCS determinada según el ensayo Proctor. Cada
óptima, si es necesario curar el suelo, debe colocarse dentro de un recipiente tapado para
lograr una distribución uniforme de la humedad.
Una vez que se haya pesado el molde (Mm) y verificado su volumen (Vm), se
coloca el disco espaciador sobre la placa base, se fija el molde con el collarín sobre la placa y
se coloca un disco de papel filtro sobre el disco espaciador. Dentro del molde se compacta
mediante 5 capas cada una de las porciones de suelo húmedo, utilizando para cada porción
una energía de compactación distinta (Nº de golpes), de manera que la densidad a la cual se
desee determinar el CBR quede comprendida entre las densidades de dos probetas. Se
compactarán con 56, 25 y 10 golpes respectivamente.
Al comienzo y al final de la compactación deberán tomarse 2 muestras
representativas de suelo para calcular el contenido de humedad. En caso que las muestras no
sean sumergidas, la humedad se determina concluida la penetración.
Finalizada la compactación, se retira el collarín y se enrasa el suelo al nivel
del borde del molde, rellenando los huecos dejados por la eliminación del material grueso con
material de menor tamaño. Se retiran la placa base perforada, el disco espaciador y se pesa el
molde con el suelo compactado (W 1).
10.5.1 .-Cálculos y gráficos.
Calcular la densidad inicial de la muestra (γ i) antes de ser sumergida, mediante la
siguiente expresión:
γ i = (W 1 - Mm) / Vm (gr. /cc) Ecuación 3
Donde:
Mm = peso del molde (gr.)
Vm = capacidad volumétrica del molde (cm 3)
Calcular la densidad saturada de la muestra (γ s) luego de ser sumergida, mediante la
siguiente expresión:
γ s = (W 2 - Mm) / Vm (gr. /cc)
Donde:
W 2 = peso del molde y el suelo compactado y saturado (gr.)
Calcular la expansión de la muestra, como porcentaje de la altura inicial (%E),
mediante la siguiente expresión:
% E = E / 116,4 * 100 (%)
Donde:
E = expansión en mm. (Diferencia de lecturas del dial de deformación (Lf - Li))
116,4 = altura de la probeta en mm. (Altura del molde menos altura del disco
espaciador).
Obtener la curva tensión contra deformación, graficando en la ordenada, las
tensiones de penetración en mega-pascales (MPa) y en la abscisa la penetración en
milímetros. En algunos casos la curva puede tomar inicialmente una forma cóncava hacia
arriba, debido principalmente a irregularidades en la superficie de la probeta.
Si esto ocurriera, el punto cero debe corregirse trazando una recta tangente a la
mayor pendiente de la curva y se traslada el origen al punto en que la tangente corta la
Usando los valores de tensión (corregidos o no) tomados de las curvas tensión
contra penetración, se calcula el CBR (%) para 2,5 mm. y 5 mm. de penetración dividiendo
las tensiones normales por 6,9 MPa. y10,3 MPa. respectivamente, multiplicándolas por 100.
Se calcula también el CBR para la carga máxima si la penetración es menos que5 mm
interpolando la tensión normal.
Usando los datos obtenidos anteriormente de las tres probetas, se dibuja la
curva CBR contra densidad seca (si se trata de suelos granulares, se graficará la curva solo
con la penetración de 5 mm.; en cambio para suelos arcillosos, se graficarán la de 2,5 y 5
mm. de penetración). Con ella se puede determinar el CBR correspondiente a una densidad
seca preestablecida (Bowles, 1981)
Figura 8. Corrección de Curva.
Tabla 6. Clasificación y uso del suelo según el valor del CBR
CBR CLASIFICACIÓN CUALITATIVA DE LOS SUELOS USO
2 -5 Muy mala Sub-rasante
5 - 8 Mala Sub- rasante
8 - 20 Regular – Buena Sub-rasante
20 - 30 Excelente Sub-rasante
30 - 60 Buena Sub-base
60 - 80 Buena Base
80 - 100 Excelente Base
10.6
Composición del tránsito:
En el diseño de las carreteras se deben tener en cuenta también las características de
operación de los vehículos, que son diferentes según los diversos tamaños y pesos de los
mismos, y permiten formar con ellos varias clases. La cantidad relativa de las diferentes
clases de vehículos en el transito total es lo que se llama composición del tránsito.
Los camiones, por ser generalmente más pesados que los buses y automóviles, son
más lentos y ocupan mayor espacio; por tanto, tienen mayor efecto en el transito que los
vehículos más pequeños. El efecto de operación de un camión es equivalente al de varios
vehículos livianos; se acostumbra representarlo con la letra J y depende principalmente de la
pendiente de la carretera y de la distancia de visibilidad existente en el tramo considerado.
(MTOP, 2013)
10.6.1 Tráfico promedio diario anual (TPDA)
El diseño de una carretera o de un tramo de la misma debe basarse entre otras
informaciones en los datos sobre tráfico, con el objeto de compararlo con la capacidad o sea
con el volumen máximo de vehículos que una carretera puede absorber. El tráfico, en
consecuencia, afecta directamente a las características del diseño geométrico. En el Ecuador,
el Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP) ha clasificado tradicionalmente las
carreteras de acuerdo a un cierto grado de importancia basado más en el volumen del tráfico y
el número de calzadas requerido que en su función jerárquica. Aquí se incorpora este criterio
Figura 9. Trafico en una ciudad importante de EE.UU.
En nuestro país la unidad de medida del tráfico de una carretera es el volumen del
tráfico promedio diario anual cuya abreviación es el TPDA (Tráfico Promedio Diario
Anual). Para determinar el TPDA, lo ideal sería disponer de los datos de una estación de
contaje permanente que permita conocer las variaciones diarias, semanales y estacionales.
Además convendría disponer del registro de datos de un período de varios años que
proporcione una base confiable para pronosticar el crecimiento de tráfico que se puede
esperar en el futuro.
Se llama tránsito diario promedio anual (TPDA) al número total de vehículos que
pasan por una carretera en ambos sentidos durante un año, dividido en 365 días. Para
determinar el TPDA de un camino se cuenta en forma directa el tránsito mediante una
El Diseño de una carretera o de un tramo de la misma debe basarse entre otras
informaciones en los datos sobre tráfico, es por lo tanto que primeramente determinamos:
Características del flujo de Tránsito.
Previsión de Tráfico.
Estimación de los Volúmenes a futuro.
El Flujo de Tránsito por una carretera está medido por la cantidad de vehículos que
pasan por una determinada estación particular durante un período de tiempo dado.
La información sobre tráfico debe comprender la determinación del tráfico actual
(volúmenes y tipos de vehículos), en base a estudios de tráfico futuro utilizando pronósticos.
10.6.2 Pronóstico del volumen de tránsito futuro.
El pronóstico de tránsito futuro, como por ejemplo el TPDA del año de proyecto, en la
construcción de una nueva carretera o el mejoramiento de una carretera existente, deberá
basarse no solamente en los volúmenes normales actuales, sino también en los incrementos
del tránsito que se espera utilicen la nueva carretera o la existente.
10.6.3 Intensidad del tráfico.
Se llama intensidad de tráfico al número de vehículos que pasa a través de una sección
fija de una carretera por unidad de tiempo.
10.6.4 Aforos de tráfico.
Para conocer Las características del tráfico es necesario realizar medidas y estudios en
explotación de las redes viarias, la aplicación de regulaciones del tráfico y la investigación de
los efectos de los diferentes elementos de la carretera en la circulación de vehículos.
10.6.5 Procedimientos de aforo.
La intensidad del tráfico en una sección puede medirse manualmente situando un
observador que cuente todos los vehículos que pasan por ella durante un determinado período
de tiempo. Los aforos manuales tienen la ventaja de que permiten distinguir entre distintos
tipos de vehículos.
10.6.6 Cálculo del Trafico Promedio Diario Anual (T.P.D.A.)
Una vez obtenido el número de vehículos de diseño, la tasa de incremento vehicular
promedio (i) del 5% y un periodo de proyecto (n) de 20 años, procedemos a calcular el
T.P.D.A.:
TP = TA (1+i) n.
Td = 0,20 * TP
TG = 0,25* TP.
Por lo tanto el T.P.D.A. será:
TPDA = TP + Td + TG.(p. 8)
10.7
Clasificación de carreteras según el Ministerio de Transporte y Obras
Públicas (M.T.O.P).
“Para normalizar, la estructura de la red vial del país de este siglo, se ha clasificado a
las carreteras de acuerdo al volumen de tráfico que se estima procesará en el año de horizonte
C1 = Equivale a carretera de mediana capacidad.
C2 = Equivale a carretera convencional básica y camino básico.
C3 = Camino agrícola / forestal.
Se define como años de operación (n); al tiempo comprendido desde la inauguración
del proyecto hasta el término de su vida útil, teniendo las siguientes consideraciones:
Proyectos de rehabilitación y mejoras………. n = 20 años.
Proyectos especiales de nuevas vías………..n = 30 años.
Mega Proyectos Nacionales………...n = 50 años.
Caminos Vecinales: Estas vías son las carreteras convencionales básicas que incluyen
a todos los caminos rurales, destinados a recibir el tráfico doméstico de poblaciones rurales,
zonas de producción agrícola, accesos a sitios turísticos. (M.T.O.P., 2013).
10.7.1 Camino rural:
“Camino rural: Un tipo de sistema de transportación que se construye generalmente
para manejar o explorar recursos de zonas rurales, estos sistemas han sido diseñados para
alojar volúmenes bajos de transito con cargas por eje potencialmente extremas”. (KELLER &
SHEAR, 2014)
10.7.2 Funciones de una red de carreteras:
Elemento fundamental para el desarrollo del transporte por carretera es el camino por
el que se mueven los vehículos. Para que la circulación resulte segura y cómoda, es necesario
disponer de una superficie preparada, que reúna unas condiciones adecuadas para permitir el
movimiento de los vehículos a unas velocidades que normalmente suelen alcanzar, sin que la
conducción se convierta en una tarea fatigosa y arriesgada. Dado el carácter básico que tiene
el transporte por carretera, es necesario que el conjunto de los caminos que hay en un área
determinada (una ciudad, una región, una nación) formen una red viaria con suficientes
conexiones entre las distintas vías para permitir el movimiento de vehículos entre dos puntos
cualesquiera de la misma. (KRAMER & COLS, 2013)
10.7.3 Caminos públicos:
Los caminos públicos son todas las vías de tránsito terrestre construido para el
servicio público y declarado de uso público. Así también, se consideran como públicos los
caminos privados que han sido usados desde hace más de quince años por los habitantes de
una zona. Forman parte integrante de los caminos: los senderos laterales para peatones y
animales, los taludes, las cunetas o zanjas de desagües, terraplenes, puentes, obras de arte de
cualquier género, habitaciones para guarda-puentes, camineros y otros requerimientos
análogos permanentes. Asimismo, se considerará que forman parte del camino, para los
efectos de esta Ley, los terrenos necesarios para depósito de maquinarias o materiales,
Todos estos caminos están bajo el control del Ministerio de Transporte y Obras Públicas.
(MTOP, 2011)
10.8
Diseño estructural.
10.8.1 .-Ejes equivalentes para el periodo de diseño.
Existen dos variables que deben tomarse en cuenta y son el período de diseño y la
vida útil del pavimento. (Cordo., 2006)
El período de diseño, es el tiempo total para el cual se diseña un pavimento en
función de la proyección del tránsito y el tiempo que se considere apropiado para que las
condiciones del entorno se comiencen a alterar desproporcionadamente.
La vida útil del pavimento, es aquel tiempo que transcurre entre la
construcción del mismo y el momento en que alcanza el mínimo de serviciabilidad. El
período de diseño puede llegar a ser igual a la vida útil de un pavimento; en los casos en que
se consideren reconstrucciones o rehabilitaciones a lo largo del tiempo, el período de diseño
comprende varios períodos de vida útil que son el de pavimento original y el de las
rehabilitaciones.
10.8.2 .-Cantidad y composición vehicular.
Para diseñar una carretera, a más de conocer el volumen de tráfico que es
capaz de soportar la vía, resulta importante establecer el tipo de vehículos que componen
este, los cuales son categorizados según lo que establece la guía AASHTO, esto es: auto
pequeño (Ap), auto cargado (Ac), buses (B), camión (C), tracto camión (T),
semirremolque (S). La tabla indica la forma de presentar la cantidad y porcentajes de los
Tabla 7. Esquema para llenar con la cantidad y porcentajes de los vehículos de la carretera.
Cantidad % Composición
T2-S1 T2-S2 T3-S2 TO TAL
Tipo de
Vehículo Ap Ac B C2 C3
Fuente: Guía para diseño de pavimentos flexibles, AASTHO, 1993.
10.8.3 .-Número estructural asumido.
Para calcular los ejes equivalentes o ESAL’s que se aplicarán a una estructura
de pavimento es necesario asumir en primera instancia, para pavimentos flexibles el número
estructural (SN) que se considere adecuado a las cargas, inicialmente se asume un valor que
oscila entre 1 a 6, siendo recomendado asumir un valor de 4. (Cordo., 2006)
10.8.4 .-índice de serviciabilidad.
Es el valor que indica el grado de confort que tiene la superficie para el
desplazamiento natural y normal de un vehículo; en otras palabras, un pavimento en perfecto
estado se le asigna un valor de serviciabilidad inicial que depende del diseño del pavimento y
de la calidad de la construcción, de 5 (perfecto); y un pavimento en franco deterioro o con un
índice de serviciabilidad final que depende de la categoría del camino y se adopta en base a
esto y al criterio del proyectista, con un valor de 0 (pésimas condiciones). (Cordo., 2006)
A la diferencia entre estos dos valores se le conoce como la pérdida de
serviciabilidad (ΔPSI) o sea el índice de serviciabilidad presente (Present Serviciability
Index).
Los valores que se recomiendan dependiendo del tipo de pavimento son los
Tabla 8. Índice de serviciabilidad.
10.8.5 .-Factores equivalentes de carga (lef)..
El Factor Equivalente de Carga (LEF), es el valor numérico que expresa la relación
entre la pérdida de serviciabilidad causada por la carga de un tipo de eje de 80 kN y la
producida por un eje estándar en el mismo eje, así: (Cordo., 2006)
Diferentes LEFs para distintos tipos de cargas por ejes para pavimentos flexibles con
índices de serviciabilidad para caminos de tránsito menor (Po = 2).
Figura 11. Clasificación de los ejes de vehículos
Tabla 9. Factores equivalentes de carga para pavimentos flexibles, ejes simples, Pt = 2,0
Carga p/eje
(kips)6
Número estructural SN
1 2 3 4 5 6
2 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002
4 0.002 0.003 0.002 0.002 0.002 0.002
6 0.009 0.012 0.011 0.010 0.009 0.009
8 0.03 0.035 0.036 0.033 0.031 0.029
Tabla 10. Factores equivalentes de carga para pavimentos flexibles, ejes tándem, Pt = 2,0
12 0.165 0.177 0.189 0.183 0.174 0.168
14 0.325 0.338 0.354 0.350 0.338 0.331
16 0.589 0.598 0.613 0.612 0.603 0.596
18 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
20 1.61 1.59 1.56 1.55 1.57 1.59
22 2.49 2.44 2.35 2.31 2.35 2.41
24 3.71 3.62 3.43 3.33 3.40 3.51
26 5.36 5.21 4.88 4.68 4.77 4.96
28 7.54 7.31 6.78 6.42 6.52 6.83
30 10.4 10.0 9.2 8.6 8.7 9.2
32 14.0 13.5 12.4 11.5 11.5 12.1
34 18.5 17.9 16.3 15.0 14.9 15.6
36 24.2 23.3 21.2 19.3 19.0 19.9
38 31.1 29.9 27.1 24.6 24.0 25.1
40 39.6 38.0 34.3 30.9 30.0 31.2
42 49.7 47.7 43.0 38.6 37.2 38.5
44 61.8 59.3 53.4 47.6 45.7 47.1
46 76.1 73.0 65.6 58.3 55.7 57.0
48 92.9 89.1 80.0 70.9 67.3 68.6
50 113. 108. 97. 86. 81. 82.
Carga p/eje (kips)
Número estructural SN
1 2 3 4 5 6
2 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
4 0.0003 0.0003 0.0003 0.0002 0.0002 0.0002
6 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
8 0.003 0.003 0.003 0.003 0.003 0.002
10 0.007 0.008 0.008 0.007 0.006 0.006
12 0.013 0.016 0.016 0.014 0.013 0.012
14 0.024 0.029 0.029 0.026 0.024 0.023
16 0.041 0.048 0.050 0.046 0.042 0.040
18 0.066 0.077 0.081 0.075 0.069 0.066
20 0.103 0.117 0.124 0.117 0.109 0.105
22 0.156 0.171 0.183 0.174 0.164 0.158
24 0.227 0.244 0.260 0.252 0.239 0.231
26 0.322 0.340 0.360 0.353 0.338 0.329
28 0.447 0.465 0.487 0.481 0.466 0.455
30 0.607 0.623 0.646 0.643 0.627 0.617
32 0.810 0.823 0.843 0.842 0.829 0.819
34 1.06 1.07 1.08 1.08 1.08 1.07
36 1.38 1.38 1.38 1.38 1.38 1.38
38 1.76 1.75 1.73 1.72 1.73 1.74
