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LIBRE TERISIS DE INFORMACION PARA LA ENSEÑAMZA EDUCATIVA EN LA CIUDADES DEL PERU
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
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ii
Aprobación del informe de investigación
Mg. Chanduvi Calderón Roger Fernando Asesor Metodólogo
Ing. Manuel Alejandro Borja Suarez Asesor Especialista
Asesor metodólogo
Mg. Ing. Coronado Zulueta Omar Presidente del Jurado de tesis
Ing. Noé Humberto Marín Bardales Secretario del Jurado de tesis
Ing. Manuel Alejandro Borja Suarez Vocal del Jurado de tesis
iv
Mi agradecimiento al ingeniero Manuel Alejandro Borja Suarez por compartir sus conocimientos científicos y técnicos que permitieron la culminación de este informe final de investigación.
Al señor Técnico Wilson, encargado del laboratorio de materiales de la Universidad Señor de Sipán, quien con su apoyo constante y su amable atención contribuyeron en la realización del presente.
A mi maestros de la escuela profesional de ingeniería civil de la universidad señor de Sipán por compartir conocimientos, experiencias y sobre todo motivarme a seguir adelante para lograr mi meta de ser ingeniero civil.
Gino Stalin
Estaré eternamente agradecido con el ser todo Poderoso, que hizo realidad este sueño anhelado.
Mi gratitud también para el ingeniero Manuel A. Borja Suarez, por brindar sus conocimientos, las cuales asistieron para la culminación de esta investigación. A todas las personas que aportaron en esta investigación, al señor técnico Wilson, por el apoyo y atención durante el proceso de los ensayos en el laboratorio de mecánica de suelos y pavimentos. A los docentes de mi escuela profesional de ingeniería civil de la Universidad Señor de Sipán, a mis amigos y compañeros de estudios que formaron parte de todo este arduo caminar llamada, ingeniería civil. Juan Carlos
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DEDICATORIA ........................................................................................................ iii AGRADECIMIENTO ................................................................................................ iv RESUMEN .............................................................................................................. xii ABSTRACT ............................................................................................................. xiii INTRODUCCIÓN ................................................................................................... xiv CAPÍTULO I: PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ..................................................... ii 1.1 Situación problemática .................................................................................. 17 1.1.1 A nivel internacional ................................................................................ 17 1.1.2 A nivel nacional ....................................................................................... 19 1.1.3 A nivel local ............................................................................................. 20 1.2 Formulación del problema ............................................................................. 21 1.3 Delimitación de la investigación .................................................................... 22 1.4 Justificación e importancia de la investigación .............................................. 22 1.4.1. Técnica................................................................................................... 22 1.4.2. Social ..................................................................................................... 22 1.4.3. Económica ............................................................................................. 23 1.5 Limitaciones de la investigación .................................................................... 23 1.6 Objetivos de la investigación..................................................................... 23 1.6.1 Objetivo general ...................................................................................... 23 1.6.2 Objetivos específicos .............................................................................. 23 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO .......................................................................... 17 2.1 Antecedentes de estudios ........................................................................... 25 2.1.1 A nivel internacional ................................................................................ 25 2.1.2 A nivel nacional ....................................................................................... 28 2.1.3 A nivel local ............................................................................................. 31 2.2 Estado del arte .............................................................................................. 32 2.3 Base teórica científicas.................................................................................. 33 2.3.1. Teoría de pavimentos flexibles .............................................................. 33 2.3.2 Tráfico vial ............................................................................................... 35 2.3.3 Carreteras ............................................................................................... 38
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4.1. Resultados en tablas y figuras ................................................................... 135 4.2. Discusión de resultados ............................................................................. 144 CAPÍTULO V: PROPUESTA DE INVESTIGACION ............................................. 145 CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................... 158 6.1. Conclusiones........................................................................................... 159 6.2. Recomendaciones .................................................................................. 161 REFERENCIAS .................................................................................................... 162 ANEXOS ............................................................................................................... 159 Anexo 01: Estudio topográfico Anexo 02: Estudio de tráfico Anexo 03: Evaluación superficial Anexo 04: Ensayos de campo y laboratorio Anexo 05: Diseño de propuesta de rehabilitación Anexo 07: Metrados y presupuesto – propuesta de rehabilitación Anexo 08: Vistas Fotográficas Anexo 09: Planos
Tabla 1. Factores de distribución direccional y de carril para determinar el tránsito en el carril de diseño……………………………………………..….. 37 Tabla 2. Factores de crecimiento acumulado (Fca) para el cálculo de número de repeticiones de EE ………………….….…….………….............. 39 Tabla 3. Número de calicatas para la exploración de suelos………….….... 43 Tabla 4. Número de Ensayos MR y CBR...……………………..…………...... 45 Tabla 5. Clasificación de suelos según tamaño de partículas…………….... 47 Tabla 6. Clasificación de suelos según índice de Plasticidad. ………….…. 49 Tabla 7. Clasificación de suelos según índice de grupo……………..…..…. 50 Tabla 8. Categorías de sub rasante..…………………….…………..…......... 52 Tabla 9. Correlación de tipos de suelos AASHTO – SUCS…..……………. 56 Tabla 10. Clasificación de los suelos basada en AASHTO M145 y/o ASTM D- 3282 …………………….…………………………………………………...... 57 Tabla 11. Carga Abrasiva….………………………………………………..... 68
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Tabla 12. Granulometría de la muestra de agregado para ensayo…….... 69 Tabla 13. Requerimientos granulométricos para sub bases granulares…. 71 Tabla 14. Requerimientos de CBR para bases granulares.……………..... 71 Tabla 15. Requerimientos agregado grueso…………………………….….. 72 Tabla 16. Requerimientos agregado fino ………………………………….... 72 Tabla 17. Requerimientos granulométricos para sub bases granulares…. 73 Tabla 18. Requerimientos de ensayos especiales...……………................ 73 Tabla 19. Módulo resiliente obtenido por correlación con CBR…............... 77 Tabla 20. Valores recomendados de nivel de confiabilidad para una sola etapa de diseño (10 o 20 años) según rango de tráfico. …......................... 78 Tabla 21. Valores recomendados de nivel de confiabilidad para dos etapas de diseño de 10 años cada una según rango de tráfico..………………….. 79 Tabla 22. Coeficiente estadística de la desviación estándar (Zr) para una sola etapa de diseño (10 o 20 años) según el nivel de confiabilidad seleccionado y el rango de tráfico……………..………………………..……. 80 Tabla 23. Coeficiente estadística de la desviación estándar (Zr) para dos etapas de diseño de 10 años cada una según el nivel de confiabilidad seleccionado y el rango de tráfico…………………………………………...... 81 Tabla 24. Índice de serviciabilidad inicial (Pi) según rango de tráfico….….. 82 Tabla 25. Índice de serviciabilidad final (Pt) según rango de tráfico…......... 83 Tabla 26. Diferencia de serviciabilidad (∆PSI) según rango de tráfico……. 84 Tabla 27. Coeficiente estructurales de las capas del pavimento ai……….… 86 Tabla 28. Calidad del drenaje…………………………………….……………. 87 Tabla 29. Valores recomendados del coeficiente de drenaje (m) para bases y sub bases granulares no tratadas en pavimentos flexibles……...... 88 Tabla 30. Definición de deflexión característica según tipo de carretera….. 89 Tabla 31. Tipos de condición según calificación de condición……………… 92 Tabla 32. Selección del tipo de cemento asfaltico…………………....…….… 113 Tabla 33. Operacionalización de variables……………………….…………… 123 Tabla 34. Cuadro resumen de conteo por tipo de vehículo diario…………… 131 Tabla 35. Características Geométricas Av. Fitzcarrald…….……….……….. 131 Tabla 36. Cuadro resumen de fallas según la clasificación de condición y tipo de conservación…………………………..……………………….……….. 132 Tabla 37. Resumen de resultados de granulometría, contenido de humedad y límites de Atterberg. ……………………………………………….. 133
- 2.3.4 Suelos - 2.3.5 Ensayos a realizar................................................................................... - 2.3.6 Pavimentos - 2.3.7 Evaluación de pavimentos - 2.3.8 Deterioros/fallas en pavimentos flexibles - 2.3.9 Rehabilitación de pavimentos - 2.3.10 Factores externos que afectan un pavimento xi
Ecuación 9. Densidad seca del material………………..……….….………... 59 Ecuación 10. Peso unitario seco. Método densímetro Nuclear..….………... 60 Ecuación 11. Equivalente de arena……………………..……….….………... 61 Ecuación 1 2. Método Próctor Modificado. Densidad húmeda del espécimen compactado……………………………………………………….. 65 Ecuación 13. Método Próctor Modificado. Densidad seca del espécimen compactado…………………………………………………………………..….. 65 Ecuación 14. Método Próctor Modificado. Peso unitario seco ........…..….. 65 Ecuación 15. Método Próctor Modificado. Peso unitario seco ........…..….. 65 Ecuación 16. Método Próctor Modificado. Contenido de agua para una saturación completa……………………………………………….........…..….. 66 Ecuación 17. CBR. Humedad de compactación………………. ........…..….. 67 Ecuación 18. CBR. Porcentaje de expansión………………. ........……..….. 68 Ecuación 19. Abrasión Los Ángeles. Porcentaje de desgaste .......…..….... 69 Ecuación 20. Sales Solubles Totales. Porcentaje de sales solubles...….... 70 Ecuación 21. Ecuación de diseño de estructura de pavimento flexible.….... 76 Ecuación 22. Numero estructural propuesto (SNR)………………….....….... 84 Ecuación 23. Deflexión admisible en mm (Comparación con viga Benkelman)………………………………………………………………………. 90
xiii
The bad condition of the roads in the world obey to a bad construction mainly, Reason why they present failures and / or deterioration in a short term; obliging the is maintenance of transport units and paths in a shorter time than estimated.
Several studies affirm that it is necessary to evaluate a pavement structurally to determine the true causes of faults and / or deteriorations that are present in it, so that the rehabilitation method is the most adequate technically and economically.
The present study focused on performing a topographic, traffic, surface and structural evaluation of the pavement (field and laboratory tests).
The type of research was quantitative - quasi-experimental, 03 open - air explorations were carried out along the route, in addition to using observation guides and interviews to the technical team of works of the provincial municipality of Chiclayo to know the history of the construction of the section under study.
It was determined that the road infrastructure of the section under study is 1.+ 255.76 km long, IMDA 6141 veh / day and that the materials used in the pavement structure do not meet the minimum requirements of the Ministry of Transport and Communications, as well as a level High water table due to the input of the yortuque channel adjacent to the road.
From these results, it is proposed the construction of a new structure of the pavement, accompanied by a lateral underground drainage as rehabilitation measures
Keywords: Evaluation, Failure and / or deterioration, Pavement, Rehabilitation
xiv
Los pavimentos flexibles sometidos al paso repetitivo de vehículos pesados, sufren deformaciones en la carpeta asfáltica principalmente, las cuales se transforman en esfuerzos de tracción, también se da el caso con frecuencia que los pavimentos son dañados desde el mismo proceso constructivo. En el diario electrónico El Mundo, 2013; nos brindó estadísticas acerca de una carretera en pésimas condiciones, ocasionando un elevado consumo de combustible de los vehículos en un 34% y disminuyendo en hasta un 25% su vida útil, información que asegura la Asociación Española de Fabricantes de Mezclas Asfálticas (ASEFMA). Además confirma que el estado de la carretera afecta a la fluidez del tráfico para indicar que cada conductor español pierde 25 horas al año en atascos, lo que se traduce en un costo de unos 13,4 euros por hora en viajes de ocio y de más de 26,5 euros por hora en desplazamiento de viaje. Es por ello que es importante mantener una carretera en buen estado de conservación, de tal manera que brinde seguridad y comodidad al viajar.
Es por ello que la evaluación estructural realizada a la infraestructura vial existente en la Av. Fitzcarrald, tramo carretera Pomalca – Av. Víctor Raúl Haya de la Torre, permitió determinar una propuesta de rehabilitación técnica y económicamente viable, donde se realizó previamente un estudio topográfico, el tráfico que afecta la vía, una evaluación superficial que determinó la magnitud de las fallas y su tipo de conservación necesaria según metodología Vizir, por otro lado se procedió al registro exploratorio del pavimento existente a través de excavaciones a cielo abierto (calicatas) en un total de 03, llevando a cabo ensayos in situ, la toma de muestras de material de cada una de las capas que componen el pavimento, para posteriormente determinar sus características físicas y mecánicas contrastándolos con los requerimientos mínimos exigidos por las normativas del Ministerio de Transporte y Comunicaciones de nuestro país.
El interés de la presente investigación se basó en la necesidad de conocer las causas de las fallas/deterioros que posee la estructura existente del pavimento asfaltico del tramo en estudio a lo largo de los últimos 20 años, donde se realizó
1.1 Situación problemática
1.1.1 A nivel internacional Si bien es cierto la deficiencia en construcción de carreteras no sólo existe en nuestro país, sino que también es un problema a nivel mundial y de acuerdo con algunas investigaciones realizadas en diarios internacionales encontramos la siguiente información: “El mal estado de la red vial en Centroamérica es uno de los principales problemas para lograr la integración regional, afirmaron algunos empresarios y funcionarios en Panamá” (diario El Heraldo 2014, Párr. 1). Santana (2014) asegura; “El crecimiento poblacional y del consumo hace que cada día se transporten más mercancías y personas. Las vías tienen que responder a esta demanda de transporte internacional y mundial que cada vez es mayor”. (Párr. 7). Lied (2014), viceministro de obras públicas de Republica Dominicana, comentó: “Cuando diseñamos la carretera debe tener buenos sistemas de drenaje, pero es muy probable que muchas veces no se utilicen los materiales adecuados”. (Párr. 10). El diario internacional El Mundo (2013), nos brinda estadísticas acerca de una carretera en pésimas condiciones, ocasionando un elevado consumo de combustible en vehículos, sobre esto se afirma que: En un 34% y disminuye en hasta un 25% su vida útil, información que asegura la Asociación Española de Fabricantes de Mezclas Asfálticas (ASEFMA). Además confirma que el estado de la carretera afecta a la fluidez del tráfico para indicar que cada conductor español pierde 25 horas al año en atascos, lo que se traduce en un costo de unos 13,4 euros por hora en viajes de ocio y de más de 26,5 euros por hora en desplazamiento de viaje. También señala que una carretera en mal estado supone un aumento de hasta un 34% de las emisiones de gases efecto invernadero, con sus consecuentes problemas medioambientales y riesgos para la salud. (Diario el Mundo. Párr. 1 a 3). Fajardo (2015). Algunas de los países latinoamericanos con economías más exitosas en años recientes afrontan problemas notorios para mantener sus vías. Mientras que otras naciones con
desertados, requerimientos detallados en norma incorrectos, además de la falta de criterio. Recientemente en el mes de noviembre del año 2016 en Japón, el país más avanzado en cuanto a tecnología se refiere, sufrió un colapso en uno de sus pavimentos en una avenida de cinco carriles con un contexto turístico y comercial elevado; este hecho fue provocado por un colapso de su sistema de redes de alcantarillado, ocasionando un forado de 30 m de diámetro y 15 m de profundidad en toda la sección del pavimento. Pero la rápida intervención de las autoridades competentes lograron con su excelente eficiencia, rehabilitar el pavimento en un período de 48 horas. Hecho que por su puesto es resaltante y admirable para el país del sol naciente, pero muy alarmante para el Perú, por el mismo hecho de que no se ha visto el rápido accionar a nuestras autoridades para darle solución a ésta problemática que salta a la vista, en todo el país.
1.1.2 A nivel nacional El Correo (2015). [En un informe realizado por este diario en Perú, la vía directa entre Puno y Arequipa es a través de la carretera que se construyó por el distrito de Mañazo], “la cual ya luce deteriorada a poco de su inauguración, este proyecto que costó 28 millones de soles”. Paxi (2015) “Producto de la mala ejecución de la obra, se acorta la vida útil de las unidades de transporte y obliga a mantenimientos mensuales, mientras que en una carretera en buen estado se hace trimestralmente” (Párr. 9). Esto también ocasiona que el pasaje mínimo hasta el Distrito de Mañazo cueste cuatro soles y tome más de una hora; cuando en una carretera en mejor estado, el precio no superaría los tres soles y se tardaría 40 minutos de viaje. (Párr. 10). De acuerdo a lo señalado por los pobladores el tramo más crítico es el que une Tiquillaca con Puno. En este tramo la carretera está en tan mal estado que los autos tienen que zigzaguear e incluso salirse de la pista, lo cual ocasiona un grave peligro para los pasajeros y transportistas, dicha situación se agrava luego de cada temporada de lluvias dijo un chofer que presta servicio a la zona. (El Correo, 2015. Párr. 11). Castro (2016) autor del informe en el portal del turismo, en el pilar infraestructura de transporte, Perú ocupa el puesto 94 entre 140 países evaluados y es el undécimo en Latinoamérica, con un
puntaje de 3.1 (7.1 el mejor puntaje). Su punto más débil es la calidad del transporte ferroviario, que lo coloca en el puesto 94, y el más alto es la calidad del transporte aéreo, 82 en el mundo. En calidad de carreteras, Perú ocupa el puesto 111 de 140 países evaluados por el Foro Económico Mundial. [Panamá es el país latinoamericano mejor ubicado en el pilar de infraestructura en el puesto 30, seguido de México en el puesto 36 de 144 países. Ecuador y Chile siguen en la lista de los mejores ubicados en el ranking de infraestructura, en los puestos 42 y 45 respectivamente]. (Párr. 2 a 7). Ser evaluados por el Foro Económico Mundial y ocupar los lugares más bajos, en cuanto a infraestructura vial se refiere, es quizá para algunos peruanos una situación preocupante, sin embargo no es imposible revertir esta realidad, es por eso que uno de los motivos en esta investigación es resaltar cuán importante es nuestra infraestructura vial para los aspectos económicos, sociales y ambientales; empezando a evaluar los pavimentos fallados que aún no se cumplen con su vida útil pero que ya fallaron, determinando las causas exactas para su rehabilitación y/o conservación.
1.1.3 A nivel local Borja (2011), [Integrante del Capítulo de Ingeniería Civil del Colegio de Ingenieros Consejo Departamental de Lambayeque, tomando en cuenta que la ciudad ha evolucionado aproximadamente ocho veces en los últimos 30 años, sin embargo la infraestructura pública, a cargo de la Municipalidad Provincial de Chiclayo, no se ha ajustado a la demanda urbana]. Refiere que: En Chiclayo, ciudad que está en constante crecimiento y aún no termina de adecuar su infraestructura habitacional, se comete el grave error de emplear asfalto en caliente o concreto para pavimentar las calles, más aún porque deben tenerse en cuenta dos aspectos sencillos: la red de agua y alcantarillado no ha sido renovada en su totalidad y, cada vez, se construyen más edificios, razones que obligan a los constructores a perforar el pavimentos para instalar las nuevas conexiones. Además agrega estar seguro que nadie ha estimado cuánto se gasta en parchar las calles de la ciudad. Sería interesante saber