Vol2 cap6y7tr1

M INISTERIO DE TRANSPORTES, COM UNICACIONES,
VIVIENDA Y CONSTRUCCION - PERT
VOLUMEN Nº 02
TRAMO 1.1: Tingo María - Puente Pumahuasi
Abril/2002
6. ESTUDIO GEOTÉCNICO, DE SUELOS, CANTERAS,
BOTADEROS Y FUENTES DE AGUAS

VOLUMEN Nº 02
Abril/2002
6. ESTUDIO GEOTÉCNICO, DE SUELOS, CANTERAS,
BOTADEROS Y FUENTES DE AGUAS
6.1 GEOLOGÍA
El alcance de los estudios geológicos desarrollados para el Tramo I,
km 0+000(Tingo María) al km 15+200 (Puente Pumahuasi ) de la vía Tingo
María - Aguaytía corresponden a la identificación de las diferentes unidades de
rocas, determinación de los espesores de suelos para cada una de ellas,
cartografía de las diferentes estructuras tectónicas y de los procesos dinámicos,
así como la sectorización geológico - geotécnica de la vía y la caracterización de
los sitios de depósito y de las fuentes de materiales.
Para el corredor de la vía se identifica un relieve que se inicia con el recorrido por
el Valle del río Huallaga cortando algunos cerros testigos o montes islas, para
proseguir por una topografía plana perteneciente al sistema fluvial del río
Huallaga - río Supte; luego atraviesa las colinas que separan a dicho valle del río
Tulumayo, el cual cruza para seguir por las superficies planas de La Formación
Tulumayo. Por último, el trazado recorre la parte media y alta de una serie de
largas vertientes. En este relieve se reconocen grandes unidades fisiográficas,
que van a lo largo del trazado y corresponde al área de influencia de los ríos
Huallaga y Tulumayo que se caracteriza por el predominio de zonas planas con
escasas corrientes tributarias. Estas unidades fisiográficas a su vez se pueden
subdividir en unidades geomorfológicas, que presentan diferentes agentes que
modifican la superficie y producen procesos morfodinámicos tales como,
movimientos en masa, erosión concentrada y socavación de orillas. Las
unidades geomorfológicas identificadas son, la de Planicies, de Montes Islas, de
Vertientes Cortas y Fuertes, de Depósitos de Vertientes, de Vertientes Largas y
Fuertes, Vertientes Largas y Escalonadas.
6.1.1 Unidades litoestratigráficas. Las unidades litológicas aflorantes a lo
largo del corredor se presentan agrupadas por la posición estratigráfica y la
edad, en varias unidades litoestratigráficas definidas por el Instituto Geológico
Minero y Metalúrgico (INGEMMET) en el levantamiento de la Carta Geológica
Nacional.
6.1.1.1 Grupo Pucará (Tsji-P). Conjunto de calizas grises y areniscas
calcáreas. Las rocas de este grupo afloran en los primeros sectores del tramo,
conformando algunos cerros islas y franjas alargadas de dirección NW. Está
conformado por las formaciones Condorsinga, Aramachay, y Chambará.

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6.1.1.2 Formación Sarayaquillo (Js-s). Secuencia de areniscas rojas
intercaladas con lutitas y algunas capas de yeso, en estratos medios a gruesos.
Aflora en los alrededores de Tingo María, donde prevalece la facies de grano fino.
6.1.1.3 Grupo Oriente (Ki-o). Se divide en las formaciones Cushabatay,
Esperanza y Agua Caliente. Está conformado por areniscas cremas y
amarillentas en la parte inicial del tramo, y por areniscas cuarzosas blancas y
grisáceas en la parte final. No se encontraron en el corredor vial afloramientos de
sus contactos en la parte inicial, pero en el sector de Puente Chino se presenta
como una cuña aguda hacia el sur, limitada por fallas.
6.1.1.4 Formación Chonta (Kis-ch). Secuencia de calizas grises, margas,
esquistos, y areniscas, en el área de estudio afloran como una secuencia de
calizas, lutitas grises, y lutitas rojizas a violáceas. Aflora en varias franjas de
dirección NW a lo largo del corredor, atravesando perpendicularmente la vía,
donde se presentan contactos tanto concordantes como fallados.
6.1.1.5 Formación Vivian (Ks-v). Areniscas amarillentas a marrones. En el
corredor vial aflora en forma de franjas delgadas en dirección NW, en su mayoría
controladas tectónicamente por fallas de rumbo.
6.1.1.6 Grupo Huayabamba (Ksp-h). Lutitas y areniscas de color rojo.
Algunos de los afloramientos de la parte inferior muestran brechas sedimentarias
y conglomerados polimícticos en matriz rojiza. Esta secuencia se presenta de
manera extensa a lo largo del corredor vial, y sus contactos se encuentran en
general fallados, aunque en algunos sitios su disposición podría ser concordante
sobre la Formación Vivian.
6.1.1.7 Formación Yahuarango (P-y). Conformada por una secuencia de
lutitas y areniscas rojizas y púrpuras, interestratificadas con algunas margas y
conglomerados. Esta unidad aflora en la parte inicial y media de esta vía.
6.1.1.8 Formación Tulumayo (NQ-tu). Secuencia de conglomerados
polimícticos de gran espesor. Por su posición estratigráfica, su grado de
afectación tectónica, y el avanzado estado de la sobrecapa de meteorización
esta formación se ubica dentro del límite Plioceno - Pleistoceno, con un espesor
mayor de 150 m. La naturaleza de los materiales que componen los

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conglomerados y la escasa diagénesis a la que han sido sometidos, no ha
permitido el desarrollo de un buen cementante entre las partículas, por tal razón se
presenta una muy baja consolidación en los materiales que describen esta
formación. Dentro del área de estudio se pudieron diferenciar dentro de la
Formación Tulumayo dos miembros.
6.1.1.9 Depósitos recientes. A lo largo del recorrido de la vía se presentan
diferentes tipos de depósitos recientes, como son: terrazas fluviales, aluviones
recientes, conos de deyección y depósitos de vertientes.
6.1.2 Sectorización geológico - geotécnica. La sectorización de la vía se
hace de manera que se agrupen las zonas por presentar características
homogéneas desde el punto de vista de la geomorfología, la litología, y de las
condiciones de estabilidad. Cada uno de ellos puede presentar a su vez
subsectores con condiciones específicas que deben ser tenidas en cuenta.
6.1.2.1 Sector Nº 1. 9 de octubre, km 0+000 a km 2+740. En este primer
sector la vía transcurre con dirección general sur - norte por una topografía suave
ascendiendo hasta cerca del km 1+500 y comienza a descender a partir de allí
hasta el final de este sector. No se presentan a lo largo de su recorrido
problemas de inestabilidad que puedan afectar a la obra.
6.1.2.2 Sector Nº 2. Naranjillo, km 2+740 a km 9+000. En este sector la vía
transcurre en dirección similar al sector anterior, por una topografía
completamente plana, desarrollada sobre las terrazas aluviales del río Huallaga y
su afluente por la margen derecha, el río Supte. Esta última corriente, de mediana
jerarquía, tiene un carácter sinuoso de muy bajo gradiente, y es atravesada por un
puente hacia el km 8+050 aproximadamente, el cual no presenta problemas de
estabilidad. Pequeños arroyos atraviesan la plataforma actual, formando en
época de lluvias algunas inundaciones a los lados de la pista.
6.1.2.3 Sector Nº 3. Luvando, km 9+000 a km 15+200. En este sector la
vía hace un giro hacia el oriente, para continuar con un recorrido general
oeste - este. Este sector corresponde a la zona de transición del valle del río
Huallaga hasta el valle del río Tulumayo, la cual se caracteriza por los marcados
contrastes geomorfológicos desde bajos y ondulados hasta fuertes y escarpados,
producto de la meteorización y erosión diferencial que actúan sobre materiales de
alta diversidad litológica, afectados de manera distinta por efectos tectónicos.

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6.2 ESTUDIOS GEOTÉCNICOS
6.2.1 Sectorización geológico-geotécnica de la vía. Teniendo en cuenta
las consideraciones expuestas anteriormente, en la sección de estudios
geológicos y de acuerdo con la información presentada en los Planos
TM-PTECH-GE-01 a 08, los principales sectores que se pueden diferenciar para
este tramo, incluyendo para cada uno de ellos la exploración geotécnica
realizada, y los sitios de inestabilidad (T) así como depósitos (D) encontrados, se
presentan a continuación en la Tabla 6.2.1.
Tabla 6.2.1 Sectorización Geológica - Geotécnica de la vía
Tramo 1 : Tingo María - Puente Pumahuasi (km 0+000 al km 15+200)
Sector Tramo Descripción Formaciones
Geológicas
Predominantes
Sitios de
Inestabilidad y
Depósitos
Exploración
Geotécnica
realizada
1 km 0+000 -
km 2+740
Zona de topografía ondulada.
Zona de suelos residuales,
areniscas y calizas. No se
presentan problemas de
estabilidad.
Js-c, Trji-ch, Qcd, Qt,
Qcol
T-1,T-2,T-3. D-0,
D-1, D-2.
CA-61, CA-62,
CA-63, CA-64
2 km 2+740 -
km 9+000
Zona de terrazas aluviales y de
topografía plana. No se
presentan problemas de
estabilidad.
Qt, Trji-ch
3 km 9+000 -
km 15+200
Zona de transición entre los
valles de los ríos Huallaga y
Tulumayo, de geomorfología y
topografía variada. Predominan
areniscas, lutitas y calizas.
Ki-o, Ks-v, P-y, Jia,
Jic, Trji-ch, Qcol, Qt
T-4, T-5, T-6. D-3. CA-59, CA-60
6.2.2 Exploración geotécnica. Con el fin de caracterizar geotécnicamente
los estratos de suelo encontrados a lo largo del tramo, para establecer los perfiles
representativos del subsuelo y los posibles niveles de agua freática, se realizó
una investigación que consistió en la excavación de calicatas, perforaciones con
taladro rotatorio, ensayos de penetración estándar con cono, ensayos de
refracción sísmica y toma de muestras para la realización posterior de ensayos
de laboratorio.
6.2.2.1 Calicatas. Fueron localizadas en los sectores críticos definidos con
el reconocimiento de campo. Algunas de éstas se encuentran ubicadas cerca de
las líneas geofísicas realizadas, con el fin de corroborar las condiciones del
material superficial, y en general todas ellas tuvieron como objetivo evaluar la
existencia de perfiles característicos del subsuelo hasta los 3 a 4 m de
profundidad, con la extracción de muestras de suelo de los estratos más
representativos encontrados y la detección de posibles niveles de agua freática
que han contribuido a agravar las condiciones de inestabilidad presentes en
algunos de los sitios observados.

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Finalmente, y de acuerdo con las condiciones observadas en el terreno, en este
tramo se ejecutaron un total de 6 (seis) Calicatas y/o Trincheras de sección 1.20 x
1.20 m, que se iniciaron el 26.11.99 y culminaron el 28.01.00, con profundidades
que varían entre 1.50 m hasta 4.00 m, identificadas con las siglas CA-59 hasta la
CA-64 y desde la CA-59 hasta la CA-68, cuya relación se presenta en la
Tabla 6.2.2, detallando la progresiva, la profundidad investigada y el objetivo a
conseguir.
Tabla 6.2.2. Investigaciones Ejecutadas en Calicatas y Trincheras
Nº Progresiva
(km )
Nombre
Calicata
Prof.
( m )
Objetivo
35 12+420 CA - 59 4.00 Estudio para Depósito de Desmonte
( Depósito )
( Depósito )
( Depósito )
( Depósito )
39 2+370 CA - 63 3.00 Estudio Depósito Nº 2 ( Nueva Esperanza )
40 2+400 CA - 64 2.00 Estudio Depósito Nº 2 ( Nueva Esperanza )
TOTALES ----- 6 19.70 -----
6.2.3 Ensayos de laboratorio. Las muestras disturbadas de suelos extraídas
de las calicatas, así como algunas inalteradas, localizadas en los taludes
inestables mayores o en la zona de fundación de algunos depósitos, fueron
sometidas a una serie de ensayos de mecánica de suelos, tendentes a identificar
el tipo de suelo al que pertenecen, y a la determinación de algunas importantes
propiedades físicas y mecánicas que los caracterizan, basados en los
requerimientos de diseño ya preestablecidos, con los que se determina la
evaluación geotécnica para fines de cimentación.
Los tipos de ensayos en Mecánica de Suelos a que han sido sometidas las
muestras de suelos remitidas a laboratorios especializados y cuyos resultados se
pueden observar en un anexo al presente documento, son los siguientes :
 Análisis Granulométrico por tamices, vía húmeda, ASTM D-422.
 Contenido de humedad natural, ASTM D-2216.
 Límite Líquido, ASTM D- 423.
 Límite Plástico, ASTM D-424.

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 Peso específico de sólidos.
 Compresión Simple o No confinada.
 Compresión Triaxial consolidado no drenado (CU), con medición de presión
de poros.
6.2.4 Inventario de taludes inestables. De acuerdo con el inventario de
sitios de inestabilidad de taludes, se incluye a continuación una breve reseña del
tipo de problema observado en cada sitio, cuya ubicación precisa y la exploración
geotécnica realizada, se pueden apreciar en detalle en los
Planos TM-PTECH-GE-01 a 08. Así mismo, en el anexo al presente documento,
se pueden apreciar los formatos del levantamiento de campo realizado para cada
uno de los sitios de inestabilidad detectados a lo largo de la vía.
T-1:km 1+720 Bloques de roca deslizados, actualmente
estables. Lado izquierdo.
T-2:km 2+030 Caída de bloques al lado izquierdo de la vía.
Actualmente estable.
T-3:km 2+280 Zona de escarpe antiguo, actualmente
revegetalizado.
T-4:km 11+480 Pequeños escarpes al borde de la vía.
Cárcavas menores.
T-5:km 11+990 Corte en roca a ambos lados de la vía.
Presenta desprendimientos de suelo al lado
izquierdo.
T-6:km 14+850-km 15+000 Talud de acceso al Puente Pumahuasi. Roca
sana que debe cortarse en más de 10 m de
ancho y 30 m de altura.
6.2.5 Sitios para depósito. Teniendo en cuenta la evaluación
socio - ambiental de estos sitios de depósito de materiales, se conservaron como
definitivos los siguientes cuatro (4) sitios.
 km 0+950 lado izquierdo : Depósito La Cancha (D-0)
 km 1+260 a km 1+360 lado izquierdo : Depósito Bolaina (D-1)

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 km 2+390 lado derecho : Depósito El Aguajal (D-2)
 km 12+420 lado derecho : Depósito La Chacra (D-3)
6.2.7 Fuentes de materiales y fuentes de agua. De acuerdo con el
recorrido realizado a lo largo del trazado por los especialistas de las distintas
áreas, se investigaron de manera preliminar, seis posibles sitios para extracción
de materiales, tanto aluviales como de cantera.
Finalmente, y una vez evaluadas las necesidades del proyecto en este tramo, así
como las características de los materiales encontrados en las posibles fuentes
estudiadas, se encontró como la más adecuada, la cantera Río Azul (C-3), la cual
además posee el mayor volumen de material disponible.
En esta cantera el contratista del sector podrá instalar los equipos necesarios
para la trituración y el procesamiento del material granular. De igual manera, para
el empleo de materiales de relleno, se estudió la cercanía de taludes de corte
viales, acordes con la curva de masas del proyecto y será también posible
realizar extracciones de las pequeñas canteras en roca existentes, cuyos
resultados de los ensayos de laboratorio realizados, indicaron que son
adecuados para materiales de relleno.
En cuanto a las fuentes de agua, la cantera escogida es aluvial y el flujo de agua
es permanente todo el año. El agua tiene un PH de 7.1, una concentración de
cloruros de 21 ppm y de sales solubles totales de 346 ppm. No contiene Sulfatos.
El agua es apropiada para los diferentes procesos constructivos o de lavado de
material. Debe tenerse en cuenta que la precipitación de la zona del proyecto es
de 4,000 mm/año, por lo que existen numerosas fuentes de agua a lo largo del
proyecto.

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7. DISEÑO DEL PAVIMENTO Y SECCIONES TÍPICAS DEL
MISMO

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7. DISEÑO DEL PAVIMENTO Y SECCIONES TÍPICAS DEL
MISMO
7.1 CONSIDERACIONES BÁSICAS
La concepción de la solución de diseño del pavimento para la vía, parte de
las características físicas de la estructura existente, de la condición
estructural de los componentes actuales, de la evaluación superficial de
daños de la estructura, de los mecanismos de deterioro identificados, de la
evolución histórica del comportamiento del pavimento en ese medio
fisiográfico y del comportamiento histórico y futuro del tráfico.
7.2 METODOLOGÍA APLICADA
Para el diseño de la estructura se siguieron las siguientes instancias de
procedimiento: estudio deflectométrico, evaluación de daños superficiales,
evaluación destructiva y no destructiva, definición de zonas homogéneas, diseño
del refuerzo del pavimento y verificación de los parámetros elásticos.
7.3 ZONAS HOMOGÉNEAS
A partir de la información obtenida mediante la evaluación de la superficie del
pavimento existente, la geometría y condición mecánica de la estructura del
mismo, y la respuesta deflectométrica conseguida, se definió la siguiente zona
homogénea con características particulares:
PROGRESIVAS CBRDISEÑO (%)
1 Km 0+000 - km 15+200 5.1
Los valores de CBR de diseño se obtuvieron con base en los resultados
obtenidos con el estudio deflectométrico. Los resultados de CBR de la
subrasante obtenidos con el método ASTM D-1883, se utilizaron sólo como
verificación de los obtenidos aplicando el modelo de Hogg.

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7.4 DAÑOS SUPERFICIALES DEL PAVIMENTO Y RUGOSIDAD
El relevamiento de daños superficiales de la estructura del pavimento y las
mediciones de la rugosidad se muestran detalladamente en el Volumen No. 02,
Anexo No. 7.
7.4.1 Relevamiento de fallas superficiales. El pavimento se ha
deteriorado con el tiempo por el grado de degradación que aumenta con los
años de servicio, afectando la capacidad estructural del pavimento, las
condiciones de la superficie de rodadura y el perfil geométrico tanto transversal
como longitudinalmente, por lo que resulta necesario la identificación y
cuantificación de fallas existentes en el pavimento con superficie de rodadura
asfáltica, tanto en el carril derecho como en el izquierdo.
Las fallas encontradas en el pavimento se dividen en fallas funcionales o
superficiales y fallas estructurales. Las fallas funcionales ocurren cuando existen
deficiencias en la carpeta asfáltica, a pesar que su capacidad estructural sea
adecuada para atender las solicitaciones de tráfico de la vía, y su origen puede
ser debido a:
 Baja calidad de los materiales componentes de la mezcla asfáltica:
agregados, filler, asfaltos y aditivos.
 Deficiencias en los procesos constructivos: equipo, personal, control de
calidad.
 Variaciones en el tránsito, temperatura, lluvias, etc.
 Falta de mantenimiento.
Las fallas estructurales se presentan cuando el pavimento pierde su capacidad
para absorber las deformaciones impuestas por el tráfico previsto.
El tipo de falla encontrado se generaliza por las fisuraciones y desintegraciones.
 Fisuraciones. La formación de las grietas en la superficie asfáltica puede
haber ocurrido por cambio de volumen, por excesiva deformación bajo la
acción del tránsito o por asentamientos diferenciales del terreno de fundación.
Las fisuras pueden haberse presentado repentinamente o en forma progresiva
con el tiempo.

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 Desintegraciones. Estas fallas deben haberse originado por el
desprendimiento del agregado fino en la superficie de rodadura, seguido
después por el de las partículas gruesas, a medida que la acción progresa se
define la falla como una desintegración superficial. La desintegración
localizada conduce a la formación de baches que aumentan progresivamente
si no se efectúa el mantenimiento oportuno.
Los tipos de fallas corresponden en su mayoría al agrietamiento en diversas
manifestaciones conocidas como tipo bloque y piel de cocodrilo que se
ramifican en áreas que tienen un comportamiento estructural singular, por lo
que se requiere de mediciones auxiliares como el ahuellamiento del área con
una regla de 1.2 m, para poder diagnosticar las obras de saneamiento que
deben ejecutarse en su oportunidad tales como: parchado superficial,
parchado profundo o tratamiento de fisuras. Estas fallas fueron debidamente
identificadas y cuantificadas con el fin de determinar las obras de
rehabilitación requeridas para la vía.
 Las consideraciones básicas para el relevamiento de fallas fueron las
siguientes:
- Identificación del tipo de falla.
- Ubicación mediante la progresiva y el carril (derecho o izquierdo).
- Delimitación de la longitud y el ancho del área fallada.
Así mismo, se tuvieron en cuenta los siguientes criterios para definir la magnitud
de las fallas.
 Ahuellamiento
Magnitud: Escasa cuando es menor de 6 mm
Moderada, cuando se encuentra entre 6 y 12 mm
Severa, cuando es mayor de 12 mm
 Fisuras:
Magnitud Escasa, cuando es menor de 1 mm
Moderada cuando se encuentra entre 1 y 3 mm
Severa, cuando es mayor a 3 mm
De acuerdo con las consideraciones expuestas anteriormente, se obtuvieron las
siguientes condiciones del pavimento en este tramo:
 Km 0+000 - km 15 + 200. Con base en la magnitud de las fallas encontradas,
se ha efectuado el siguiente diagnóstico en cuanto al tratamiento requerido:

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- Parchado superficial = 2.84% del total del área superficial
- Parchado profundo = 32.52% del total del área superficial
- Tratamiento de fisuras = 1.86% del total del área superficial
7.4.2 Medición de la rugosidad. El estudio de la rugosidad de la vía se
realizó con el equipo MERLIN, en vista de que no fue posible desarrollar una
velocidad constante a lo largo de la vía que permitiera utilizar el equipo Bump
Integrator. Esta velocidad constante no pudo conseguirse por el alto fisuramiento
de la vía en los tramos con rodadura asfáltica, como se indicó en el numeral
anterior.
El equipo MERLIN es utilizado para la determinación del Índice de Rugosidad
Internacional (IRI) en obras de pavimentación al nivel de base granular y carpeta
asfáltica. Es un equipo de bajo rendimiento y de alta precisión, que es
recomendable cuando los equipos de alto rendimiento no pueden desarrollar
velocidades promedio de 40 km/h, como es el caso de caminos que presentan
grados de deterioro similares al que existe en el tramo estudiado.
El rugosímetro MERLIN es un equipo diseñado por el laboratorio de Investigacion
de Caminos y Transporte Británico, para medir la rugosidad sobre la superficie
del pavimento, para lo cual se efectúan 200 observaciones a intervalos regulares.
El valor de la rugosidad por sectores, expresado en función del IRI, estuvo en los
siguientes rangos:
Sector 1 IRI entre 1.45 m/km y 5.59 m/km (Rodadura en concreto
asfáltico).
La rugosidad de una vía determina la comodidad presente del usuario al transitar
por la vía. De acuerdo con esto, la transitabilidad actual de la vía, en el sector 1,
está entre aceptable y buena. No obstante, esto lo que indica es que a pesar del
alto grado de fisuramiento, los bloques no presentan mucha movilidad, lo que se
ha visto favorecido por las buenas condiciones de la subrasante.
7.5 ESTUDIO DEFLECTOMÉTRICO
El método utilizado para el análisis de las deflexiones considera las
simplificaciones y aproximaciones matemáticas de soluciones rigurosas como

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las del Modelo de Hogg y otros conceptos de la teoría de elasticidad y de
resistencia de materiales. Este modelo considera al pavimento como una placa
elástica de espesor delgado y horizontalmente infinita, sustentada por una capa
elástica, lineal, homogénea e isotrópica, de espesor que puede ser infinito o
limitado por una base rígida, horizontal y perfectamente rugosa.
Para valorar la condición estructural del pavimento existente, se utilizó la Viga
Benkelman Doble (Referencia 1) y un volquete lastrado con peso en el eje trasero
de 8.2 ton y presión de inflado de las llantas de 5.6 kg/cm2
.
Las deflexiones del pavimento se midieron cada 50 m alternado por carril,
directamente bajo las llantas del vehículo y a 0.25 m, 0.40 m, 0.70 m y 1.10 m,
atrás del mismo. En el momento de realizar los ensayos se registró la
temperatura de la carpeta asfáltica. Para los sectores con rodadura de concreto
asfáltico y tratamiento superficial bicapa, el espaciamiento fue del orden de 50 m
alternados.
Las deflexiones promedio, máxima y mínima encontradas mediante el estudio
deflectométrico, la deflexión característica (87.5 percentil) y la admisible de los
datos registrados para cada sector, tomando como referencia el carril más
crítico, se muestran a continuación. El estudio deflectométrico se presenta en
detalle en el Volumen No. 02, Anexo No. 7 de este informe.
DEFLECTOMETRÍA
Do Dmáx Dmín Dc D adm D adm
(1/100 mm) (1/100 mm) (1/100 mm) (1/100 mm) (1/100 mm) (1/100 mm)
Asphalt Criterio
Institute California
1 49.4 105 26 64.8 70 51.3
La deflexión admisible se calcula con la expresión siguiente, de acuerdo con el
criterio del Instituto del Asfalto(Referencia 2):
Dadm = 25.64 N -0.2383
Reemplazando en esta expresión el tránsito de diseño por sector, del cual se
tratará más adelante, se obtienen las deflexiones Dadm indicadas.
A manera de referencia, se tiene que de acuerdo con el criterio del estado de
California, para un espesor total de concreto asfáltico existente de 50 mm, la
deflexión admisible es Dadm = 6.237 N -0.165
, lo que representa un valor Dadm más
conservador que el anterior.

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Las deflexiones obtenidas muestran que los daños superficiales que se presentan
en la vía no obedecen a deficiencias en la capacidad de soporte de la
subrasante, sino a la fatiga y envejecimiento de las capas asfálticas existentes.
7.6 ESTRUCTURA EXISTENTE
Los materiales constituyentes de la estructura del pavimento existente y de la
subrasante, corresponde a:
 Km 0+000 – km 15+200
- Carpeta asfáltica en caliente de 5 cm de espesor.
- De acuerdo con el perfil estratigráfico obtenido para la vía, el espesor total
de las capas granulares existentes en este sector varía entre 0.25 m y
1.45 m, siendo comunes espesores entre 0.50 m y 0.60 m. Para efectos de
diseño se considerará el aporte estructural de una base granular existente
de 20 cm de espesor y de una subbase granular existente de 20 cm. No se
tendrá en cuenta el aporte estructural de la carpeta asfáltica existente puesto
que ésta deberá ser retirada.
- Subrasante, correspondiente a suelos variados: arenas, gravas y arcillas.
Los resultados de los ensayos de laboratorio correspondientes al suelo de la
subrasante y de la capa existente, se muestran en el Volumen No. 02, Anexo No.
8, del Informe Original del Consorcio Integral Motlima.
7.7 ANÁLISIS DE RESULTADOS Y REHABILITACIÓN DE LA VÍA
Con base en los resultados de la evaluación de daños, el área del pavimento que
requiere parchado profundo está entre 32% y 35.1%, entre las progresivas
km 0+000 y km 15 + 200. De acuerdo con los estudios realizados por otras
firmas consultoras en años pasados para el proyecto (Referencia 3), en 1995 la
vía ya presentaba fisuramientos generalizados.
Así mismo, los resultados de la deflectometría y de la rugosidad, indican que los
daños se han presentado por fatiga de las capas asfálticas y no por deficiencias
en las capas de apoyo. Por lo tanto, deberá retirarse la capa de concreto
asfáltico. Los materiales y espesores que harán parte de dicha rehabilitación se
verán en las páginas subsiguientes.

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7.8 DIMENSIONAMIENTO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
El diseño de la estructura del pavimento se realizó mediante los métodos del
Asphalt Institute, AASHTO versión 1993 y verificación elástica mediante el
programa DEPAV basado en el programa Alize III. Se realizó la exploración del
subsuelo, como parte de la Evaluación Destructiva del pavimento existente,
consistente en la excavación de calicatas y la ejecución de ensayos de
laboratorio. También, se realizaron la Evaluación No Destructiva del pavimento
mediante la medición del IRI, la evaluación superficial de daños y el estudio
deflectométrico.
Con base en el análisis de esta información, se determinó la alternativa de
solución óptima, para el tránsito esperado que circule por la vía y la capacidad de
soporte de la subrasante, hallada a partir del modelo de Hogg y verificada
mediante los ensayos de CBR realizados según el método ASTM D-1883.
El estudio contempló dos alternativas de vida útil inicial del pavimento: realizar el
diseño de pavimentos para una vida útil inicial prevista de 10 años, considerando
un refuerzo intermedio en concreto asfáltico de manera que la vía debe
permanecer con condiciones adecuadas de transitabilidad hasta los 20 años, o
como segunda alternativa colocar una estructura con una vida útil inicial de 20
años, programando un mantenimiento menos intensivo. Para realizar este análisis
se plantearon las alternativas de mantenimiento en el estudio técnico-económico,
con base en el modelo HDM III del Banco Mundial, que simula el deterioro de la
vía con base en ecuaciones empíricas.
Como se desprende del estudio técnico-económico (véase Volumen No. 08 del
Estudio realizado por el Consorcio Integral Motlima), se hará énfasis en la primera
alternativa, ya que es la que proporciona mayores beneficios en ahorros en
costos de operación vehicular al proyecto.
Para el diseño del pavimento se utilizaron las siguientes metodologías:
 AASHTO; versión 1993.
 Instituto del Asfalto, edición 1991.
 Verificación elástica de la estructura (Alize III).
 Tráfico. El número acumulado de repeticiones del carga de eje equivalente de
diseño (8.2 ton), que circulará por el carril durante la vida útil prevista de 10
años, será de 3.76 X 106
. Este valor se determinó de acuerdo con el estudio
de tráfico realizado para el proyecto, el cual se presenta en detalle en el

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Abril/2002
Volumen No. 02, Anexo No. 02 del Estudio realizado por el Consorcio Integral
Motlima.
 Condiciones Climatológicas. Para tener en cuenta la incidencia de las
condiciones climáticas, se consideró que la temperatura ambiente promedio
anual es de 30° Celsius y que las precipitaciones anuales son del orden de los
4000 mm anuales.
7.8.1 Método AASHTO. Los coeficientes estructurales y características
principales de los materiales son:
 Concreto asfáltico: Densamente graduado con un coeficiente estructural de
0.425/pulgada. El tipo de asfalto para el refuerzo asfáltico tendrá una
penetración PEN 60-70.
 Base granular: Conformada por agregados triturados, cuyo CBR en las
condiciones volumétricas especificadas (AASHTO T180) es mayor o igual al
80%, con un coeficiente estructural de 0.135/pulgada.
 Subbase granular (existente): Con un coeficiente estructural de
0.11/pulgada.
El espesor de refuerzo se obtiene mediante la siguiente expresión:
SNr = SNt - SNe
Donde:
SNr = Número estructural de refuerzo
SNt = Número estructural total, determinado por el análisis convencional
SNe = Número estructural existente en el pavimento a la fecha del refuerzo
Los parámetros de diseño que se han tenido en cuenta para la determinación del
número estructural han sido: tráfico, condiciones de la subrasante, condiciones
del pavimento existente, materiales disponibles y condiciones climáticas.
Para efecto de la determinación del número estructural requerido se ha utilizado
el nomograma de diseño, en el que intervienen las siguientes variables:
Confiabilidad (R) igual a 95%.

VOLUMEN Nº 02
Abril/2002
Desviación estándar (So), el valor recomendable para pavimentos flexibles es de
0.45.
Pérdida de serviciabilidad PSI = PSI (inicial - final) = 2:
PSI inicial 4,0
PSI final 2,0
 Módulo resiliente (Mr) de la subrasante. Este valor se determinó a partir de
la aplicación del modelo de Hogg. El módulo resiliente efectivo se estimó
aproximadamente igual al 80% del módulo determinado a partir del estudio
deflectométrico.
Se adjuntan las gráficas de diseño del método AASHTO. En la Tabla 7.1 se
muestran los coeficientes estructurales, el número estructural SN existente, el
del diseño y el del refuerzo requerido. Así mismo, se indican los espesores de
refuerzo requeridos por la estructura en cada sector.
7.8.2 Método del ¨Asphalt Institute. Se ha aplicado lo recomendado en el
manual “Thickness Design – Asphalt Pavements For Highways And Streets”,
Manual Series No 1 (MS-1).
De acuerdo con la carta de diseño recomendada por el método del Instituto del
Asfalto, para determinar el espesor de mezcla asfáltica en mm, se utilizan los
valores relacionados con el tránsito en ejes simples equivalentes y el módulo
resiliente (Mr), determinándose para el pavimento los valores de espesor pleno
de mezcla asfáltica o ¨Full Depth¨. Para el cálculo de los espesores de refuerzo
se utilizan los factores de equivalencia recomendados en el método, teniendo en
cuenta también los espesores de la estructura existente. Los factores de
equivalencia utilizados fueron:
Una unidad de Equivale a ¨X¨ unidades de:
Concreto asfáltico
1.0 2.0 de Base granular
2.7 de Subbase granular (existente)
Se adjuntan las gráficas de diseño del método del Asphalt Institute, y en la Tabla
7.2 se muestra el cálculo del Full-Depth y de la estructura de refuerzo requerida de
acuerdo con este método.
7.8.3 Verificación elástica. Mediante la utilización del programa DEPAV
(Referencia 4), implementado en Colombia por la Universidad del Cauca, a partir

VOLUMEN Nº 02
Abril/2002
del método ALIZE III, se hizo el diseño del refuerzo de la estructura del pavimento,
con los valores característicos que se desglosan a continuación:
A partir del modelo de Hogg, utilizando el criterio del 87.5% percentil, se calculó el
módulo resiliente de la subrasante, que se estima por medio de la expresión
propuesta por la Casa Shell:
E subrasante = K  CBR (kg/cm2
)
En la anterior expresión K puede variar entre 50 y 200 (Referencia 5).
Para las capas granulares se determinan inicialmente los módulos de elasticidad
con base en la siguiente expresión presentada por la Shell:
E = 0.206  h0.45
 Ecapa subyacente
En la expresión anterior se tiene:
h: espesor de la capa granular en mm.
E: Ecapa subyacente en kg/cm2
.
El valor de los módulos dinámicos para la subbase y base granulares se limitó, de
acuerdo con las investigaciones realizadas por la AASHTO, a valores máximos
de 1000 kg/cm² y 2000 kg/cm², respectivamente (Referencia 6).
Para el concreto asfáltico se utilizó un módulo de 10 000 kg/cm², de acuerdo con
las recomendaciones de la Shell, en función del tipo de mezcla (S1-F1-50) y la
temperatura de las capas asfálticas. El concreto asfáltico de refuerzo deberá ser
fabricado y compactado en caliente, con agregados triturados, y cuyo espesor y
competencia mecánica satisfagan los criterios de diseño que surgen del análisis
de tensiones y deformaciones frente a las solicitaciones del tránsito.
 Cálculo de las deformaciones y esfuerzos admisibles. A la estructura
propuesta se le verificaron las deformaciones por tracción en la fibra inferior
de la carpeta asfáltica, así como el esfuerzo de compresión en la capa de
subrasante, para garantizar que éstos sean menores que los valores
admisibles obtenidos como se indica a continuación (Referencia 7):
 Deformación unitaria de tracción en la fibra inferior de la carpeta asfáltica. 
 = (3.89  10-3
) * N-0.1626
En la ecuación anterior se tiene lo siguiente:

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Abril/2002
N = tráfico de diseño/K; donde K es el coeficiente de Kalage = 10
(Referencia 8).
 Esfuerzo de compresión admisible en la subrasante z : se considera el
promedio entre los dos siguientes valores:
0.007  E3
z =  (kg / cm2
)
1 + 0.7  log N
En la ecuación anterior se tiene:
E3 = módulo resiliente de la subrasante
0.09607  CBR1.2
z =  (Mpa)
N(1/4.35)
Donde el CBR se da en porcentaje.
 La deflexión admisible se calcula con la expresión (Referencia 3):
De acuerdo con el criterio del Instituto del Asfalto, Dadm = 25.64 N -0.2383
 El Radio de curvatura (Rc) mínimo aceptable es de 80 m, aunque los valores
obtenidos están más cercanos a los 90 m. Este criterio es un concepto más
empírico que técnico, basado en experiencias de las carreteras argentinas,
donde se nota que vías que presentan valores inferiores a dicho valor
presentan cierta tendencia a la falla, y las vías con carpetas asfálticas sanas
tienen en general valores superiores a 80 m (véanse las gráficas anexas). Por
los buenos resultados obtenidos con los diseños elaborados bajo dicho
criterio, éste también ha sido adoptado en Colombia como parámetro
fundamental para el diseño de pavimentos en el país.
En la Tabla 7.3 se presenta la estructura de refuerzo obtenida mediante la
aplicación del programa DEPAV. En las Tablas 7.4 y 7.5 se indican los
módulos elásticos de la estructura existente y la verificación elástica de los
diversos parámetros elásticos considerados para la solución adoptada.
7.9 CONCLUSIONES

VOLUMEN Nº 02
Abril/2002
 Se realizó el diseño de la rehabilitación de la estructura del pavimento
existente en la vía Tingo María-Aguaytía, en el tramo Tingo María - Puente
Pumahuasi, la cual actualmente presenta un avanzado grado de deterioro
reflejado en el alto fisuramiento de la capa de rodadura, desde el km 0+000
hasta el km 15+200.
 Se realizó el diseño de la estructura del pavimento mediante los métodos del
Asphalt Institute, AASHTO versión 1993 y verificación elástica mediante el
programa DEPAV, basado en el programa de elementos finitos Alize III.
 Aplicando la teoría elástica y con ayuda del programa DEPAV se hizo la
verificación de las deformaciones y esfuerzos admisibles en las distintas
capas que componen la estructura.
 La estructura finalmente seleccionada se muestra en la Tabla 7.6, que
corresponde a una vida útil inicial del pavimento de 10 años. La solución
encontrada consiste en colocar en el tramo actualmente pavimentado una capa
de concreto asfáltico de 10 cm de espesor, previo retiro de las capas
asfálticas existentes.
 También se analizó la alternativa de vida útil inicial del pavimento de 20 años,
la cual es técnicamente menos conveniente que una alternativa a 10 años con
un mantenimiento más intenso y resellos y refuerzo intermedios, los cuales se
programaron con el modelo HDM III (véase el Volumen No. 08: Informe de
Evaluación técnico-económica del proyecto. Informe de mantenimiento
rutinario y periódico).

VOLUMEN Nº 02
Abril/2002
1 Tablas 7.1 y 7.2

VOLUMEN Nº 02
Abril/2002
2 Tablas 7.3 y 7.4

VOLUMEN Nº 02
Abril/2002
3 Tablas 7.5 y 7.6

VOLUMEN Nº 02
Abril/2002
4 Secciones tipicas 1

VOLUMEN Nº 02
Abril/2002
5 Secciones tipicas 2

VOLUMEN Nº 02
Abril/2002
REFERENCIAS
1. SÁNCHEZ SABOGAL, Fernando. EL EMPLEO DE LA VIGA
BENKELMAN EN LA EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS FLEXIBLES.
Primer simposio colombiano sobre Ingeniería de Pavimentos.
Medellín, 1976
2. SÁNCHEZ SABOGAL, Fernando. CIEN FÓRMULAS ÚTILES PARA
EL INGENIERO DE PAVIMENTOS. Santafé de Bogotá, mayo de
1992.
3. PRODEC. Carretera Tingo María-Pucallpa. Volumen No. II. Estudio
de Factibilidad Económica. Tomo 2. Julio de 1999.
4. UNIVERSIDAD DEL CAUCA. PROGRAMA DEPAV. Paquete
INPACO Diseño Racional de Pavimentos. 1994
5. CHAVARRO BARRETO, Eugenio y otros. DETERMINACIÓN DE
MÓDULOS RESILIENTES EN SUELOS DE SUBRASANTE. Décimo
primer simposio colombiano sobre Ingeniería de Pavimentos.
Cartagena de Indias, 1997
6. AASHTO: GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENT STRUCTURES
Washington, 1993.
7. LILLI, Félix. CURSO SOBRE DISEÑO RACIONAL DE PAVIMENTOS
FLEXIBLES. Popayán, agosto de 1991. Universidad del Cauca.
8. SHELL PAVEMENT DESIGN MANUAL. ASPHALT PAVEMENTS
AND OVERLAYS FOR ROAD TRAFFIC. Londres, 1978

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