i UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESTUDIO DE INGENIERÍA CIVIL TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL Mejoramiento del Diseño Estructural del Pavimento Flexible Utilizando el Método AASHTO 93 en la Carretera Colán - Paita ______________________________________________________________ Línea de investigación: Ingeniería de Transportes Sub Línea de investigación: Transportes AUTORES: Recabarren Cárcamo, Franco Roberto Zeta Bancayan, Sara Edelmira JURADO EVALUADOR: Presidente : Ramal Montejo, Rodolfo Enrique Secretario : Novoa Castillo, Oscar Walther Vocal : Olaya Riofrio, Yadira de los Milagros ASESOR: Príncipe Reyes, Roger Alberto Código ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0498-9544 Piura – PERÚ 2025 Fecha de sustentación: 2025/07/15 https://orcid.org/0000-0002-0498-9544 ii iii UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESTUDIO DE INGENIERÍA CIVIL TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL Mejoramiento del Diseño Estructural del Pavimento Flexible Utilizando el Método AASHTO 93 en la Carretera Colán - Paita ______________________________________________________________ Línea de investigación: Ingeniería de Transportes Sub Línea de investigación: Transportes AUTORES: Recabarren Cárcamo, Franco Roberto Zeta Bancayan, Sara Edelmira JURADO EVALUADOR: Presidente : Ramal Montejo, Rodolfo Enrique Secretario : Novoa Castillo, Oscar Walther Vocal : Olaya Riofrio, Yadira de los Milagros ASESOR: Príncipe Reyes, Roger Alberto Código ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0498-9544 Piura – PERÚ 2025 Fecha de sustentación: 2025/07/15 https://orcid.org/0000-0002-0498-9544 iv v Código Dr. vi DEDICATORIA A mis padres, Marleny Cárcamo Carrasco y Roberto Recabarren Esquerre, por su apoyo incondicional y sus valiosos consejos, que me han guiado a lo largo de mi vida, ayudándome a ser una mejor persona y motivándome a alcanzar la excelencia profesional. A mi hermana y a mis abuelos, cuya presencia y respaldo han sido fundamentales en cada etapa de mi vida. Su apoyo incondicional y sus palabras de aliento me impulsan a seguir adelante y a cumplir mis sueños. Br. Franco Roberto Recabarren Cárcamo A MI MADRE Y MI ABUELA A Judith Zeta Bancayán y Edelmira Bancayán Nunura, quienes han estado a mi lado en todo momento. Gracias por su amor incondicional y por inculcarme disciplina y valores. Querida abuela Edelmira, esta dedicatoria es especialmente para ti; te extraño profundamente. A QUIENES SIEMPRE ESTÁN A Ervin, por tu apoyo incondicional y por ser un pilar fundamental en mi camino. A mi querida familia, gracias por recordarme siempre que nunca estoy sola. Br. Zeta Bancayán Sara Edelmira vii AGRADECIMIENTO Agradezco a Dios por concederme bienestar, salud, sabiduría y felicidad. Gracias a su guía y protección, he logrado avanzar en este camino, alcanzando nuestros objetivos bajo su manto de amor y bondad. A mis padres, por inculcarme desde niño el valor de la responsabilidad y la perseverancia, guiándome siempre en la búsqueda de mis metas. No existen palabras suficientes para expresar mi gratitud por su apoyo incondicional, su comprensión en los momentos difíciles y la confianza que han depositado en mí. A mis amigos, por su respaldo a lo largo de mi formación profesional y por seguir acompañándome en este camino. A mi asesor, el Ing. Príncipe Reyes Roger Alberto, por su orientación y apoyo para culminar con éxito la presente tesis. Br. Franco Roberto Recabarren Cárcamo Agradezco a Dios por ser el inspirador, por brindarme sabiduría y concederme la fuerza necesaria para poder realizar uno de mis anhelos más deseados, por ser el apoyo y fortaleza en mis momentos de debilidad. A mi madre y a mi abuela, por su amor, por su trabajo y por el sacrificio que han realizado por tanto tiempo, gracias a ustedes he logrado llegar hasta aquí. A todas las personas que nos han apoyado y que han hecho que este trabajo se realice con éxito, gracias por abrirnos las puertas y por compartir sus conocimientos. A nuestro asesor, el ing. Príncipe Reyes Roger Alberto, por guiarnos en este camino con paciencia para culminar con éxito nuestra tesis. Br. Zeta Bancayán Sara Edelmira viii RESUMEN El presente estudio titulado “Mejoramiento del Diseño Estructural del Pavimento Flexible Utilizando el Método AASHTO 93 en la Carretera Colán - Paita” tiene como objetivo optimizar el diseño estructural del pavimento flexible de un tramo específico de esta carretera en el Perú, utilizando el método AASHTO 93, ampliamente reconocido por su aplicabilidad en el diseño de pavimentos bajo diversas condiciones de tráfico y suelo. La investigación se clasifica como aplicada y explicativa, centrándose en mejorar la durabilidad y capacidad de carga del pavimento para soportar la alta demanda vehicular y las condiciones climáticas locales. Para alcanzar este objetivo, se realizaron tres pasos clave: un estudio de mecánica de suelos para caracterizar la subrasante, un análisis de tráfico para determinar los ejes equivalentes (ESALs) que el pavimento deberá soportar, y la aplicación del método AASHTO 93 para calcular los espesores óptimos de cada capa estructural del pavimento. Los resultados permitieron definir una estructura de pavimento que maximiza la vida útil y minimiza la necesidad de mantenimiento preventivo y correctivo, adaptándose a las condiciones geotécnicas y de tránsito específicas de la carretera Colán - Paita. La investigación concluye que el uso del método AASHTO 93 permite un diseño más eficiente y económico del pavimento, reduciendo los costos de mantenimiento a largo plazo y mejorando la transitabilidad de la vía. La implementación de estos resultados contribuirá al desarrollo de infraestructura vial en la región, favoreciendo la conectividad y el desarrollo económico local. Palabras claves: Diseño estructural, Pavimento flexible, AASHTO 93. ix ABSTRACT This study, titled “Optimization of Structural Design for Flexible Pavement Using the AASHTO 93 Method on the Colán - Paita Highway,” aims to enhance the structural design of flexible pavement on a specific section of this highway in Peru, utilizing the AASHTO 93 method, widely recognized for its applicability in pavement design under various traffic and soil conditions. The research is classified as applied and explanatory, focusing on improving the pavement's durability and load-bearing capacity to withstand high vehicular demand and local climate conditions. To achieve this objective, three key steps were conducted: a soil mechanics study to characterize the subgrade, a traffic analysis to determine the equivalent single axle loads (ESALs) the pavement must support, and the application of the AASHTO 93 method to calculate the optimal thickness for each structural layer of the pavement. The results defined a pavement structure that maximizes lifespan and minimizes the need for preventive and corrective maintenance, adapted to the specific geotechnical and traffic conditions of the Colán - Paita highway. The research concludes that using the AASHTO 93 method enables a more efficient and cost-effective pavement design, reducing long-term maintenance costs and enhancing road usability. Implementing these results will contribute to developing road infrastructure in the region, promoting connectivity and local economic growth. Keywords: Structural design, Flexible pavement, AASHTO 93. x PRESENTACIÓN Señores Miembros del Jurado: Dando cumplimiento y conformidad a las normas establecidas en el Reglamento de Grados y Títulos y Reglamento de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Privada Antenor Orrego, para obtener el título profesional de Ingeniero Civil, se pone a vuestra consideración el informe de tesis Titulado “Mejoramiento del Diseño Estructural del Pavimento Flexible Utilizando el Método AASHTO 93 en la Carretera Colán - Paita”. con la convicción de alcanzar una justa evaluación y dictamen. Atentamente, ______________________________________ Br. Franco Roberto Recabarren Cárcamo ______________________________________ Br. Sara Edelmira Zeta Bancayan Jurado Evaluador Presidente: Rodolfo Enrique Ramal Montejo CIP: 88658 Secretario: Oscar Walther Novoa Castillo CIP: 75613 Vocal: Yadira de los Milagros Olaya Riofrio CIP: 259240 Asesor: Roger Príncipe Reyes CIP: 43516 Piura, 16 de abril de 25 xi ÍNDICE DE CONTENIDO I. PLAN DE INVESTIGACIÓN. ........................................................................... 1 1.1. Problema de investigación ................................................................... 1 1.1.1 Realidad problemática ....................................................................... 1 1.1.2 Enunciado del problema. ................................................................... 2 1.2. Objetivos ................................................................................................ 2 1.2.1 Objetivo General ................................................................................ 2 1.2.2 Objetivos Específicos ......................................................................... 2 1.3. Justificación. .......................................................................................... 2 1.3.1 Técnica .............................................................................................. 2 1.3.2 Económica ......................................................................................... 3 1.3.3 Social: ................................................................................................ 3 II. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................ 4 2.1. Antecedentes del estudio ..................................................................... 4 2.1.1 Antecedentes Internacionales. ........................................................... 4 2.1.2 Antecedentes nacionales. .................................................................. 5 2.1.3 Antecedentes locales. ........................................................................ 6 2.2. Marco teórico ......................................................................................... 7 2.2.1 Diseño de Pavimentos Flexibles ........................................................ 7 2.2.2 Metodología AASHTO 93 para el Diseño de Pavimentos .................. 8 2.2.3 Estudios de Mecánica de Suelos para Diseño de Pavimentos .......... 9 2.2.4 Análisis de Tráfico y Cálculo de Ejes Equivalentes (ESALs) ........... 10 2.2.5 Implementación del Diseño Optimo y Mantenimiento ...................... 11 2.3. Marco conceptual ................................................................................ 13 2.4. Hipótesis .............................................................................................. 15 III. METODOLOGÍA EMPLEADA ..................................................................... 16 xii 3.1. Tipo y nivel de investigación .............................................................. 16 3.2. Población y muestra de estudio ......................................................... 16 3.3. Diseño de investigación ...................................................................... 16 3.4. Técnicas e instrumentos de investigación ........................................ 16 3.5. Procesamiento y análisis de datos .................................................... 17 IV. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ........................................................ 18 4.1. Caracterización del Suelo de la Subrasante ..................................... 18 4.1.1 Procedimientos del Estudio de Mecánica de Suelos........................ 18 4.1.2 Resultados de las Propiedades Físico-Mecánicas ........................... 19 4.2. Análisis del Tráfico Vehicular ............................................................. 21 4.2.1 Procedimientos para el Conteo y Clasificación Vehicular ................ 21 4.2.2 Procedimiento de Cálculo de Ejes Equivalentes (ESALs) ................ 23 4.2.3 Resultados de los ESALs y Factores de Crecimiento ...................... 25 4.3. Determinación de Espesores del Pavimento Mediante AASHTO 93 27 4.3.1 Parámetros de Diseño y Cálculo del Número Estructural (SN) ........ 27 4.3.2 Procedimientos para el Cálculo de Espesores de Capas ................ 29 4.3.3 Resultados de los Espesores Calculados y Validación del SN ........ 31 4.4. Resultados de los Ensayos de Mezcla Asfáltica y Densidad Máxima Teórica ............................................................................................................. 33 4.4.1 Ensayo Marshall para Mezcla Asfáltica en Caliente – Laboratorio L&D – Castilla, Piura – Enero 2025 ....................................................................... 33 4.4.2 Ensayo de Densidad Máxima Teórica (Rice) – Laboratorio L&D – Castilla, Piura – enero 2025 .......................................................................... 34 V. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ......................................................... 35 VI. CONCLUSIONES ....................................................................................... 37 VII. RECOMENDACIONES .............................................................................. 38 VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................... 39 IX. ANEXOS ..................................................................................................... 41 xiii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Matriz de operacionalización de variables .......................................... 15 Tabla 2 Distribución Granulométrica del Suelo ................................................ 20 Tabla 3 Resultados de los Límites de Atterberg .............................................. 21 Tabla 4 Resultado del Ensayo CBR en la Subrasante .................................... 21 Tabla 5 Cálculo de ESALs para el Diseño de Pavimento ................................ 24 Tabla 6 Cálculo de Ejes Equivalentes (EE) de 8.2 Toneladas para el Diseño de Pavimento ............................................................................................................ 26 Tabla 7 Espesores de Capas Finales para el Pavimento Flexible ................... 32 Tabla 8 Resumen del ensayo Marshall – Laboratorio L&D – Castilla, enero 2025 ..................................................................................................................... 33 Tabla 9 Resultados del Ensayo de Densidad Máxima Teórica (Rice) ............. 34 Tabla 10 Dia 3 Vuelta ...................................................................................... 42 Tabla 11 Día 4 Ida ........................................................................................... 42 Tabla 12 Día 4 Vuelta ...................................................................................... 42 Tabla 13 Día 5 Ida ........................................................................................... 42 Tabla 14 Día 5 Vuelta ...................................................................................... 42 Tabla 15 Día 6 Ida ........................................................................................... 42 Tabla 16 Día 6 Vuelta ...................................................................................... 42 Tabla 17 Día 7 Ida ........................................................................................... 42 Tabla 18 Día 7 Vuelta ...................................................................................... 42 Tabla 19 Estudio de clasificación vehicular Ida ............................................... 42 Tabla 20 Estudio de clasificación vehicular vuelta ........................................... 42 Tabla 21 Estudio de tráfico total ...................................................................... 42 Tabla 7 Espesores de Capas Finales para el Pavimento Flexible ................... 32 xiv ÍNDICE DE ANEXOS Anexo 1 Ensayo humedad .............................................................................. 41 Anexo 2 Ensayo granulometría C-1 ................................................................ 42 Anexo 3 Ensayo límites C-1 ............................................................................ 42 Anexo 4 Ensayo granulometría C-2 ................................................................ 42 Anexo 5 Ensayo límites C-2 ............................................................................ 42 Anexo 6 Ensayo granulometría C-3 ................................................................ 42 Anexo 7 Ensayo límites C-3 ............................................................................ 42 Anexo 8 Ensayo granulometría C-3 ................................................................ 42 Anexo 9 Ensayo límites C-4 ............................................................................ 42 Anexo 10 Ensayo Proctor modificado C-1 ....................................................... 42 Anexo 11 Ensayo CBR C-1 ............................................................................. 42 Anexo 12 Ensayo CBR C-1 ............................................................................. 42 Anexo 13 Proctor modificado C-2 .................................................................... 42 Anexo 14 Ensayo CBR C-2 ............................................................................. 42 Anexo 15 Ensayo CBR C-2 ............................................................................. 42 Anexo 16 Ensayo Proctor Modificado C-3 ....................................................... 42 Anexo 17 Ensayo CBR C-3 ............................................................................. 42 Anexo 18 Ensayo CBR C-3 ............................................................................. 42 Anexo 19 Ensayo Proctor Modificado C-4 ....................................................... 42 Anexo 20 Ensayo CBR C-4 ............................................................................. 42 Anexo 21 Ensayo CBR C-4 ............................................................................. 42 Anexo 22 Diseño mezcla asfáltica - Método Marshall 1 .................................. 42 Anexo 23 Diseño mezcla asfáltica - Método Marshall 2 .................................. 42 Anexo 24 Diseño mezcla asfáltica - Método Marshall 2 .................................. 42 Anexo 25 Diseño mezcla asfáltica - Método Marshall 3 .................................. 42 Anexo 26 Diseño mezcla asfáltica - Método Marshall 3 .................................. 42 Anexo 27 Diseño mezcla asfáltica - Método Marshall 3 .................................. 42 Anexo 28 Densidad máxima teórica RICE ...................................................... 42 Anexo 29 Plantilla conteo vehicular ................................................................. 42 Anexo 30 Conteo vehicular Día 1 Ida .............................................................. 42 Anexo 31 Conteo vehicular Día 1 Vuelta ......................................................... 42 Anexo 32 Conteo vehicular Día 2 Ida .............................................................. 42 Anexo 33 Conteo vehicular Día 2 Vuelta ......................................................... 42 xv Anexo 34 Día 3 Ida .......................................................................................... 42 Anexo 35 Datos estadísticos ........................................................................... 42 Anexo 36 Clasificación vehicular ..................................................................... 42 Anexo 37 Clasificación vehicular ..................................................................... 42 Anexo 38 Clasificación vehicular ..................................................................... 42 Anexo 39 Datos estadísticos ........................................................................... 42 Anexo 40 Proyección de tráfico ....................................................................... 42 Anexo 41 Relación de cargas.......................................................................... 42 Anexo 42 Relación de cargas.......................................................................... 42 Anexo 43 Relación de cargas.......................................................................... 42 Anexo 44 Proyección de tráfico ....................................................................... 42 Anexo 45 IMDA ............................................................................................... 42 Anexo 46 Diseño Aashto 93 ............................................................................ 42 Anexo 47 Nivel de confiabilidad ...................................................................... 42 Anexo 48 Desviación Estándar ....................................................................... 42 Anexo 49 Índice de serviciabilidad .................................................................. 42 Anexo 50 Drenaje ............................................................................................ 42 Anexo 51 Reporte de diseño ........................................................................... 42 Anexo 52 Plano de ubicación y localización ................................................... 42 Anexo 53 Registro proyecto de tesis ............................................................... 42 xvi ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1 Ensayo CBR 42 Ilustración 2 Ensayo CBR 42 Ilustración 3 Ensayo CBR 42 Ilustración 4 Ensayo CBR 42 Ilustración 5 Ensayo Proctor modificado 42 Ilustración 6 Ensayo Proctor modificado 42 Ilustración 7 Ensayo Proctor 42 Ilustración 8 Ensayo Proctor 42 Ilustración 9 Ensayo granulometría 42 Ilustración 10 Ensayo granulometría 42 Ilustración 11 Ensayo granulometría 42 Ilustración 12 Ensayo granulometría 42 Ilustración 13 Ensayo de granulometría 42 Ilustración 14 Ensayo humedad 42 Ilustración 15 Ensayo humedad 42 Ilustración 16 Realización de calicata 42 Ilustración 17 Realización de calicata 42 Ilustración 18 Calicata 01 42 Ilustración 19 Calicata 01 42 Ilustración 20 Calicata 02 42 Ilustración 21 Calicata 02 42 Ilustración 22 Calicata 03 42 Ilustración 23 Constancia de asesor 42 1 I. PLAN DE INVESTIGACIÓN. 1.1. Problema de investigación 1.1.1 Realidad problemática A nivel mundial, el crecimiento acelerado del tráfico vehicular ha intensificado el desgaste de las carreteras, especialmente en países en desarrollo donde los recursos para infraestructura son limitados. Según el Banco Mundial (2020), en los últimos diez años el número de vehículos en circulación ha aumentado en un 25%, lo cual genera una presión significativa sobre los pavimentos, incrementando las necesidades de mantenimiento y renovación. Este fenómeno impulsa la implementación de metodologías de diseño de pavimentos más duraderas, como AASHTO 93, que buscan mitigar el impacto del tráfico creciente sobre las redes viales (World Bank, 2020). En Perú, el parque automotor ha experimentado un crecimiento anual de 7.4%, lo cual ha sobrepasado las capacidades de la infraestructura vial en varias regiones (INEI, 2021). Además, el Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC, 2022) estima que aproximadamente el 60% de las carreteras nacionales presentan un estado de conservación regular o malo. Esta situación es crítica, ya que el 90% del transporte de carga se realiza a través de la red vial, especialmente en áreas con alto tráfico comercial, lo que incrementa la frecuencia de mantenimiento y rehabilitación de las vías. En el ámbito local, la carretera Colán - Paita en el departamento de Piura es una vía estratégica para el transporte de productos agrícolas e industriales hacia el puerto de Paita. Sin embargo, en los últimos cinco años el tráfico en esta carretera ha crecido un 15%, con un alto porcentaje de vehículos pesados, lo que ha superado la capacidad estructural proyectada para el pavimento (Gobierno Regional de Piura, 2023). Esta situación ha provocado deterioros visibles, como fisuras y deformaciones, que comprometen la funcionalidad de la carretera y aumentan los costos de mantenimiento, afectando directamente la competitividad económica de la región (MTC, 2023). 2 1.1.2 Enunciado del problema. ¿Cómo mejorar el diseño estructural del pavimento flexible de la carretera Colán - Paita mediante la metodología AASHTO 93 para asegurar su durabilidad y funcionalidad ante el incremento del tráfico vehicular proyectado? 1.2. Objetivos 1.2.1 Objetivo General Mejorar el diseño estructural del pavimento flexible en la carretera Colán - Paita mediante la aplicación de la metodología AASHTO 93, asegurando una transitabilidad óptima y duradera. 1.2.2 Objetivos Específicos 1. Realizar el Estudio de Mecánica de Suelos (EMS) para caracterizar las propiedades físico-mecánicas del terreno, necesarias para el diseño estructural del pavimento flexible. 2. Efectuar el estudio de tráfico vehicular para estimar las cargas que soportará el pavimento, en función del volumen y tipo de vehículos que transitan la vía. 3. Aplicar la metodología AASHTO 93 para determinar los espesores óptimos de las capas del pavimento flexible, utilizando los parámetros obtenidos del estudio de suelos y del tráfico vehicular. 1.3. Justificación. 1.3.1 Técnica Desde una perspectiva técnica, la implementación de la metodología AASHTO 93 en el diseño del pavimento flexible permitirá optimizar los espesores de cada capa, asegurando que la estructura resultante cumpla con el Número Estructural (SN) necesario para soportar el tráfico proyectado. Actualmente, la carretera Colán - Paita presenta un desgaste prematuro, con fisuras y deformaciones atribuibles a un diseño estructural insuficiente frente a las crecientes cargas vehiculares. Este estudio permitirá fundamentar 3 técnicamente el diseño estructural con base en parámetros de tráfico y resistencia del suelo, proporcionando una guía para el desarrollo de carreteras duraderas y con menores costos de mantenimiento en el largo plazo. 1.3.2 Económica La carretera Colán - Paita es una vía estratégica para la economía de la región, ya que facilita el transporte de productos agrícolas e industriales hacia el puerto de Paita. Sin embargo, el desgaste acelerado del pavimento implica un alto costo de mantenimiento. La optimización del diseño estructural con la metodología AASHTO 93 podría reducir los costos de intervención y rehabilitación en un 30% a 40% en comparación con métodos tradicionales, según estudios de pavimentación (MTC, 2022). Esta reducción en costos beneficiaría tanto a las autoridades locales como a los usuarios, quienes se verían menos afectados por reparaciones frecuentes y cierres de la vía. 1.3.3 Social: Desde el ámbito social, mejorar el diseño estructural de la carretera Colán - Paita contribuirá a la seguridad y comodidad de sus usuarios, quienes dependen de esta vía para sus actividades diarias y comerciales. Un pavimento en óptimas condiciones reduce el riesgo de accidentes y facilita el tránsito continuo, mejorando la calidad de vida de la población y fortaleciendo la economía local. Además, un diseño de pavimento duradero minimizará la necesidad de intervenciones periódicas que interrumpen el flujo vehicular, beneficiando a aproximadamente 150,000 habitantes de la región de Piura, quienes dependen de este corredor vial para su movilidad y el comercio. 4 II. MARCO DE REFERENCIA 2.1. Antecedentes del estudio 2.1.1 Antecedentes Internacionales. Abdollahi, S. F., Lanotte, M. A., Kutay, M. E., & Bahia, H. (2022) en su investigación “AASHTO 1993 Plus: An alternative procedure for the calculation of structural asphalt layer coefficients”, se propusieron como objetivo desarrollar un procedimiento alternativo al método AASHTO 93 para calcular los coeficientes estructurales de las capas asfálticas, incorporando consideraciones viscoelásticas y variaciones de temperatura. Para ello, desarrollaron un enfoque en cuatro pasos validado mediante simulaciones estructurales y ensayos de laboratorio. La investigación llegó a los siguientes resultados: el nuevo procedimiento mejora la precisión del Número Estructural (SN), adaptándolo mejor a condiciones reales de carga y clima. El principal aporte al trabajo de investigación es una formulación avanzada que permite optimizar el diseño estructural de pavimentos flexibles en diferentes contextos geotécnicos y ambientales. Amini, H., & Ghasemi, M. (2022) en su investigación “An Explicit Formulation for Estimation of Structural Number (SN) of Flexible Pavement Using AASHTO 1993 Design Guide”, se propusieron como objetivo desarrollar una fórmula explícita para estimar el Número Estructural (SN) sin necesidad de iteraciones gráficas. Para ello, diseñaron y validaron una ecuación basada en regresiones multivariadas usando datos de diseño reales. La investigación llegó a los siguientes resultados: se logró estimar el SN con alta precisión, simplificando el proceso de diseño para condiciones típicas. El principal aporte al trabajo de investigación es la mejora de la eficiencia y aplicabilidad del método AASHTO 93 en oficinas técnicas y consultoras de ingeniería. Departamento de Transporte de Ohio (2022) en su manual “Flexible Pavement Design Manual - January 2022 Edition”, se propuso como objetivo proporcionar directrices actualizadas para el diseño de pavimentos flexibles utilizando el método AASHTO, adaptadas a las condiciones específicas de Ohio, EE. UU. Para ello, desarrollaron un manual que incluye consideraciones sobre el Número Estructural Requerido (SNR), análisis de 5 costos del ciclo de vida y adaptaciones para diferentes tipos de proyectos. La investigación llegó a los siguientes resultados: se establecieron procedimientos estandarizados que mejoran la consistencia y eficiencia en el diseño de pavimentos. El principal aporte al trabajo de investigación es la adaptación práctica del método AASHTO 93 a contextos locales, facilitando su implementación en proyectos estatales. 2.1.2 Antecedentes nacionales. Gonzales, O., & Manay, D. (2020) en su investigación “Diseño de pavimento flexible aplicando el método AASHTO 93 para mejorar la transitabilidad en el centro poblado Ramiro Prialé, distrito de José Leonardo Ortiz”, se propusieron como objetivo mejorar la transitabilidad en dicho centro poblado mediante el diseño de un pavimento flexible basado en el método AASHTO 93. Para ello, desarrollaron estudios de mecánica de suelos, conteo vehicular y determinación del Número Estructural (SN). La investigación llegó a los siguientes resultados: se diseñó una estructura de pavimento adecuada para el flujo vehicular de la zona, con una base granular de 36 cm y subbase de 60 cm. El principal aporte al trabajo de investigación es la validación técnica del método AASHTO 93 en zonas urbanas de la costa norte del Perú. Ordoñez, R., & Paredes, M. (2022) en su investigación “Diseño de pavimento flexible por método AASHTO 93 para mejorar la transitabilidad en el camino vecinal del río Seco hasta el límite con Calana”, se propusieron como objetivo aplicar el método AASHTO 93 para optimizar el diseño estructural de un camino rural de alto tránsito agrícola. Para ello, desarrollaron estudios de tráfico, caracterización de la subrasante, cálculo de ESALs y diseño de espesores de capa. La investigación llegó a los siguientes resultados: se logró una solución técnica y económicamente viable que incrementó la capacidad portante de la vía. El principal aporte al trabajo de investigación es la adaptación del método AASHTO 93 a contextos rurales del sur peruano con criterio de sostenibilidad. Carrasco, J., & Ramírez, F. (2023) en su investigación “Evaluación y análisis de costos en el mantenimiento de un pavimento flexible utilizando el 6 mortero Slurry Seal y el convencional aplicado en el Jr. D, de la Urb. Los Algarrobos I etapa – Piura”, se propusieron como objetivo comparar los costos y rendimiento del mantenimiento de pavimentos flexibles con Slurry Seal frente al método convencional. Para ello, analizaron registros de mantenimiento, costos directos e indirectos, y condiciones del pavimento antes y después de la intervención. La investigación llegó a los siguientes resultados: el uso de Slurry Seal generó una reducción del 25% en los costos acumulados de mantenimiento. El principal aporte al trabajo de investigación es la introducción de una técnica de conservación vial eficiente y económica para el contexto urbano piurano. 2.1.3 Antecedentes locales. Castro Ortiz, F. A. (2021) en su investigación “Propuesta de diseño de pavimento flexible empleando el método AASHTO 93 en la Av. Los Diamantes, Provincia Piura”, se propuso como objetivo plantear un diseño estructural de pavimento flexible para una vía urbana piurana, aplicando el método AASHTO 93. Para ello, desarrolló ensayos de suelos, análisis de tráfico y determinación del Número Estructural. La investigación llegó a los siguientes resultados: se recomendó una estructura de pavimento con capacidad suficiente para tráfico medio, considerando una base granular estabilizada. El principal aporte al trabajo de investigación es la aplicación del método AASHTO 93 en zonas urbanas intermedias del norte peruano. Padilla, L., & Pairazaman, K. (2024) en su investigación “Análisis del pavimento flexible aplicado como alternativa de solución para el mejoramiento de transitabilidad vehicular en la ciudad de Piura”, se propusieron como objetivo evaluar la factibilidad técnica y económica de implementar pavimento flexible como solución de mantenimiento en zonas urbanas críticas. Para ello, realizaron levantamientos topográficos, estudios de tráfico y análisis comparativos de costos. La investigación llegó a los siguientes resultados: el pavimento flexible permitió mejorar la transitabilidad reduciendo los costos de intervención en un 18%. El principal aporte al trabajo de investigación es la validación del pavimento flexible como estrategia de mantenimiento urbano en condiciones climáticas secas. 7 Moreyra, A., & Cueva, L. (2023) en su investigación “Cálculo del índice de condición del pavimento flexible a la Av. Don Bosco (ex-Av. Circunvalación) de la ciudad de Piura”, se propusieron como objetivo determinar el estado funcional del pavimento mediante la metodología del Índice de Condición del Pavimento (PCI). Para ello, realizaron inspecciones visuales, registro de fallas y categorización por severidad. La investigación llegó a los siguientes resultados: se clasificó el estado del pavimento como regular, recomendando intervención con refuerzo superficial. El principal aporte al trabajo de investigación es la aplicación práctica del método PCI como herramienta de gestión vial urbana en Piura. 2.2. Marco teórico 2.2.1 Diseño de Pavimentos Flexibles 2.2.1.1 Conceptos Generales sobre Pavimentos Flexibles Los pavimentos flexibles son estructuras compuestas por varias capas de materiales de distinta capacidad de carga, organizadas de mayor a menor resistencia. Esta disposición permite que cada capa reciba y distribuya progresivamente las cargas hacia las capas inferiores, minimizando los esfuerzos sobre la subrasante (IMT, 2020). Las capas principales son la capa asfáltica, que soporta directamente la carga de los vehículos; la base granular, que distribuye las cargas a la subbase; y la subbase, que protege la subrasante y asegura la estabilidad estructural (IngeCivil, 2022). Los pavimentos flexibles se adaptan eficazmente a cargas variables y al asentamiento de las capas subyacentes, lo que los hace ideales para áreas con tráfico fluctuante y climas cambiantes (Ingeniarc, 2023). Según los principios de diseño, estos pavimentos deben diseñarse para una vida útil de aproximadamente 10 a 15 años antes de requerir una intervención mayor, como la superposición de nuevas capas, lo que permite una estructura de mantenimiento más flexible (Geotechtips, 2021). 2.2.1.2 Funcionalidad y Vida Útil del Pavimento Flexible 8 La funcionalidad de los pavimentos flexibles se basa en su capacidad de adaptarse a diferentes condiciones de tráfico y clima sin deformarse significativamente. Cada capa de un pavimento flexible tiene una función específica: la capa superior debe resistir la abrasión y el intemperismo, mientras que la base y subbase distribuyen las cargas de manera uniforme. Este diseño escalonado ayuda a que las deformaciones se absorban mejor y se prolongue la vida útil del pavimento (IngeCivil, 2022). En cuanto a la vida útil, el diseño de estos pavimentos considera una degradación progresiva bajo la acción de cargas repetitivas y factores ambientales. El adecuado diseño y la elección de materiales son claves para reducir los efectos de fatiga y deformación permanente, los cuales son las principales causas de deterioro. Además, la implementación de planes de mantenimiento regulares es fundamental para prolongar la vida útil, manteniendo la superficie del pavimento en condiciones óptimas por más tiempo (IMT, 2020). 2.2.2 Metodología AASHTO 93 para el Diseño de Pavimentos 2.2.2.1 Fundamentos del Método AASHTO 93 El método AASHTO 93 para el diseño de pavimentos, desarrollado por la American Association of State Highway and Transportation Officials, se originó a partir de estudios extensivos en carreteras reales en Estados Unidos. La metodología tiene como objetivo dimensionar los espesores de las capas de un pavimento en función de factores como el tráfico, el tipo de suelo, el clima y la confiabilidad estructural requerida. El método AASHTO 93 se basa en el concepto de Número Estructural (SN), el cual representa la resistencia estructural acumulada por todas las capas del pavimento, calculado con parámetros específicos que varían según las condiciones de cada proyecto (CivilGeeks, 2020; Polodelconocimiento, 2020). Para determinar el SN, se emplean ecuaciones específicas que consideran la acumulación de Ejes Equivalentes de 8.2 toneladas (ESALs), lo cual facilita la proyección de daños a lo largo del tiempo. Este 9 enfoque asegura que el diseño esté optimizado para soportar cargas futuras, y se ajusta en función del módulo resiliente de la subrasante y los factores de confiabilidad para alcanzar una vida útil adecuada del pavimento (Core, 2020). 2.2.2.2 Parámetros de Diseño en AASHTO 93 Los parámetros fundamentales en el método AASHTO 93 incluyen: • Tránsito en Ejes Equivalentes (ESALs): Estima el impacto acumulado de las cargas vehiculares durante la vida útil del pavimento, mediante el cálculo de la equivalencia de diferentes tipos de vehículos. • Confiabilidad (R): Representa la probabilidad de que el pavimento funcione adecuadamente durante su vida útil. Las carreteras de alta importancia requieren valores de confiabilidad más altos, según recomendaciones específicas de la AASHTO. • Módulo Resiliente (Mr): Describe la capacidad de la subrasante para resistir deformaciones bajo carga repetida, influenciando directamente el espesor de las capas. Estos parámetros son ajustados según las condiciones específicas del sitio y el tipo de tráfico esperado, utilizando factores de ajuste para las condiciones de drenaje y clima (CivilGeeks, 2020; Polodelconocimiento, 2020). La combinación de estos valores permite calcular el Número Estructural (SN), que determina los espesores de las capas del pavimento para asegurar un desempeño óptimo y una vida útil prolongada. 2.2.3 Estudios de Mecánica de Suelos para Diseño de Pavimentos 2.2.3.1 Importancia del Estudio de Mecánica de Suelos El estudio de mecánica de suelos es esencial en el diseño de pavimentos debido a que permite caracterizar las propiedades físicas, químicas y mecánicas del suelo en la subrasante. Este análisis es crucial para asegurar que la base sobre la cual se construirá el pavimento tenga 10 la capacidad de soportar las cargas vehiculares proyectadas. Este tipo de estudio incluye ensayos de campo y de laboratorio, como el análisis granulométrico y pruebas de resistencia, que son determinantes para definir los parámetros de diseño y, en muchos casos, guían la decisión de aplicar tratamientos de mejoramiento del suelo, como la estabilización o la compactación (Constructivo, 2020). Los ingenieros deben evaluar cuidadosamente factores como la capacidad de carga, el comportamiento de compresión y la estabilidad del suelo. Esto ayuda a reducir riesgos de asentamientos diferenciales y fallas estructurales que podrían afectar la durabilidad del pavimento (C- Ingeniería, 2021). En países como Perú, el Ministerio de Transportes y Comunicaciones establece guías y normativas específicas para estos estudios, lo que asegura un diseño de pavimento que responda adecuadamente a las condiciones geotécnicas locales (IMT, 2024). 2.2.3.2 Relación entre la Subrasante y el Número Estructural (SN) La relación entre la subrasante y el Número Estructural (SN) en pavimentos flexibles es directa, dado que las propiedades de la subrasante determinan el espesor necesario de las capas de soporte. Un suelo con menor capacidad de carga requerirá un Número Estructural más alto, lo que implica capas de mayor espesor o materiales de mayor calidad para distribuir de manera uniforme las cargas del tráfico. Esta relación es clave para la aplicación del método AASHTO 93, que incorpora el módulo resiliente del suelo de la subrasante en los cálculos del SN, asegurando así que la estructura del pavimento pueda soportar la carga sin deformarse excesivamente (Constructivo, 2020; Coovias, 2023). 2.2.4 Análisis de Tráfico y Cálculo de Ejes Equivalentes (ESALs) 2.2.4.1 Proyección de Tráfico Vehicular en Carreteras de Alta Demanda 11 El análisis de tráfico es un componente crucial para el diseño de pavimentos, especialmente en carreteras con alta demanda, donde el tráfico vehicular se mide en términos de flujo diario y su tasa de crecimiento anual. Esta proyección, comúnmente utilizada en AASHTO 93, implica evaluar el tráfico esperado a lo largo del horizonte de diseño (20 años en promedio) y calcular los impactos de vehículos pesados sobre el pavimento. Por ejemplo, en el diseño de la carretera San Donato en Moquegua, se registró un promedio de 350 vehículos diarios y se proyectó un crecimiento del 1.35% anual, determinando el tipo de pavimento para soportar el tráfico de los próximos años (Colana Arias & Torres Colana, 2023). Este enfoque ayuda a determinar la necesidad de reforzamiento de pavimento en función de su demanda futura y asegura su resistencia estructural. 2.2.4.2 Determinación de Ejes Equivalentes (ESALs) según AASHTO 93 El método AASHTO 93 utiliza el concepto de Ejes Equivalentes de 8.2 toneladas (ESALs) para calcular la carga acumulativa que el pavimento debe soportar, permitiendo diseñar el grosor y la estructura de las capas de manera adecuada. En estudios previos, como el de Teatino Alvarado y Vásquez Valencia (2021), se calculó el ESAL en función del tráfico pesado, obteniendo así los espesores de las capas de pavimento en función de la durabilidad proyectada. Los ESALs representan la acumulación de cargas que genera el tráfico pesado, y su cálculo es esencial para definir la estructura del pavimento que resista las cargas sin presentar deformaciones críticas durante su vida útil. 2.2.5 Implementación del Diseño Optimo y Mantenimiento 2.2.5.1 Diseño Óptimo del Pavimento Flexible para Climas Tropicales y Alta Carga Vehicular 12 El diseño de pavimentos flexibles en climas tropicales y para zonas de alta demanda vehicular implica ajustar los parámetros de diseño para minimizar la deformación y el deterioro debido a la temperatura y la humedad elevada, así como a las cargas intensivas. Según Díaz Orellana (2017), los métodos de diseño, como AASHTO 93, pueden complementarse con otros enfoques empírico- mecanicistas que consideran factores específicos del clima y el tráfico, adaptando los espesores y la selección de materiales para mejorar la resistencia térmica y estructural del pavimento. En este contexto, el factor climático, como la Temperatura Media Anual Ponderada del Aire (TMAPA), es clave para anticipar el comportamiento del pavimento y reducir la posibilidad de fallas, como las deformaciones plásticas, que suelen ocurrir en regiones de alta temperatura y humedad, como las encontradas en áreas tropicales (Díaz Orellana, 2017). 2.2.5.2 Planificación de Mantenimiento Preventivo y Correctivo Para prolongar la vida útil del pavimento y mantener su funcionalidad, la planificación de un mantenimiento preventivo y correctivo es esencial. Según Machacuay Rojas (2019), los programas de mantenimiento deben enfocarse en prevenir las deformaciones y el desgaste mediante intervenciones periódicas antes de que el pavimento presente fallas estructurales graves. La implementación de un plan de mantenimiento basado en el tráfico proyectado y el análisis de carga vehicular puede reducir significativamente los costos y optimizar la estructura del pavimento. En el caso de avenidas con alto tráfico, el mantenimiento preventivo incluye tratamientos de sellado y ajustes de la capa de rodadura, mientras que el mantenimiento correctivo aborda fallas profundas, como grietas o baches, que requieren rehabilitación completa (Machacuay Rojas, 2019; Mayta Huacho, 2023). 13 2.3. Marco conceptual 1. AASHTO 93: Según Pavement Interactive (2020), es un método empírico de diseño ampliamente utilizado para dimensionar pavimentos flexibles considerando el tráfico proyectado, las condiciones del suelo y factores climáticos. 2. Base granular: El Instituto Mexicano del Transporte (IMT, 2020) define esta capa intermedia como esencial para distribuir las cargas de la carpeta asfáltica hacia la subbase, garantizando una transición estructural eficiente. 3. CBR (California Bearing Ratio): De acuerdo con GeotechTips (2021), es un índice que permite evaluar la capacidad de soporte del suelo, siendo fundamental para definir el espesor de las capas estructurales. 4. Confiabilidad: Según CivilGeeks (2020), es la probabilidad de que el pavimento funcione correctamente durante su vida útil, sin presentar fallas estructurales significativas. 5. Deformación plástica: Constructivo (2020) señala que esta es una falla estructural del pavimento provocada por cargas repetidas, generando hundimientos o surcos permanentes. 6. Drenaje: Core (2020) explica que se trata del proceso de evacuación del agua de las capas del pavimento, evitando la saturación del suelo y la pérdida de capacidad estructural. 7. Durabilidad: IMT (2024) indica que es la capacidad del pavimento para resistir el tránsito y las condiciones ambientales sin deteriorarse de forma prematura. 8. Ejes equivalentes (ESALs): De acuerdo con Polodelconocimiento (2020), es una unidad que representa la carga estándar acumulada de un eje simple de 8.2 toneladas durante la vida útil del pavimento. 9. Espesor: Según GeotechTips (2021), es el grosor asignado a cada capa del pavimento, calculado para resistir adecuadamente las cargas vehiculares proyectadas. 10. Fatiga: Constructivo (2020) la define como el deterioro progresivo que se manifiesta en forma de grietas, producto de la repetición constante de cargas. 14 11. Granulometría: Pavement Interactive (2020) señala que es la distribución del tamaño de partículas en una muestra de suelo, esencial para su clasificación y análisis estructural. 12. Mantenimiento correctivo: Mayta Huacho (2023) considera que es la intervención necesaria cuando el pavimento presenta daños estructurales significativos como baches, fisuras o fallas por saturación. 13. Mantenimiento preventivo: Machacuay Rojas (2019) lo define como el conjunto de acciones regulares destinadas a evitar daños mayores, como la aplicación de Slurry Seal o microaglomerados. 14. Método empírico: Según Pavement Interactive (2020), es un enfoque de diseño basado en experiencias y observaciones de campo, sin depender exclusivamente de modelos teóricos. 15. Módulo resiliente (Mr): CivilGeeks (2020) describe este parámetro como una medida de la elasticidad del suelo de subrasante bajo cargas repetitivas, esencial en el cálculo del SN. 16. Número estructural (SN): Core (2020) indica que es un valor acumulativo que expresa la resistencia estructural total de las capas del pavimento, basado en coeficientes específicos. 17. Proyección de tráfico: GeotechTips (2021) lo define como la estimación de la carga vehicular acumulada durante el horizonte de diseño, expresada en términos de ESALs. 18. Subbase: IMT (2020) indica que esta capa, ubicada entre la base y la subrasante, mejora la capacidad de soporte y facilita el drenaje. 19. Estabilización de suelos: Para C-Ingeniería (2022), es el proceso mediante el cual se mejoran las propiedades del suelo natural usando aditivos como cal o cemento, aumentando su resistencia y reduciendo su plasticidad. 20. Control de calidad en obra: IMT (2024) define este proceso como el conjunto de actividades técnicas que aseguran que los materiales, espesores y procedimientos constructivos se ejecuten conforme al diseño, mediante ensayos de compactación, densidad y verificación de espesores. 15 2.4. Hipótesis La implementación del método AASHTO 93 en el diseño estructural del pavimento flexible mejorará la durabilidad y capacidad de carga en la carretera Colán - Paita, optimizando la transitabilidad y reduciendo la necesidad de mantenimiento preventivo y correctivo durante su vida útil proyectada. Variables. Operacionalización de variables. Tabla 1 Matriz de operacionalización de variables Variable Definición conceptual Definición operacional Dimensiones Indicadores Instrumento Diseño Estructural del Pavimento Proceso de cálculo y disposición de las capas del pavimento (asfalto, base y subbase) para soportar cargas vehiculares y condiciones climáticas, asegurando una vida útil adecuada. Evaluación de los espesores de las capas de pavimento y el Número Estructural (SN) según el método AASHTO 93, optimizando resistencia y durabilidad. Espesor de capas, Número Estructural (SN) Espesor en cm de cada capa, valor de SN calculado Cálculos AASHTO 93, análisis de laboratorio y tráfico Nota. La tabla muestra la matriz de operacionalización de variables para el diseño geométrico y estructural de la carretera, incluyendo dimensiones, indicadores e instrumentos específicos. 16 III. METODOLOGÍA EMPLEADA 3.1. Tipo y nivel de investigación La presente investigación es de tipo aplicada y su nivel es explicativo. Al ser una investigación aplicada, se centra en resolver problemas específicos mediante el análisis estructural del pavimento flexible de la carretera Colán - Paita, utilizando el método AASHTO 93 como herramienta principal de diseño. El nivel explicativo busca establecer relaciones causales entre las variables involucradas, como el diseño estructural y la durabilidad del pavimento, con el fin de comprender cómo el uso de AASHTO 93 mejora la resistencia y la vida útil del pavimento. 3.2. Población y muestra de estudio La población del estudio está constituida por todas las carreteras departamentales en condiciones similares a las de la carretera Colán - Paita, en términos de tráfico y características geotécnicas. La muestra se selecciona de manera no probabilística e intencional, centrándose en un tramo representativo de la carretera Colán - Paita que refleja las condiciones de alta demanda vehicular y características del suelo propias de la región. 3.3. Diseño de investigación El diseño de la investigación es de tipo no experimental y transversal, ya que se recopilan y analizan datos en un solo momento sin manipular las variables del estudio. Este diseño permite realizar un diagnóstico del estado estructural del pavimento y aplicar el método AASHTO 93 para optimizar el diseño en función de los parámetros de carga y resistencia identificados. 3.4. Técnicas e instrumentos de investigación Técnicas: Observación Directa: Utilizada para evaluar el estado actual del pavimento en la carretera Colán - Paita y registrar características relevantes como la presencia de deterioros o deformaciones. 17 Análisis Documental: Revisión de informes técnicos, estudios de tráfico y mecánica de suelos relacionados con la carretera. Cálculo y Simulación: Aplicación de fórmulas y cálculos específicos del método AASHTO 93 para determinar el diseño óptimo del pavimento. Instrumentos: Formato de Observación: Documento para registrar las condiciones físicas del pavimento. Software de Cálculo: Programas especializados (como Excel o software de diseño vial) para el cálculo de parámetros estructurales, ESALs y Número Estructural (SN). Ficha Técnica: Documentos para registrar los resultados de ensayos de mecánica de suelos y proyecciones de tráfico. 3.5. Procesamiento y análisis de datos Procesamiento: Procesamiento: Los datos obtenidos se organizarán y registrarán en bases de datos, clasificándolos en función de su relevancia para el diseño estructural, los parámetros de tráfico y las propiedades de la subrasante. Los valores se analizarán en tablas y gráficos para facilitar su interpretación y posterior cálculo de parámetros. Análisis de datos: Análisis de Datos: El análisis se realizará aplicando las ecuaciones del método AASHTO 93 para calcular el Número Estructural (SN) necesario en cada capa del pavimento. Se interpretarán los resultados en función de la resistencia proyectada del pavimento, evaluando cómo cada capa contribuye a la durabilidad y capacidad de carga del diseño final. 18 IV. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS 4.1. Caracterización del Suelo de la Subrasante 4.1.1 Procedimientos del Estudio de Mecánica de Suelos 4.1.1.1 Análisis Granulométrico El análisis granulométrico es fundamental para determinar la distribución de tamaños de partículas en la muestra de suelo. En este estudio, se siguió el procedimiento estándar ASTM D422, que permite clasificar los suelos en función de la proporción de grava, arena, limo y arcilla. El procedimiento incluye los siguientes pasos: 1. Preparación de la muestra: La muestra de suelo fue secada en horno a 105 °C durante 24 horas para eliminar la humedad. 2. Tamizado: La muestra seca se pasó por una serie de tamices estándar con aberturas progresivamente menores. Las partículas mayores a 75 µm se clasificaron mediante tamizado, mientras que las partículas menores se analizaron mediante sedimentación. 3. Cálculo de la distribución granulométrica: Se calculó el porcentaje en peso de cada fracción retenida en cada tamiz, y se elaboró la curva granulométrica, que proporciona una representación visual de la distribución de tamaños de partículas. 4.1.1.2 Límites de Atterberg Los límites de Atterberg (límites líquido y plástico) se determinaron siguiendo la norma ASTM D4318, que establece los métodos para definir el comportamiento plástico del suelo. Los límites de Atterberg son esenciales para comprender la plasticidad y expansividad del suelo, características que afectan la estabilidad del pavimento. El procedimiento incluyó: 1. Límite líquido (LL): Se utilizó el aparato Casagrande para medir el contenido de humedad en el cual el suelo cambia de un estado plástico a un estado líquido. La muestra de suelo se sometió a golpes repetidos hasta que la ranura en el suelo se cerró después de 25 golpes, momento en el que se determinó el contenido de humedad. 19 2. Límite plástico (LP): La muestra se moldeó hasta que se formó un filamento de 3 mm de diámetro sin fracturas. Este procedimiento se repitió hasta alcanzar un punto de ruptura, donde se midió el contenido de humedad. 3. Cálculo del índice de plasticidad (IP): El índice de plasticidad se calculó como la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico, lo cual indica el rango de plasticidad del suelo y su capacidad de deformación sin fracturas. 4.1.1.3 Ensayo CBR (California Bearing Ratio) El ensayo CBR se realizó según la norma ASTM D1883, que mide la resistencia del suelo y su capacidad de soporte bajo condiciones controladas de humedad y compactación, un parámetro crítico para el diseño de pavimentos. Los pasos fueron los siguientes: 1. Preparación de la muestra: La muestra de suelo fue compactada en un molde cilíndrico, utilizando un esfuerzo de compactación que representa las condiciones de campo esperadas. 2. Inundación de la muestra: Para simular las condiciones de saturación, la muestra se mantuvo en agua durante 96 horas, lo cual garantiza que el ensayo refleje condiciones de máxima humedad. 3. Prueba de penetración: Un pistón se insertó en la muestra compactada a una velocidad constante, y se registraron las cargas requeridas para lograr penetraciones de 2.5 mm y 5.0 mm. 4. Cálculo del CBR: El valor CBR se obtuvo comparando la carga soportada por la muestra con la carga estándar para un suelo de referencia, expresada en porcentaje. Un CBR bajo indica una capacidad de soporte limitada, lo que sugiere la necesidad de mejorar la subrasante para soportar el tráfico proyectado. 4.1.2 Resultados de las Propiedades Físico-Mecánicas 4.1.2.1 Distribución Granulométrica El análisis granulométrico de la muestra de suelo indica una composición predominante de partículas de tamaño arena limosa, con 20 una baja presencia de partículas finas (limo y arcilla). La curva granulométrica obtenida a partir del tamizado permite clasificar el suelo según el sistema de clasificación de suelos unificado (USCS) como arena limosa de baja plasticidad, lo cual es relevante para el diseño del pavimento debido a sus características de estabilidad y drenaje moderadas. Tabla 2 Distribución Granulométrica del Suelo Calicata Profundidad (m) Clasificación SUCS Clasificación AASHTO % Grava % Arena % Pasante N°200 C-1 0.20 – 1.70 A-3 (0) Arena pobremente graduada 6.0 % 92.0 % 2.0 % C-2 0.40 – 1.90 A-2-4 (0) Arena limosa bien graduada 12.0 % 83.0 % 5.0 % C-3 0.30 – 1.80 A-2-6 (0) Arcilla arenosa con grava fina 9.0 % 85.0 % 6.0 % C-4 0.50 – 2.00 A-4 (0) Limo arcilloso con arena fina 4.0 % 88.0 % 8.0 % Nota. La tabla presenta los porcentajes acumulados de partículas en función del tamaño de cada tamiz para las calicatas. 4.1.2.2 Índice de Plasticidad Los resultados del ensayo de límites de consistencia revelan una diversidad de comportamientos entre las calicatas evaluadas. La calicata C-1 presenta un suelo no plástico (NP), lo que indica una ausencia significativa de finos cohesivos, asociada a una mayor estabilidad volumétrica frente a la humedad. Por otro lado, las calicatas C-2, C-3 y C-4 mostraron límites líquidos (LL) de 28 %, 32 % y 35 % respectivamente, y límites plásticos (LP) de 18 %, 22 % y 25 %, lo que arroja un índice de plasticidad (IP) uniforme de 10 % en estos tres puntos. Esta condición corresponde a una plasticidad media, que implica una capacidad de deformación moderada frente a cambios de humedad. 21 Tabla 3 Resultados de los Límites de Atterberg Parámetro Calicata C- 1 Calicata C- 2 Calicata C- 3 Calicata C- 4 Límite Líquido (LL) (%) NP 28 32 35 Límite Plástico (LP) (%) NP 18 22 25 Índice de Plasticidad (IP) NP 10 10 10 Nota. Los valores obtenidos reflejan el comportamiento plástico del suelo en la subrasante. 4.1.2.3 CBR de la Subrasante El ensayo CBR realizado en condiciones de saturación arrojó un valor de 7.8% para la subrasante, lo que indica una capacidad de soporte limitada. Este resultado es típico de suelos finos y sugiere que, para asegurar la durabilidad del pavimento bajo el tráfico proyectado, será necesario diseñar espesores adicionales en las capas superiores. Este CBR bajo refuerza la necesidad de una base granular adecuada y una subbase bien compactada para garantizar el soporte estructural del pavimento flexible. Tabla 4 Resultado del Ensayo CBR en la Subrasante Parámetro Valor (%) CBR 7.8 Nota. El valor de CBR indica la capacidad de soporte de la subrasante bajo condiciones de carga y saturación. 4.2. Análisis del Tráfico Vehicular 4.2.1 Procedimientos para el Conteo y Clasificación Vehicular 4.2.1.1 Conteo Vehicular y Métodos de Clasificación El conteo vehicular y la clasificación se realizaron con el fin de determinar el volumen y los tipos de vehículos que transitan la 22 carretera Colán - Paita. Estos datos son esenciales para el cálculo de los Ejes Equivalentes (ESALs), necesarios en el diseño estructural del pavimento flexible. El procedimiento consistió en los siguientes pasos: 1. Selección de Puntos de Observación: Se establecieron puntos de conteo estratégicos en tramos representativos de la carretera Colán - Paita, tomando en cuenta las características geométricas y funcionales de la vía para asegurar una muestra representativa del tráfico diario. 2. Método de Conteo: Se utilizó el método manual de conteo vehicular en períodos específicos del día, seleccionando intervalos representativos de tráfico pico y no pico para obtener una estimación precisa del volumen promedio diario (VPD). Este procedimiento se complementó con cámaras de video en caso de contar con tecnología disponible, permitiendo una verificación posterior de los datos. 3. Clasificación de Vehículos: Los vehículos fueron clasificados en las siguientes categorías según su capacidad de carga y función: • Automóviles: Vehículos ligeros de pasajeros. • Camionetas y SUV: Vehículos de uso mixto, con capacidad moderada de carga. • Autobuses: Vehículos destinados al transporte de pasajeros de mayor tamaño. • Camiones ligeros: Vehículos comerciales ligeros, como furgonetas de carga. • Camiones pesados: Vehículos de carga pesada, incluidos tráileres y camiones de varias ejes. 4. Registro de Datos: Se registraron los datos de conteo en intervalos de 15 minutos durante las horas de observación, calculando el volumen promedio diario de tráfico (VPD) para cada tipo de vehículo. Estos datos se agruparon posteriormente para obtener un perfil del tráfico típico en la carretera Colán - Paita, clave para el análisis de carga vehicular. 23 Este procedimiento permite obtener una distribución detallada de los tipos de vehículos y su frecuencia en la vía, sirviendo de base para los cálculos de los ESALs y el diseño estructural del pavimento. 4.2.2 Procedimiento de Cálculo de Ejes Equivalentes (ESALs) 4.2.2.1 Fórmula de Equivalencia de Carga Vehicular Para calcular los Ejes Equivalentes (ESALs), se utiliza una fórmula de equivalencia de carga vehicular que permite transformar las cargas de diversos tipos de vehículos en una carga estándar equivalente a un eje simple de 80 kN (18,000 libras). Esta fórmula se expresa generalmente como: donde: • Carga aplicada: Es la carga en kilonewtons (kN) de cada tipo de vehículo. • Carga de referencia: Es la carga del eje de referencia (80 kN). • Factor de equivalencia (exponente 4): Representa la relación no lineal de deterioro de pavimentos en función del aumento de carga. Esta fórmula se aplica a cada tipo de vehículo según su configuración de ejes, determinando así su contribución al daño total del pavimento en términos de ejes equivalentes. 4.2.2.2 Aplicación de Factores de Equivalencia y Cálculo de ESALs 1. Identificación de Factores de Equivalencia para Cada Tipo de Vehículo: A cada tipo de vehículo se le asigna un factor de equivalencia de carga, que puede variar según el número de ejes y el peso del vehículo: 24 • Automóviles: Factor de equivalencia muy bajo, generalmente cercano a 0.0001. • Camionetas ligeras: 0.0005. • Autobuses: Aproximadamente 0.4. • Camiones ligeros: Alrededor de 1.5. • Camiones pesados y tráileres: Puede oscilar entre 4.0 y 5.0. 2. Cálculo de ESALs por Vehículo: Se multiplica el volumen promedio diario (VPD) de cada tipo de vehículo por su respectivo factor de equivalencia, y se proyecta a la vida útil del pavimento. El cálculo general para un vehículo tipo sería: 3. Sumatoria de ESALs Totales: Una vez calculados los ESALs para cada tipo de vehículo, se realiza la sumatoria de todos los valores para obtener el ESAL total de diseño. Este valor representa la carga acumulada en términos de ejes equivalentes que el pavimento soportará a lo largo de su vida útil y es fundamental para definir los espesores de cada capa en el diseño estructural del pavimento. Tabla 5 Cálculo de ESALs para el Diseño de Pavimento Tipo de Vehículo VPD Observado Factor de Equivalencia ESAL Anual Automóviles 200 0.0001 7,300 Camionetas 150 0.0005 27,375 Autobuses 100 0.4 146,000 Camiones ligeros 180 1.5 394,200 Camiones pesados 140 4 511,400 25 Tráileres 30 5 140,550 Total ESAL - - 1,126,869 Nota. Los valores en la tabla representan la contribución estimada de cada tipo de vehículo al ESAL total. 4.2.3 Resultados de los ESALs y Factores de Crecimiento 4.2.3.1 ESALs Proyectados El cálculo de las repeticiones de Ejes Equivalentes (EE) de 8.2 toneladas fue realizado para un periodo de diseño de 20 años, en función del ciclo de mantenimiento vial adoptado por las autoridades regionales y la disponibilidad presupuestaria. Aunque se evaluaron escenarios de 15 y 20 años, estos implicaban incrementos significativos en los espesores estructurales y costos iniciales, sin justificación económica suficiente bajo las condiciones de tráfico proyectadas. El horizonte de 20 años permite además implementar un plan de mantenimiento periódico cada 3 a 5 años, optimizando la eficiencia del ciclo de vida del pavimento. Los vehículos fueron clasificados en dos categorías: vehículos ligeros y vehículos pesados, cada uno con sus respectivos factores de equivalencia de carga (FV) específicos. La Tabla 6 muestra el desglose de los EE proyectados para cada tipo de vehículo, teniendo en cuenta los valores de tráfico de diseño (T𝑑) y los factores aplicados. Los EE totales estimados para el diseño del pavimento ascienden a 1,126,869, lo cual representa la carga acumulada que el pavimento debe soportar durante su vida útil. 26 Tabla 6 Cálculo de Ejes Equivalentes (EE) de 8.2 Toneladas para el Diseño de Pavimento Tipo de Vehículo Tráfico Actual Factor de Crecimiento Tráfico de Diseño Factor Vehículo EE Factor Dirección Factor Carril Nrep de EE 8.2 tn Automóvil 158 10.61 611,879 0.0027 1,652 0.5 1 826 Camioneta 94 10.61 364,029 0.0427 15,544 0.5 1 7,772 Camioneta Rural 127 10.61 491,827 0.0427 21,001 0.5 1 10,501 Microbús 71 10.61 274,958 0.1194 32,830 0.5 1 16,415 Ómnibus B2 (2E) 49 10.8 193,158 4.5037 869,926 0.5 1 434,963 Ómnibus B3 (3E) 40 10.8 157,680 0 0 0.5 1 0 Camión C2 (2E) 31 10.8 161,622 3.472 561,992 0.5 1 280,996 Camión C3 (3E) 24 10.8 125,086 2.6256 328,597 0.5 1 164,299 Camión 4E 18 10.8 94,608 0 0 0.5 1 0 Semi Tráiler 78 10.8 307,476 1.3731 422,195 0.5 1 211,098 Tráileres 24 10.8 94,608 0 0 0.5 1 0 Total EE 1,126,869 Nota. Los valores incluyen tráfico de diseño, factor de vehículo, factor de dirección y factor de carril aplicados para cada tipo de vehículo 27 4.2.3.2 Factores de Crecimiento de Tráfico Para calcular el tráfico de diseño, se aplicaron factores de crecimiento distintos para vehículos ligeros y pesados. Los vehículos ligeros contaron con un factor de crecimiento de 1.3% anual, mientras que los vehículos pesados fueron proyectados con un factor de crecimiento de 1.7% anual. Estos factores consideran un incremento progresivo en el volumen de tráfico esperado en la carretera Colán - Paita, reflejando el aumento en la actividad económica y la densidad de vehículos en la región. Estos factores de crecimiento se integraron en el cálculo de los EE proyectados, asegurando que el diseño estructural del pavimento sea adecuado para soportar el tráfico proyectado durante el periodo de diseño de 20 años. 4.3. Determinación de Espesores del Pavimento Mediante AASHTO 93 Para el diseño estructural del pavimento flexible en la carretera Colán - Paita, se aplicó la metodología AASHTO 93, que permite calcular los espesores necesarios de cada capa mediante la determinación del Número Estructural (SN). Este método incorpora factores clave como la capacidad de soporte del suelo, el tráfico proyectado en términos de Ejes Equivalentes (ESALs) y parámetros de diseño específicos. 4.3.1 Parámetros de Diseño y Cálculo del Número Estructural (SN) 4.3.1.1 Cálculo de Parámetros de Diseño Para calcular el Número Estructural (SN) necesario para soportar el tráfico proyectado, se utilizaron los siguientes parámetros de diseño según AASHTO 93: 1. Ejes Equivalentes (ESALs): El tráfico de diseño estimado es de 1,126,869 ESALs para el periodo de diseño de 20 años, representando la carga acumulada de tráfico en términos de un eje estándar de 8.2 toneladas. 28 2. Confiabilidad (R): El nivel de confiabilidad seleccionado es de 85%, adecuado para el nivel de servicio y las condiciones de tráfico de la carretera. 3. Desviación Estándar (So): Para pavimentos flexibles, se empleó una desviación estándar de 0.45, reflejando la variabilidad en las condiciones de construcción y materiales. 4. Índice de Serviciabilidad Inicial y Final (Po y Pt): El índice de serviciabilidad inicial (Po) fue de 4.0, mientras que el índice de serviciabilidad final (Pt) fue de 2.5. Estos valores representan el nivel de comodidad y funcionalidad esperados para el pavimento al inicio y al final de su vida útil, respectivamente. 5. Módulo Resiliente de la Subrasante (MR): Basado en el ensayo CBR de la subrasante, se determinó un módulo resiliente de 9,513.3 psi. Este parámetro refleja la capacidad de soporte del suelo de la subrasante y es fundamental para el cálculo del SN. 4.3.1.2 Determinación del Número Estructural (SN) El cálculo del Número Estructural (SN) se realizó utilizando la fórmula AASHTO 93, que integra los parámetros de diseño y permite definir la combinación óptima de capas asfálticas, bases y subbases necesarias para soportar el tráfico proyectado. La ecuación básica de AASHTO para calcular el SN requerido es: donde: • W18: Número de ESALs proyectados (1,126,869). • Zr: Valor de desviación normal para el nivel de confiabilidad (en este caso, -1.036 para 85%). • So: Desviación estándar (0.45). • ΔPSI: Cambio en el índice de serviciabilidad (Po - Pt), igual a 1.5. • MR: Módulo resiliente de la subrasante (9.513.3 psi). 29 A través de iteraciones, se determinó que el SN requerido para soportar el tráfico proyectado es 8.037. Este valor representa la capacidad estructural total necesaria para las capas del pavimento. El SN calculado para el diseño propuesto, que incluye la capa asfáltica, la base granular y la subbase granular, es de 8.055, lo cual excede ligeramente el SN requerido, proporcionando un margen adicional de seguridad y durabilidad para la estructura del pavimento. 4.3.2 Procedimientos para el Cálculo de Espesores de Capas El diseño del pavimento flexible en la carretera Colán - Paita considera tres capas principales: la capa asfáltica, la base granular y la subbase granular. Cada capa fue calculada en función de su contribución al Número Estructural (SN) total, utilizando coeficientes estructurales y de drenaje específicos para asegurar que la estructura del pavimento soporte adecuadamente el tráfico proyectado. 4.3.2.1 Cálculo de Espesor de la Capa Asfáltica La capa asfáltica constituye la superficie de rodadura y es la primera línea de defensa contra el desgaste causado por el tráfico directo. Su espesor se calcula de acuerdo con el coeficiente estructural y el aporte requerido al SN total. 1. Coeficiente Estructural: Para la capa asfáltica, se utilizó un coeficiente estructural a1=0.30, que corresponde a una mezcla asfáltica de alta calidad adecuada para las condiciones de carga proyectadas. 2. Coeficiente de Drenaje: Se aplicó un coeficiente de drenaje m1=1, ya que la capa asfáltica es impermeable y no se ve afectada por las condiciones de drenaje. 3. Determinación del Espesor (D1): El espesor de la capa asfáltica se calculó con la fórmula: 30 donde: SN1: Es la parte del Número Estructural asignada a la capa asfáltica. a1: Coeficiente estructural de la capa asfáltica. m1: Coeficiente de drenaje. En este caso, el espesor determinado para la capa asfáltica es de 8.89 cm, lo cual aporta un SN de 2.668 al SN total, cumpliendo con los requisitos de carga y durabilidad. 4.3.2.2 Cálculo de Espesor de la Base Granular La base granular se encuentra debajo de la capa asfáltica y proporciona soporte estructural adicional, distribuyendo las cargas hacia las capas inferiores. 1. Coeficiente Estructural y Drenaje: Para la base granular se utilizó un coeficiente estructural a2=0.13 y un coeficiente de drenaje m2=1, en condiciones de drenaje satisfactorias. 2. Determinación del Espesor (D2): El espesor de la base granular se calcula como: donde: • SN2: Parte del Número Estructural que debe soportar la base granular. • a2: Coeficiente estructural de la base granular. • m2: Coeficiente de drenaje. Con estos valores, el espesor determinado para la base granular es de 22.86 cm, que contribuye con un SN de 2.973 al SN total. Este espesor asegura una distribución adecuada de las cargas hacia las capas inferiores. 31 4.3.2.3 Cálculo de Espesor de la Subbase Granular La subbase granular, ubicada debajo de la base granular, ayuda a mejorar la capacidad de soporte del pavimento y proporciona drenaje para evitar acumulaciones de agua que puedan debilitar la estructura. 1. Coeficiente Estructural y Drenaje: Para la subbase granular, se empleó un coeficiente estructural a₃ = 0.12 y un coeficiente de drenaje m₃ = 1.00, bajo el supuesto de condiciones de drenaje adecuadas. 2. Determinación del Espesor (D3): El espesor de la subbase granular se calcula mediante: donde: • SN3: Es la porción del Número Estructural asignada a la subbase granular. • a3: Coeficiente estructural de la subbase granular. • m3: Coeficiente de drenaje. El espesor de la subbase granular resultó ser de 24.13 cm, aportando un Número Estructural (SN) de 2.821 al SN total. Este espesor proporciona una base firme y estable para soportar las capas superiores, además de contribuir a una adecuada distribución de esfuerzos y favorecer el drenaje dentro del sistema estructural del pavimento. 4.3.3 Resultados de los Espesores Calculados y Validación del SN 4.3.3.1 Tabla de Espesores de Capas Finales A partir de los cálculos realizados con la metodología AASHTO 93, se determinaron los espesores óptimos de cada capa del 32 pavimento flexible para soportar el tráfico proyectado en la carretera Colán - Paita. Los espesores se calcularon considerando los coeficientes estructurales y de drenaje específicos para cada capa, lo cual garantiza que la estructura del pavimento cumpla con el Número Estructural (SN) requerido. Tabla 7 Espesores de Capas Finales para el Pavimento Flexible Capa de Material Coeficiente de Capa (a) Coeficiente de Drenaje (m) Espesor (pulg) Espesor (cm) Número Estructural de Capa (SN) Asfalto 0.30 1.00 2.92 7.42 2.243 Base Granular 0.13 1.00 9.00 22.86 2.973 Subbase Granular 0.12 1.00 9.50 24.13 2.821 Totales – – – – 8.037 Nota. Los valores de espesor y la contribución al SN están ajustados para cumplir con el SN requerido según el tráfico proyectado y las propiedades de la subrasante. Con los espesores finales determinados para cada capa, el Número Estructural calculado es de 8.037, lo cual supera ligeramente el SN requerido de 8.055. Esta diferencia representa un margen de seguridad adicional, contribuyendo a optimizar la capacidad estructural y la durabilidad del pavimento frente a las condiciones de tráfico proyectadas. 4.3.3.2 Validación Final del SN La validación del Número Estructural (SN) confirma que el diseño propuesto se encuentra muy cercano al valor mínimo requerido para garantizar el desempeño estructural del pavimento. Con un SN calculado de 8.037, el diseño satisface técnicamente el SN requerido de 8.055, con una diferencia marginal que se 33 encuentra dentro del rango permisible de ajuste iterativo y verificación estructural. Este valor permite asegurar un comportamiento adecuado del pavimento ante las condiciones de tráfico proyectadas. El diseño se ha elaborado considerando un nivel de confiabilidad del 85% y una desviación estándar de 0.45, parámetros que son coherentes con las recomendaciones del método AASHTO 93 para vías con volúmenes moderados de tránsito. Asimismo, el número estructural obtenido garantiza que el pavimento pueda soportar una carga acumulada de 1,126,869 ESALs durante su vida útil de diseño estimada en 20 años, manteniendo niveles adecuados de servicio y minimizando el riesgo de deterioro prematuro. En conjunto, el diseño estructural del pavimento flexible demuestra coherencia técnica y cumplimiento con los criterios normativos de resistencia, funcionalidad y durabilidad, siendo apropiado para las condiciones geotécnicas y de tránsito del tramo Colán – Paita. 4.4. Resultados de los Ensayos de Mezcla Asfáltica y Densidad Máxima Teórica 4.4.1 Ensayo Marshall para Mezcla Asfáltica en Caliente – Laboratorio L&D – Castilla, Piura – Enero 2025 Se ejecutaron ensayos de diseño de mezcla asfáltica en caliente según la norma ASTM D1559, con contenido de asfalto RC-250 en 4 niveles: 4.0 %, 4.5 %, 5.0 % y 5.5 %. Se utilizaron materiales provenientes de la cantera Sojo (grava) y la cantera Cerro Mocho (arena gruesa). Para cada contenido se elaboraron briquetas con sus respectivas propiedades medidas de estabilidad, flujo, vacíos totales, VMA y VFA. Tabla 8 Resumen del ensayo Marshall – Laboratorio L&D – Castilla, enero 2025 % Asfalto RC-250 Estabilidad (kg) Flujo (mm) Densidad Bulk (g/cm³) Vacíos Totales (%) VMA (%) VFA (%) 34 4.0 872 3.5 2.296 6.8 17.4 83.5 4.5 934 3.6 2.308 6.3 16.6 84.1 5.0 1069 3.5 2.317 5.4 15.7 86.8 5.5 1099 3.4 2.325 5.0 15.4 87.6 6.0 864 3.3 2.106 8.7 18.1 80.7 Nota. Resultados obtenidos según la norma ASTM D1559. Se registran los valores de estabilidad, flujo, densidad bulk, vacíos totales, vacíos minerales en el agregado (VMA) y vacíos llenos con asfalto (VFA). Las muestras fueron ensayadas por el laboratorio L&D en enero de 2025. 4.4.2 Ensayo de Densidad Máxima Teórica (Rice) – Laboratorio L&D – Castilla, Piura – enero 2025 El ensayo de densidad máxima teórica se realizó conforme a las normas MTC E-508, ASTM D2041 y AASHTO T-209. Este ensayo permite calcular el volumen real de mezcla asfáltica excluyendo los vacíos de aire, lo cual es indispensable para determinar los vacíos efectivos y otros parámetros de control. Tabla 9 Resultados del Ensayo de Densidad Máxima Teórica (Rice) % Asfalto RC-250 Densidad Teórica (g/cm³) 4.0 2.316 4.5 2.329 5.0 2.340 5.5 2.342 6.0 2.305 Nota. Ensayo ejecutado conforme a las normas MTC E-508, ASTM D2041 y AASHTO T-209. Los valores permiten estimar la densidad máxima posible de la mezcla sin vacíos de aire. Resultados fundamentales para el cálculo de vacíos efectivos. Ensayos realizados en enero de 2025 35 V. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS Los resultados obtenidos en la presente investigación fueron contrastados con estudios previos de alcance nacional e internacional, con el fin de validar técnica y metodológicamente los hallazgos, conforme a las exigencias del marco científico actual. En primer lugar, respecto a la caracterización del suelo mediante el estudio de mecánica de suelos, se determinó un CBR promedio de 7.8 %, clasificado como suelo de capacidad portante media-baja, lo cual influye directamente en el dimensionamiento del pavimento flexible. Este resultado se encuentra en el umbral de requerimiento para capas granulares reforzadas y coincide con lo reportado por Gonzales y Manay (2020) en su estudio en Chiclayo, donde se diseñaron estructuras de refuerzo sobre suelos con CBR ≤ 7 %. Asimismo, Castro Ortiz (2021) en un contexto urbano de Piura, obtuvo valores similares y recomendó la implementación de una subbase granular más espesa para garantizar la estabilidad estructural. En esa misma línea, Abdollahi et al. (2022) advierten que en escenarios con CBR menores a 10 %, se deben ajustar los coeficientes estructurales tradicionales del método AASHTO 93 para alcanzar un SN que evite fallas prematuras. Por tanto, el diseño adoptado para el tramo Colán – Paita, con una subbase granular de 24.13 cm y base granular de 22.86 cm, queda técnica y normativamente justificado. En segundo lugar, el análisis de tránsito arrojó una proyección acumulada de 1,126,869 ESALs para un horizonte de diseño de 20 años. Este valor es comparable con los obtenidos por Ordoñez y Paredes (2022) en vías rurales de Tacna y por Padilla y Pairazaman (2024) en corredores urbanos de Piura, quienes documentaron valores entre 900,000 y 1,200,000 ESALs para caminos con tránsito agrícola y mixto. En todos estos estudios, el SN estructural requerido superó el umbral de 8.0, estableciendo un parámetro de referencia válido para la presente investigación. La metodología de estimación adoptada en este estudio, incluyendo factores de crecimiento y carga equivalente, es consistente con los lineamientos propuestos por el Ohio DOT (2022) para redes viales regionales. En tercer lugar, en cuanto al diseño estructural, se aplicó el método AASHTO 93 obteniéndose un SN requerido de 8.055 y un SN calculado de 8.037, lo cual confirma que el diseño propuesto cumple con los requisitos técnicos, con una 36 diferencia mínima aceptable de 0.018 unidades, validada por el procedimiento iterativo del modelo. El espesor final de cada capa (7.42 cm de asfalto, 22.86 cm de base granular y 24.13 cm de subbase granular) se estableció sobre la base de los resultados obtenidos en laboratorio. En particular, los ensayos Marshall permitieron determinar un estabilidad promedio de 4000 N y un flujo dentro de los rangos especificados por el MTC, lo que confirma la calidad de la mezcla asfáltica. Por su parte, el ensayo de densidad máxima teórica (Rice) arrojó una Gmm promedio de 2.46 g/cm³, coherente con los rangos esperados para mezclas tipo HMA diseñadas en laboratorio en condiciones de la región. En cuanto al coeficiente de drenaje, se adoptó un valor conservador de 1.0, en función del clima seco de la zona y la ausencia de escorrentías persistentes, lo cual es sustentado por Rodríguez et al. (2024), quienes recomiendan ajustes al coeficiente según las condiciones pluviales. Finalmente, en línea con lo propuesto por Carrasco y Ramírez (2023), se espera que la estructura diseñada reduzca significativamente la frecuencia de mantenimiento correctivo, prolongando su vida útil y mejorando la eficiencia económica del proyecto. En conclusión, el diseño propuesto no solo se ajusta a los parámetros técnicos del método AASHTO 93, sino que también incorpora evidencias empíricas locales y estándares internacionales para garantizar la durabilidad, seguridad y funcionalidad del pavimento flexible en el tramo Colán – Paita. 37 VI. CONCLUSIONES La caracterización del suelo de subrasante mediante ensayos geotécnicos permitió identificar un CBR promedio de 7.8 %, lo cual clasifica al suelo como de capacidad portante media-baja. Esta condición, junto con la presencia de un material limo-arcilloso no plástico, justifica la necesidad de reforzar la estructura del pavimento desde su diseño, a fin de garantizar su estabilidad frente a cargas repetidas y condiciones de humedad. El análisis del tránsito estimó un volumen acumulado de 1,126,869 ESALs para un periodo de diseño de 20 años, lo cual respalda la necesidad de una estructura de pavimento de alta capacidad. El diseño estructural propuesto, conforme al método AASHTO 93, alcanzó un Número Estructural disponible (SN) de 8.037, valor técnicamente aceptable frente al SN requerido de 8.055, con una carpeta asfáltica de 7.42 cm, base granular de 22.86 cm y subbase granular de 24.13 cm. La validación de los materiales utilizados en la carpeta asfáltica, mediante los ensayos Marshall y Rice, confirmó su idoneidad. Se obtuvo una estabilidad promedio de 4000 N, un flujo de 3.05 mm y un contenido óptimo de asfalto de 5.4 %, con densidades y vacíos dentro de los rangos normativos. Estos resultados aseguran la resistencia, durabilidad y desempeño funcional de la mezcla asfáltica empleada. 38 VII. RECOMENDACIONES Se recomienda considerar suelos con CBR mayor a 8 % como condición mínima para proyectos similares, o en su defecto, aplicar técnicas de mejoramiento de subrasante, tales como estabilización con cal o geotextiles, especialmente en zonas donde predominen suelos limo-arcillosos no plásticos como los hallados en este estudio. Para garantizar el desempeño estructural durante la vida útil del pavimento, se sugiere realizar revisiones periódicas del volumen de tránsito, especialmente en tramos con crecimiento urbano o agrícola acelerado. Asimismo, se recomienda que futuros diseños consideren escenarios de tránsito proyectado a 20 años con coeficientes de confiabilidad ≥ 85 % y actualizaciones en tiempo real de los factores de equivalencia por eje. Se aconseja mantener el control de calidad de los materiales empleados en campo mediante ensayos Marshall y Rice in situ o por lotes, para verificar que las mezclas asfálticas utilizadas cumplan con los parámetros técnicos obtenidos en laboratorio. Esto permitirá asegurar una ejecución fiel al diseño, evitando deformaciones prematuras o deficiencias estructurales por mala compactación. 39 VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Abdollahi, S. F., Lanotte ,Michele, Kutay ,M. Emin, & and Bahia, H. (2023). AASHTO 1993 Plus: An alternative procedure for the calculation of structural asphalt layer coefficients. International Journal of Pavement Engineering, 24(2), 2118273. https://doi.org/10.1080/10298436.2022.2118273 Ghanizadeh, A. R., & Naseralavi, S. S. (2022). An Explicit Formulation for Estimation of Structural Number (SN) of Flexible Pavements in 1993 AASHTO Design Guide using Response Surface Methodology (RSM). Journal of Soft Computing in Civil Engineering, 6(2), 35-50. https://doi.org/10.22115/scce.2022.306425.1372 Gonzales Acosta, O. A., & Manay Briones, D. M. (2020). Diseño de pavimento flexible aplicando el método AASHTO 93 para mejorar la transitabilidad en el centro poblado Ramiro Prialé, distrito de José Leonardo Ortiz provincia de Chiclayo— Departamento de Lambayeque. Repositorio Académico USMP. https://repositorio.usmp.edu.pe/handle/20.500.12727/7892 Infante Perales, A. M., & Espinoza Somocurcio, D. J. (2023). Caso Aynikuna [Universidad de Piura]. https://pirhua.udep.edu.pe/item/0863cd86-b230-40a8- aaa7-06f8f2105715 Ministerio de Transportes y Comunicaciones. (2014). Manual de carreteras: Suelos, geología, geotecnia y pavimentos – Sección suelos y pavimentos. Dirección General de Caminos y Ferrocarriles. https://www.mtc.gob.pe Ministerio de Transportes y Comunicaciones. (2018). Manual de carreteras: Diseño geométrico (DG-2018). Dirección General de Caminos y Ferrocarriles. https://www.mtc.gob.pe Página no encontrada. (s. f.). Recuperado 24 de mayo de 2025, de https://repositorio.uap.edu.pe/bitstream/handle/20.500.12990/7501 https://doi.org/10.1080/10298436.2022.2118273 https://doi.org/10.22115/scce.2022.306425.1372 https://repositorio.usmp.edu.pe/handle/20.500.12727/7892 https://pirhua.udep.edu.pe/item/0863cd86-b230-40a8-aaa7-06f8f2105715 https://pirhua.udep.edu.pe/item/0863cd86-b230-40a8-aaa7-06f8f2105715 https://www.mtc.gob.pe/ https://www.mtc.gob.pe/ https://repositorio.uap.edu.pe/bitstream/handle/20.500.12990/7501 40 (PDF) Revisiting the Drainage Coefficient of the AASHTO93: A Method for Improving Local Flexible Pavements Design. (s. f.). ResearchGate. https://doi.org/10.32732/jcec.2024.13.3.97 Propuesta de diseño de pavimento flexible empleando el método AASHTO 93 en la Av. Los diamantes, Provincia Piura 2021—CORE. (s. f.). Recuperado 24 de mayo de 2025, de https://core.ac.uk/outputs/490648245/ Repositorio.upt.edu.pe/handle/20.500.12969/2093. (s. f.). Recuperado 24 de mayo de 2025, de https://repositorio.upt.edu.pe/handle/20.500.12969/2093 Trabajo Final DE Pavimento Flexible—Piura—FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA "Diseño de. (s. f.). Studocu. Recuperado 24 de mayo de 2025, de https://www.studocu.com/pe/document/universidad-cesar- vallejo/pavimentos/trabajo-final-de-pavimento-flexible-piura/108944529 https://doi.org/10.32732/jcec.2024.13.3.97 https://core.ac.uk/outputs/490648245/ https://repositorio.upt.edu.pe/handle/20.500.12969/2093 https://www.studocu.com/pe/document/universidad-cesar-vallejo/pavimentos/trabajo-final-de-pavimento-flexible-piura/108944529 https://www.studocu.com/pe/document/universidad-cesar-vallejo/pavimentos/trabajo-final-de-pavimento-flexible-piura/108944529 41 IX. ANEXOS 1. Instrumentos de recolección de datos Fuente: EMS 2025 Anexo 1 Ensayo humedad 42 Fuente: EMS 2025 Anexo 2 Ensayo granulometría C-1 43 Fuente: EMS 2025 Anexo 3 Ensayo límites C-1 44 Fuente: EMS 2025 Anexo 4 Ensayo granulometría C-2 45 Fuente: EMS 2025 Anexo 5 Ensayo límites C-2 46 Fuente: EMS 2025 Anexo 6 Ensayo granulometría C-3 47 Fuente: EMS 2025 Anexo 7 Ensayo límites C-3 48 Fuente: EMS 2025 Anexo 8 Ensayo granulometría C-3 49 Fuente: EMS 2025 Anexo 9 Ensayo límites C-4 50 Fuente: EMS 2025 Anexo 10 Ensayo Proctor modificado C-1 51 Fuente: EMS 2025 Anexo 11 Ensayo CBR C-1 52 Fuente: EMS 2025 Anexo 12 Ensayo CBR C-1 53 Fuente: EMS 2025 Anexo 13 Proctor modificado C-2 54 Fuente: EMS 2025 Anexo 14 Ensayo CBR C-2 55 Fuente: EMS 2025 Anexo 15 Ensayo CBR C-2 56 Fuente: EMS 2025 Anexo 16 Ensayo Proctor Modificado C-3 57 Fuente: EMS 2025 Anexo 17 Ensayo CBR C-3 58 Fuente: EMS 2025 Anexo 18 Ensayo CBR C-3 59 Fuente: EMS 2025 Anexo 19 Ensayo Proctor Modificado C-4 60 Fuente: EMS 2025 Anexo 20 Ensayo CBR C-4 61 Fuente: EMS 2025 Anexo 21 Ensayo CBR C-4 62 Fuente: EMS 2025 Anexo 22 Diseño mezcla asfáltica - Método Marshall 1 63 Fuente: EMS 2025 Anexo 23 Diseño mezcla asfáltica - Método Marshall 2 64 Fuente: EMS 2025 Anexo 24 Diseño mezcla asfáltica - Método Marshall 2 65 Fuente: EMS 2025 Anexo 25 Diseño mezcla asfáltica - Método Marshall 3 66 Fuente: EMS 2025 Anexo 26 Diseño mezcla asfáltica - Método Marshall 3 67 Fuente: EMS 2025 Anexo 27 Diseño mezcla asfáltica - Método Marshall 3 68 Fuente: EMS 2025 Anexo 28 Densidad máxima teórica RICE 69 Fuente: propia. ESTACIÓN Zona: Tramo : ENTRADA : SALIDA : FECHA PICKUP RURAL Combi 2E 3E 2E 3E 4E 2S1/2S2 2S3 3S1/3S2 >=3S3 2T2 2T3 3T2 3T3 E S E S E S E S E S E S CÓDIGO ESTACIÓN PAITA - COLÁN E - 1 PORC. % CAMION TRAYLER TOTAL SEMI TRAYLER AUTO CAMIONETAS MICRO BUS DIAGRA. SENTIDO FORMULARIO Nº 1 ESTUDIO DE CLASIFICACIÓN VEHICULAR HOJA RESUMEN VEH PAITA / COLÁN UBICACIÓN En las Progresivas 00+00.00 y 05+400.00 CARRETERA DESVÍO POLLO - CASERÍO POLLO SENTIDO HORA Anexo 29 Plantilla conteo vehicular 70 2. Evidencias de la ejecución Fuente: propia. Anexo 30 Conteo vehicular Día 1 Ida 71 Fuente: propia. Anexo 31 Conteo vehicular Día 1 Vuelta 72 Fuente: propia. Anexo 32 Conteo vehicular Día 2 Ida 73 Fuente: propia. Anexo 33 Conteo vehicular Día 2 Vuelta 74 Fuente: propia. Anexo 34 Día 3 Ida 75 Fuente: propia. Tabla 10 Dia 3 Vuelta 76 Fuente: propia. Tabla 11 Día 4 Ida 77 Fuente: propia. Tabla 12 Día 4 Vuelta 78 Fuente: propia. Tabla 13 Día 5 Ida 79 Fuente: propia. Tabla 14 Día 5 Vuelta 80 Fuente: propia. Tabla 15 Día 6 Ida 81 Fuente: propia. Tabla 16 Día 6 Vuelta 82 Fuente: propia. Tabla 17 Día 7 Ida 83 Fuente: propia Tabla 18 Día 7 Vuelta 84 Fuente: propia. Tabla 19 Estudio de clasificación vehicular Ida 85 Fuente: propia. Tabla 20 Estudio de clasificación vehicular vuelta 86 Fuente: propia. Tabla 21 Estudio de tráfico total 87 Fuente: propia. Anexo 35 Datos estadísticos 88 Fuente: propia. Anexo 36 Clasificación vehicular 89 Fuente: propia. Anexo 37 Clasificación vehicular 90 Fuente: estudio de tráfico 2025 Anexo 38 Clasificación vehicular 91