UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESTUDIO DE INGENIERÍA CIVIL TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL Mejoramiento de las vías de la 3era Etapa Urbanización Piura, tramo entre Av. Cesar Vallejo y la Av. Belaunde, Piura, 2024 Línea de Investigación: Ingeniería de Transportes Sub Línea de Investigación: Transportes Autores: Chero Ordoñez, Sharon América Heredia Guevara, Percy Jurado Evaluador: Presidente : Ramal Montejo, Rodolfo Enrique Secretario : Vinces Rentería, Manuel Alberto Vocal : Novoa Castillo, Oscar Walther Asesor: Príncipe Reyes, Roger Alberto Código ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0498-9544 PIURA – PERÚ 2025 Fecha de sustentación: 2025 / 07 / 08 https://orcid.org/0000-0002-0498-9544 iii UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESTUDIO DE INGENIERÍA CIVIL TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL Mejoramiento de las vías de la 3era Etapa Urbanización Piura, tramo entre Av. Cesar Vallejo y la Av. Belaunde, Piura, 2024 Línea de Investigación: Ingeniería de Transportes Sub Línea de Investigación: Transportes Autores: Chero Ordoñez, Sharon América Heredia Guevara, Percy Jurado Evaluador: Presidente : Ramal Montejo, Rodolfo Enrique Secretario : Vinces Rentería, Manuel Alberto Vocal : Novoa Castillo, Oscar Walther Asesor: Príncipe Reyes, Roger Alberto Código ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0498-9544 PIURA – PERÚ 2025 Fecha de sustentación: 2025 / 07 / 08 https://orcid.org/0000-0002-0498-9544 junio del 2025 Piura, 26 de junio del 2025 vi DEDICATORIA A Dios, por haberme dado la vida, la fortaleza y la paciencia necesarias para no rendirme, incluso en los momentos de incertidumbre y cansancio. Por ser mi guía en cada paso, por abrirme caminos donde no los veía y por darme la fe para seguir adelante. A mis padres, pilares inquebrantables de mi vida. Gracias, mamá y papá, por su amor inmenso, sus consejos sabios, su apoyo incondicional y los incontables sacrificios que hicieron por mí. Esta meta también es suya, porque sin ustedes no habría llegado hasta aquí. Gracias por enseñarme, desde pequeño, que los sueños se alcanzan con esfuerzo, responsabilidad y humildad. A mi familia, por su comprensión y cariño en los momentos en que no pude estar presente. Gracias por ser mi refugio, por sus palabras de aliento y por confiar en mí incluso cuando yo dudaba de mí mismo. A mis docentes, por su dedicación, exigencia y enseñanzas. A cada uno de ellos, gracias por contribuir con su conocimiento a mi formación profesional y personal. A los que fueron inspiración y guía, mi admiración y respeto eterno. Y finalmente, a mí mismo. A ese yo que no se rindió, que superó el cansancio, la frustración y las dudas. A ese yo que soñó con este momento y lo hizo realidad. Br. Chero Ordoñez, Sharon América Br. Heredia Guevara, Percy vii AGRADECIMIENTO El presente trabajo de tesis es el resultado de un esfuerzo compartido, no solo entre quienes lo desarrollamos, sino también de todas las personas e instituciones que nos acompañaron y apoyaron a lo largo de esta etapa. Agradecemos, en primer lugar, a Dios, por guiarnos, brindarnos sabiduría, paciencia y fortaleza para afrontar cada reto que este camino nos presentó. A nuestras familias, por su amor incondicional, su comprensión en los momentos difíciles y por ser nuestro mayor sostén emocional. Gracias por creer en nosotros y alentarnos a seguir adelante incluso cuando las fuerzas parecían agotarse. A nuestros docentes y asesores, por su compromiso con nuestra formación académica. En especial, a quienes nos orientaron directamente en el desarrollo de esta tesis, por sus valiosos aportes, su paciencia, y por compartir con nosotros sus conocimientos y experiencia. A nuestros compañeros y amigos, por su apoyo constante, sus palabras de ánimo y su amistad sincera durante esta etapa universitaria. Este logro representa el cierre de una etapa importante, y el inicio de nuevos desafíos que estamos dispuestos a enfrentar con la misma dedicación y entusiasmo. viii RESUMEN La presente investigación tiene como objetivo principal determinar si el mejoramiento del pavimento rígido en la 3ra etapa de la Urbanización Piura, específicamente en el tramo comprendido entre la calle César Vallejo y la avenida Belaunde, cumple con los parámetros técnicos adecuados. Esta zona, ubicada en la ciudad de Piura, presenta un notable deterioro vial que afecta la transitabilidad vehicular y peatonal, situación que se ha visto agravada por la falta de mantenimiento, el incremento del tránsito y los efectos de fenómenos climáticos como El Niño. Para abordar este problema, se desarrollaron estudios técnicos detallados, tales como el levantamiento topográfico del área, el análisis del tránsito vehicular y el estudio de mecánica de suelos. Con los datos obtenidos, se aplicó la metodología AASHTO-93, ampliamente reconocida en el diseño de pavimentos, para definir los espesores estructurales necesarios que garanticen la durabilidad y eficiencia de la vía. Los resultados demostraron que el diseño propuesto con pavimento rígido de 20 cm de espesor y base granular de igual medida, responde de manera adecuada a las condiciones geotécnicas y de tránsito del sector. Además, se determinó que esta solución representa una alternativa técnica y económicamente viable, con mayor durabilidad y menor necesidad de mantenimiento a largo plazo. Se concluye que el mejoramiento planteado no solo cumple con los estándares establecidos, sino que también contribuirá significativamente a mejorar la calidad de vida de los habitantes de la zona, al optimizar la seguridad y eficiencia en el desplazamiento. Palabras claves: mejoramiento vial, pavimento rígido, AASHTO-93, transitabilidad. ix ABSTRACT The main objective of this research is to determine whether the improvement of the rigid pavement in the third phase of the Piura Urbanization, specifically in the section between César Vallejo Street and Belaunde Avenue, meets the appropriate technical parameters. This area, located in the city of Piura, presents significant road deterioration that affects vehicular and pedestrian traffic, a situation that has been aggravated by the lack of maintenance, increased traffic, and the effects of climatic phenomena such as El Niño. To address this problem, detailed technical studies were conducted, including a topographic survey of the area, vehicular traffic analysis, and a soil mechanics study. Using the data obtained, the AASHTO-93 methodology, widely recognized in pavement design, was applied to define the necessary structural thicknesses to ensure the roadway's durability and efficiency. The results demonstrated that the proposed design, with a 20 cm thick rigid pavement and a granular base of equal thickness, adequately responds to the geotechnical and traffic conditions of the area. Furthermore, it was determined that this solution represents a technically and economically viable alternative, with greater durability and reduced long-term maintenance requirements. It is concluded that the proposed improvement not only meets established standards but will also significantly contribute to improving the quality of life of local residents by optimizing travel safety and efficiency. Keywords: road improvement, rigid pavement, AASHTO-93, trafficability. x PRESENTACIÓN Señores miembros del jurado: Nos dirigimos a ustedes para comunicarles que se han cumplido y aprobado los requisitos presentados mediante el Reglamento de Grados y Títulos de la Universidad Privada Antenor Orrego, por consecuente pongo a su disposición la revisión de la siguiente tesis, que se titula: “MEJORAMIENTO DE LAS VÍAS DE LA 3RA ETAPA URBANIZACIÓN PIURA, TRAMO ENTRE AV CESAR VALLEJO Y LA AV BELAUNDE, PIURA, 2024.” Todo esto se llevó a cabo de la supervisión y guía de nuestro asesor el Ing. Príncipe Reyes Roger Alberto. Atentamente, ____________________________ _____________________ Br. Chero Ordoñez, Sharon América Br. Heredia Guevara Percy DNI N° 47952305 DNI N° 61827479 xi INDICE CARATULA PÁGINA DE RESPETO CONTRACARÁTULA……………………………………………………………......iii DEDICATORIA ................................................................................................. vi AGRADECIMIENTO ........................................................................................ vii RESUMEN ...................................................................................................... viii ABSTRACT ...................................................................................................... ix PRESENTACIÓN .............................................................................................. x INDICE ............................................................................................................. xi INDICE DE TABLAS ....................................................................................... xiv INDICE DE GRAFICOS ................................................................................... xv I. INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 1 1.1. Problema de Investigación ................................................................. 1 1.1.1. Formulación del problema ............................................................. 1 1.2. Objetivos ............................................................................................ 2 1.2.1. Objetivo General ........................................................................... 2 1.2.2. Objetivos Específicos .................................................................... 2 1.3. Justificación del estudio ..................................................................... 2 1.3.1. Justificación Teórica ..................................................................... 2 1.3.2. Justificación Metodológica ............................................................ 2 1.3.3. Justificación Social ........................................................................ 3 1.3.4. Justificación Práctica .................................................................... 3 II. MARCO DE REFERENCIA ....................................................................... 3 2.1. Antecedentes del estudio ................................................................... 3 xii 2.1.1. Antecedentes internacionales ....................................................... 3 2.1.2. Antecedentes Nacionales ............................................................. 6 2.1.3. Antecedentes locales .................................................................... 9 2.2. Marco teórico .................................................................................... 11 2.2.1. Pavimento ................................................................................... 11 2.2.2. Estructura del pavimento. ........................................................... 12 2.2.3. Pavimento rígido. ........................................................................ 13 2.2.4. Metodología de diseño AASHTO 93: .......................................... 14 2.2.5. Análisis de riesgos. ..................................................................... 15 2.3. Marco conceptual ............................................................................. 15 2.4. Sistema de hipótesis ........................................................................ 16 2.4.1. Hipótesis general: ....................................................................... 16 2.4.2. Hipótesis Específica: ................................................................... 16 2.4.3. Variables de operación: .............................................................. 16 III. METODOLOGÍA EMPLEADA .............................................................. 18 3.1. Tipo y nivel de investigación............................................................. 18 3.2. Población y muestra de estudio ....................................................... 18 3.3. Diseño de investigación ................................................................... 18 3.4. Técnicas e instrumentos de investigación ........................................ 18 3.5. Procesamiento y análisis de datos ................................................... 19 IV. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ................................................. 20 4.1. Análisis e interpretación de resultados ............................................. 20 4.1.1. Resultado de Visita en Campo .................................................... 20 4.1.2. Resultados del objetivo 1: Estudio Topográfico .......................... 23 4.1.3. Resultados de Objetivo 2: Estudio de Suelos ............................. 25 xiii 4.1.4. Resultados de Objetivo 3: Estudio vehicular ............................... 27 4.1.5. Resultados de Objetivo 4: Diseño estructural ............................. 29 4.1.6. Resultado Objetivo 6: Análisis de Riesgo ................................... 31 4.2. Docimasia de hipótesis .................................................................... 34 V. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ..................................................... 35 CONCLUSIONES ........................................................................................... 37 RECOMENDACIONES ................................................................................... 39 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................... 41 ANEXOS ......................................................................................................... 43 1. Instrumento de recolección de datos ................................................... 43 2. Evidencias de ejecución de la propuesta ............................................. 44 3. Resolución de aprobación ................................................................... 51 4. Acta de Constatación de ejecución ...................................................... 52 5. Compromiso Asesor ............................................................................ 54 6. Mapas de Peligro de la Ciudad de Piura ................................................. 55 7. Pesos y Medidas por vehículos .............................................................. 60 8. Planos ..................................................................................................... 63 xiv INDICE DE TABLAS Tabla 1: Matriz de Consistencia ..................................................................... 17 Tabla N°2: Calicatas Realizadas .................................................................... 25 Tabla N°3. Parámetros del suelo obtenidos de Calicatas ............................... 26 Tabla N°4: Datos obtenidos del CBR en Calicata N°2 .................................... 27 Tabla N°5: Resumen de Conteo vehicular Semanal ...................................... 28 Tabla N°6. Cálculo ESAL a 20 años ............................................................... 30 Tabla N°7. Parámetros para Diseño estructural ............................................. 30 xv INDICE DE GRAFICOS Figura 1. Estructura de un pavimento rígido ................................................... 14 Figura 2. Identificación de zona de estudio .................................................... 20 Figura 3. Tramo comprendido entra la Av. César Vallejo y Av. Belaunde ...... 21 Figura 4. Tramo 2 comprendido entre la Av. César Vallejo y Av. Belaunde ... 22 Figura 5. Tramo 3 comprendido entre la Av. César Vallejo y Av. Belaunde ... 22 Figura 6. Tramo 4 comprendido entre la Av. César Vallejo y Av. Belaunde ... 23 Figura 7. Plano topográfico del área de estudio ............................................. 24 Figura 8. Estudio de Suelo en Av. John F. Kennedy ...................................... 25 Figura 9. Vista Transversal. Diseño Estructural .............................................. 31 Figura 10. Identificación de Relieve Topográfico Local .................................. 32 Figura 11. Identificación de actividad geodinámica externa ........................... 32 Figura 12. Identificación de Clasificación del Suelo de Cimentación .............. 33 Figura 13. Identificación de Peligro de Aguas Subterráneas .......................... 33 Figura 13. Identificación de la Capacidad Portante del Suelo ........................ 34 1 I. INTRODUCCIÓN 1.1. Problema de Investigación En la región Piura, una de las principales problemáticas en el ámbito de la infraestructura vial es el deterioro progresivo de los pavimentos debido a la falta de mantenimiento periódico y adecuado. Luego de su construcción, muchas vías son abandonadas sin intervenciones de conservación, lo que genera un deterioro acelerado. Al recorrer diversas calles y avenidas de la ciudad, es común observar grietas, hundimientos, baches y deformaciones en la superficie de rodadura, signos evidentes de desgaste estructural. A esta problemática se suma la influencia de factores climáticos, especialmente en épocas de lluvia provocadas por fenómenos como El Niño Costero, que incrementan la vulnerabilidad de las vías. Durante estos eventos, el nivel freático del suelo se eleva, saturando las capas inferiores del pavimento, especialmente en zonas donde predominan suelos granulares, lo cual debilita la estructura y favorece asentamientos diferenciales en la subrasante y la losa de concreto. Además, la situación se agrava con la colmatación del sistema de drenaje pluvial y alcantarillado, cuya infraestructura muchas veces es insuficiente, se encuentra en mal estado o no fue considerada durante el diseño. El colapso de estas tuberías permite la infiltración de agua en la base del pavimento, provocando pérdida de capacidad estructural, filtraciones, hundimientos y fallas funcionales, lo que compromete seriamente la transitabilidad vehicular y peatonal, y genera mayores costos de reparación y riesgos para los usuarios. Frente a este escenario, se vuelve fundamental evaluar el estado actual de las vías y verificar si los proyectos de mejoramiento cumplen con los parámetros técnicos de diseño, construcción y durabilidad, a fin de garantizar obras sostenibles y funcionales para la población 1.1.1. Formulación del problema ¿El mejoramiento de pavimento rígido de la 3ra etapa Urbanización Piura, tramo entre Cesar Vallejo y la Av. Belaunde, Piura, 2024 cumple con los parámetros adecuados? 2 1.2. Objetivos 1.2.1. Objetivo General Realizar un mejoramiento del pavimento en las vías de la 3era Etapa Urbanización Piura, tramo entre Cesar Vallejo y la Av. Belaunde, Piura, 2024. 1.2.2. Objetivos Específicos • Realizar el levantamiento topográfico para las secciones en las vías de la 3era Etapa Urbanización Piura, tramo entre Cesar Vallejo y la Av. Belaunde, Piura, 2024. • Realizar un estudio de mecánica de suelo en las vías de la 3ra Etapa Urbanización Piura, tramo entre Cesar Vallejo y la Av. Belaunde, Piura, 2024. • Determinar el estudio de tráfico vehicular mediante el manual de carreteras, basadas en la metodología AASHTO-93 en las vías de la 3era Etapa Urbanización Piura, tramo entre Cesar Vallejo y la Av. Belaunde, Piura, 2024. • Realizar el diseño del espesor del pavimento utilizando la metodología AASHTO-93 en las vías de la 3ra Etapa Urbanización Piura, tramo entre Cesar Vallejo y la Av. Belaunde, Piura, 2024. • Evaluación de riesgos en las vías de la 3ra Etapa Urbanización Piura, tramo entre Cesar Vallejo y la Av. Belaunde, Piura, 2024. 1.3. Justificación del estudio 1.3.1. Justificación Teórica Se justifica de manera teórica, estando enfocada en el mejoramiento de las vías de la 3ra etapa Urbanización Piura, tramo entre Cesar Vallejo y la av. Belaunde, Piura, 2024, donde a través de estudios analizamos el estado en que se encuentra el pavimento flexible encontrando que ya no existe pavimento en diferentes calles de la zona de estudio, así determinaremos los nuevos espesores del pavimento mediante ensayos. 1.3.2. Justificación Metodológica Porque mediante la topografía nos permite obtener el plano de la zona y así poder evaluar el estado en que se encuentra el pavimento, también 3 utilizaremos una ficha para el estudio de suelos que serán realizados en un laboratorio reconocido y para el estudio de tráfico aplicaremos una guía de observación de datos, donde nos dará información sobre el volumen del tráfico que transita y soporta la vía de estudio, y así poder realizar un nuevo diseño de espesor del pavimento utilizando la metodología de AASHTO-93-Manual Carreteras. 1.3.3. Justificación Social Se realizará un mejoramiento del pavimento, brindando una mejor seguridad y tranquilidad a las personas, donde diseñaremos un nuevo espesor del pavimento para que no sigan causando problemas a la estructura debido al incremento de vehículos que recorren por las vías de la 3ra etapa urbanización Piura, tramo entre Cesar Vallejo y la av. Belaunde, Piura, 2024. 1.3.4. Justificación Práctica Se realizarán ensayos de campo, como el levantamiento topográfico de las secciones de la vía urbana, el estudio de mecánica de suelo, el estudio de tráfico vehicular, permitiéndonos conocer acerca de las características actuales de las vías y poder realizar su mejoramiento respectivamente. II. MARCO DE REFERENCIA 2.1. Antecedentes del estudio 2.1.1. Antecedentes internacionales Montes et al. (2021) realizaron el artículo científico: “Evaluación del desempeño de los pavimentos rígidos en Costa Rica”, con el objetivo de complementar la información existente, se propone una evaluación para determinar los deterioros típicos de los pavimentos rígidos en Costa Rica. La evaluación de los pavimentos rígidos se llevó a cabo a través de inspecciones visuales complementadas con mediciones automatizadas mediante el sistema Geo 3D. En una primera etapa, se identificaron y registraron los deterioros presentes en cada uno de los siete proyectos analizados, lo que permitió calcular el Índice de Condición del Pavimento (PCI, por sus siglas en inglés) para cada caso y reconocer los tipos de fallas más recurrentes. Posteriormente, se caracterizaron las condiciones climáticas y de tránsito propias de cada 4 proyecto, estableciendo relaciones directas entre estos factores y los deterioros observados. Con base en dicha información, se elaboraron modelos preliminares de predicción de deterioro que vinculan las condiciones ambientales y de carga con el comportamiento del pavimento. Entre los daños más comunes identificados en los pavimentos de Costa Rica destacan la pérdida de sello en las juntas (21,22 %), desprendimiento de agregados (13,58 %), desgaste por pulimiento de agregados (13,10 %) y fisuración lineal (7,08 %). Estos deterioros mostraron correlación con variables como la precipitación, temperatura y número de ejes equivalentes de carga. En consecuencia, se sugiere considerar los hallazgos de esta investigación como una referencia técnica para el desarrollo de modelos predictivos futuros, ya que proporciona un marco útil para diagnosticar y evaluar el estado de pavimentos rígidos bajo distintas condiciones climáticas y de carga vehicular. Vásquez et al. (2020) realizaron el estudio: “Aplicación práctica del método AASHTO-93 para el diseño de pavimento rígido” con el propósito de aplicar el método AASTHO-93 para realizar un diseño estructural de las capas de un pavimento rígido. La elección del método AASHTO 1993 se justifica por su capacidad para integrar el concepto de serviciabilidad dentro del proceso de diseño estructural, lo cual representa una ventaja significativa frente a otros enfoques. La metodología desarrollada contempla una descripción detallada y una aplicación sistemática del procedimiento, incorporando todos los elementos técnicos requeridos para garantizar su correcta ejecución. La caracterización del suelo se inició con la toma de muestras in situ, las cuales fueron sometidas a ensayos de laboratorio conforme a los protocolos establecidos para este tipo de estudios geotécnicos. Para el análisis del tránsito, se empleó una videocámara instalada estratégicamente en el tramo vial durante un periodo continuo de siete días. Este registro permitió realizar un conteo preciso, así como una evaluación detallada de las características del flujo vehicular, incluyendo tipos de vehículos, frecuencia y dirección del tránsito, información clave para la estimación de ejes 5 equivalentes. Como resultado de la aplicación del método AASHTO 93, es posible dimensionar adecuadamente cada una de las capas que conforman la estructura del pavimento rígido. Esto garantiza niveles óptimos de seguridad, confort y serviciabilidad a lo largo de su vida útil, respondiendo tanto a las condiciones actuales como a las proyecciones de tránsito futuro. Además de mejorar la calidad del servicio para los usuarios, esta solución estructural contribuye al desarrollo económico y social del entorno en el que se implemente. En este sentido, el estudio constituye una guía técnica clara y estructurada para la aplicación práctica del método AASHTO-93, integrando criterios de caracterización del suelo y análisis de tránsito vehicular. Sanipatín (2024) desarrollaron el estudio: “Características físicas e hidráulicas del pavimento rígido existente en la vía Balbanera–Pallatanga en la provincia de Chimborazo” con el objetivo de evaluar las principales características físicas e hidráulicas del pavimento rígido existente de la vía Balbanera – Pallatanga utilizando el método de extracción de núcleos y métodos de infiltración. Mediante la ejecución de diversos ensayos de laboratorio —entre ellos, el análisis granulométrico, la prueba de tracción indirecta y los ensayos de compresión sobre núcleos extraídos— complementados con evaluaciones in situ, se obtuvieron datos fundamentales para valorar el desempeño estructural y la calidad del pavimento existente. Los resultados permitieron determinar parámetros clave como el contenido de humedad, la absorción de agua, la capacidad de infiltración y el coeficiente de escorrentía, los cuales son esenciales para identificar deficiencias y establecer propuestas de mejora. Esta evaluación no solo aporta un diagnóstico detallado del estado actual del pavimento en el tramo analizado, sino que además ofrece una base sólida para el desarrollo de futuras investigaciones y estrategias de intervención. De este modo, se promueve la optimización de la infraestructura vial y se refuerza la seguridad y eficiencia operativa del sistema de transporte regional. Asimismo, 6 los criterios técnicos empleados para evaluar las propiedades físicas e hidráulicas del pavimento pueden ser replicados en tramos con características similares, facilitando la identificación de fallas y la planificación de soluciones correctivas de manera sistemática. 2.1.2. Antecedentes Nacionales Goicochea y Medina (2023) realizaron el estudio: “Diseño de la infraestructura vial con pavimento rígido para la transitabilidad de la carretera a Pariamarca-Cajamarca” con el objetivo de mejorar el tránsito vehicular y peatonal. Para el desarrollo de esta investigación se aplicó el diseño estructural de pavimento rígido en el corredor vial que conecta con la carretera a Pariamarca. El estudio se enmarca dentro de una investigación de tipo no experimental y con un enfoque descriptivo, dado que se analiza una realidad existente sin manipular las variables. La población y muestra estuvieron constituidas por toda la extensión del tramo vial que conforma dicha carretera, ubicada en una zona estratégica comprendida entre importantes avenidas de la ciudad de Cajamarca. La recopilación de datos se efectuó mediante la técnica de observación directa y el análisis documental, empleando instrumentos como guías de observación, fichas resumen y fichas de recolección de datos, los cuales permitieron sistematizar y organizar la información necesaria. Entre los estudios realizados se incluyen el análisis del tránsito vehicular, la mecánica de suelos y el levantamiento topográfico del área de intervención. El estudio de suelos comprendió la ejecución de tres calicatas, cuyos ensayos se llevaron a cabo en el laboratorio de Guersan Ingenieros S.R.L., lo que permitió determinar las propiedades geotécnicas del terreno. Con base en estos resultados, se procedió a la aplicación de la metodología de diseño AASHTO para la elaboración del diseño estructural del pavimento rígido. Finalmente, con el diseño definitivo obtenido, se formuló una propuesta técnica que plantea la ejecución del pavimento en la carretera a Pariamarca, contribuyendo así a la mejora de la infraestructura vial en esta zona de alta importancia para la conectividad urbana y el desarrollo regional 7 Huamán y Elvin (2022) desarrollaron la investigación: “Propuesta de mejoramiento del pavimento rígido de la av. Raymondi-Huaraz-2022” con el objetivo general determinando la propuesta de mejoramiento del pavimento rígido de la av. Raymondi. La presente investigación se desarrolló bajo un enfoque experimental con un diseño de tipo descriptivo. La población estuvo conformada por la totalidad de la avenida Raymondi, mientras que la muestra seleccionada abarcó cuatro cuadras representativas del tramo. Para el levantamiento de información se emplearon técnicas de observación directa y procedimientos de medición en campo. Los resultados obtenidos evidenciaron que la propuesta técnica planteada tiene un impacto favorable en la mejora del pavimento rígido, sustentándose en el análisis de las patologías identificadas, la caracterización del tipo de suelo y la resistencia a la compresión del concreto existente. En total, se registraron 1,281 patologías distribuidas en 712 leves, 363 moderadas y 206 severas. Respecto a las características del terreno, los estudios de mecánica de suelos realizados mediante calicatas arrojaron que los suelos correspondientes a las calicatas 01 y 02 fueron clasificados como GM (gravas limosas, con mezcla de grava, arena y limo), mientras que la calicata 03 presentó un suelo tipo SM (arenas limosas, con mezcla de arena y limo). En cuanto a las propiedades del concreto, se determinaron valores de resistencia a la compresión de 275.9 kg/cm², 258.1 kg/cm² y 294.4 kg/cm² en los sectores 1, 2 y 3 respectivamente. Asimismo, se estimó un espesor estructural adecuado del pavimento rígido de 5.5 cm. Finalmente, los resultados de los ensayos CBR (California Bearing Ratio) arrojaron valores de 55.60 % en la muestra 1, 61.74 % en la muestra 2 y 30.87 % en la muestra 3, lo cual permitió valorar la capacidad portante del suelo de fundación. Con base en todos estos parámetros técnicos, se concluye que la propuesta de intervención contribuirá significativamente al mejoramiento del pavimento rígido de la avenida Raymondi, optimizando su desempeño estructural y funcional en el tiempo. 8 Carrión (2022) realizó la investigación: “Diseño estructural del pavimento rígido de la avenida Ezequiel Gonzales y la calle el progreso de la provincia de Chepén la Libertad” con el objetivo de realizar diseño estructural de pavimento rígido incorporándole fibra de polipropileno al pavimento rígido tradicional en el cual nos permite obtener un mejor comportamiento de nuestro pavimento rígido. La presente investigación se desarrolló bajo un enfoque experimental con orientación cualitativa. En el contexto peruano, es frecuente que las vías con pavimento rígido presenten deterioros prematuros debido, en gran medida, a la falta de mantenimiento posterior a la etapa de construcción. En muchos casos, estas infraestructuras son descuidadas u omitidas en los planes de conservación vial, lo que reduce significativamente la vida útil para la que fueron diseñadas. Ante esta situación, el estudio propone una mejora en el diseño del pavimento rígido mediante la incorporación de fibras de polipropileno. Estas fibras, del tipo monofilamento y cortadas a una longitud estandarizada, generan un efecto de enclavamiento mecánico que incrementa la adherencia entre la fibra y la matriz cementicia. Esta adición no solo refuerza estructuralmente el concreto, sino que también mejora sus propiedades mecánicas, tales como la resistencia a la tracción, a la fisuración y su durabilidad. Como resultado, se espera que esta innovación contribuya a una mayor vida útil del pavimento y, por ende, a una mejora en la calidad de vida de la población usuaria del sistema vial. Olaya y Santos (2021) realizaron el estudio: “Diseño de pavimento rígido fibroreforzado para mejorar la transitabilidad del Asentamiento Humano Virgen del Cisne–Tumbes” con el objetivo de proponer una alternativa de diseño para el pavimento rígido, utilizando concreto fibroreforzado con fibras de acero, para mejorar la transitabilidad del asentamiento humano Virgen del Cisne, Tumbes, 2021. La presente investigación fue de tipo aplicada, con un diseño experimental. La muestra considerada comprendió la pavimentación de 1,212 metros lineales de infraestructura vial en el sector evaluado. El estudio se desarrolló con base en las Normas Técnicas Peruanas y los lineamientos 9 establecidos en la metodología AASHTO 1993 para el diseño de pavimento rígido. Los resultados obtenidos evidencian que el concreto patrón con una resistencia característica de al 5% no resulta ser el más eficiente para el diseño de un pavimento rígido reforzado con fibras, orientado a mejorar la transitabilidad en la zona. Asimismo, se concluyó que, si bien la incorporación de fibras metálicas no genera un aumento significativo en el módulo de rotura del concreto, sí se observa un incremento sustancial en la resistencia a la compresión a los 28 días de curado. No obstante, el análisis integral de los resultados sugiere que el uso de fibras metálicas no representa una alternativa viable para mejorar las condiciones de transitabilidad en el Asentamiento Humano Virgen del Cisne, dada su limitada efectividad estructural en el contexto específico del proyecto. 2.1.3. Antecedentes locales Neri y Solorzano (2022) realizaron el estudio: “Diseño estructural de pavimento rígido en la Avenida Larco desde Avenida Fátima hasta litoral de Buenos Aires” con el objetivo de realizar el diseño estructural del pavimento rígido en dicho tramo, es así que se realizaron los estudios básicos para lograr obtener el diseño estructural conveniente. Para el diseño estructural del pavimento se empleó el Manual de Carreteras: Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos – Sección Suelos y Pavimentos (MTC, 2014), el cual se fundamenta en la metodología AASHTO 1993. Este marco normativo permitió definir adecuadamente la sección estructural del tramo analizado. Se ejecutaron estudios básicos de ingeniería, entre ellos el estudio de mecánica de suelos, mediante el cual se identificaron suelos correspondientes a arena pobremente gradada (SP) y arena arcillosa (SC) en las calicatas C4 y C5. El valor promedio de CBR obtenido para las muestras fue de 12.758%. Adicionalmente, con base en el estudio de tránsito, se determinó un volumen acumulado de repeticiones de ejes equivalentes de 8.2 toneladas (ESAL) de 3’321,027. Con estos parámetros, el diseño estructural del pavimento rígido definió una losa de concreto de 20 cm de espesor, sobre una base granular de 15 cm. La losa se estructuró con paños de 3.50 m de ancho por 10 4.00 m de largo, incorporando pasadores (dowells) de 1” de diámetro cada 30 cm en las juntas longitudinales y transversales, a fin de garantizar una adecuada transferencia de carga. En conclusión, la adopción del pavimento rígido para este tramo mejorará significativamente las condiciones de transitabilidad, asegurando una mayor durabilidad estructural con menores requerimientos de mantenimiento durante su vida útil, gracias a las propiedades inherentes del concreto hidráulico. Purizaca y Huayanay (2022), en su tesis “Diseño Geométrico y Estructural para pavimentación en el AA. HH la primavera del distrito de Castilla, Piura”, nos dice determinar un diseño geométrico y estructural para la vía ubicada en el AA.HH La Primavera, en donde se empleó los parámetros del Manual de Carreteras: DG-2018 y la metodología AASHTO-93. Los resultados que se obtuvieron fueron que es una carretera de 3ra clase considerando una velocidad de diseño de 30 km/h, su ancho de calzada de 6.60m con un bombeo de 2%, en donde el resultado de estudio de tráfico nos arrojó un IMDA de 396 veh/día, y los estudios de suelo un CBR clasificados en buenos y excelentes, determinándose un cálculo de pavimento rígido con un CBR de diseño de 12%, con lo que se obtuvo un pavimento rígido de 22cm de espesor y una base de 20cm. Molina (2021) realizó el estudio: “Propuesta de mejoramiento de pavimento rígido usando fibras de acero en la Avenida Circunvalación-Distrito veintiséis de octubre-Piura” con el objetivo de desarrollar una propuesta que mejore del comportamiento mecánico de pavimento rígido existente en la avenida circunvalación del distrito de Piura, usando concretos mejorados con fibras de acero. El diseño de investigación planteado para este objetivo fue no experimental. Dentro de la metodología planteada se ha identificado que la investigación es de tipo aplicada y la población elegida para el estudio consistió de toda la av. circunvalación. La población de estudio consistió de un segmento de 500 m de longitud ubicando específicamente las zonas donde se encuentran 11 la mayor cantidad de daños. Los resultados encontrados en muestras de concreto reforzadas con fibras de acero muestran que la aplicación de las fibras logro incrementar de manera sustancial la resistencia a la compresión y tracción. Adicionalmente se encontrado que es posible el uso de concretos mejorados con fibras de acero para la mejora sustancial de comportamiento estructural de pavimentos rígidos 2.2. Marco teórico 2.2.1. Pavimento Definición del pavimento. El pavimento está compuesto por un conjunto de capas dispuestas de forma casi horizontal, las cuales han sido diseñadas, construidas y compactadas con criterios técnicos especializados. Esta estructura compleja, situada en la parte inferior de la calzada, responde al comportamiento del suelo frente a cargas repetidas transmitidas desde el lecho de la vía durante ensayos simulados. (Castro Vásquez et al., 2020). Asimismo, el pavimento puede definirse como una estructura estratificada que se desarrolla bajo criterios normativos, tecnológicos y de calidad, aplicables a los materiales utilizados. Estas capas son sometidas a procesos constructivos específicos que permiten obtener una superficie capaz de resistir las solicitaciones vehiculares con la rigidez y durabilidad exigidas. (Mocondino, 2020). Tipos de un Pavimento. Pavimentos Flexibles En pavimentos conformados por capas de asfalto y materiales seleccionados, el módulo de elasticidad tiende a disminuir progresivamente con la profundidad. Las capas superficiales, normalmente constituidas por mezclas asfálticas, presentan mayor rigidez, mientras que las capas inferiores corresponden a materiales granulares o subrasantes de menor capacidad estructural. En estos sistemas, la carga generada por el tránsito vehicular es absorbida por la estructura estratificada, cuya capacidad de deformación 12 depende directamente de las propiedades mecánicas de cada una de sus capas constituyentes. Según Mohamed y Al-Sherrawi (2024), el comportamiento estructural del pavimento ante cargas repetidas está fuertemente condicionado por el módulo de elasticidad y el espesor de los estratos más profundos, los cuales inciden en la deformación vertical y en la aparición de defectos como el ahuellamiento. Pavimentos semirrígidos En el caso del pavimento rígido, se caracteriza por estar constituido por losas de concreto hidráulico que, debido a su rigidez inherente, distribuyen las cargas vehiculares directamente sobre una o más capas inferiores con mínima deformación estructural. Este tipo de estructura transfiere la mayor parte de los esfuerzos generados por el tráfico hacia las juntas y, en menor medida, al terreno subyacente. De acuerdo con estudios recientes, las losas de concreto se diseñan comúnmente sobre una base estabilizada o una subbase granular, cuya necesidad y espesor dependen de la capacidad portante del suelo natural (Martínez & Gómez, 2021). A su vez, las juntas de contracción y expansión juegan un rol esencial en la durabilidad del sistema, permitiendo disipar tensiones inducidas por cambios térmicos o por la carga repetitiva del tránsito (Gonzales et al., 2023). 2.2.2. Estructura del pavimento. La estructura del pavimento se compone de diversas capas dispuestas de manera estratificada, cada una con funciones específicas dentro del sistema. En la parte más profunda se encuentra la subrasante, la cual puede estar constituida por el suelo natural del terreno siempre que cumpla con los requerimientos geotécnicos del diseño vial. En caso de que este no presente la resistencia o estabilidad necesarias, se recurre al reemplazo parcial o total mediante la colocación de materiales granulares compactados o, en algunos casos, concreto pobre o elementos prefabricados para mejorar su capacidad de 13 soporte (González & Herrera, 2021). Por encima de esta capa se ubica la subbase, que actúa como elemento de transición y redistribución de cargas. Está conformada por materiales granulares de granulometría controlada, generalmente triturados, y debe alcanzar niveles de compactación entre el 95 % y el 100 % de la densidad seca máxima. Su función principal es incrementar la capacidad estructural del conjunto, evitando asentamientos diferenciales y contribuyendo a la uniformidad de la base superior (Ramírez et al., 2022). La base se posiciona entre la subbase y la superficie de rodadura, y está conformada por materiales granulares de alta calidad, resistentes a la fragmentación y con excelente comportamiento mecánico. Esta capa permite una distribución más eficiente de las cargas hacia las capas inferiores y mejora significativamente la durabilidad del pavimento bajo condiciones de tráfico intensivo (Zambrano & Luján, 2023). Finalmente, la carpeta de rodadura representa la capa superior y está diseñada para resistir directamente las cargas del tránsito. En el caso de los pavimentos rígidos, esta está constituida por losas de concreto hidráulico, cuyo diseño estructural considera un módulo de rotura a flexión (MR) superior a 42 kg/cm², equivalente a una resistencia a la compresión de aproximadamente f’c = 280 kg/cm². Esta capa proporciona no solo resistencia estructural, sino también condiciones adecuadas de fricción, durabilidad y confort para los usuarios (Morales & Vásquez, 2024). 2.2.3. Pavimento rígido. “El pavimento rígido se compone de una losa de hormigón hidráulico apoyada en una capa de material específico (subbase granular) o en la subrasante. El elevado coeficiente de elasticidad y la alta rigidez del hormigón en esta forma de pavimento permiten que las tensiones se dispersen por una zona muy amplia. Además, la losa de hormigón es capaz de soportar las tensiones de tracción del pavimento hasta cierto punto.” (Forero, 2012). Componentes de los pavimentos rígidos Según Pavements II: Roads, “los componentes o elementos de un 14 pavimento rígido son la losa de hormigón, la subbase granular y la subrasante. Fuente: Pavements II: Roads (2020) 2.2.4. Metodología de diseño AASHTO 93: El método de diseño estructural AASHTO 1993 establece que, en el caso de nuevas construcciones, el pavimento inicia su vida útil ofreciendo un alto nivel de servicio. Sin embargo, con el transcurso del tiempo y la acumulación de cargas repetitivas generadas por el tránsito, dicho nivel de servicio tiende a disminuir. Esta metodología fija un nivel de servicio mínimo aceptable que debe mantenerse hasta el final del período de diseño, siendo este un parámetro clave en la evaluación del desempeño estructural del pavimento (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2014). El procedimiento se basa en un proceso iterativo mediante el cual se plantean valores iniciales de espesor de losa de concreto, que luego se ajustan hasta lograr un equilibrio en la ecuación empírica del método AASHTO 1993. El espesor final propuesto debe ser capaz de soportar un número determinado de cargas equivalentes sin que se comprometa el nivel de servicio previsto durante la vida útil del diseño. Dentro de las recomendaciones técnicas para el caso peruano, se promueve el uso de pavimentos de concreto con juntas, debido a su eficiencia estructural y facilidad de mantenimiento, características que los hacen adecuados para vías de uso intensivo. Este tipo de pavimento presenta ventajas en términos de durabilidad, especialmente por su capacidad para distribuir Figura 1. Estructura de un pavimento rígido 15 esfuerzos y minimizar deformaciones permanentes. Existen principalmente tres tipologías de pavimentos de concreto: el pavimento con juntas, el pavimento de concreto continuamente reforzado y el pavimento reforzado con juntas, siendo el primero el más empleado en la red vial nacional por sus beneficios constructivos y económicos. 2.2.5. Análisis de riesgos. La evaluación de riesgos es un proceso que implica la planificación, ejecución y adopción de medidas necesarias para comprender e incentivar la gestión adecuada de los riesgos que podrían originarse ante la ocurrencia de eventos o situaciones de desastre. Su relevancia radica en la necesidad de identificar y analizar el posible impacto de dichos eventos, considerando sus repercusiones en diversos sectores técnicos como salud, saneamiento, vivienda, entre otros (Centro Nacional de Estimación, Prevención y Reducción del Riesgo de Desastre, 2015). 2.3. Marco conceptual Mejoramiento Es la solución hacia las condiciones físicas y mecánicas que presenta un pavimento existente, donde su periodo de servicio se emplea a largo plazo mejorando sus propiedades funcionales hacia la estructura que presentaba anteriormente. (Chura, 2014). Transitabilidad Es la capacidad de soportar y mantener el tráfico vehicular de manera segura y eficiente Durabilidad Resiste el desgaste causado por el tráfico vehicular, así como las condiciones ambientales. Capacidad de carga Estos tipos de pavimento flexible se debe diseñar con el fin de soportar las cargas del tráfico esperado, considerando el tipo, volumen y la frecuencia de vehículos que transitaran en la vía. Evaluación de riesgos 16 Es un proceso donde identificamos, analizamos y controlamos los diferentes tipos de riesgos y peligros en un área de trabajo. Huecos Se puede dar por el aumento de tráfico causando daños estructurales Piel de cocodrilo Su falla se da por fatiga de la capa de rodadura asfáltica. 2.4. Sistema de hipótesis 2.4.1. Hipótesis general: El mejoramiento de pavimento rígido de la 3ra etapa Urbanización Piura, tramo entre Cesar Vallejo y la Av. Belaunde, Piura, 2024 cumple con los parámetros adecuados. 2.4.2. Hipótesis Específica: El mejoramiento de pavimento rígido garantiza la transitabilidad en las vías de la 3ra etapa Urbanización Piura, tramo entre Cesar Vallejo y la Av. Belaunde, Piura, 2024. 2.4.3. Variables de operación: Variable independiente: - Mejoramiento vial con pavimento rígido Variables dependientes: - Transitabilidad 17 Variable Dimensiones Indicadores Instrumento Escala de medición Variable independiente: Mejoramiento vial del pavimento rígido Diseño estructural Espesor de losa, mejoramiento de base Ficha técnica, planos Cuantitativa Condición Geotécnica Clasificación del suelo, CBR, Capacidad Portante Informe de ensayo de suelo Cuantitativa Condiciones de transito IMDA, Proyección de tránsito Guía de Conteo vehicular Cuantitativa Parámetros normativos de Diseño Aplicación de metodología AASTHO-93 Hoja de Cálculo estructural, Manual de Carreteras Cualitativa y Cuantitativa Variable dependiente: Transitabilidad urbana de la vía Fluidez del transito Volumen vehicular por hora Aforo vehicular Cuantitativa Nivel de servicio Clasificación del nivel de servicio Guía de observación técnica Cuantitativa Accesibilidad y seguridad Grado de satisfacción con la vía Frecuencia de interrupciones, señalización vial Cualitativa Fuente: Elaboración propia Tabla 1: Matriz de Consistencia 18 III. METODOLOGÍA EMPLEADA 3.1. Tipo y nivel de investigación De acuerdo a la orientación o finalidad Aplicada De acuerdo a la técnica de contrastación Descriptiva 3.2. Población y muestra de estudio Población Está dada por las 20 calles de las 4 etapas de la urbanización Piura. Muestra La muestra para el presente trabajo de investigación son las 7 calles de las 4 etapas de la 3ra Etapa Urbanización Piura, tramo entre Cesar Vallejo y la av. Belaunde. 3.3. Diseño de investigación La presente investigación adopta una técnica de contrastación descriptiva, ya que busca describir y analizar la realidad del estado actual de las vías en la 3ra etapa de la Urbanización Piura, tramo entre César Vallejo y la Av. Belaunde. Esta técnica se justifica porque el estudio pretende determinar indicadores técnicos relevantes como el flujo vehicular, la capacidad de soporte del suelo y el estado geométrico de las vías, los cuales se obtienen mediante observación directa, levantamientos topográficos y ensayos de laboratorio, sin manipular las variables, permitiendo así validar la hipótesis a través de una caracterización técnica y objetiva del tramo evaluado. 3.4. Técnicas e instrumentos de investigación - Técnicas: El método de recolección de datos es el registro y la observación. Se considera el tipo directo (directo, estructurado, grupal y de campo) para el registro de datos y variables, ya que el investigador está expuesto al fenómeno a estudiar por lo que es de naturaleza estructurada porque nos apoyaremos en elementos técnicos 19 adecuados como ejercicios, estudios topográficos, estudios de mecánica de suelos en laboratorios y sitios de investigación de campo. - Instrumentos Utilizaremos teodolito y estación total para realizar estudios topográficos en tramos de la ruta. Utilizaremos guías de observación para estudiar el tráfico de automóviles. De igual forma, para estudiar la mecánica de suelos utilizaremos una ficha de datos genérica que recibiremos del laboratorio que realizará el estudio. Finalmente, usaremos la sección Guía de Carreteras - Terrenos y Superficies para definir el nuevo espesor del diseño de la carretera. 3.5. Procesamiento y análisis de datos Para el procesamiento y análisis de los datos recolectados en campo y laboratorio, se aplicaron las siguientes técnicas: - Tabulación de datos: Los resultados obtenidos de los estudios topográficos, de tránsito y de mecánica de suelos fueron organizados en tablas estadísticas para su análisis. - Análisis cuantitativo: Se emplearon métodos matemáticos y fórmulas estructurales conforme a la metodología AASHTO-93 para el cálculo del espesor del pavimento. - Uso de software: Se utilizó Microsoft Excel como herramienta principal para desarrollar los cálculos del diseño estructural y graficar la información obtenida. - Interpretación técnica: Los resultados fueron interpretados con base en los manuales técnicos de diseño de pavimentos y normas peruanas vigentes, lo cual permitió proponer un diseño eficiente y adecuado a las condiciones reales del tramo vial estudiado. 20 IV. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS 4.1. Análisis e interpretación de resultados 4.1.1. Resultado de Visita en Campo Ubicación: La presente investigación se desarrolla en la ciudad de Piura, específicamente en la 3ra etapa de la Urbanización Piura, comprendida entre la calle César Vallejo y la avenida Belaunde. Esta zona, ubicada dentro del distrito, provincia y región de Piura, representa un sector urbano de creciente desarrollo poblacional y vehicular, lo cual ha generado una mayor exigencia sobre la infraestructura vial existente. La elección de esta ubicación responde a la necesidad de intervenir un tramo que evidencia deterioro en su estructura de pavimento, lo que afecta directamente la transitabilidad vehicular y peatonal, así como la seguridad de los residentes de la zona. Fuente: Elaboración propia (2024) Figura 1: Plano de Ubicación Fuente. Elaboración propia AV. CESAR VALLEJO Avenida Belaúnde Figura 2. Identificación de zona de estudio 21 Visita de Campo: La visita a campo se realizó con el propósito de observar y recopilar información directa sobre las condiciones actuales de las vías ubicadas en la 3ra etapa de la Urbanización Piura, específicamente en el tramo comprendido entre la Av. César Vallejo y la Av. Belaunde. Durante la inspección se identificaron diversas deficiencias en el pavimento existente, como grietas, asentamientos y deterioro superficial, lo cual evidenció la urgente necesidad de una intervención. Asimismo, se tomaron registros fotográficos, se realizaron mediciones topográficas preliminares y se coordinó la logística para los ensayos de suelos y el estudio de tránsito. Esta etapa fue fundamental para confirmar en campo las problemáticas descritas en la realidad problemática y para planificar de manera precisa las actividades técnicas que se llevarían a cabo posteriormente. Fuente: Elaboración propia Figura 3. Tramo comprendido entra la Av. César Vallejo y Av. Belaunde 22 Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia. Figura 4. Tramo 2 comprendido entre la Av. César Vallejo y Av. Belaunde Figura 5. Tramo 3 comprendido entre la Av. César Vallejo y Av. Belaunde 23 Fuente: Elaboración propia El análisis de transitabilidad en la zona comprendida entre la calle César Vallejo y la avenida Belaunde, correspondiente a la 3ra etapa de la Urbanización Piura, evidenció que las condiciones actuales del pavimento presentan deficiencias estructurales importantes que limitan el tránsito vehicular y peatonal. 4.1.2. Resultados del objetivo 1: Estudio Topográfico Se realizó el levantamiento topográfico de las secciones viales ubicadas en el tramo comprendido entre la calle César Vallejo y la avenida Belaunde, correspondiente a la 3ra etapa de la Urbanización Piura. Para ello se emplearon equipos especializados como estación total y teodolito, los cuales permitieron registrar con precisión las características geométricas del terreno. Figura 6. Tramo 4 comprendido entre la Av. César Vallejo y Av. Belaunde 24 Fuente: Elaboración propia (2024). Los datos recolectados fueron procesados mediante el programa Civil 3D, generándose el plano topográficos detallado con la curva de nivel que reflejan una altitud que varía entre los 35 y 35.2 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m). Esta ligera variación altimétrica evidencia que el área de estudio se encuentra en una zona plana, lo cual representa ventajas para la ejecución del proyecto, pero también implica una atención especial en el diseño del drenaje superficial, ya que la escasa pendiente puede favorecer la acumulación de aguas pluviales. El levantamiento topográfico permitió definir con exactitud la geometría existente, identificar las secciones transversales y longitudinales del tramo vial, y proporcionar los insumos necesarios para el diseño estructural del nuevo pavimento. Esta información fue fundamental para evaluar la factibilidad técnica del mejoramiento y orientar correctamente las intervenciones propuestas. Figura 7. Plano topográfico del área de estudio 25 4.1.3. Resultados de Objetivo 2: Estudio de Suelos Para determinar el muestro en la zona de estudio de las vías ubicadas en la 3ra etapa de la Urbanización Piura, específicamente en el tramo comprendido entre la Av. César Vallejo y la Av. Belaunde se ha llevado a cabo los siguientes parámetros: Basándonos en la premisa anterior se ha determinado e identificado un tramo para la zona de estudio, el cual se muestra en la Figura 8 Calicatas: Para llevar a cabo este estudio, se excavaron cuatro calicatas en el área del proyecto, con una profundidad de 1.50m, ubicadas cada 800m a lo del tramo comprendido entre la Av. César Vallejo y la Av. Belaunde, en la Urbanización Piura. Estas excavaciones permitieron definir la estratigrafía del área de estudio en función de los tipos de suelos presentes, estableciendo los siguientes puntos: N° Muestra Exploración Ubicación Profundidad (m) 1 Calicata 01 Km 0+000 1.5 2 Calicata 02 Km 0+800 1.5 3 Calicata 03 Km 1+600 1.5 4 Calicata 04 Km 2+400 1.5 Fuente: Elaboración propia AV. CESAR VALLEJO Avenida Belaúnde Figura 8. Estudio de Suelo en Av. John F. Kennedy Tabla N°2: Calicatas Realizadas 26 Parámetros del Suelo Con las muestras obtenidas, se realizarán las pruebas geotécnicas requeridas, lo que permitirá clasificar y caracterizar los suelos que componen el terreno del proyecto. Calicata Muestra Humedad % LL% LP% IP AASHTO SUCS 01 1 6.42 26.5 24.47 2.03 A-2-4 SP-ML 02 2 7.68 26.2 23.60 2.60 A-2-4 SP-ML 03 3 8.25 26.0 24.76 1.24 A-2-4 SP-ML 04 4 8.65 26.6 23.84 2.76 A-2-4 SP-ML Fuente: Resultado de laboratorio propio (2024) Los resultados correspondientes a la Calicatas muestran un contenido de humedad natural de 7.68 %, un límite líquido de 26.2 %, un límite plástico de 23.60 % y un índice de plasticidad de 2.60, clasificando según el sistema AASHTO como A-2-4, lo cual indica la presencia de un suelo granular con finos no plásticos o de baja plasticidad. Por otro lado, al aplicar el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), el material corresponde a una arena (SP) con presencia de limos inorgánico de baja plasticidad (ML), en tanto que cumple con las condiciones de límite líquido menor a 50 % e índice de plasticidad menor a la línea A en la carta de plasticidad de Casagrande. Esta caracterización es fundamental para la interpretación del comportamiento mecánico del suelo, especialmente en relación con los ensayos de soporte (CBR), ya que sugiere una baja cohesión y potencialmente una capacidad portante moderada. California Bearing Ratio (CBR) A partir de las muestras recolectadas, se ejecutaron los ensayos geotécnicos correspondientes, con el fin de clasificar y caracterizar adecuadamente los suelos que conforman la zona de estudio y, de este modo, sustentar técnicamente el diseño de las soluciones de pavimentación. Tabla N°3. Parámetros del suelo obtenidos de Calicatas 27 N° CBR UNIDAD C-2 I Máxima densidad seca al 100% Gr/cm3 1.586 II Máxima densidad seca al 95% Gr/cm3 1.506 III Optimo Contenido de humedad % 7.10 IV CBR al 100% % 9.20 V CBR al 95% % 5.80 Fuente: Resultado de laboratorio propio (2024). Con base en los resultados obtenidos del ensayo CBR para el suelo clasificado como SP-ML, correspondiente a la muestra de la Calicata 02, se observa que el valor de soporte al 95 % de la máxima densidad seca alcanza un 5.80 %. Este valor se encuentra dentro del rango aceptable para suelos con capacidad portante baja, equivalente a aproximadamente 0.60 kg/cm², lo cual indica que el material presenta condiciones limitadas para desempeñarse como subrasante en estructuras de pavimento. No obstante, su comportamiento podría mejorarse mediante procesos de estabilización o el incremento del espesor estructural del paquete del pavimento. 4.1.4. Resultados de Objetivo 3: Estudio vehicular Para obtener el IMDA de la vía en estudio, se realizó un conteo vehicular de una semana, en la Av. John F. Kennedy, con la presencia de dos estaciones, el resultado de este conteo vehicular durante una semana se presenta en la siguiente tabla: Tabla N°4: Datos obtenidos del CBR en Calicata N°2 28 Fuente: Elaboración propia Para determinar el IMDA de la vía en estudio, se calcula en primer lugar el IMDs (Índice medio diario semanal), con las siguiente formula: 𝐼𝑀𝐷𝑠 = 12110 7 → 𝐼𝑀𝐷𝑠 = 1730 𝑣𝑒ℎ 𝑑 El IMDA depende de los factores de corrección que son datos obtenidos de los peajes a nivel nacional y que el MTC establece como una forma adecuada la data de los peajes cercanos a los proyectos viales o vías en estudio. Para hallar el IMDA, se aplica la siguiente formula: 𝐼𝑀𝐷𝐴 = 1730 𝑥 1 → 𝐼𝑀𝐷𝑠 = 1730 𝑣𝑒ℎ 𝑑 Tipo de Vehículo Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo Total Semanal Bicicleta 5 5 4 5 4 4 3 30 Moto lineal 310 315 300 310 310 200 145 1,890 Trimoto 285 290 280 285 280 190 140 1,750 Automóvil 450 460 455 450 460 350 280 2,905 SUV 230 235 240 230 240 200 150 1,525 Camioneta (Pick-up 4x4) 200 195 200 200 195 180 160 1,330 Panel 2 3 2 2 2 2 2 15 Microbús 42 42 42 42 42 42 0 252 Camión de dos ejes 4 4 3 4 3 4 3 25 TOTAL DÍA 1,528 1,559 1,526 1,528 1,540 1,222 1,207 12,110 Tabla N°5: Resumen de Conteo vehicular Semanal 29 Observaciones adicionales Según las tablas de conteo vehicular, que se llegan a visualizar en el apartado de anexos, se puede concluir con lo siguiente: • Las moto lineales y mototaxis, son el tipo de vehículo que más transita por la zona, seguidos de los automóviles • Los micros son recurrentes en el sector, el mismo vehículo puede realizar al menos 42 viajes al día, debido al transporte de pasajeros. Como resultado del conteo vehicular realizado durante una semana continua, se obtuvo una Intensidad Media Diaria Anual (IMDA) de 1,730 vehículos, distribuida entre diferentes tipos de unidades livianas y pesadas, destacando la mayor participación de automóviles, moto lineales y trimotos, así como una presencia significativa de microbuses. Este resultado permitió alcanzar el objetivo planteado en la investigación, al caracterizar de forma precisa el volumen y la composición del tránsito vehicular en el tramo de estudio. 4.1.5. Resultados de Objetivo 4: Diseño estructural Del análisis de volumen vehicular realizado, con ayuda del Manual de Carreteras: Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos 2014, se conoce que el tipo de carretera es “Carretera de 2da clase”, con un IMDA de 1730 veh/día, se obtuvieron los siguientes parámetros: Primero tenemos que realizar el cálculo ESAL con una proyección a 20 años, donde solo se consideran los vehículos pesados. El factor de equivalencia es de 1, una tasa de crecimiento de 2.04%, además del factor de distribución direccional de 0.5 y de carril de 1. 30 Tipo de Vehículo Tránsito Diario Tasa de Crecimiento Factor de Distribución Factor Carril Factor Eq ESAL (20 años) Panel 2.14 2.04% 0.5 1 1 9,116 Microbús 36.00 2.04% 0.5 1 1 153,464 Camión de dos ejes 3.57 2.04% 0.5 1 1 15,224 Total, Veh. Pesados 177,804 Fuente: Elaboración propia. (2024) Con un periodo de diseño de 20 años, una tasa de crecimiento vehicular del 2.37% para vehículos livianos y 2.04% para vehículos pesados, así como factores de distribución direccional y de carril de 0.5 y 1.0 respectivamente, se determinó un valor acumulado de 177,804 ejes equivalentes simples (ESAL W18). Este resultado constituye un insumo fundamental para el dimensionamiento estructural del pavimento, asegurando que responda adecuadamente al tránsito previsto en el tramo intervenido. Parámetro Valor ESAL(W18) 177,804 CBR de la Sub Rasante (%) 9.38 Resistencia del concreto (kg/cm²) 280 Módulo elástico del concreto (MPa) 250,998.01 Resistencia a la flexo tracción (kg/cm²) 16.73 Módulo de reacción de la subrasante (MPa/m) 60 CBR mínimo de la sub base (%) 4.50 CBR definido para diseño (%) 9.38 Módulo de reacción de la sub base granular (MPa/m) 130 Espesor de sub base granular (cm) 25 Coeficiente de reacción combinado (MPa) 78.80 Tabla N°6. Cálculo ESAL a 20 años Tabla N°7. Parámetros para Diseño estructural 31 Parámetro Valor Tipo de tráfico TP2 Índice de Serviciabilidad Inicial 4.1 Índice de Serviciabilidad Final 2.0 Diferencial de Serviciabilidad 2.1 Desviación estándar combinado 0.4 Nivel de confiabilidad (%) 75.0 Coeficiente estadístico ZR -0.674 Condición de drenaje (Cd) 1.0 Coeficiente de transmisión de cargas en juntas (J) 3.2 Fuente: Elaboración propia (2024) Con base en los parámetros geotécnicos y estructurales determinados para el proyecto, y considerando un valor del CBR al 95% de 5.80%, se estimó un módulo de reacción combinado de 67.15 MPa. Bajo estas condiciones y considerando el tránsito TP2, el uso de juntas, buen drenaje, bombeo al 2% y una confiabilidad del 75%, se obtuvo un espesor estructural de 21 cm de losa de concreto. Este espesor permite asegurar un desempeño estructural adecuado del pavimento a lo largo del periodo de diseño de 20 años. Fuente: Elaboración propia (2024). 4.1.6. Resultado Objetivo 6: Análisis de Riesgo Mediante el uso de los Mapas de Peligro de la Ciudad de Piura, elaborado por el Instituto Nacional de Defensa Civil, obtuvimos el Análisis de Peligros de nuestro proyecto, estos mapas, los encontraremos en los anexos de la presente investigación. Figura 9. Vista Transversal. Diseño Estructural 32 Mapa Relieve Topográfico Local: Fuente: Mapa de Peligros de la Ciudad de Piura (2009) Según el Mapa de Peligros de la Ciudad de Piura (2009) El relieve topográfico del sector oscila entre los 35 y 40 m.s.n.m. Mapa Relieve de actividad geodinámica externa Fuente: Mapas de Peligro de la Ciudad de Piura (2009). La zona de estudio se presenta fuera de una zona de inundación Figura 10. Identificación de Relieve Topográfico Local Figura 11. Identificación de actividad geodinámica externa 33 superficial o profunda. Mapa de Clasificación del Suelo de Cimentación Fuente: Mapa de Peligro de la Ciudad de Piura (2009). La zona de estudio, según el Mapa de Peligro de Clasificación del Suelo, presenta un suelo tipo SP (Arena mal graduada). Mapa de Profundidad de Aguas Subterráneas Fuente: Mapas de Peligro de la Ciudad de Piura (2009). La zona de estudio, desde la progresiva presenta el agua Figura 12. Identificación de Clasificación del Suelo de Cimentación Figura 13. Identificación de Peligro de Aguas Subterráneas 34 subterránea a una profundidad mayor a 3 metros. Mapa de Capacidad Portante del Suelo Fuente: Mapas de Peligro de la Ciudad de Piura (2009). Según el Mapa de Peligrosos de la Ciudad de Piura, la zona de estudio, el suelo presenta una capacidad portante entre 0.50 kg/cm2 a 0.75 kg/cm2. 4.2. Docimasia de hipótesis Con base en la hipótesis general planteada, se concluye que el mejoramiento del pavimento rígido en la 3ra etapa de la Urbanización Piura, tramo entre la calle César Vallejo y la Av. Belaunde, cumple con los parámetros técnicos adecuados. Esta hipótesis se comprobó mediante un análisis integral que incluyó estudios topográficos, mecánica de suelos, tráfico vehicular y el diseño estructural del pavimento según la metodología AASHTO-93. Asimismo, se contrastaron las condiciones actuales con los resultados esperados tras el mejoramiento, evidenciando que el pavimento rígido ofrece mayor durabilidad, mejor desempeño ante el tránsito constante y condiciones climáticas adversas, así como una relación costo-beneficio favorable frente a otras alternativas estructurales. Figura 13. Identificación de la Capacidad Portante del Suelo 35 V. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS Los hallazgos obtenidos en el presente estudio se contrastaron con los antecedentes nacionales e internacionales seleccionados, permitiendo determinar la validez técnica de los resultados alcanzados y su coherencia con estudios previos. En primer lugar, los resultados del análisis de transitabilidad y del diseño estructural del pavimento rígido propuesto coinciden con lo planteado por Montes et al. (2021), quienes evaluaron los deterioros típicos de los pavimentos rígidos en Costa Rica y señalaron que estos están fuertemente relacionados con factores como el clima y el tránsito. En el presente estudio, si bien no se cuantificó el deterioro previo mediante PCI, se identificaron condiciones similares como fisuras, asentamientos y baches, los cuales fueron atribuidos al incremento del tránsito vehicular y a eventos climáticos como El Niño. Esto refuerza la necesidad de una solución estructural como el pavimento rígido, capaz de soportar cargas repetitivas y condiciones ambientales adversas, tal como lo recomendaron los autores en su modelo de predicción de deterioros. Asimismo, la aplicación del método AASHTO-93 para el diseño del pavimento coincide con el estudio desarrollado por Vásquez et al. (2020), quienes resaltaron la utilidad de esta metodología por su enfoque en la serviciabilidad y durabilidad de las estructuras viales. En el caso de la Urbanización Piura, el espesor de losa propuesto (21 cm) y la base granular (25 cm) fueron dimensionados considerando el tránsito proyectado y los parámetros geotécnicos obtenidos, lo que permitió garantizar una estructura adecuada para los próximos 20 años. Este resultado corrobora la eficacia del método AASHTO-93 y valida su aplicabilidad en zonas urbanas con condiciones similares. Por otro lado, los resultados del estudio de suelos, en los que se identificó un suelo tipo SP-ML con un CBR de diseño de 5.80%, guardan relación directa con lo reportado por Sanipatín (2024), quien al evaluar pavimentos rígidos en Chimborazo (Ecuador) también resaltó la importancia de considerar parámetros como la infiltración, humedad y capacidad portante para sustentar técnicamente las soluciones de pavimentación. Ambos estudios coinciden en que los suelos con baja cohesión y baja capacidad portante requieren estructuras reforzadas, lo que justifica el uso del 36 pavimento rígido como alternativa óptima. En el ámbito nacional, el estudio de Goicochea y Medina (2023) sobre el diseño con pavimento rígido para mejorar la transitabilidad en Cajamarca coincide con los resultados obtenidos en esta investigación, especialmente en cuanto a la integración de estudios técnicos previos como el tránsito, la mecánica de suelos y la topografía. En ambos casos, se concluye que el diseño estructural de pavimento rígido garantiza mejoras en la seguridad, durabilidad y funcionalidad de la vía. De igual forma, se encuentra coherencia con lo señalado por Neri y Solorzano (2022), quienes determinaron espesores similares (20 cm) en proyectos viales urbanos, considerando factores como el tipo de suelo y la intensidad del tráfico. En este sentido, los resultados del diseño estructural en la Urbanización Piura se alinean con las prácticas vigentes en otras regiones del país. Por último, los resultados del análisis de riesgos coinciden parcialmente con lo indicado en los antecedentes, ya que, si bien no se reportaron peligros geodinámicos críticos, sí se evidenció la necesidad de un diseño que considere el drenaje superficial debido a la escasa pendiente del terreno. En conclusión, los resultados obtenidos en el presente estudio son consistentes con lo reportado en investigaciones previas. 37 CONCLUSIONES 1. Respecto al levantamiento topográfico, se concluyó que la zona de estudio presenta una topografía predominantemente plana, con altitudes entre 35 y 35.2 m s.n.m., lo cual representa una ventaja constructiva, pero requiere atención especial en el diseño del drenaje superficial. El plano topográfico generado permitió definir con precisión las secciones transversales y longitudinales, constituyéndose en insumo esencial para el diseño estructural del pavimento. 2. En relación con el estudio de mecánica de suelos, se identificó que el tipo de suelo predominante corresponde a la clasificación A-2-4 según AASHTO y SP-ML según SUCS, caracterizado por ser un material granular con baja plasticidad. El CBR obtenido al 95% de compactación fue de 5.80%, lo que indica una subrasante de baja capacidad portante, justificando el diseño estructural con base granular reforzada y pavimento rígido. 3. Respecto al análisis de tránsito vehicular, el conteo realizado durante siete días consecutivos arrojó una Intensidad Media Diaria Anual (IMDA) de 1,730 vehículos/día, con predominancia de vehículos livianos como moto lineales, trimotos y automóviles. Este volumen corresponde, según el Manual de Carreteras del MTC, a una vía de segunda clase (TP2), lo que permitió establecer criterios de diseño estructural coherentes con la demanda actual y proyectada. 4. En cuanto al diseño estructural del pavimento rígido, aplicando la metodología AASHTO-93, se determinó un espesor óptimo de 21 cm para la losa de concreto y 25 cm para la base granular. Los parámetros técnicos empleados incluyeron una resistencia del concreto de 280 kg/cm², un módulo elástico de 250,998 MPa y un ESAL acumulado de 177,804 para un periodo de diseño de 20 años, lo cual asegura un adecuado desempeño estructural frente al tránsito previsto. 5. Respecto al análisis de riesgos, se determinó que la zona de estudio no presenta amenazas geodinámicas críticas como inundaciones profundas o deslizamientos. Sin 38 embargo, el tipo de suelo (SP) y su capacidad portante limitada (0.50 a 0.75 kg/cm²) exigen soluciones estructurales adecuadas. El diseño propuesto atiende esta vulnerabilidad al mejorar la estabilidad del pavimento y garantizar la transitabilidad durante eventos climáticos extremos, como lluvias intensas asociadas a El Niño. 39 RECOMENDACIONES 1. A la Municipalidad Provincial de Piura: Se recomienda considerar la implementación de un sistema de drenaje pluvial superficial adecuado en el tramo intervenido, dado que el levantamiento topográfico evidenció una pendiente casi nula (35 a 35.2 m.s.n.m.), lo que genera condiciones propicias para la acumulación de agua durante lluvias intensas. Esta condición no fue abordada en profundidad en el diseño estructural, por lo que su incorporación es vital para preservar la vida útil del pavimento rígido proyectado. 2. A los futuros investigadores en Ingeniería Civil: Se sugiere ampliar el estudio con un análisis de comportamiento estructural mediante modelación numérica o simulaciones computacionales, que permita verificar el desempeño del diseño bajo distintas condiciones de carga y saturación del suelo. Esta herramienta podría complementar y validar los cálculos obtenidos mediante el método AASHTO-93 y brindar mayor precisión en proyectos futuros. 3. A las entidades responsables del mantenimiento vial urbano: Se recomienda establecer un plan de mantenimiento preventivo a partir de la ejecución del mejoramiento vial, ya que uno de los principales hallazgos fue que la falta de conservación periódica ha sido un factor determinante en el deterioro del pavimento anterior. Incluir rutinas de inspección visual, sellado de juntas y limpieza de drenajes contribuiría a prolongar la funcionalidad de la nueva estructura. 4. A los proyectistas y diseñadores viales: Se aconseja complementar los estudios de tránsito con evaluaciones periódicas del crecimiento poblacional y del parque automotor en la zona de la Urbanización Piura, dado que el diseño estructural se basó en un IMDA actual de 1,730 vehículos/día. Considerar proyecciones socioeconómicas más amplias permitiría dimensionar con mayor precisión los requerimientos estructurales para futuros rediseños o expansiones viales. 40 5. A los organismos encargados de la planificación urbana: Se recomienda incorporar criterios de movilidad urbana sostenible, como el diseño de veredas, ciclovías o paraderos ordenados, los cuales no fueron contemplados en esta investigación, pero que son fundamentales para promover una circulación segura y ordenada tanto para peatones como para vehículos en entornos residenciales como el de la 3ra etapa de la Urbanización Piura. 41 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cueva, G., & Tume, L. (2021). Evaluación del Pavimento Flexible aplicando la Metodología, en la Avenida Las Casuarinas de la Urbanización Santa María del Pinar de la Ciudad de Piura. [Tesis para obtener el título profesional de Ingeniero Civil, Universidad Privada Antenor Orrego, Piura, Perú]. Diaz, J. (2014). “Evaluación de la Metodología PCI como herramienta para la toma de decisiones en las Intervenciones a realizar en los Pavimentos Flexibles [Tesis para obtener el título profesional de Ingeniero Civil, Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá, Colombia]. Encalada, J., & Galecio, S. (2021). Evaluación Estructural del Pavimento Flexible en la Carretera Piura – Catacaos del km 133+500 al km 137+500 por Medio de la Viga Benkelman Para Formular un Plan de Mantenimiento. [Tesis para obtener el título profesional de Ingeniero Civil, Universidad Nacional de Piura, Piura, Perú]. Guerrero, M. (2017). 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Instrumento de recolección de datos Formato de conteo vehicular 44 2. Evidencias de ejecución de la propuesta 45 46 47 48 Fuente: Elaboración propia (2024). Nota: La dimensión actual de la Av. John F. Kennedy es de 6.20 metros. Figura 14. Dimensiones actuales Calle John F. Kennedy 49 Fuente: Elaboración propia (2024). Nota: La dimensión actual de la vereda peatonal es de 1.80 metros. Figura 15. Dimensión actual de Vereda 50 Fuente: Elaboración propia Nota: Se aprecia la capa de rodadura totalmente levantada, observándose la capa base de la estructura del pavimento. Figura 16. Estado actual de Pavimento en Av. Kennedy 51 3. Resolución de aprobación 52 4. Acta de Constatación de ejecución 53 54 5. Compromiso Asesor 55 6. Mapas de Peligro de la Ciudad de Piura Figura 6.1 Relieve Topografía Local 56 Figura 6.2 Actividad Geodinámica externa - Inundaciones 57 Figura 6.3 Clasificación del Suelo de Cimentación según SUCS 58 Figura 6.4 Profundidad de Agua Subterránea 59 Figura 6.5 Capacidad Portante del Suelo de Cimentación 60 7. Pesos y Medidas por vehículos Figura 7.1 Factor vehículo camioneta panel Fuente: Manual de Carreteras: Suelos, Geologia, Geotecnia y Pavimentos, (2014) Figura 7.2 61 Factor vehículo camioneta Pick up Fuente: Manual de Carreteras: Suelos, Geologia, Geotecnia y Pavimentos, (2014) Figura 7.3 62 Factor vehículo combi rural Fuente: Manual de Carreteras: Suelos, Geologia, Geotecnia y Pavimentos, (2014) 63 8. Planos Figura 8.1. Plano Topográfico 64 Figura 8.2. Plano de Ubicación