Reajuste de la curva de vida remanente (RL) por ensayo de carga directa para el cálculo del número estructural efectivo a condiciones locales, Huancayo 2018

(1)

Facultad de Ingeniería Civil

Reajuste de la curva de vida remanente (RL) por ensayo de carga directa para el cálculo del

número estructural efectivo a condiciones locales, Huancayo 2018

Tovar Garcia, Roque Berty

Huancayo 2019

___________________________________________________________________________________

Tovar, R. (2019)Reajuste de la curva de vida remanente (RL) por ensayo de carga directa para el cálculo del número estructural efectivo a condiciones locales, Huancayo 2018 (Tesis para optar el Título Profesional de Ingeniero Civil) Universidad Nacional del Centro del Perú – Facultad de Ingeniería Civil – Huancayo – Perú.

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Esta obra está bajo una licencia https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Repositorio Institucional - UNCP

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Universidad Nacional del Centro del Perú FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

TESIS

“

REAJUSTE DE LA CURVA DE VIDA REMANENTE (RL) POR ENSAYO DE CARGA DIRECTA PARA EL CÁLCULO DEL NÚMERO ESTRUCTURAL EFECTIVO

A CONDICIONES LOCALES, HUANCAYO 2018

”

PRESENTADA POR:

ROQUE BERTY TOVAR GARCIA

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL

HUANCAYO – PERÚ Octubre - 2019

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ASESOR

Msc. Ing. Augusto Elías García Corzo

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DEDICATORIA Este trabajo de investigación está dedicado a mi madre, esposa y familia quienes siempre me brindaron su apoyo incondicional en cada etapa de mi vida.

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AGRADECIMIENTO Agradezco a la Universidad Nacional del Centro del Perú por brindarme la formación académica necesaria.

De la misma manera agradezco a mi asesor, Msc.

Ing. Augusto Elías García Corzo, por su

dedicación en el proceso de elaboración de este trabajo de investigación. Agradezco a mis docentes por su tiempo de enseñanza y apoyo.

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INDICE

ASESOR ... ii

DEDICATORIA ... iii

AGRADECIMIENTO ... iv

INDICE ... v

INDICE DE TABLAS ... ix

INDICE DE FIGURAS ... xiii

INDICE DE GRÁFICOS ... xiv

RESUMEN ... xvi

SUMARY AND KEYWORDS ... xvii

INTRODUCCIÓN ... xviii

1 CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION ... 1

1.1 Planteamiento y Formulación Del Problema ... 1

1.1.1 Planteamiento Del Problema ... 1

1.1.2 Formulación Del Problema ... 4

1.2 Objetivos De La Investigación ... 5

1.2.1 Objetivo General ... 5

1.2.2 Objetivos Específicos ... 5

1.3 Justificación y Alcance De La Investigación ... 5

(8)

1.3.1 Justificación de la Investigación ... 5

1.3.2 Alcance de la investigación ... 6

1.4 Formulación de la Hipótesis ... 6

1.4.1 Hipótesis General ... 6

1.4.2 Hipótesis Específica ... 7

1.5 Delimitación De La Investigación ... 7

1.5.1 Delimitación Espacial ... 7

1.5.2 Delimitación Conceptual ... 8

1.6 Limitaciones de la Investigación ... 8

1.6.1 Limitación Económica ... 8

1.6.2 Limitación Tecnológica... 8

1.7 Viabilidad del Estudio ... 9

1.8 Variables ... 9

1.8.1 Variable Independiente ... 9

1.8.2 Variable Dependiente ... 9

1.9 Operacionalización De Variables ... 9

2 CAPITULO II: MARCO TEÓRICO ... 12

2.1 Antecedentes Del Problema... 12

2.1.1 Antecedentes Internacionales ... 12

2.1.2 Antecedentes Nacionales... 13

(9)

2.2 Bases Teóricas ... 15

2.3 Marco Conceptual... 34

3 CAPITULO III METODOLOGIA Y DESARROLLO DE LA INVESTIGACION ... 40

3.1 Enfoque De La Investigación ... 40

3.2 Tipo De Investigación ... 40

3.3 Nivel O Alcance De La Investigación ... 41

3.4 Método De Investigación... 41

3.5 Diseño y procedimiento de la investigación ... 41

3.5.1 Diseño de la Investigación ... 41

3.5.2 Procedimiento de la investigación... 42

3.6 Población Y Muestra de la Investigación ... 43

3.6.1 Población ... 43

3.6.2 Muestra ... 43

3.7 Técnicas e Instrumento de Recolección de Datos y Validez ... 43

3.7.1 Análisis preliminares ... 45

4 CAPITULO IV: ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 48

4.1 Recopilación y recolección de información ... 48

4.2 Método de la Vida Remanente del daño por fatiga de tráfico, AASHTO-1993 ... 59

4.3 Método de la Deflectometría por ensayo de Viga Benkelman ... 84

4.4 Reajuste de la curva de vida remanente (RL %) por ensayo de carga directa ... 103

(10)

5 CAPITULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 110

5.1 Conclusión respecto al objetivo general ... 110

5.1.1 Conclusión con respecto al objetivo específico 1 ... 110

5.2 Recomendaciones con respecto al objetivo general ... 111

5.2.1 Recomendaciones con respecto al objetivo específico 1 ... 111

6 ANEXOS ... 117

6.1 Panel Fotográfico ... 118

6.2 Certificados de Deflectometría ... 145

(11)

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Países con Mejores Índices en Carreteras de Calidad. ... 1

Tabla 2. Operacionalización de la variable Independiente. ... 10

Tabla 3. Operacionalización de la variable Dependiente. ... 11

Tabla 4. Número de repeticiones Acumuladas de ejes equivalentes de 2.8tn, carril de diseño 18 Tabla 5. Ejes equivalentes de 8.2ton ... 18

Tabla 6. Repeticiones en ejes equivalentes, carril de diseño ... 19

Tabla 7. Categorías de Subrasante ... 20

Tabla 8. Valor Relativo de Soporte, CBR en Base Granular ... 23

Tabla 9. Valor Relativo de Soporte, CBR en Subbase Granular ... 24

Tabla 10. Relación de cargas por eje para determinar ejes equivalentes. ... 36

Tabla 11. Datos técnicos del proyecto A. ... 49

Tabla 12. Características del pavimento diseñado proyecto A. ... 49

Tabla 13. Datos técnicos y características del proyecto B. ... 50

Tabla 14. Características del pavimento diseñado proyecto C. ... 51

Tabla 15. Características del pavimento diseñado proyecto D. ... 52

Tabla 16. Características del pavimento diseñado proyecto E. ... 53

Tabla 17. Características del pavimento diseñado del proyecto F. ... 54

Tabla 18. Características del pavimento diseñado del proyecto G. ... 56

Tabla 19. Datos técnicos del proyecto H. ... 57

Tabla 20. Características del pavimento diseñado del proyecto H. ... 57

Tabla 21. Características del pavimento diseñado del proyecto I. ... 58

Tabla 22. Datos del paquete estructural del pavimento. ... 61

(12)

Tabla 23. Datos a ingresar al programa Ecuación AASHTO 93 ... 61

Tabla 24. Resultados de la vida remanente ... 62

Tabla 25. Número estructural efectivo ... 63

Tabla 28. Resultados de vida remanente. ... 65

Tabla 29. Número Estructural Efectivo. ... 65

Tabla 30. Datos del paquete estructural del pavimento ... 66

Tabla 32. Resultados de vida remanente ... 67

Tabla 38. Datos del paquete estructural del pavimento ... 71

Tabla 40. Resultados de Vida Remanente. ... 72

Tabla 43. Datos a ingresar al programa AASHTO 93 ... 74

Tabla 45. Número estructural efectivo. ... 75

(13)

Tabla 48. Resultados de Vida remanente. ... 77

Tabla 51. Datos a ingresar al Programa Ecuación AASHTO 93. ... 78

Tabla 52. Resultados de Vida Remanente. ... 79

Tabla 58. Cuadro resumen del método de la vida remanente para cada uno de los proyectos. 83 Tabla 59. Presiones obtenidas de cada capa por iteraciones. ... 84

Tabla 60. Numero estructural efectivo por Deflectometria. ... 84

Tabla 61. Presiones obtenidas para cada capa por iteraciones. ... 86

Tabla 62. Número estructural efectivo por Deflectometria. ... 86

Tabla 63. Presiones obtenidas de cada capa por iteraciones ... 88

Tabla 65. Presiones obtenidas por capa por iteraciones ... 90

Tabla 67. Presiones obtenidas por cada capa por iteraciones. ... 92

(14)

Tabla 69. Presiones obtenidas para cada capa por iteraciones. ... 94

Tabla 70. Número Estructural efectivo por Deflectometria. ... 94

Tabla 71. Presiones para cada capa por iteraciones ... 96

Tabla 72. Número estructural por Deflectometria. ... 96

Tabla 73. Presiones por cada capa por iteraciones ... 98

Tabla 75. Presiones por cada capa por iteraciones. ... 100

Tabla 76. Número estructural por Deflectometria. ... 100

Tabla 77. Cuadro resumen del método de la Deflectometria ... 102

Tabla 78. Cuadro comparativo de la vida Remanente vs. El método de la Deflectometria. .. 103

Tabla 79. Cuadro comparativo de valores de vida remanente AASHTO 93 y su Reajuste con la Deflectometria. ... 108

(15)

INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Paquete estructural del pavimento. ... 21

Figura 2:(CARAHUATAY CHÁVEZ, 2015) ... 31

Figura 3. Método de la Deflectometria (FWD) ... 33

Figura 4. Curva de vida remanente ... 35

Figura 5. Deflexión de un pavimento mediante Viga Benkelman ... 38

Figura 6. Deflexión de un pavimento ... 39

Figura 7. Factor de condición vs. Vida remanente. ... 60

Figura 8. Resultados de N1.5 falla del pavimento ... 62

Figura 9. Resultados de N1.5 falla el pavimento ... 64

Figura 11. Resultados de N1.5 falla del pavimento. ... 69

Figura 13. Resultados del N1.5 falla del pavimento. ... 74

Figura 14. Cálculo del N1.5 falla del pavimento. ... 76

Figura 15. Resultados de N1.5 falla del pavimento. ... 79

Figura 16. Cálculo del N1.5 falla del pavimento. ... 81

(16)

INDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 1. Calculo del Factor de condición ... 63

Gráfico 2. Calculo del Factor de Condición vs. Vida remanente ... 65

Gráfico 3. Calculo del Factor de Condición vs. Vida remanente. ... 68

Gráfico 6. Calculo del Factor de Condición vs. Vida remanente ... 75

Gráfico 7. Cálculo del Factor de Condición vs. Vida remanente. ... 77

Gráfico 9. Cálculo del Factor de Condición vs. Vida Remanente. ... 82

Gráfico 10.Conglomerado de deformaciones por Deflectometria. ... 85

Gráfico 11. Número estructural de cada progresiva. ... 85

Gráfico 12. Conglomerado de deformaciones por Deflectometria. ... 87

Gráfico 13. Número estructural efectivo de cada progresiva. ... 87

Gráfico 15. Número estructural por cada progresiva. ... 89

Gráfico 17. Número Estructural Efectivo por cada progresiva. ... 91

Gráfico 19. Número estructural efectivo por cada progresiva. ... 93

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Gráfico 25. Numero estructural efectivo por cada progresiva. ... 99

Gráfico 28. Factor de Condicion por el método de la vida remanente y la Deflectometria. .. 105

Gráfico 29. Curva reajuste de la Viga Benkelman (Deflectometria). ... 106

Gráfico 30. Nueva curva de Vida Remanente con el Reajuste a partir de la Viga Benkelman ... 109

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RESUMEN

La presente tesis tiene como objetivo principal determinar el reajuste de la curva de vida remanente (RL) mediante el ensayo de carga directa a condiciones locales para el cálculo del número estructural efectivo a condiciones locales, Huancayo 2018.

La metodología de esta investigación se basa en un marco cuantitativo ya que se evaluará de forma probatoria mediante la recolección de datos de los Expedientes Técnicos de las carreteras que contienen pavimentos flexibles. El tipo de investigación es aplicado porque resolveremos un problema de forma practica y buscamos validar un método con un reajuste a partir de otro, por tanto, nuestra investigación tiene alcance Correlacional.

Para la presente investigación primero emplearemos el método de la vida remanente (RL) a través de la recolección de datos de los pavimentos, el tráfico que circula y datos de los expedientes técnicos, para procesarlos mediante ábacos del AASHTO 93. Y luego in situ realizaremos el método de la Deflectometria para comparar ambos resultados y poder realizar un reajuste al primer método.

Al proceder con el análisis del método de la vida remanente AASHTO 93 en los nueve tramos, pudimos obtener como resultado la gráfica de la curva, a partir de la formula FC=0.1368ln (RL) + 0.3591. Mientras que con el método de la Deflectometria pudimos reajustar esta curva con una nueva fórmula FC=0.1085ln (RL) + 0.3527. Concluyendo así que el método de la Deflectometria nos permite reajustar la curva de vida remanente con valores de FC más acordes a la realidad del pavimento y precisos en cuanto al número estructural efectivo.

Palabras clave: Vida Remanente, Método de la Deflectometria, Viga Benkelman, Factor de Condición, Número estructural efectivo, N1.5 falla del pavimento.

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SUMARY AND KEYWORDS

The main objective of this thesis is to determine the readjustment of the remaining life curve (RL) through the direct load test to local conditions for the calculation of the effective structural number to local conditions, Huancayo 2018.

The methodology of this research is based on a quantitative framework as it will be assessed on a probative basis, by collecting data from the files of the roads that contain flexible pavements. The type of research is applied because we will solve a problem in a practical way and we seek to validate a method with a readjustment from another, therefore, our research has a Correlational scope. For the present investigation, we will first use the method of remaining life (RL) through the collection of pavement data, traffic, and technical files, to process them using AASHTO abacus. And then in situ we will perform the Deflectometry method to compare both results and be able to perform a readjustment to the first method.

By proceeding with the analysis of the AASHTO remaining life method in the nine projects, we were able to obtain that the graph could be obtained from the formula FC = 0.1368ln (RL) + 0.3591, while with the Deflectometry method we could readjust this curve with a new formula FC = 0.1085ln (RL) + 0.3527. With what we can conclude that the Deflectometry method allowed us to readjust the remaining life curve with more reliable and precise HR values.

Keywords: Remaining Life, Deflectometry Method, Benkelman Beam, Condition Factor, Effective structural number, N1.5 pavement failure.

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INTRODUCCIÓN

De acuerdo al informe global de competitividad el cual evalúa factores que impulsan al desarrollo y productividad, uno de estos tópicos principales es la infraestructura en especifico el rubro de carreteras.

En nuestro país las vías nacionales y regionales han mantenido el crecimiento a lo largo de los años, mejorando la accesibilidad, movilidad y conectividad. Desarrollando asi crecimiento económico y socialmente a los lugares que interconectan. Además, es preciso indicar que las redes viales cuenten con un nivel adecuado de serviciabilidad. En general las vías deben de ser seguras y confortables con el único objetivo de seguir manteniendo la sostenibilidad del desarrollo de cada localidad.

Debemos tener en cuenta que el desarrollo de una sociedad es a través de la comercialización de bienes, por lo cual el funcionamiento depende de la integración de la red vial, las cargas de los ejes equivalentes y diseño del pavimento, lo cual influye de manera directa en la servicialidad del pavimento que tiende a disminuir con el tiempo. Es ahí en donde se aplican los criterios de su rehabilitación.

El diseño de un pavimento está en función al Número estructural inicial y Número estructural efectivo, que son factores que nos permiten calcular la rehabilitación y recapeo de la vía en mal estado. Es decir se coloca una sobre capa encima del pavimento existente, lo cual nos permite reparar las deficiencias estructurales y mejorar la capacidad estructural del pavimento para soportar cargas.

Para el cálculo del número estructural efectivo existen varios métodos, entre los cuales tenemos al método de Vida Remanente que está establecido en el ábaco de AASHTO 93,

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también tenemos el método de la Deflectometria con el cual se obtienen valores mas acordes a la realidad del pavimento. Es decir al analizar el comportamiento de ambas curvas, surge la necesidad de reajustar el método de la curva de vida remanente a partir de la diferencia de los valores obtenidos.

Para ello la investigación consta de cinco capítulos:

En el capítulo I, se describe el planteamiento de la investigación donde se aprecia la problemática, objetivos, justificación, delimitación de la investigación, formulación de la hipótesis y las variables que se investigan.

En el capítulo II, se presenta el marco teórico, donde se describen los antecedentes respecto a los tipos y métodos de rehabilitación de pavimentos. En las bases teóricas se presentan y describen puntos importantes para la investigación como: Método de la vida remanente AASHTO 93 y el método de la Deflectometria o método de carga directa por el Ensayo de Viga Benkelman.

En el capítulo III, se presenta el marco metodológico, por lo que se detalla el tipo, nivel, diseño, método de la investigación. Aquí también se describe la población, muestra, instrumentos para la recolección y análisis de datos.

En el capítulo IV, se realiza el análisis y discusión de resultados, en los cuales se presentan toda la información recolectada, así como los resultados de los ensayos que se realizaron, también se detalla los procesos de los métodos empleados, el de vida remanente y la Deflectometria por Ensayo de la Viga Benkelman.

En el capítulo V, se responden a las preguntas de los problemas de investigación mediante todas las conclusiones y recomendaciones a las que se llegaron.

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Finalmente se presentan los anexos que comprenden los ensayos de laboratorio realizados, análisis y modelamiento del talud, memorias de cálculo y el panel fotográfico.

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1 CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION 1.1 Planteamiento y Formulación Del Problema

1.1.1 Planteamiento Del Problema

Según lo publicado por el Foro Económico Mundial (World Economic Forum-WEF) en el año 2017-2018, el informe global de competitividad evalúa los factores que impulsan el crecimiento y productividad a nivel mundial en 138 países siendo uno de los principales tópicos de evaluación el de infraestructura, también, dentro de este segundo tópico se evalúa detalladamente el rubro (Quality Roads) o calidad de carreteras.

En la Tabla 1, se muestra a 10 países con mejores índices en carreteras de calidad, según el World Economic Forum.

Tabla 1. Países con Mejores Índices en Carreteras de Calidad.

Ranking País / Economía Puntuación

1 Emiratos Árabes

Unidos

6.4

2 Singapur 6.3

3 Suiza 6.3

4 Hong Kong SAR 6.2

5 Holanda 6.1

6 Japón 6.1

7 Francia 6.0

8 Portugal 6.0

9 Austria 6.0

10 Estados Unidos 5.7

Fuente: Índice Global de Competitividad. (Foro Económico Mundial, 2018)

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La condición y el mantenimiento adecuado de las redes son los parámetros resaltados por el Foro Económico Mundial, lo más importantes para determinar la calidad de las carreteras, es en el crecimiento del pilar de infraestructura.

En el Perú la construcción de las redes viales nacionales y departamentales en estos últimos años ha tenido un crecimiento relevante a nivel de accesibilidad, movilidad y conectividad, beneficiando económicamente y socialmente a los lugares que estas mismas interconectan.

Por ende, se puede inferir que los desarrollos sostenibles de las comunidades están relacionados directamente con el desarrollo sostenibles de carreteras existentes y de nuevas vías que complementen la interconectividad de un sistema de red vial fluido. Asimismo, es importante resaltar que los caminos que componen las redes viales tengan un nivel de serviciabilidad alto. En general las vías deben de ser seguras y confortables con el único objetivo de seguir manteniendo la sostenibilidad del desarrollo de cada localidad.

La productividad de un país se desarrolla en parte a la comercialización de bienes para satisfacer necesidades desde un origen hacia un destino, por lo cual el funcionamiento depende de la integración por la red vial, la aplicación de cargas por ejes equivalentes y diseño del pavimento flexible influye a la servicialidad del pavimento la cual tiende a disminuir en el tiempo y si esta no es solucionada a un debido momento por rehabilitación, el pavimento vuelve deficiente a la integración económica y social de un país en vía de desarrollo.

La infraestructura vial en nuestro país se compone de 78,687 Km de carreteras que se clasifican en tres tipos de redes: nacional (22%), departamental (18%) y vecinal (60%). El sistema de transporte peruano no satisface los requerimientos de accesibilidad, transitabilidad, confiabilidad y seguridad que la población necesita. Esto se debe

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principalmente al crecimiento desigual de los diversos medios de transporte, a la infraestructura insuficiente, a la baja calidad de los servicios y a la informalidad, entre otros factores.

En este sentido, es importante resaltar que la calidad de la infraestructura vial en general.

En el ámbito de América Latina es bastante mala (a excepción de Chile que ocupa el lugar 23 del ranking mundial), por lo que compararnos con los países vecinos no es muy conveniente. (EVALUACIÓN DEL ESTADO FUNCIONAL Y ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO FLEXIBLE MEDIANTE LA METODOLOGÍA PCI TRAMO QUICHUAY -INGENIO DEL KM 0+000 AL KM 1+000 2014, 2014)

En la construcción de pavimentos, una de las maneras de identificar las fallas de pavimentos, pueden emplearse las pruebas no destructivas para determinar la condición estructural. Los tipos de fallas presentes en un pavimento asfáltico son: fisuras, grietas, deterioro superficial u otros. Teniendo como posibles causas: un deficiente proceso construcción, rigidización de la mezcla asfáltica en zonas de carga (por oxidación del asfalto o envejecimiento), deficiencias en la elaboración de la mezcla asfáltica, contracción del pavimento asfáltico debido a la variación de la temperatura entre otras. ( MIRANDA REBOLLEDO , 2010)

La condición de un pavimento flexible se encuentra en función a las cargas aplicadas por ejes equivalentes en su tiempo de vida, la cual se encuentra representada por el número estructural original (SNo), que con el tiempo se reducirá hasta alcanzar un número estructural efectiva (SNef), con ella reduciéndose la servicialidad del pavimento flexible.

Para rehabilitar los pavimentos flexibles se coloca una sobrecapa o recapeo encima del pavimento existente, el objetivo del recapeo es el de reparar la deficiencia estructural y

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mejorar la habilidad de soportar las cargas. Lo más complejo del diseño de recapeo es determinar el número estructural efectivo, para esto se usan tres métodos, el relevamiento de condición visual, ensayos de deflexión no destructivos y por último la vida remanente del daño por fatiga de tráfico. Este último cuenta con una curva de vida remanente que no refleja la condición existente del pavimento de manera óptima para condiciones locales.

Las pruebas o metodologías existentes pueden generar beneficios en la reducción de costos en ensayos, cierres viales o proponer rehabilitaciones pertinentes para mantener un nivel de serviciabilidad alto en las carreteras.

Lo que la presente investigación tiene por objetivo es reajustar la curva de vida remanente mediante el ensayo de carga directa, para la obtención del número estructural efectivo.

1.1.2 Formulación Del Problema 1.1.2.1 Problema General

 ¿Cómo influye el ensayo de carga directa en la gráfica de la curva de vida remanente para la obtención del número estructural efectivo, Huancayo 2018?

1.1.2.2 Problema Específico

 ¿Cómo influye el factor de condición (CF), calculado por el método de carga directa, en la gráfica de la curva de vida remanente, Huancayo 2018?

 ¿De qué manera la deflexión hallada por el método de carga directa varía el factor de condición para la gráfica de la curva de vida remanente, Huancayo 2018?

 ¿En qué medida se diferencia el factor de condición hallado por el método de vida remanente, de lo hallado por ensayo de carga directa, a un mismo porcentaje de vida remanente a condiciones locales, Huancayo 2018?

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1.2 Objetivos De La Investigación 1.2.1 Objetivo General

 Determinar el reajuste de la curva de vida remanente mediante el ensayo de carga directa a condiciones locales, Huancayo 2018.

1.2.2 Objetivos Específicos

 Evaluar la variación de la curva de vida remanente debido a la influencia del factor de condición (CF), calculado por el método de carga directa, Huancayo 2018.

 Evaluar la variación que genera la deflexión, hallada por el método de carga directa, al factor de condición para la gráfica de la curva de vida remanente, Huancayo 2018.

 Evaluar la variación del factor de condición hallado con el método de vida remanente con respecto de lo hallado mediante el ensayo de carga directa a un mismo porcentaje de vida remanente a condiciones locales, Huancayo 2018.

1.3 Justificación y Alcance De La Investigación 1.3.1 Justificación de la Investigación

La presente investigación busca lograr el reajuste de la curva de vida remanente ya que proveerá una alternativa más económica que el método no destructivo para poder obtener el número estructural efectivo, y que contará con una precisión similar, teniendo y cumpliendo los requerimientos mínimos establecidos en la norma peruana.

Lograr el reajuste de la curva de vida remanente nos dará un gasto menor para conseguir el número estructural efectivo ya que no se utilizará equipos como la viga Benkelman, también reducirá el tiempo de este proceso sin perder la confiabilidad. Lo que favorece a los estudios que se hacen para el recapeo de un pavimento

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El ensayo de carga directa nos permitirá calcular un factor de condición más aproximado a lo real, a condiciones locales. Y con esto reajustar la curva de vida remanente del método con el mismo nombre, ya que por experiencias empíricas se puede observar que la curva de vida remanente esta algo sobredimensionada y no es tan real.

Logrando así emplear el método de vida remanente de una manera más efectiva para el cálculo del número estructural en pavimentos flexibles existentes, que requieran un recapeo.

1.3.2 Alcance de la investigación

La investigación se encuentra enfocada en determinar el reajuste de la curva de vida remanente, para ello se realiza el ensayo de carga directa con ayuda de la viga Benkelman que nos brinda datos más reales in situ, logrando obtener una curva al procesar los valores obtenidos de este equipo. Luego se realiza la curva de vida remanente obtenida previamente junto con los datos solicitados para este método. Y al tener ambas curvas se busca lograr un reajuste para obtener un número estructural más efectivo y real.

La trascendencia de esta investigación radica en lograr obtener un número estructural efectivo lo más real posible sin necesidad de usar un equipo sino logrando el reajuste de la curva de vida remanente, para así poder economizar en el costo y también en el tiempo.

1.4 Formulación de la Hipótesis 1.4.1 Hipótesis General

 El ensayo de carga directa influye de manera positiva al reajuste de la curva de vida remanente, aproximando el valor del factor de condición al valor real a condiciones locales, Huancayo 2018.

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1.4.2 Hipótesis Específica

 El factor de condición, calculado mediante el método de carga directa, influye en la gráfica de la curva de vida remanente haciéndola más efectiva para otros cálculos, Huancayo 2018.

 La deflexión, hallada por el método de carga directa, disminuye los valores del factor de condición generando variación en la gráfica de la curva de vida remanente.

 El factor de condición hallado mediante el ensayo de carga directa es más cercano al real que el calculado mediante el método de vida remanente.

1.5 Delimitación De La Investigación 1.5.1 Delimitación Espacial

Las carreteras evaluadas para obtener los datos del ensayo de carga directa se encuentran ubicadas geográficamente en el departamento de Junín. Primer punto ensayado ubicado en la carretera Lunahuaná – Dv. Yauyos, tramo Roncha – Chupaca. Segundo punto ubicado en la carretera central margen derecha km. 108. Tercer punto ensayado ubicado en la carretera central margen izquierdo km. 106 San Jerónimo de Tunan. Cuarto punto ensayado ubicado en la carretera la Huaycha que une margen derecho e izquierdo. Quinto punto ensayado ubicado en la carretera longitudinal de sierra sur 3 de diciembre – Huancayo.

Sexto punto ensayado ubicado en la carretera Huancayo – Imperial en el tramo puente Chanchas – Huayucachi. Septimo punto ensayado ubicado en la carretera Imperial Pampas.

Octavo punto ensayado ubicado en la carretera Chupuro – Vista Alegre – Chincche – Chongos Alto – Huasicancha. Y por último noveno punto ensayado ubicado en la carretera central km 135 Avenida Leoncio.

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1.5.2 Delimitación Conceptual

El desarrollo de la investigación se abarca fundamentalmente en la parte conceptual de evaluar el ensayo de carga directa y su influencia al reajuste de la curva de vida remanente.

Para el respectivo estudio se utilizará equipos y herramientas que puedan determinar los objetivos planteados de esa forma el uso de la viga Benkelman evaluará la carga directa que se infringe sobre el pavimento evaluado. La determinación de la curva de vida remanente se realizará bajo los procesos como indica la normativa AASHTO-93.

1.6 Limitaciones de la Investigación 1.6.1 Limitación Económica

El desarrollo de la investigación se evalúa en el marco de hallar el número estructural por el método de vida remanente y deflectometría, para determinar el espesor del recapeo a realizar, para el cual el ensayo normativo se centra en la viga Benkelman en determinar la carga directa a la que se está sometiendo el pavimento analizado in situ. El costo al ser un equipo sofisticado puede resultar muy alto lo cual es limitado para esta investigación.

1.6.2 Limitación Tecnológica

La limitación de la investigación se centra en los equipos necesarios para el evaluar la condición estructural del pavimento. Realmente hay varios métodos y ensayos tanto destructivos como no destructivos, pero algunos de estos son costosos y no son accesibles en nuestra región a diferencia de otros países desarrollados. Para la investigación se adecuo el equipo de la viga de Benkelman el equipo cuenta con varios sensores o geófonos que representan un alto rendimiento que son suficientes para obtener resultados eficientes para la investigación.

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1.7 Viabilidad del Estudio

La investigación es viable debido a que se cuenta con todos los recursos apropiados que se requiere para la ejecución de la presente investigación. La localización de los pavimentos a ensayar por el ensayo de carga directa se realizó teniendo en cuenta los más apropiados para tener una muestra equitativa de las avenidas y vías más comerciales que tendrán un beneficio social al obtener los datos del daño del pavimento, esto es un aporte que deja esta investigación para posibles posteriores trabajos en beneficio social. Asimismo, el equipo a emplear tiene una calidad y eficiencia indicada según la normativa.

1.8 Variables

1.8.1 Variable Independiente

Capacidad estructural del pavimento 1.8.2 Variable Dependiente

Curva de vida remanente (RL)

1.9 Operacionalización De Variables

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Tabla 2. Operacionalización de la variable Independiente.

Variables

Independiente Dimensiones Indicadores Medición Técnicas

Capacidad Estructural del

pavimento

Número estructural

efectivo

Ensayo de carga directa (Viga Benkelman)

Deflexión (mm)

Análisis observación D0-D20-D120

Peso por eje del

camión Kg

Peso por llanta Kg

Temperatura °F

Presión de llanta Kg

Dimensiones de las capas del pavimento

In

Número estructural

original

Esal ejes equivalentes

Toma de datos de expediente

Modulo Resiliente psi

Servicialidad adimensional Confiabilidad porcentaje Zr (desviación

estándar) adimensional

So (desviación

combinada) adimensional

Coeficientes estructurales para cada base

adimensional Coeficientes de

drenaje adimensional

Espesor de cada capa del pavimento

pulgadas

Fuente: Elaboración propia.

(33)

Tabla 3. Operacionalización de la variable Dependiente.

Variables

Dependiente Dimensiones Indicadores Medición Técnicas

Curva de vida remanente

Factor de condición

Número estructural efectivo

adimensional

Análisis observación Número

estructural original

adimensional

Vida remanente

Tráfico total a la fecha de diseño

ejes equivalentes

Análisis observación Tráfico total

hasta la falla

ejes equivalentes

Fuente: Elaboración propia

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2 CAPITULO II: MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes Del Problema

2.1.1 Antecedentes Internacionales

a. En la tesis, “Metodología para la estimación del número estructural efectivo de los pavimentos flexibles recién construidos y su capacidad estructural”. Tiene por objetivo conocer el número estructural efectivo y la metodología para la evaluación de pavimentos después de construido. (VARGAS GUERRERRO , 2017).

b. En el artículo, “Evaluación técnica del pavimento y comparación de métodos de diseño de capas de refuerzo asfáltico”. Tiene por objetivo establecer recomendaciones relacionadas con los diferentes métodos de evaluación técnica del pavimento, y proponer pautas de utilización de las principales metodologías de diseño estructural de capas de refuerzo. (Z. & P, 2018).

c. En la tesis para optar el grado de Doctora en Ingeniería Civil – Geotecnia, “Evaluación estructural de pavimentos flexibles con métodos de inteligencia artificial y auscultación no destructiva”. Se enmarca dentro de los sistemas de administración depavimentos flexibles de los corredores viales. Se sustenta el trabajo que propone un sistema no convencional para realizar tareas asociadas con la evaluación estructural de pavimentos y la toma de decisiones de conservación, con el objeto de garantizar condiciones de operación satisfactorios durante la servicialidad del pavimento. Este planteamiento del sistema, convergen algunas herramientas de inteligencia artificial, como las redes neuronales artificiales y la lógica difusa, junto con las técnicas tradicionales de análisis,

(35)

el conocimiento previo y la experiencia de especialistas y conceptos mecánico – empíricos de ingeniería de pavimentos. (Beltrán Clavo, 2012)

2.1.2 Antecedentes Nacionales

a. En la tesis, “Evaluación del diseño estructural de pavimentos en calles urbanas”, el principal objetivo de este proyecto es elaborar la documentación técnica que haga factible y permita la ejecución del pavimentado. Para el desarrollo del presente proyecto se utilizarán diferentes metodologías de Diseño de Pavimentos, para luego hacer las respectivas comparaciones y finalmente presentar el método y procedimientos que optimizan y garantizan la calidad y la vida útil del Pavimento. (BENITES SALDAÑA , 2001).

b. En la tesis “Evaluación y análisis de pavimentos en la ciudad de Abancay para proponer una mejor alternativa Estructural en el diseño de pavimentos”, para optar el título de Ingeniero Civil ante la Universidad Tecnológica de los Andes. Tiene como objetivo principal determinar la mejor evaluación y análisis del pavimento en la estructura de los pavimentos en la Ciudad de Abancay. Se busca realizar una evaluación superficial a través de la descripción de los distintos tipos de fallas que presentan los pavimentos además se toma como muestra algunas de las calles principales que ya cumplieron con el periodo de vida útil, que presentan defectos constructivos, incremento en el volumen de tránsito, deficiencia en el mantenimiento y los diferentes deterioros que se presentan en los pavimentos. También se busca determinar la calidad de los materiales empleados en la construcción como los agregados y su control de calidad. Y por último verificar el diseño del pavimento a partir del estudio de tráfico para la determinación de las

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características del diseño preliminar del pavimento para los carriles de sobrepaso.

(Ccasani Bravo & Ferro Moina, 2017)

c. En la tesis para optar el grado académico de Magister en Ingeniera Civil “Análisis superficial de pavimentos flexibles para el mantenimiento de vías en la región Puno”.

El objetivo principal es analizar las fallas superficiales que se presentan en los pavimentos flexibles en las vías principales de la región de Puno, presentes en el momento de la evaluación y monitoreo in situ. Este estudio define un diagnóstico de los daños sufridos de diferentes proyectos de pavimentos flexibles en la región de Puno, se realizó una inspección minuciosa de las vías a evaluar, en la que se evidencia deterioros en la superficie de rodadura de nivel de severidad media. Estas carreteras en mantenimiento y rehabilitadas se han deteriorado prematuramente disminuyendo el nivel de servicialidad del pavimento, demandando trabajos correctivos y complementarios. En esta localidad al tener una basta variedad de pavimentos flexibles que se encuentran deteriorados antes del fin de ciclo de vida para el cual fueron diseñados. Por esto es importante la conservación a través de mantenimiento rutinario, periódico y/o rehabilitación de las vías. (Humpiri Pineda, 2015)

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2.2 Bases Teóricas 2.2.1 Pavimento

Puede definirse como un “elemento estructural multicapa, apoyado en toda su superficie, diseñado y construido para soportar cargas estáticas y/o móviles durante un periodo de tiempo predeterminado, durante el que necesariamente deberá recibir algún tipo de tratamiento tendiente a prolongar su vida de servicio”. (VIVAR ROMERO, 1995)

Un pavimento es una estructura de tránsito vial logrando alcanzar la seguridad y comodidad. Está conformada por capas que pueden tener materiales seleccionados y tratados, en la parte superior se encuentra la capa de rodadura que puede estar formada por materiales pétreos compactados o una losa de concreto hidráulico o carpeta asfáltica dependiendo de los requerimientos del proyecto.

También se llama pavimento al conjunto de capas de material seleccionado que reciben en forma disipada, proporcionado una superficie de rodamiento, con un funcionamiento eficiente. Las condiciones necesarias para el adecuado funcionamiento son: ancho de la calzada, trazo horizontal y vertical, resistencia adecuada a las cargas para evitar las fallas y agrietamientos, además de una adherencia adecuada entre el vehículo y el pavimento aun en condiciones húmedas.

El cumplimiento de estas condiciones representa una resistencia adecuada para resistir los esfuerzos destructivos del tránsito, de la intemperie y de los estragos que pueden ocasionar los factores climáticos.

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Los esfuerzos en un pavimento decrecen con la profundidad, se deberán colocar los materiales de mayor capacidad y carga en las capas superiores. Esta división en capas que se hace en un pavimento obedece a un factor económico, ya que cuando determinamos el espesor de cada una de las capas el objetivo es darle grosor mínimo que reduzca los esfuerzos sobre la capa inmediata inferior. La resistencia de las diferentes capas no solo dependerá del material que la constituye, también resulta de gran influencia en el procedimiento constructivo; siendo dos factores importantes la compactación y la humedad ya que cuando un material no se acomoda de forma adecuada, este tiene un proceso de consolidación pro efecto de las cargas y es cuando se producen las deformaciones permanentes.

2.2.1.1 Pavimento flexible

El pavimento flexible se encuentra constituida por una carpeta asfáltica en la capa de rodadura, esta transmite pequeñas deformaciones en las capas que se encuentran debajo de ella sin que la estructura falle. Las capas inferiores son la base granular y la capa sub base, cuya función es distribuir y transmitir las cargas originadas por el tránsito. Al final se encuentra la sub rasante, destinada para el soporte de las capas superiores mencionadas. (VIVAR ROMERO, 1995)

El pavimento asfaltico o flexible es económico en la etapa de construcción y su periodo de vida útil es de 10 a 15 años. Requiere un mantenimiento regular para alcanzar su vida útil en su totalidad.

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Para el diseño de un pavimento flexible de acuerdo al manual de Carreteras, el dimensionamiento de las secciones del pavimento, se adoptan los siguientes procedimientos:

 Método AAshto Guide for Designo f Pavement Structures (1993)

 Análisis de la Performance o Comportamiento del Pavimento durante el periodo de diseño.

Típicamente el diseño de los pavimentos es mayormente influenciado por dos parámetros básicos:

 Las cargas de tráfico vehicular impuestas al pavimento.

 Las características de la Sub rasante sobre la que se asienta el pavimento.

1. Las cargas del tráfico vehicular impuestas al pavimento, están expresadas en ESALs, que son la iniciales de Equivalent Single Axle Loads 18-kip o 80-kN o 8.2 tn, que en el manual de carreteras se denominan Ejes Equivalentes (EE). Las sumatorias de ESALs durante el periodo de diseño es referida (W18) o ESALD o número de repeticiones.

A continuación, se describen tres categorías para los casos de tráfico y del diseño de pavimentos flexibles:

a. Caminos de 150,001hasta 1,000,000 EE, en el carril y periodo de diseño.

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Tabla 4. Número de repeticiones Acumuladas de ejes equivalentes de 2.8tn, carril de diseño

Fuente: (Ministerio de Transporte y Comunicaciones, 2014).

b. Caminos que tienen un tránsito de 1,000,001 EE hasta 30,000,000 EE en el carril y periodo de diseño.

Tabla 5. Ejes equivalentes de 8.2ton

Fuente: (Ministerio de Transporte y Comunicaciones, 2014)

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c. Caminos que tienen un tránsito mayor a 30,000,000 EE, en el carril y periodo de diseño. Aún falta desarrollar este tipo de proyección por lo que es materia de Estudio para Especialista o por los Profesionales Responsables del diseño.

Tabla 6. Repeticiones en ejes equivalentes, carril de diseño

2. Las características de la Sub rasante sobre las que se asienta el pavimento, están definidas en seis categorías de sub rasante, en base a su capacidad del soporte CBR.

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Tabla 7. Categorías de Subrasante

Se considera materiales aptos para las capas de sub rasante a los suelos con CBR igual o mayor al 6%. De ser menor la sub rasante es insuficiente o sub rasante inadecuada, se procede a la estabilización de suelos por las diferentes alternativas de solución, como la estabilización mecánica, reemplazo del suelo de cimentación, estabilización química de suelo, estabilidad con geosintéticos u otros productos, también cambiar la elevación de la rasante, cambiar el trazo de la vía, eligiendo la solución más conveniente técnica y económica.

Teniendo como base estos parámetros, el transito expresado en ejes equivalentes (EE) y CBR de Sub rasante correlacionado como modulo resiliente, se define las secciones del pavimento que se encuentran especificadas en los catálogos de estructuras de pavimento.

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A la hora de definir las secciones de los pavimentos consiste en aplicar los procedimientos de la Guía AASHTO 1993, y aplicar un análisis de comportamiento del pavimento que cubre el periodo de diseño de 20 años de la estructura del pavimento.

Figura 1. Paquete estructural del pavimento.

Fuente: (VIVAR ROMERO, 1995) 2.2.1.2 Carpeta asfáltica

La carpeta asfáltica es la capa que se coloca en la parte superior del paquete estructural, sobre la base, y es la que le proporciona la superficie de rodamiento a la vía. La carpeta es elaborada con material pétreo seleccionado y un aglomerante que es el asfalto. (VIVAR ROMERO, 1995) Cumple la función de impermeabilizar la superficie evitando el ingreso de agua que podría saturar las capas inferiores. También evita la desintegración de las capas subyacentes y contribuye al resto de capas a soportar las cargas y distribuir los esfuerzos. (VIVAR ROMERO, 1995)

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Esta capa es la más expuesta al intemperismo y a los efectos abrasivos de los vehículos, por lo que necesita de mantenimientos periódicos para garantizar su adecuada performance (American Association of State Highway, 1993).

La carpeta asfáltica es la parte superior del pavimento flexible que proporciona la superficie de rodamiento, esta es elaborada con material pétreo seleccionado y un producto asfaltico dependiendo del tipo de carretera que se va a construir, las propiedades o características importantes que debe cumplir el material pétreo son: un diámetro menor a una pulgada y tener una granulometría adecuada, deberá tener cierta dureza para lo cual debe satisfacer los ensayos de desgaste los ángeles, exposición a la intemperie acelerado, densidad y durabilidad, la forma de las partículas deberá ser lo más cubica posible, se recomienda no emplear material en forma de laja o aguja porque se rompen con facilidad alterando la granulometría y pudiendo provocar fallas en la carpeta.

2.2.1.3 Capa base

Es la capa de pavimento ubicada debajo de la superficie de rodadura y tiene como función primordial soportar, distribuir y transmitir las cargas a la sub base, que se encuentra en la parte inferior. (VIVAR ROMERO, 1995) La base tiene también una importante función drenante, según la que debe ser capaz de eliminar fácil y rápidamente el agua que llegue a infiltrarse a

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través de la carpeta, así como de impedir la ascensión capilar del agua que provenga de niveles inferiores.

La base puede estar constituida principalmente por material granular, como piedra triturada y mezcla natural de agregado y suelo; pero también puede estar conformada con cemento Portland, cal o materiales bituminosos, recibiendo el nombre de base estabilizada. Éstas deben tener la suficiente resistencia para recibir la carga de la superficie y transmitirla hacia los niveles inferiores del paquete estructural (American Association of State Highway, 1993).

Tabla 8. Valor Relativo de Soporte, CBR en Base Granular

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2.2.1.4 Capa sub base

Es la capa de la estructura de pavimento destinada a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas en la carpeta asfáltica.

(VIVAR ROMERO, 1995)

Está conformada por materiales granulares, que le permiten trabajar como una capa de drenaje y controlador de ascensión capilar de agua, evitando fallas producidas por el hinchamiento del agua, causadas por el congelamiento, cuando se tienen bajas temperaturas. Además, la sub base controla los cambios de volumen y elasticidad del material del terreno de fundación, que serían dañinos para el pavimento.

Los espesores de sub base son muy variables y dependen de cada proyecto específico, pero suele considerarse 12 o 15cm. como la dimensión mínima constructiva. (American Association of State Highway, 1993)

Tabla 9. Valor Relativo de Soporte, CBR en Subbase Granular

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2.2.1.5 Capa sub rasante

La sub rasante es la capa de terreno que soporta el paquete estructural y que se extiende hasta una profundidad en la cual no influyen las cargas de tránsito. (VIVAR ROMERO, 1995)

En un pavimento flexible, la distribución de la carga está determinada por las características del sistema de capas que lo conforman. Las capas de mejor calidad están cerca de la superficie donde las tensiones son mayores, y estas cargas se distribuyen de mayor a menor a medida que se va profundizando hacia los niveles inferiores.

2.2.2 Sobre carpeta o recapeo

Consiste en la colocación de una sobre carpeta de mezcla asfáltica en frío, concreto asfáltico en caliente o concreto hidráulico, sobre una capa bituminosa de rodadura existente, la cual tiene un alto grado de deterioro que impide realizar sobre la misma, labores de mantenimiento rutinario. (Coronado Iturbide, 2002)

Este tipo de trabajo es conveniente cuando las condiciones de la carretera no han llegado a los límites permisibles de deterioro y además se hace necesario incrementar la estructura por efecto del aumento del tránsito. (Coronado Iturbide, 2002)

2.2.2.1 Método AASHTO-93

La guía AASHTO para el diseño de pavimentos, es una de las metodologías más difundidas en el mundo, en nuestra región es ampliamente utilizada por

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los organismos encargados de la administración de la infraestructura vial.

Las diferentes versiones que se han registrado a lo largo del tiempo son de gran realce en el campo ingenieril, sobre todo la versión de 1993. La importancia de esta última, es que contiene una serie de nuevos criterios considerados en el diseño de pavimentos, y en especial una parte dedicada a la rehabilitación de pavimentos. Es por eso que esta metodología es una base importante para la presente investigación.

En la guía se presenta una descripción de las funciones del recapado según AASHTO 1993, para continuar con la identificación de los tipos de recapado que son considerados, los aspectos y limitaciones establecidas por AASHTO para el diseño del recapeo y se presentan los criterios con el cual deben ser empleados.

La metodología de diseño AASHTO 1993, considera varias combinaciones para el recapeo, tanto del material empleado usado para la rehabilitación, como el tipo de pavimento existente que se va a rehabilitar. Los siguientes son los tipos de recapado considerados en el método.

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En la presente investigación, se dará énfasis a los casos de recapeo asfalticos sobre superficies de pavimento asfaltico, por ser los casos más usuales que se presentan en nuestra realidad regional. Para la aplicación de la metodología de diseño propuesta por el AASHTO 93, en el diseño del recapeo se deben tener en cuenta en general, los siguientes criterios:

a. Reparaciones previas al recapeo

El recapeo solo es un aporte estructural al pavimento, por lo que antes de su aplicación, deben repararse todos aquellos defectos visibles como: desprendimientos, grietas, deformaciones; que pudieran posteriormente afectar el comportamiento del recapeo.

b. Control de la reflexión de grietas

El reflejo de las grietas desde el pavimento antiguo a la nueva capa, es una de las causas mas frecuentes del posterior deterioro del recapeo. El espesor de diseño propuesto para el recapeo no tiene en

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cuenta estas falencias, por lo que se deben tomar medidas adicionales que permitan reducir la aparición de estas grietas de reflexión. Una de las posibles medidas adicionales es la provisión de capas asfálticas adicionales, fractura previa del hormigón antiguo, uso de geotextiles, empleo de asfaltos modificados y otros.

c. Estimación de las cargas de tráfico

Se deberán tomar en campo o in situ en forma adecuada los ejes equivalentes que solicita el pavimento durante la vida de diseño.

Para esto los factores de equivalencia se deben calcular considerando las relaciones de diseño de pavimentos flexibles o rígidos según sea el caso. El modelo de pavimentos flexibles se emplea para los recapeos tipo AC efectuado sobre pavimentos flexibles o de hormigón fracturado. El resto de las combinaciones se debe considerar la estimación de los ejes equivalentes según el modelo de pavimento rígido.

d. Drenaje

El método debe suponer condiciones adecuadas de drenaje, la prevención de la presencia de agua ya que puede ocasionar erosión y reducir la resistencia del pavimento. Independiente de las condiciones de humedad y la eficiencia del drenaje, el método ajusta esta resistencia por medio de coeficientes que aumentan o

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disminuyen la capacidad estructural de las capas inferiores a la carpeta asfáltica.

e. Materiales del recapeo

Los materiales que van a ser empleados en el recapeo deben ser seleccionados adecuadamente, para resistir las cargas específicas, condiciones climáticas, y deficiencias previas a la rehabilitación que pudiera presentar el pavimento. Para llegar a estas condiciones se deben tener un claro conocimiento de las características y propiedades de los posibles materiales a utilizar. También se debe tener presente las propiedades de los materiales de la subrasante y del pavimento existente, los cuales conforman la base de fundación del recapeo.

f. Nivel de confiabilidad

Un nivel adecuado de confiabilidad y desviación estándar para la determinación del espesor del recapeo, el cual no necesariamente coincide con el utilizado para determinar el diseño de un pavimento nuevo. La guía AASHTO 1993 entrega algunas recomendaciones como la confiabilidad a utilizar por la mayor variabilidad de los parámetros en el pavimento existente de ser superior al 90%

mientras que el error estimado se recomienda utilizar 0.39 para pavimentos rígidos y 0.49 para los flexibles.

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La metodología para el cálculo de los recapeos, tiene como base la estimación de la diferencia entre el número estructural requerido (SNf) para soportar un nuevo periodo de solicitaciones, y el numero estructural efectivo existente (SNeff). El valor de (SNf) se calcula aplicando las formulas de diseño propuestas por AASHTO según se trate de pavimentos flexibles o rígidos.

El objeto de estos recapeos tiene dos funciones, dependiendo de cuál de las dos condiciones es la que se quiere recuperar o si es combinado, ya que una de las funciones es la capacidad estructural y la otra es la servicialidad.

La primera aplica cuando las condiciones de la estructura de pavimento está llegando a su periodo de diseño y es necesario el refuerzo de la estructura para soportar el crecimiento del tránsito y por ende de las cargas; la segunda aplica cuando las condiciones de la superficie del pavimento ha llegado a su vida útil y sufrido tal deterioro que no permita el desplazamiento normal de los vehículos. (Coronado Iturbide, 2002)

En las figuras se observa cómo se recupera un pavimento a su condición original al efectuar un recapeo, en el aspecto de servicialidad y capacidad estructural respectivamente.

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Figura 2:(CARAHUATAY CHÁVEZ, 2015)

La Guía de Diseño AASHTO 93 estimula el uso de períodos de análisis grandes, incluyendo al menos un periodo de rehabilitación.

A continuación, los métodos no destructivos, que sirven para la evaluación del pavimento significan realizar los ensayos sin ocasionar daños al pavimento como las calicatas o excavaciones que también nos permiten realizar ensayos para conocer los componentes de la estructura del pavimento y sus deflexiones estructurales.

2.2.2.2 Método de vida remanente

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Este método de evaluación no constituye en sí un ensayo, corresponde más bien a una evaluación la cual está basada en relacionar directamente la pérdida de capacidad estructural del pavimento con las solicitaciones de tránsito reales acumuladas. Para estimar esta vida remanente se deben determinar, el tránsito solicitante que ha soportado el pavimento desde la última puesta en servicio a la fecha, y el tránsito total que produce la falla total del pavimento (Z. & P, 2018).

2.2.2.3 Método utilizando ensayos con deflectómetro de impacto FWD

Se refiere a los equipos tipo impacto como el deflectómetro de impacto (FWD) que aplican un impulso de carga de corta duración para simular el paso de una rueda móvil a alta velocidad, a través de una masa suspendida que se eleva y luego se deja caer sobre una placa que se ha situado en la superficie del pavimento. Variando el peso y la altura de caída se pueden generar diferentes magnitudes de cargas de impacto y duración, semejantes a las de una carga real del tránsito. La secuencia de operación consiste en situar el equipo en el punto fijado, se baja la placa y los sensores hasta que

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se apoyen en la superficie y se aplica la carga o la serie de cargas previstas.

Las deflexiones producidas son medidas por medio de un grupo de geófonos en unidad de micrones, distribuidos linealmente a una distancia de 30 cm entre ellos. (CARAHUATAY CHÁVEZ, 2015)

Cuando se dispone de ensayos de deflexión realizados con deflectómetro de impacto, los datos sirven para determinar las propiedades (módulos) de los materiales necesarios para determinar la capacidad estructural efectiva, actual y futura.

Figura 3. Método de la Deflectometria (FWD) Fuente: (Thenoux Z. & Gaete P., 2012) 2.2.2.4 Otros métodos de cálculo de recapeo

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- Asphalt Institut (U.S.A) 2.3 Marco Conceptual

2.3.1 Número estructural original

El número estructural original es una variable que se determina con el diseño del pavimento por ende este tiene un valor acorde o en función a la siguiente ecuación.

(Garcia Morales, 2015)

𝑆𝑁𝑜 = 𝑎1𝐷1 + 𝑎2𝐷2𝑚2 + 𝑎3𝐷3𝑚3

2.3.2 Número estructural efectivo

El número estructural efectivo es la variable que se halla mediante los tres tipos de métodos guiados por la AASHTO 93 en la cual se determina el valor real en el que actualmente se encuentra el pavimento con el transcurrir del tiempo. (Garcia Morales, 2015)

𝑆𝑁𝑒𝑓 = 𝑆𝑁𝑜 × 𝐶𝑓

2.3.3 Factor de condición

El factor de condición es una variable que se halla en la curva de vida remanente determinando primeramente el valor del (RL). (estructurales, 2009)

2.3.4 Curva de vida remanente

La curva de vida remanente se emplea para determinar el factor de condición (Cf) empleando una curva brindada por la AASHTO 93 (Huang, 2004)

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Figura 4. Curva de vida remanente

Fuente: (American Association of State Highway, 1993) 2.3.5 Tráfico vehicular

Este aspecto es esencial para poder planificar y diseñar con éxito muchos aspectos de la vialidad, entre ellos el diseño del pavimento y la plataforma del camino, así como su posterior mantenimiento y rehabilitación de ser necesario.

Respecto a la sección que comprende Suelos y pavimentos es necesario contar con la información del tráfico y se define desde dos puntos de vista: el diseño estructural del pavimento y el de la capacidad de los tramos viales para conocer hasta que

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límites de volúmenes de tráfico pueden estimarse el crecimiento de la demanda que afectara a la estructura vial durante el periodo de análisis vial proyectado.

El tráfico vehicular es un aspecto que debemos conocer para planificar y diseñar la vialidad de un pavimento. El estudio de tráfico deberá proporcionar el valor del IMDA (Ministerio de economia y finanzas, 2015).

También dentro de este aspecto debemos considerar la demanda proyectada ya que la información levantada servirá de un lado como base para el estudio de proyección de la demanda, el periodo de análisis y en este contexto para establecer el número de Ejes Equivalentes (EE) de diseño para el pavimento.

2.3.6 Ejes equivalentes

Los ejes equivalentes se obtienen de acuerdo al conteo vehicular y estos datos se pueden obtener en las entidades públicas. El efecto del tránsito se mide con los ejes equivalentes según la AASHTO (Ministerio de economia y finanzas, 2015).

Tabla 10. Relación de cargas por eje para determinar ejes equivalentes.

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2.3.7 Ensayo de carga directa

El ensayo de carga directa se mide con el equipo de la viga Benkelman y se encarga de tomar las deflexiones a las cuales es sometido el pavimento. Es un ensayo in- situ para determinar la resistencia-deformación a la cual se está sometiendo al pavimento en tiempo real.

2.3.8 Capas del pavimento

Las capas del pavimento se muestran primero dependiendo de qué tipo de pavimento se empleará si rígido o flexible y comienza con la sub rasante, luego sigue la sub base, base y finalmente la carpeta asfáltica estas capas tienen un valor importante pues aportan la estabilidad al pavimento. (Huang, 2004)

2.3.9 Viga Benkelman

La viga Benkelman es un equipo que mide las deflexiones in situ del pavimento ya que lo somete a cargas directas mediante sensores. Es un equipo mecánico que comprende de dos partes el primero un cuerpo fijo con tres apoyos y el otro está conectado a un extensómetro. (Zapata, 2017)

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Figura 5. Deflexión de un pavimento mediante Viga Benkelman Fuente: (Thenoux Z. & Gaete P., 2012)

2.3.10 Deflectometría

La deflectometría consiste en un ensayo no destructivo el cual evaluamos in situ que permite determinar el valor de soporte de la subrasante, asi como determinar la capacidad estructural del pavimento existente.

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Figura 6. Deflexión de un pavimento

Fuente: (American Association of State Highway, 1993) 2.3.11 Recapeo

El recapeo se emplea como un método cuando se evalúa el mantenimiento de una carretera o pavimento, esto es de acuerdo a como se encuentra deteriorado el pavimento y para esto hallamos el numero estructural efectivo. Asi mismo se emplea para analizar cuanto se ha desgastado por el tiempo de uso, una vez obtenido el numero estructural mediante fórmulas podemos hallar cuanto seria el espesor de la nueva capa a emplear. (Huang, 2004)

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3 CAPITULO III METODOLOGIA Y DESARROLLO DE LA INVESTIGACION 3.1 Enfoque De La Investigación

El enfoque de la investigación es planteado en un marco cuantitativo, debido a la secuencia en el proceso de desarrollo de la investigación, además de evaluar de forma probatoria.

El enfoque cuantitativo utiliza la recolección de datos para probar hipótesis con base en la medición numérica y los análisis estadísticos.

Mediante la recolección de datos de los expedientes de las carreteras de pavimentos flexibles se puede calcular y graficar la curva de la vida remanente y posteriormente es reajustada mediante el método de la deflectometria por ensayo de viga Benkelman. (Hernandes Sampieri , 2014).

3.2 Tipo De Investigación

El tipo de investigación al cual se ha establecido el desarrollo de la investigación es del tipo aplicado o tecnológico, ya que son investigaciones que se desarrollan con la finalidad de resolver problemas de la práctica, busca descubrir o validar los métodos, técnicas, instrumentos o materiales que optimicen los procesos y sus hipotesis se demuestren en términos de eficacia.

También la presente investigación es del tipo aplicada sustantiva ya que se busca validar una metodología y un procedimiento el cual consiste en reajustar la curva de la vida remanente a partir del método de la deflectrometría por ensayo de la Viga Benkelman. (Canto Mallma, 2010)