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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. ESTUDIO GEOTÉCNICO Y DISEÑO DEL PAVIMENTO DE LA OBRA: LIBRAMIENTO DE SAN MIGUEL DE ALLENDE TRAMO: DEL KM 3+000 AL KM 33+000. DESARROLLO DE UN CASO PRÁCTICO QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO CIVIL P R E S E N T A : ANDRÉS BARROSO HUERTA ASESOR: ING. MARÍA DE LOS ÁNGELES SÁNCHEZ CAMPOS MÉXICO 2015 Lourdes Texto escrito a máquina Ciudad Nezahualcóyotl, Estado de México UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. 1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. AGRADECIMIENTOS Primero que nada quiero agradecerle a Dios por haberme acompañado y guiado a lo largo de mi carrera, por ser mi fortaleza en los momentos de debilidad y por brindarme una vida llena de aprendizaje, experiencias y sobre todo dicha y felicidad. Le doy las gracias a mis padres Andrés Barroso y Victoria Huerta por apoyarme en todo momento, por siempre estar conmigo, en las buenas y en las malas, por los valores que me han inculcado, y por haberme dado la oportunidad de tener una excelente educación en el transcurso de mi vida, por ser un ejemplo de vida a seguir, y por todo el amor y cariño que siempre me han brindado, les prometo que me esforzare el resto de mi vida para llenar sus vidas de satisfacción, este logro no lo hubiera conseguido sin su apoyo, los amo con todo mi corazón, y sobre todo le agradezco a Dios y a la vida por haberme dado los mejores papas del mundo, ustedes siempre serán lo máximo para mí, y por ustedes soy lo que soy ahora. Este trabajo, pero sobre todo este logro Profesional se los quiero dedicar de todo corazón a ustedes, que siempre serán la luz de mis ojos. ¡Gracias Papas! A mis hermanas por ser parte importante de mi vida, aunque desgraciadamente mi hermana María Victoria no este conmigo, yo sé que en el cielo está orgullosa de mi, para ti este gran logro hermana, a mi hermana Amanda que ha sido mi compañera de vida, que siempre me apoya con sus sabias palabras, la que siempre está conmigo en todo momento, con la cual eh pasado momentos increíbles y únicos, a la cual quiero con todo mí ser, y siempre la apoyare y cuidare, hasta que Dios me preste vida. Agradecer a mis Abuelos, Tíos, Tías, Primos, pero en el especial a mi abuelo Armando, y a mi Tío el Dr. Luis Villalobos que aunque ya no me acompañen físicamente en estos momentos, sé que están conmigo en todo momento, y que jamás me han abandonado, por haberme inculcado sus sabios consejos y por ser un ejemplo de vida para mí, gracias por haber compartido conmigo algunos momentos de su vida, los cuales los llevo grabados en mi corazón, y que jamás olvidare, espero que donde quiera que se encuentren estén orgullosos de mí, así como yo lo estoy de ustedes. Agradeciendo también a mi abuela Gloria que siempre ha estado conmigo, y me ha apoyado en ocasiones importantes, por ser su primer nieto en graduarse, le dedico este gran logro profesional. Agradecimientos especiales para los Ingenieros de la Dirección General de Carreteras de la SCT, gracias a ellos se llevó a cabo este trabajo, sin su apoyo esto no hubiera sido posible, reitero mi más sincero agradecimiento al Director Técnico de la DGC Ing. José Arturo Domínguez Torres, a los Ingenieros de los diferentes departamentos de la Dirección General de Carreteras, Ing. Luis Ramos Jiménez, (Jefe del Departamento de Geotecnia y Pavimentos), Ing. Enrique Ramos Jiménez. (Ingeniero Proyectista en Tránsito), Ing. Leticia Hernández de la Rosa (Ingeniera Proyectista en Túneles) y al Ing. Gerardo Alejandro Martínez Huerta (Jefe del Departamento de Túneles),por su apoyo incondicional para la realización de este trabajo, sus conocimientos 2 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. transmitidos, por ayudarme siempre con la mejor disposición, y por aportarme en lo personal grandes conocimientos obtenidos por su gran experiencia Laboral. Les agradezco también el haberme permitido conocerlos, el brindarme su amistad y confianza, para mi ustedes son parte importante de mi vida, y no simplemente por ayudarme, sino por ser personas extraordinarias en todos los sentidos, siempre les estaré agradecidos. Gracias por todo Ingenieros, y espero que nuestra amistad perdure a través del tiempo. Le agradezco a la máxima casa de estudios, mi querida y amada UNAM, el privilegio que me ha dado al abrirme sus puertas desde el momento que ingrese a la E.N.P. No. 3, desde ese momento mi vida cambio, para convertirme en un nuevo Puma, le debo toda mi formación como estudiante en las etapas que eh vivido aquí, preparatoria, licenciatura, y ahora por concluir el posgrado, siempre estaré eternamente agradecido con la UNAM, y pondré su nombre muy en alto en cualquier lugar donde me desempeñe Laboralmente. ¡México, Pumas, Universidad! Agradecerle a mis Profesores de la Fes Aragón, por todo lo que me enseñaron en mi etapa de estudiante de licenciatura, en especial a la Ing. María de los Ángeles Sánchez Campos por su tiempo invertido en la realización de este trabajo, por sus consejos y por su apoyo incondicional, le agradezco sinceramente por ser mi Asesora de trabajo. Gracias. ANDRÈS BARROSO HUERTA 3 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. CAPITULADO. 1.- INTRODUCCIÓN. 1.1.- Antecedentes. 1.2.- Objetivo del estudio. 1.3.- Características del proyecto. 2.- DESCRIPCIÓN DEL TRAMO ESTUDIADO. 2.1.- Localización del sitio estudiado. 2.2.- Morfología. 2.3.- Hidrología. 2.4.- Climatología. 2.5.- Geología Regional. 2.6.- Topografía. 2.7.- Drenaje. 3.- ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA TERRACERÍAS. 3.1.- Reconocimiento geotécnico. 3.2.- Exploración y muestreo. 3.3.- Pruebas de laboratorio. 3.4.- Tablas de suelos para el cálculo de la curvamasa. 4.- BANCOS DE PRÉSTAMO. 5.- DISEÑO DE PAVIMENTO. 5.1.- Datos de tránsito. 5.2.- Método del instituto de la ingeniería de la UNAM (DISPAV 5). 5.3.- Método de la AASHTO. 5.4.- Método del INSTITUTO NORTEAMERICANO DEL ASFALTO. 5.5.- Comparativa de métodos. 6.- PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN. 7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 8.- REFERENCIAS. 9.- ANEXOS ANEXO A EXPLORACIÓN Y RESULTADOS DE LABORATORIO. ANEXO B TABLAS CON DATOS PARA EL CÁLCULO DE LA CURVA MÁSA. ANEXO C BANCOS DE MATERIALES. ANEXO D MEMORIA DE CÁLCULO DE PAVIMENTOS. ANEXO E REPORTE FOTOGRÁFICO. 4 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 1.- INTRODUCCIÓN. El Sector Comunicaciones y Transportes es motor de la actividad económica, política y social de nuestro país. Lo anterior, en virtud de que promueve la integración de regiones y mercados; incrementa la productividad de la economía al reducir costos de producción y distribución; impulsa la competitividad de sectores estratégicos para México como el turismo y el comercio, al tiempo que es un generador directo de empleos productivos. Por ello, la infraestructura y servicios de comunicaciones y transportes constituyen, en sí mismos, una fuerza fundamental de cambio social, no sólo al ampliar la coberturay accesibilidad de los servicios tradicionales y de valor agregado, sino al promover el desarrollo humano sustentable. Actualmente la infraestructura carretera está constituida por 377,659 km de longitud, dividida entre red federal (49,652 km), carreteras alimentadoras estatales (83,981 km), la red rural (169,430 km) y brechas mejoradas (74,596 km). De esta red carretera, destacan los 14 corredores carreteros, entre los dos océanos y las fronteras norte y sur del país. Los esfuerzos, en materia de infraestructura carretera nacional, se han concentrado en la modernización de los principales ejes carreteros. Es indispensable la construcción de libramientos a fin de evitar problemas de tránsito, accidentes viales y altos costos tanto de transporte como logísticos. En 2008, se firmó el Convenio General de Coordinación (1) entre el Ejecutivo Federal por conducto de la SCT y el Gobierno del Estado de Guanajuato. Dicho Convenio establece las acciones para la ejecución de las obras contenidas en el Programa Nacional de Infraestructura 2007-2012, así como las que se integren en el Plan de Gobierno 2006-2012. El Convenio estableció un total de 18 obras incluidas en el Programa Carretero, de las cuales 10 corresponden a modernización estratégica de la red, 5 a construcción de libramientos y 3 relacionadas con la construcción de autopistas. Se contemplaron 3 obras adicionales a cargo del Gobierno del Estado de Guanajuato. En lo que compete a Libramientos, está el Libramiento de San Miguel de Allende, con esta obra se beneficiaría a más de 2 millones de personas del Estado de Guanajuato. Así mismo una de las razones por las que se decidió la construcción de dicho Libramiento se desfogaría el tránsito excesivo de vehículos. Los beneficios que esta obra traería serían el ahorro en el tiempo de recorrido y costos de mantenimiento vehicular; así como beneficios al medio ambiente tales como la reducción de los niveles de contaminación y la generación de infraestructura para el desarrollo económico y social del municipio. La Revisión de este proyecto se realizó en la Dirección General de Carreteras (DGC) de la Secretaria de Comunicaciones y transportes (SCT), en sus diferentes Departamentos, en este estudio nos enfocaremos solamente a lo que compete al Departamento de Geotecnia y Pavimentos de la DGC-SCT (1).Convenio General de Coordinación que celebran la Secretaría de Comunicaciones y Transportes y el Estado de Guanajuato, que tiene por objeto establecer las acciones necesarias para la ejecución de las obras contenidas en el Programa Nacional de Infraestructura 2007-2012, así como las que se integran en el Plan de Gobierno 2006-2012 publicado en el Diario Oficial de la Federación en la Primera Sección el martes 21 de octubre de 2008. 5 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 1.1.- Antecedentes. El camino que nos ocupa tiene una Longitud de 30.0 km teniendo su origen en los llanos y Sierra del Estado de Guanajuato, servirá para ahorrar tiempo y costos de operación de los vehículos. El proyecto contempla un camino tipo A2 con una sección de 12.00 mts con 2 carriles de circulación de 3.50 mts y 2 acotamientos laterales de 2.50 mts. En cuanto al tipo de terreno que se encuentra a lo largo de la línea de trazo y de forma muy general, se caracteriza por estar conformado por arcillas, limos y zonas de afloramiento de lutita. 1.2.- Objetivo del estudio. El objetivo principal del presente estudio es proporcionar la información geotécnica necesaria para realizar el proyecto de las terracerías, así como también realizar el diseño del pavimento. El estudio presenta la descripción de la estratigrafía del terreno natural a lo largo del eje de trazo; las cedulas con las características litológicas y estratigráficas de los bancos para terracerías y pavimentos, los ensayes de laboratorio, el análisis de tránsito, el diseño del pavimento y las recomendaciones y conclusiones del estudio. 1.3.- Características del proyecto. Las especificaciones geométricas del tramo en estudio se apegan a las de un camino tipo “A2” del tramo ubicado en el km 3+000 al km 33+000 con un ancho de corona de 12 m, con un ancho de calzada de 7.00 m con dos carriles de 3.50 m cada uno, para cada sentido y acotamientos exteriores de 2.50 metros cada uno. (VER SECCIONES EN HOJA ANEXA). 6 U N IV ER SID A D N A C IO N A L A U TÓ N O M A D E M ÉX IC O FA C U LTA D D E ESTU D IO S SU PER IO R ES A R A G Ó N . IN G EN IER ÍA C IV IL. 7 U N IV ER SID A D N A C IO N A L A U TÓ N O M A D E M ÉX IC O FA C U LTA D D E ESTU D IO S SU PER IO R ES A R A G Ó N . IN G EN IER ÍA C IV IL. SUBSECRETARIA DE INFRAESTRUCTURA DIRECCION GENERAL DE CARRETERAS DIRECCION TECNICA SECCION TIPICA DE CARRETERA SECCION TIPO A2 - C12 CARRETERA: LIBRAMIENTO DE SAN MIGUEL DE ALLENDE TRAMO: LIBRAMIENTO DE SAN MIGUEL DE ALLENDE SUBTRAMOS: DE KM 3+000 AL KM 33+000 ORIGEN:E.C. CELAYA-GUANAJUATO(0+000) KILOMETRAJE DE APLICACION Vo.Bo. FECHA: NOV.2008 T = f (H) H (m) T. Hor. x Ver. 0 - 1 1 - 2 > - 2 3 x 1 2.5 x 1 1.7 x 1 ACOTACIONES EN METROS 34.00 12.00 14.00 LC DE TRAZO YDE PROYECTO L.D.V. L.D.V. X X X X X X X X X 6.00 6.00 2.50 3.50 3.50 2.50 40.00 20.00 DERECHO DE VIA TOTAL = 60 METROS -2.00% -2.00% 8 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 2.- DESCRIPCIÓN DEL TRAMO ESTUDIADO. 2.1.- Localización del sitio estudiado. El tramo en estudio se desarrolla al noroeste de la población del cortijo entre los paralelos 20º 59' 57” y 20º 50' 54” latitud norte y los meridianos 100° 47' 37” y 100° 48' 16” longitud sur. 9 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 2.2.-Morfología. Los límites del estado de Guanajuato encierran áreas que comprenden a tres provincias fisiográficas: hacia el norte, la Mesa Central y una pequeña porción de la Sierra Madre Oriental y, aproximadamente desde la zona media del estado y ocupando toda la parte sur, el Eje Neovolcánico. El libramiento de San Miguel de Allende, se encuentra ubicado entre la provincia del eje Neovolcánico con la subprovincia de las llanos y sierras de Querétaro e hidalgo y con la provincia de la mesa del centro y la subprovincia de llanos y llanuras del norte de Guanajuato. 10 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. Provincia del Eje Neovolcánico Dentro del estado de Guanajuato y perteneciente al Eje Neovolcánico, quedan representadas cinco de sus subprovincias: Bajío Guanajuatense, Altos de Jalisco, las Sierras Volcánicas y Bajíos Michoacanos, los llanos de Querétaro y por último las Sierras y Lagos del Centro. Subprovincia de Llanos y Sierras de Querétaro e Hidalgo. Una pequeña parte de esta subprovincia penetra al estado de Guanajuato y presenta los siguientes sistemas de topoformás: escudo-volcanes, lomeríos con llanos y bajíos aislados. En estos tres sistemas de topoformás se presentan varios tipos de suelos cuya distribución depende de la geología y topografía local. Así en el escudo-volcanes se encuentran litosoles, feozems háplicos y lúvicos. En los otros dos sistemas dominan los vertisoles pélicos y castañozems lúvico y cálcico. Provincia de la Mesa Central. Representada en la entidad por las subprovincias: Los Llanos de Ojuelos y las Sierras del Norte de Guanajuato. Subprovincia de las Llanuras y Sierras del Norte de Guanajuato Esta es una gran subprovincia que cubre totalmente los municipios de San Felipe, San Diego de la Unión, San Luis de la Paz, Dolores Hidalgo, Doctor Mora, Santa Catarina, Allende, San José de Iturbide y Tierra Blanca y partes importantes de los de Victoria, Guanajuato, Comonfort y Santa Cruz deJuventino Rosas. Ocupa casi 38% de la entidad, teniendo una gran complejidad en su panorama fisiográfico, en el que concurren sistemas tan distintos entre sí como sierras, mesetas, lomeríos, valles y llanuras. En términos generales, las llanuras y las mesetas de erosión quedan prácticamente al centro de la subprovincia, representan alrededor de un tercio de su área guanajuatense, y se encuentran casi totalmente rodeadas por sierras, sierritas, mesetas lávicas y lomeríos asociados. Al complejo paisaje de la subprovincia subyace una litología igualmente complicada, constituida por varios tipos de roca volcánica con altos contenidos de sílice, basalto y rocas ígneas ácidas asociadas con aluviones antiguos. Se encuentran una gran variedad de suelos, entre los que dominan los feozems. Se presentan también Litosoles y en menor proporción luvisoles, regosoles, rendzinas, planosoles, vertisoles, y en las llanuras de disección, castañozems y xerosoles. http://mapserver.inegi.gob.mx/geografia/espanol/estados/definiciones/provincia.cfm%23ejeneo http://mapserver.inegi.gob.mx/geografia/espanol/estados/definiciones/provincia.cfm%23MESACENTRAL 11 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 2.3.-Hidrologîa. El estado de Guanajuato queda comprendido en parte de las regiones hidrológicas: Lerma-Chapala-Santiago, que abarca la mayor parte del estado y alto Río Pánuco en la zona norte; la división entre estas dos regiones es un tramo del parteaguas continental, ya que una región drena al Golfo de México y otra al Pacífico. 12 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. Aguas Superficiales Región Hidrológica Lerma-Chapala-Santiago El libramiento de san miguel de allende forma parte correspondiente a esta región es la más importante, no solo por representar 83% de la superficie estatal, sino por incluir un 98% de su población y prácticamente el total de la industria existente. La principal corriente dentro de esta entidad es conocida como Río Lerma, que fluye de oriente a poniente en la región sur. Además, en su tercio final constituye el límite austral de esta entidad con el estado de Michoacán. La región está dividida en cuencas de las cuales seis incluyen porciones del estado. Cuenca Río Lerma y Chapala Comprende la porción sur oeste del estado; se inicia en la población de Villa Jiménez hasta los límites con el estado de Jalisco recibe las aguas de su único afluente en el estado de Guanajuato, el Río Angulo-Briseñas. En este tramo la calidad del agua no se ve alterada, debido a que no existe aporte de consideración de fuentes contaminantes. Región Hidrológica Alto Río Pánuco Esta región influye poco dentro del estado de Guanajuato, ya que sólo afecta 17% de la superficie estatal y beneficia a un porcentaje mínimo de su población y de su territorio. Su corriente principal es conocida dentro de la entidad como Río Moctezuma, que toma el nombre del Río Pánuco al llegar al estado de Tamaulipas. Comprende únicamente en el estado de Guanajuato dos cuencas. AGUAS SUBTERRÁNEAS Región Hidrológica Lerma-Chapala-Santiago En esta región se ubica el Bajío Guanajuatense que presentan aparatos volcánicos de tipo basáltico y fosas tectónicas en las que se alojan lagos como el de Yuriria. Sus condiciones geohidrológicas son buenas, explotándose acuíferos formados por piroclásticos basálticos y sedimentos terciarios de gran espesor que reciben recargas de los ríos Lerma, Lajas y Turbio. Las condiciones de explotación que prevalecen en las diversas zonas son variadas, presentándose algunas como León, Celaya, Silao e Irapuato, en donde los acuíferos se encuentran sometidos a una sobre explotación, que está minando gradualmente el almacenamiento subterráneo. 13 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 2.4.- Climatología. 14 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. CLIMAS En e l l ibramiento de s an m iguel de hi dalgo pr edominan l os siguientes climas: Clima semiseco Templado Los municipios de San Felipe, San Diego de la Unión, San Luis de la Paz, parte de Dolores Hidalgo, San miguel de allende y San José de Iturbide, presentan este tipo de clima. Las precipitaciones medias anuales oscilan entre los 400 y los 500 mm, y la temperatura media anual entre los 16 y 18°C. Los meses de máxima incidencia de lluvia son: junio, con rangos de 70 a 80 mm, y septiembre, también con rangos que oscilan entre los 70 y 80 mm. Los meses de mínima precipitación son enero y diciembre, los cuales registran un rango menor a 10 mm. Las máximas temperaturas se registran en los meses de mayo y junio con un mismo rango que va de 18 a 19°C y la mínima temperatura se presenta en el mes de enero con un índice de 11 a 12°C. Diferencian en cuanto a grado de humedad. Clima Templado Subhúmedo (humedad media) Intermedio en cuanto a humedad, se localiza al sur de los municipios de Pénjamo, Coroneo, Jerécuaro y al centro del estado, así como en algunas partes de los municipios de Guanajuato, San miguel de allende y Dolores Hidalgo. La precipitación media anual oscila entre los 700 y 800 mm y la temperatura media anual varía de los 16 a los 18°C. La precipitación tiene su máxima incidencia en el mes de julio y alcanza de 120 a 130 mm, distinguiéndose como mes más seco febrero, con un valor menor de 10 mm. En mayo se registra la temperatura máxima que va de 21 a 22°C; y enero es el mes más frío con una temperatura que oscila entre 14 y 15°C. El mes más cálido es mayo, con una temperatura entre los 17 y los 18°C y la mínima temperatura se registra en enero siendo de 11 a 120°C http://mapserver.inegi.gob.mx/geografia/espanol/estados/definiciones/defclima.cfm 15 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. HELADAS Y GRANIZADAS De acuerdo a las tres zonas definidas por el clima del estado, las heladas y granizadas se encuentran distribuidas de la siguiente manera: Heladas: En los climas semisecos la frecuencia de heladas es de 10 a 50 días al año. En el extremo noreste, el rango es de 10 días durante los meses de noviembre y diciembre, para el resto de la zona es de 20 a 40 días al año durante el período de noviembre a febrero, siendo la máxima incidencia en enero. La frecuencia de heladas en los climas templados es de 10 a 40 días en los meses de noviembre, diciembre, enero, febrero, presentándose en enero la máxima incidencia. En la zona sur, esta frecuencia varía de 10 a 30 días, para los climas semiáridos, las heladas se reducen a 10 días y en algunas áreas del centro y sudeste el fenómeno es inapreciable. Granizadas: En lo que respecta a granizadas el fenómeno no guarda un patrón de comportamiento bien definido, aunque comúnmente está asociado con los períodos de precipitación; Se dan casos particulares, en los que las granizadas se presentan en noviembre, diciembre, enero y febrero. En general el fenómeno presenta frecuencia de uno a tres días al año todos los tipos de clima. 16 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 115° 110° 105° 100° 95° 90° 30° 25° 20° 15° 30° 25° 20° 15° Trópico de Cáncer A B C H 5 5 5 5 64 8 8 8 7 3 3 3 2 2 1 0" 8" 16" 24" 32" 40" 100 80 60 40 20 0 °F 40 °C 20 0 -7 -20 BW Desierto BS Estepo A,C o D Climas Humedos PRECIPITACION UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA TODO EL AÑO PRECIPITACION CONCENTRADA EN EL VERANO BW BS A,C o D 100 80 60 40 20 0 40 20 0 -14 40 100 80 60 40 20 0 T te m pe ra tu ra m ed ia a nu al e n ° C 20 0 0 200 400 600 800 1000 R, PRECIPITACION MEDIA ANUAL EN mm BW BS A,C o D C L I M A S A B C H TROPICAL SECO SUBTROPICAL DE MONTAÑA Afa Ama Awa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 BSk BWh Cfa Csb CwH H Ecuatorial, tipo amazonico caluroso regular Subecuatorial, tipo sudanes caluroso regular Tropical, tipo senegales variaciones termicas Estepario, tipo senegales o tipo sirio. Caluroso o templado medio, oscilaciones termicas sencibles Desertico, tipo sahariano extremoso Mediterraneo, tipo portugues templado media, veranos secos y calientes Subtropical mediterraneo con in- fluencia de monzon tipo chino caluroso medio,oscil. term. nalab Subtropical de altura, tipo mexi- cano templado regular De montaña, extremoso tipo alpino P R IM E R A L ET R A S EG U N D A L ET R A TE R C E R A L ET R A a-Temperatura media del mes mas caluroso, mayor de 22°C b-Temperatura media del mes mas caluroso, menor de 22°C (por lo menos 4 meses tienen medidas mayores de 10°C) c-Menos de 4 meses tienen medidas mayores de 10°C d-Igual que c,pero la medida del mes mas frio es menor de -38°C h-Seco y caliente.Temperatura media anual menor de 18°C K-Seco y frio.Temperatura media anual menor de 18°C H-Clima de montaña. Extremoso, tipo alpino A,C,D -Suficiente calor y precipitacion para el crecimiento de arboles grandes A-Climas tropicales.Todas las temperaturas medias mensuales mayores de 18°C B-Climas secos.Fronteras determinadas mediante las graficas T-R C-Climas templado calurosos.Temperatura media del mes mas frio entre 16° y -3°C D-Climas de nieve.Temperatura media del mes mas caluroso mayor de 10°C;del mas frio menor de -3°C E-Climas polares.Temperatura mediadel mes mas caluroso menor de 10°C S-Clima estepario * W-Clima desertico * t-Suficiente precipitacion todos los meses m-Clima de selva, a pesar de una estacion seca s-Tiempo seco en verano w-Tiempo seco en invierno *Fronteras determinadas por graficas T-R. Solo se usa en combinacion con la primera letra B El clima que predomina en la zona se clasifica de acuerdo con el sistema de kopeen – Geiger, modificado por E. García, como semiseco – templado con abundantes lluvias en verano, la temperatura media anual es de 16º a 18º C, la precipitación media anual es de 700 a 800 mm. 17 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 2.5.- Geología Regional. GEOLOGÍA En el estado existen afloramientos de todo tipo de rocas: ígneas, sedimentaria y metamórficas; sus edades varían desde el mesozoico hasta el reciente. Las más antiguas en la entidad, corresponden a metamórficas del triásico-jurásico, sedimentarias del cretácico y las que constituyen la mayoría de las rocas del estado, ígneas extrusivas del cenonzoico (Terciario y Cuaternario). Las estructuras en estas últimas son aparatos volcánicos, coladas de lava, fallas regionales, fracturas y vetas de diferentes dimensiones. http://mapserver.inegi.gob.mx/geografia/espanol/estados/definiciones/defgeologia.cfm 18 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. La importancia de la geología en el estado radica fundamentalmente en la minería; en esta actividad Guanajuato ha destacado como un gran productor de oro y plata. Por otra parte, una peculiar conformación geológica ha permitido la existencia y explotación de acuíferos subterráneos, principalmente en las partes central y sur de la entidad. Existen tres grandes regiones en la zona, cada una de ellas con origen particular y caracteres geológicos distintivos: la Mesa Central, el Eje Neovolcánico y la Sierra Madre Oriental. MESA CENTRAL Comprende la porción norte del estado y está limitada al sur por el Eje Neovolcánico y al oriente por la Sierra Madre Oriental. Estratigrafía En esta provincia se han localizado las rocas más antiguas en el estado: Rocas metamórficas del Triásico-Jurásico. Se localizan también rocas sedimentarias de los cretáceos y del Terciario y rocas ígneas del Terciario. El Cuaternario está representado por los aluviones que han originado las llanuras y valles existentes en la provincia y por rocas sedimentarias. Geología Económica Recursos Minerales. Entre las zonas mineras explotadas en esta provincia, destacan los distritos mineros de Guanajuato y de Pozos, y las regiones de San Felipe-San Diego de la Unión, de Arperos- Comanja y de Comonfort-Nautla-Romero. El Distrito Minero de Guanajuato es, con mucho, la principal zona minera de la entidad, caracterizada principalmente por su producción de oro y plata y notable por la presencia de la "Veta Madre", estructura que ha sustentado las actividades del distrito por casi cuatrocientos años. Ubicadas en esta estructura, son dignas de mención las minas de la Valenciana, Reyes, Sirena, Cedros y Santo Niño. El Distrito Minero de Pozos, localizado 10 km. al sur de San Luis de la Paz. Contiene en sus yacimientos, cobre, plomo, zinc y plata. Las características de las rocas sedimentarias donde se ubica, permiten inferir que hay en él buenas posibilidades de desarrollo minero. La región de Arperos-Comanja constituye una provincia metalogenética que por sus condiciones y similitud al Distrito Minero de Guanajuato puede considerarse una prolongación del mismo, y llegar a constituir una reserva de importancia. En esta región se obtienen cobre, plomo, zinc, oro, plata, cromo, níquel y tungsteno, y se ha reportado la existencia de talco, feldespato y caolín. http://mapserver.inegi.gob.mx/geografia/espanol/estados/definiciones/provincia.cfm%23MESACENTRAL 19 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. La región de San Felipe- San Diego de la Unión está ubicada en el norte del estado y cuenta con la infraestructura necesaria para llevar a cabo actividades mineras, se explota mercurio, plata y estaño. La región Comonfort-Nautla-Romero, ubicada en la parte centro-oriental del estado, cuenta también con infraestructura para el beneficio minero; en ella se han explotado fundamentalmente yacimientos de caolín; además, hacia el norte de Santa Cruz de Juventino Rosas, hay grandes yacimientos de alunita (sulfato básico hidratado de potasio y aluminio) de la cual se pueden obtener alumbre, ácido sulfúrico y potasio, materias primas indispensables para la elaboración de aluminio y para la industria de fertilizantes. EJE NEOVOLCÁNICO El libramiento san miguel de allende es parte de esta provincia, colinda al norte con la Mesa Central y sus límites se definen por el cambio de morfología de mesetas a vertientes montañosas. Se considera que se trata de una antigua sutura reabierta a fines del Cretácico que formó un sistema volcánico transversal a las sierras Madre Oriental y Occidental. Se caracteriza por la presencia de una gran cantidad de aparatos volcánicos diversos -conos, calderas y coladas- que en su mayoría han conservado intacta su estructura original. Existen también en el lugar, gran cantidad de fracturas y fallas asociadas al vulcanismo Terciario y Cuaternario que han dado lugar a fosas largas y de alguna profundidad, y que han formado lagos como el de Yuriria. Estratigrafía En esta provincia se presentan rocas ígneas y sedimentarias del Terciario, así como los aluviones que han llenado valles y llanuras, originando los suelos de esas áreas los cuales provienen del Cuaternario. Geología Económica En la provincia se presentan algunos recursos minerales, y por las características de la región, manantiales termales. Recursos Minerales De mucho menor cuantía y más dispersos que los de la Mesa Central. Hay yacimientos de minerales no metálicos como ópalos y ágatas en Pénjamo y Tarimoro y de diatomitas en Acámbaro. SIERRA MADRE ORIENTAL Esta provincia cubre el extremo nororiental del estado y colinda en su parte suroeste con la Mesa Central. Se caracteriza por su relieve montañoso, causado fundamentalmente por los esfuerzos a que han estado sujetas las rocas sedimentarias del cretácico que al plegarse le dieronsu morfología actual. http://mapserver.inegi.gob.mx/geografia/espanol/estados/definiciones/provincia.cfm%23ejeneo http://mapserver.inegi.gob.mx/geografia/espanol/estados/definiciones/provincia.cfm%23MADREORIENTAL 20 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. Estratigrafía Las rocas de la provincia son calizas del cretácico inferior, y calizas interestratificadas con capas de lutitas del Cretácico Superior. Del Terciario y sobreyaciendo a ellas, se hayan rocas ígneas extrusivas ácidas (riolitas e ignimbritas), que a su vez se encuentran cubiertas por rocas ígneas extrusivas básicas (basalto); hay también algunos cuerpos de rocas intrusivas que afectan a las calizas y lutitas del cretácico superior. Geología Económica Es de relevancia en el Distrito Minero de Xichú-Atarjea, que cubre prácticamente toda la provincia y cuyas condiciones son bastante atractivas, dado que se encuentran en el dos aspectos fundamentales para la existencia de minerales; rocas generadoras (ígneas intrusivas) y rocas receptoras (calizas y lutitas). Los minerales que se explotan en los yacimientos del distrito son fundamentalmente plata, plomo y zinc y la parte aledaña a la población de Xichú y fluorita hacia el norte de la misma localidad. En los alrededores de la población de Atarjea se localizan obras de explotación de mercurio. El distrito en general está poco explotado debido posiblemente a la falta de infraestructura. En las tres provincias del estado hay materiales geológicos que pueden ser usados en la construcción, como son las tobas riolíticas, riolitas, basalto, calizas y arcillas; existen en Guanajuato más de trescientos bancos de material arcilloso, con características para la fabricación de ladrillo. 21 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 2.6.- Topografía. El tramo se localiza en un 30% de terreno con lomerío fuerte y en un 70% de terreno con lomerío suave. 2.7.- Drenaje. El drenaje que se presenta en esta zona de estudio es de tipo dendrítico rectangular ya que se presenta sobre pizarras metamórficas, esquistos y gneis; en areniscas resistentes si el clima es árido, o en areniscas de poco suelo en climas húmedos. 3.- ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA TERRACERÍAS. 3.1.- Reconocimiento geotécnico. Los trabajos de campo se iniciaron con un recorrido geotécnico para determinar las unidades geológicas y geotécnicas que se observan a lo largo del eje de trazo, donde también se localizaron físicamente los bancos de préstamo de los cuales se podrán obtener materiales para la construcción de la terracerías y los pavimentos. 22 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 3.2.- Exploración y muestreo. La exploración geotécnica se realizó mediante la excavación de pozos a cielo abierto, los cuales se realizaron en sitios en donde se consideraron necesarios: al término de las exploraciones, se procedió a levantar el perfil estratigráfico, basándose en una clasificación visual y al tacto. A continuación se presenta la relación de las exploraciones realizadas: Pozo a Cielo Abierto (PCA) No. Kilómetro Observaciones. 1 3+000 Arena limosa poco húmeda compacta, de color gris oscuro. SM. 2 3+500 Arena limosa poco húmeda compacta, de color café oscuro. SM. 3 4+000 Arena limosa poco húmeda compacta, de color gris claro. SM. 4 4+500 Grava arcillosa compacta, de color gris claro. GC. 5 5+000 Arcilla inorgánica de alta plasticidad de consistencia firme a muy firme, de color gris oscuro. CH-1. 6 5+500 Arcilla inorgánica de alta plasticidad de consistencia firme a muy firme empacando fragmentos de roca medianos (20%) y fragmentos de roca chicos (5%), de color negro. CH-1-Fmc. 7 6+000 Arcilla inorgánica de baja plasticidad de consistencia muy firme, de color café claro. CL. 8 6+500 Arcilla inorgánica de alta plasticidad de consistencia firme a muy firme empacando fragmentos de roca medianos (20%) y fragmentos de roca chicos (5%), de color negro. CH-1-Fmc. 9 7+000 Arcilla inorgánica de baja plasticidad de consistencia muy firme, de color café claro. CL. 10 7+500 Grava arcillosa mal graduada compacta, de color café oscuro. GP-GC. 11 8+000 Arcilla inorgánica de baja plasticidad de consistencia firme, de color café oscuro. CL. 11 8+000 Grava arcillosa compacta, de color café. GC. 12 8+420 Grava arcillosa compacta, de color café. GC. 13 9+040 Grava arcillosa compacta, de color café. GC. 14 9+500 Arcilla inorgánica de alta plasticidad de consistencia firme a muy firme empacando fragmentos de roca grandes (20%) y fragmentos de roca medianos (5%), de color negro. CH- 1-Fgm. 15 10+200 Macizo rocoso medianamente intemperizado cementado fracturado con arcilla inorgánica de alta plasticidad CH-1, de color negro en sus juntas. Al atacarse se obtendrán Fgm. 16 10+500 Arcilla inorgánica de alta plasticidad de consistencia firme a muy firme empacando fragmentos de roca medianos (20%) y fragmentos de roca chicos (5%), de color café claro. CH-1-Fmc. 23 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 17 11+000 Arena limosa poco húmeda muy compacta, de color café claro. SM. 18 11+520 Arena arcillosa poco húmeda muy compacta, de color rojo. SC. 19 12+000 Arena arcillosa poco húmeda muy compacta, de color café. SC. 20 12+500 Arena limosa poco húmeda mal graduada muy compacta, de color café claro. SP-SM. 21 13+000 Arena limosa poco húmeda muy compacta, de color café claro SM. 22 13+500 Arena limosa poco húmeda muy compacta, de color amarillo claro. SM. 23 14+000 Arena limosa poco húmeda mal graduada muy compacta, de color café. SP-SM. 24 14+500 Grava arcillosa compacta, de color gris claro. GC. 25 15+000 Arcilla inorgánica de alta plasticidad de consistencia firme, de color café claro. CH-1. 26 15+500 Arena arcillosa poco húmeda medianamente compacta, de color café claro. SC. 27 16+000 Arena arcillosa poco húmeda muy compacta, de color café claro. SC. 28 16+700 Arcilla inorgánica de baja plasticidad de consistencia firme, de color café oscuro. CL. 29 17+000 Arena arcillosa poco húmeda muy compacta, de color amarillo oscuro. SC. 30 17+400 Grava arcillosa mal graduada compacta, de color café oscuro. GP-GC. 31 17+940 Arena arcillosa poco húmeda muy compacta, de color café claro. SC. 32 18+637.82 Arcilla inorgánica de baja plasticidad de consistencia firme, de color café claro. CL. 33 19+020 Arcilla inorgánica de baja plasticidad de consistencia firme, de color café claro. CL. 34 19+540 Arcilla inorgánica de baja plasticidad de consistencia firme, de color gris claro. CL. 35 20+040 Arena arcillosa poco húmeda muy compacta, de color café claro. SC. 36 20+500 Arena arcillosa poco húmeda muy compacta, de color café claro. SC. 37 21+000 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color café claro. SC. 38 21+500 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color café claro. SC. 39 21+900 Grava arcillosa compacta, de color café claro. GC. 40 22+500 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color café claro. SC. 41 23+000 Arena limosa poco húmeda compacta, de color café claro. SM. 24 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 42 23+500 Arena limosa poco húmeda, muy compacta empacando fragmentos de roca chicos (10%), de color café. SM-Fc. 43 24+000 Macizo rocoso medianamente intemperizado cementado fracturado con arcilla inorgánica de alta plasticidad CH-1, de color negro en sus juntas. Al atacarse se obtendrán Fgm. 44 24+500 Arena arcillosa poco húmeda muy compacta, de color café claro. SC. 45 25+040 Arcilla inorgánica de alta plasticidadde consistencia firme, de color gris. CH-1. 46 25+500 Arcilla inorgánica de alta plasticidad de consistencia firme, de color gris. CH-1. 47 26+000 Arcilla inorgánica de alta plasticidad de consistencia firme, de color amarillo oscuro. CH-1. 48 26+500 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color amarillo oscuro. SC. 49 27+060 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color café claro. SC. 50 27+500 Arena arcillosa poco húmeda medianamente compacta, de color gris claro. SC. 51 28+000 Arena arcillosa poco húmeda medianamente compacta, de color gris claro. SC. 52 28+440 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color café. SC. 53 29+000 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color café claro. SC. 54 29+500 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color café claro. SC. 55 30+000 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color gris claro. SC. 56 30+500 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color gris claro. SC. 57 31+020 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color gris claro. SC. 58 31+500 Arcilla inorgánica de baja plasticidad de consistencia firme, de color gris claro. CL. 59 32+000 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color gris claro. SC. 60 32+500 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color gris claro. SC. 61 33+000 Arena arcillosa poco húmeda compacta, de color café claro. SC. 25 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 3.3.- Pruebas de laboratorio. Con la finalidad de conocer las características mecánicas de los materiales que constituirán el terreno de sustentación del camino, se tomaron muestras alteradas representativas de los estratos encontrados en los sondeos, para su ensaye en el laboratorio. Los ensayes realizados son: 1.- Análisis granulométrico mediante el uso de mallas. 2.- Limites de Consistencia o de Atterberg. 3.- Peso Volumétrico Seco Suelto. 4.- Peso Volumétrico Seco Máximo. 5.- Humedad Óptima. 6.- Valor relativo de soporte estándar. 7.- Valor relativo de soporte modificado al 90 y/o 95%. En el anexo ANEXO A, se presenta los resultados de las pruebas de laboratorio realizadas, la clasificación del SUCS y para presupuesto. 3.4.- Tablas de suelos para el cálculo de la curvamasa. Con los resultados de la exploración del subsuelo y los resultados de las pruebas de laboratorio, se procedió a definir por tramos la tabla de datos para el proyecto de terracerías. En el ANEXO B , se presentan por tramos los espesores de los estratos, la descripción de los suelos y/o rocas, la clasificación SUCS y para presupuesto, los coeficientes de variación volumétrica para materiales compactables y no compactables, los taludes recomendables para cortes y terraplenes. Así como las observaciones particulares para el aprovechamiento de los materiales detectados en el tramo en estudio. 26 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 4.- BANCOS DE PRÉSTAMO. Como parte del recorrido geotécnico efectuado en campo, se realizó un reconocimiento en toda la zona de influencia, con la finalidad de identificar los afloramientos de materiales susceptibles de ser empleados como bancos de préstamo para la construcción de las terracerías y pavimentos. Se visitaron y reconocieron los sitios susceptibles para su explotación como bancos de préstamo, determinando sus condiciones litológicas, grado de alteración y la potencialidad. El muestreo realizado fue de tipo alterado, las muestras obtenidas se empaquetaron e identificaron para su envió al laboratorio para determinar la calidad de los materiales. El resultado de las actividades anteriormente mencionadas indica que en la zona se tienen 5 bancos de préstamo en cantidad y calidad necesaria para la formación de terracerías, los cuales son: Banco el reloj, Banco del municipio, Banco el pipila y Banco el jovero. En el ANEXO C, se presenta la Tabla General de Bancos la cual contiene el nombre del banco, localización respecto al eje del trazo de la ampliación, su descripción, utilización probable, coeficiente de variación volumétrica, clasificación para presupuesto, tratamiento necesario y volumen aprovechable. Para observar la ubicación de los bancos se presenta el croquis de localización general de cada uno de los bancos. 27 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 5.- DISEÑO DE PAVIMENTO. Bancos de préstamo para pavimentos. Se visitaron y reconocieron los sitios susceptibles para su explotación como bancos de préstamo para la construcción de pavimentos, determinando sus condiciones litológicas, grado de alteración y la potencialidad, los cuales son: Banco el reloj, Banco del municipio, Banco el pipila y Banco el jovero. 5.1.- Datos de tránsito En la secretaria de comunicaciones y transportes en su departamento de geotecnia, me proporcionaron los siguientes datos para el diseño de los espesores de pavimento. TDPA = 3534 vehículos en ambos sentidos para el año de 2008 con tasa de crecimiento anual = 3.5% y una composición vehicular como se indica a continuación: Tipo de Vehículo Descripción Porcentaje A Automóviles. 79.3 B Autobuses. 4.8 C2 Camiones unitarios de dos ejes. 8.5 C3 Camiones unitarios de tres ejes. 2.0 T3-S2 Tractor de 3 ejes con semiremolque de 2 ejes. 2.0 T3-S3 Tractor de 3 ejes con semiremolque de 3 ejes. 0.8 T3-S2-R3 Tractor de 3 ejes con semiremolque de 2 ejes y remolque de 4 ejes. 1.6 T3-S2-R4 Tractor de 4 ejes con semiremolque de 2 ejes y remolque de 4 ejes. 1.0 Tomando en cuenta la variación del tránsito, el diseño estructural se calculara por el Método del instituto de ingeniería de la UNAM. El método se basa en el valor relativo de soporte (V.R.S.), con el objeto de determinar la estructura adecuada y factible para el pavimento. Para determinar el VRS crítico fue necesario efectuar pruebas físicas en el laboratorio y en campo, tanto en el terreno natural como en los bancos con que se construirá la obra. 28 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 5.2.- MÉTODO DEL INSTITUTO DE INGENIERÍA DE LA UNAM (DISPAV 5). Desde hace aproximadamente tres décadas, los proyectistas de carreteras han contado en México con un método de diseño para pavimentos desarrollado por el instituto de ingeniería de la UNAM, a petición de la entonces Secretaria de Obras Públicas, luego SAHOP y ahora SCT. Este método partió del análisis de datos experimentales en tramos de prueba, en carreteras en servicio, de investigación teórica y de experimentación en laboratorio en la pista circular de pruebas, que influyo más recientemente en sucesivos perfeccionamientos. Actualmente el método está preparado para ser manejado con la ayuda de gráficas, con calculadoras programables o con la ayuda del cómputo. El conjunto del trabajo de años del instituto de ingeniería de la UNAM se encuentra en la publicación No.444 de dicha institución que data de 1981. Este método considera como datos de entrada básicos el tipo de carretera, el número de carriles, la vida de proyecto, el tránsito diario promedio anual (TDPA), tasa de crecimiento y variables adicionales sobre características del terreno y materiales, así como de climas, nivel freático y precipitación pluvial como guía para el proyectista, se recomienda la estimación de un Valor Relativo de Soporte Crítico. Se requieren adicionalmente pruebas de laboratorio confiables, para una mejor comprensión del comportamiento de las terracerías y demás capas a diseñar, debiendo realizarse para cada material propuesto y disponible, pruebas con tres diferentes energías de compactación; esto es baja (AASHTO estándar) compactación intermedia y alta energía (AASHTO modificada). Encontrandola humedad optima y teniendo normado el porcentaje de compactación que se especifique en el proyecto y dependiendo del control de la construcción, se indicara un rango de variación de humedad respecto al óptimo. Paralelamente al laboratorio deberá reportar los valores de resistencia en V.R.S. para cada tipo de material a utilizar. Con el conjunto anterior, se encontrara una zona que reflejara las condiciones esperadas para la subrasante, encontrándose, en función de la humedad crítica esperada, el valor crítico de VRS۸ de diseño. En función del VRS۸ crítico obtenido para la subrasante, por experiencia se asignara un valor menor para el cuerpo del terraplén, del orden del 60% obtenido para la subrasante. Para obtener el VRS۸ crítico de las capas restantes, esto es la base, el método emplea la siguiente ecuación, en donde interviene un coeficiente de variación estimado (v) entre 0.2 y 0.3, debido a cambios posibles del material, procedimiento constructivo, etc. Lo anterior, siempre tendera a disminuir el VRS de campo promedio, que como ya se dijo cubrirá incertidumbres tanto de la prueba de valor relativo de soporte como de los materiales, redundando en lo que se conoce como factor de seguridad. 29 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. El segundo paso contemplado en el método, consiste en la información y procesamiento de los datos de tránsito, partiendo del TDPA inicial, su tasa de crecimiento en porcentaje anual y la composición vehicular detallada, considerando desde los automóviles y vehículos ligeros hasta los vehículos más pesados de carga. Se hace notar que el método contempla en este análisis los porcentajes de vehículos pesados, tanto cargados con carga legal, como totalmente vacíos. Para el análisis del tránsito equivalente acumulado (∑ L), el método inicia el cálculo de los coeficientes de daño a diferentes profundidades de la estructura del pavimento, se deberá calcular el coeficiente de daño de cada vehículo tanto en condiciones de carga reglamentada y vacíos, para profundidades de Z = 0 cm para obtener los ejes equivalentes en carpeta y base. y Z = 30 cm para el resto de la sección. logdi = logσz(i) - logσz(eq) = logσ(pFz(i)) – log(5.8Fz) _ _ _ _ _ Ecuación 1.1 LogA LogA Donde: Di = Coeficiente de daño equivalente en la capa i. σz = Esfuerzo a la profundidad z, en kg/cm². p = Peso del eje, en KG. Fz = Coeficiente de influencia de Boussinesq a la profundidad z. A = Constante experimental. z = Profundidad en cm. 5.8 = Presión de contacto de la llanta en kg/cm². Al Obtenerse los coeficientes de daño para todos y cada uno de los vehículos vacíos y cargados a las profundidades z =0 y z = 30, el proyectista deberá multiplicar estos por la composición del tránsito en porcentaje, con ello se obtendrá el número de ejes equivalentes para cada vehículo y para cada profundidad. Al efectuar la sumatoria de tales valores en el carril de proyecto por el coeficiente de acumulación del tránsito CT (ecuación 1.2) y por el valor de TDPA inicial, se obtendrá el transitó equivalente acumulado ∑L para las capas de carpeta y base, y subbase y terracerías respectivamente (Figura 1.2). n j-1 n CT = 365 ∑(1+r) = 365 [ (1+r) - 1] _ _ _ _ _ Ecuación 1.2 J =1 r 30 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. Donde: CT = coeficiente de acumulación del tránsito. n = Años de servicio. r = Tasa de crecimiento anual. Finalmente el método presenta un procedimiento sencillo para obtener los espesores equivalentes para cada capa a las profundidades ZN, tomando en cuenta coeficientes de resistencia estructural recomendados ai, que considera 1 cm de asfalto equivalente a 2 cm de grava. a1D1 = Carpeta, D1 espesor en cm, a1 coeficiente equivalencia. a2D2 = Base, D2 espesor en cm, a2 coeficiente equivalencia. anDn = Capa, D2 espesor en cm, an coeficiente equivalencia. Con lo anterior, determinaremos el espesor final de cada capa de la sección estructural del pavimento diseñado, interviniendo para ello los diferentes criterios que se adopten para una mejor estructuración de la sección carretera, tomando en cuenta ciertas clases de materiales y mínimos espesores que se tienen especificados por la dependencia o autoridad responsable. (VER ANEXO D , MEMORIA DE CÁLCULO DE PAVIMENTOS). 5.3.- MÉTODO DE LA AASHTO. El actual método de la AASHTO, versión 1993, describe con detalle los procedimientos para el diseño de la sección estructural de los pavimentos flexibles y rígidos de carreteras. En el caso de los pavimentos flexibles, el método establece que la superficie de rodamiento se resuelve solamente con concreto asfáltico y tratamientos superficiales, pues asume que tales estructuras soportaran niveles significativos de tránsito (mayores de 50,000 ejes equivalentes acumulados de 8.2 toneladas durante el periodo de diseño), dejando fuera pavimentos ligeros para tránsitos menores al citado, como son los caminos revestidos o de terracería. Los procedimientos involucrados en el actual método de diseño, versión 1993, están basados en las ecuaciones originales de la AASHTO que datan de 1961, producto de las pruebas en Ottawa, IIIinois, con tramos a escala natural y para todo tipo de pavimentos. La versión 1986 y la actual de 1993 se han modificado para incluir factores o parámetros de diseño que no habían sido considerados y que son producto de la experiencia adquirida por ese organismo entre el método 31 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. original y su versión más moderna, además de incluir experiencias de otras dependencias y consultores independientes. El diseño está basado primordialmente en identificar o encontrar un “número estructural SN” para el pavimento flexible que puede soportar el nivel de carga solicitado para determinar el número estructural SN requerido, el método proporciona la ecuación general y la gráfica de la figura 4.1, que involucra los siguientes parámetros: El tránsito en ejes equivalentes acumulados para el periodo de diseño seleccionado “w18”. El parámetro de confiabilidad, ”R”. La desviación estándar global, “So”. El módulo de resiliencia efectivo,”Mr” del material usado por la subrasante. La pérdida o diferencia entre los índices de servicios inicial y final deseados,”ΔPSI”. 1.- Tránsito. Para el cálculo del tránsito, el método actual contempla los ejes equivalentes sencillos de 18000 libras (8.2 toneladas) acumulados durante el periodo de diseño, por lo que no ha habido grandes cambios con respecto a la metodología original de AASHTO. Solamente se aconseja que para fines de diseño en “etapas o fases” se dibuje una gráfica donde se muestre año con año, el crecimiento de los ejes acumulados (ESAL) vs tiempo, en años, hasta llegar al fin del periodo de diseño o primera vida útil del pavimento. La ecuación siguiente puede ser usada para calcular el parámetro del tránsito w18 en el carril de diseño. W18 = DD*DL*W18 Donde: W18 = Tránsito acumulado en el primer año, en ejes equivalentes sencillos de 8.2 toneladas en el carril de diseño. DD = Factor de distribución direccional; se recomienda 50% para la mayoría de las carreteras, pudiendo variar de 0.3 a 0.7, dependiendo de en qué dirección va el tránsito con mayor porcentaje de vehículos pasados. W18 = Ejes equivalentes acumulados en ambas direcciones. DL = Factor de distribución por carril, cuando se tengan dos o más carriles por sentido. Se recomiendan los siguientes valores: 32 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. No. de carriles en cada sentido Porcentaje de W18en el carril de diseño. 1 100 2 80-100 3 60-80 4 o más 50-75 Tabla 4.1.- Factor de distribución por carril. Una vez calculados los ejes equivalentes acumulados en el primer año, el diseñador deberá estimar con base en la tasa de crecimiento anual y el periodo de diseño en años, el total de ejes equivalentes acumulados y así contar con un parámetro de entrada para la ecuación general o para el nomograma de la figura 4.1. Es importante hacer notar que la metodología original de AASHTO usualmente consideraba periodos de diseño de 20 años; en la versión actual de 1993, recomienda los siguientes periodos de diseño en función del tipo de carretera: Tipo de carretera Periodo de diseño Urbana con altos volúmenes de tránsito. 30-50 años Interurbana con altos volúmenes de tránsito. 20-50 años Pavimentada con bajos volúmenes de Tránsito. 15-25 años Revestidas con bajos volúmenes de tránsito. 10-20 años Tabla 4.2.- Periodos de diseño en función del tipo de carretera. 2.- Confiabilidad. Con el parámetro de confiabilidad “R” se trata de llegar a cierto grado de certeza en el método de diseño, para asegurar que las diversas alternativas de la sección estructural que se obtengan, duraran como mínimo el periodo de diseño.se consideran posibles variaciones en las predicciones del tránsito en ejes acumulados y en el comportamiento de la sección diseñada. El actual método AASHTO para el diseño de la sección estructural de pavimentos flexibles, recomienda valores desde 50 y hasta 99.9 para el parámetro “R” de confiabilidad, con diferentes clasificaciones funcionales, notándose que los niveles más altos corresponden a obras que estarán sujetas a un uso intensivo, mientras que los niveles más bajos corresponden a obras o caminos locales y secundarios. 33 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. Niveles de confiabilidad Niveles de confiabilidad Clasificación funcional Nivel recomendado por AASHTO para Carreteras. Carretera interestatal o Autopista 80-99.9 Red principal o federal 75-95 Red secundaria o estatal 75-95 Red rural o local 50-80 Tabla 4.3.- Valores de “R” de confiabilidad, con diferentes clasificaciones funcionales. 3.- Desviación estándar global “So”. Este parámetro está ligado directamente con la confiabilidad (R),descrita en el punto anterior; habiéndose determinado, en este paso deberá seleccionarse un valor So “Desviación Estándar Global”, representativo de condiciones locales particulares, que considera posibles variaciones en el comportamiento del pavimento y en la predicción del tránsito. Valores de “So” en los tramos de prueba AASHTO no incluyeron errores en la estimación del tránsito; sin embargo, el error en la predicción del comportamiento de las secciones en tales tramos, fue de 0.25 para pavimentos rígidos y 0.35 para los flexibles, lo que corresponde a valores de desviación estándar total debidos al tránsito de 0.35 y 0.45 para pavimentos rígidos y flexibles respectivamente. 4.-Módulo de Resiliencia efectivo. En el método actual de la AASHTO, la parte fundamental para caracterizar debidamente a los materiales, consiste en la obtención del Módulo de resiliencia, con base en pruebas de laboratorio, realizadas en materiales a utilizar en la capa subrasante (Método AASHTO T-274), con muestras representativas (esfuerzo y humedad) que simulen las estaciones del año respectivas. El Módulo de resiliencia “estacional” será obtenido alternadamente por correlaciones con propiedades del suelo, tales como el contenido de arcilla, humedad, índice plástico, etc. Finalmente, deberá obtenerse un “Módulo de resiliencia efectivo”, que es equivalente al efecto combinado de todos los valores de módulos estaciónales. Para la obtención del Módulo estacional, o variaciones del Mr a lo largo de todas las estaciones del año se ofrecen dos procedimientos: uno, obteniéndose la relación en el laboratorio entre el Módulo de resiliencia y el contenido de humedad de diferentes muestras en diferentes estaciones del año y, dos, utilizando algún equipo para medición de deflexiones sobre carreteras en servicio durante diferentes estaciones del año. Sin embargo, para el diseño de pavimentos flexibles, únicamente se recomienda convertir los datos estaciónales en Módulo de resiliencia efectivo de la capa 34 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. subrasante, con el auxilio de la figura 4.7 que proporciona un valor sopesado en función del “daño equivalente anual” obteniendo para cada estación en particular. También se puede utilizar la siguiente ecuación: 8 -2.32 Uf = 1.18x10 * MR Donde: Uf = Daño relativo en cada estación (por mes o quincenal) MR = Módulo de resiliencia de la capa subrasante, obtenido en laboratorio o con deflexiones cada quincena o mes. Y por último: _ Uf = promedio de daño relativo = ∑ Uf n Por lo que el _ MR efectivo, será el que corresponda al Uf promedio 5.- Perdida o diferencia entre índices de servicio inicial y terminal. El cambio o pérdida en la calidad de servicio que la carretera proporciona al usuario, se define en el método con la siguiente ecuación: PSI = Índice de servicio presente ΔPSI = po – pt Donde: ΔPSI = Diferencia entre los índices de servicio inicial u original y el final o terminal deseado. po = Índice de servicio inicial (4.5 para pavimentos rígidos y 4.2 para flexibles). 35 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. pt = Índice de servicio terminal, para el cual AASHTO maneja en su versión 1993 valores de 3.0,2.5 y 2.0,recomendando 2.5 o 3.0 para caminos principales y 2.0 para secundarios. Se hace notar que aun en la versión actual, AASHTO no ha modificado la escala del índice de servicio original de 0 a 5 para caminos intransitables hasta carreteras perfectas, respectivamente. Sin embargo, se sugiere que el criterio para definir el índice de servicio Terminal o mínimo de rechazo (menor índice tolerado antes de realizar alguna operación de rehabilitación, reencarpetado o reconstrucción) este en función de la aceptación de los usuarios de la carretera. Para el caso de diseños de pavimentos en climas muy extremosos, en especial los fríos, la guía de diseño del método actual recomienda evaluar adicionalmente la pérdida del índice de servicio original y terminal debida a factores ambientales por congelamiento y deshielo, que producen cambios volumétricos notables en la capa subrasante y capas superiores de la estructura del pavimento. En tales casos, el diseñador deberá remitirse al método AASHTO 1993. 6.- Determinación de espesores por capas. Una vez que el diseñador ha obtenido el número estructural SN para la sección estructural del pavimento, utilizando el grafico o la ecuación general básica de diseño (figura 4.1) donde se involucran los parámetros anteriormente descritos (tránsito, R, So, MR, ΔPSI), se requiere ahora determinar una sección multicapa que en conjunto provea de suficiente capacidad de soporte equivalente al número estructural de diseño original. La siguiente ecuación puede utilizarse para obtener los espesores de cada capa, para la superficie de rodamiento o carpeta, base y subbase, haciéndose notar que el actual método de AASHTO, versión 1993, ya involucra coeficientes de drenaje particulares para la base y subbase. SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3 Donde: a1, a2 y a3 = Coeficientes de capa representativos de carpeta, base y sub base respectivamente. D1, D2 y D3 = Espesor de la carpeta, base y subbase respectivamente, en pulgadas. m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y subbase, respectivamente. Para la obtención de los coeficientes de capa a1, a2 y a3 deberán utilizarse las figuras 4.2 a 4.6, en donde se representan valores de correlacioneshasta de 36 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. cinco diferentes pruebas de laboratorio: Módulo elástico, Texas triaxial, R – Valor, VRS y estabilidad marshall. Capa Coeficiente Figura(Nomograma) Carpeta asfáltica (a1) 4.2 Bases granulares (a2) 4.3 Sub bases granulares (a3) 4.4 Bases estabilizadas con Cemento. ------------- 4.5 Bases estabilizadas con Asfalto. ------------- 4.6 Para la obtención de los coeficientes de drenaje, m2 y m3, correspondientes a las capas de base y sub base respectivamente, el método actual de AASHTO se basa en la capacidad del drenaje para remover la humedad interna del pavimento, definiendo lo siguiente: Calidad del drenaje Agua removida en: Excelente 2 horas Bueno 1 día Regular 1 semana Pobre 1 mes Malo Agua no drena Tabla 4.4.- Capacidad del drenaje para remover la humedad. En la tabla 4.5 se presentan los valores recomendados para m2 y m3 (bases y subbases granulares sin estabilizar) en función de la calidad del drenaje y el porcentaje del tiempo a lo largo de un año, en el cual la estructura del pavimento pueda estar expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación. Porcentaje de tiempo al cual está expuesta la estructura del pavimento a niveles de humedad próxima a la saturación. Calidad del Menor del 1% 1- 5% 5-25% Mayor del 25% drenaje Excelente 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20 Bueno 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00 Regular 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80 Pobre 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60 Muy pobre 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40 Tabla 4.5.- Valores mi recomendados para modificar los coeficientes estructurales de capa de bases y sub bases sin tratamiento, en pavimentos flexibles. Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodamiento elaborada con concreto asfáltico, el método no considera un posible 37 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. efecto por el drenaje, por lo que en la ecuación de diseño solo intervienen valores de m2 y m3 y no se asigna valor para m1 correspondiente a la carpeta. Para el cálculo de los espesores D1, D2 y D3 (en pulgadas), el método sugiere respetar los siguientes valores mínimos, en función del tránsito en ejes equivalentes sencillos acumulados: Tránsito (ESAL’S) en ejes equivalentes Carpeta de concreto asfáltico Bases granulares Menor de 50,000 1.0 o T.S. 4.0 50,001-150,000 2.0 4.0 150,001-500,000 2.5 4.0 500,001-2'000,000 3.0 6.0 2'000,001-7'000,000 3.5 6.0 Mayor de 7'000,000 4.0 6.0 T.S. = Tratamiento superficial con sellos. Tabla 4.6.- Espesores mínimos, en pulgadas, en función de los ejes equivalentes. 7.- Análisis del diseño final con sistema multicapa. Deberá reconocerse que para pavimentos flexibles, la estructura es un sistema de varias capas y por ello deberá diseñarse de acuerdo a ello. Como ya se describió al principio del método, el “número estructural SN” sobre la capa subrasante o cuerpo del terraplén es lo primero a calcularse. De la misma manera deberá obtenerse el número estructural requerido sobre las capas de la subbase y base, utilizando los valores de resistencia aplicables para cada uno trabajando con las diferencias entre los números estructurales que se requieren sobre cada capa, el espesor máximo permitido de cualquier capa puede ser calculado por ejemplo, el número estructural máximo permitido para material de la capa de subbase, debe ser igual al número estructural requerido sobre la subbase restado del SN requerido sobre la subrasante. El método AASHTO recomienda el empleo de la siguiente figura y ecuaciones: 38 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. D1 D2 D3 SUBRASANTE SUB-BASE BASE CARPETASN1 SN2 SN3 D*1 ≥ SN1 a1 SN*1 = A1D1 ≥ SN1 D*2 ≥ SN2 – SN*1 a2 m2 SN*1 + SN*2 ≥ SN2 D*3 ≥ SN3 – (SN*1 + SN*2) a3 m3 Notas: 1.- a, D, m y SN corresponden a valores mínimos requeridos. 2.- D* y SN* representan los valores finales de diseño. Con lo anterior queda configurada la sección estructural de proyecto para pavimento flexible. (VER ANEXO D , MEMORIA D E CÁLCULO DE PAVIMENTOS). 39 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 5.4.- MÉTODO DEL INSTITUTO NORTEAMERICANO DEL ASFALTO. El procedimiento propuesto por el instituto norteamericano del asfalto con metodología de diseño de los pavimentos flexibles, se refiere básicamente a carreteras, y consiste en determinar el espesor de la estructura del pavimento, de acuerdo con los siguientes datos: o volumen de tránsito a prever (NTD) o parámetro que representa la resistencia y deformabilidad del material de apoyo o terracería (VRS y/o valor portante K) o calidad general de los materiales disponibles o procedimientos previstos para la construcción El tránsito previsto se refiere al denominado número de tránsito para diseño (NTD), que es el promedio diario de cargas equivalentes de 8.2 Ton (18000 lb), dispuestas en un eje sencillo, que se esperan durante el periodo de diseño de la obra, normalmente fijado en 20 años por la propia institución. Las propiedades mecánicas básicas del material de terracería, capa subrasante, súbase y base, se establecen por medio de las pruebas usuales en la tecnología actual de los pavimentos. El instituto del asfalto da el espesor necesario de cubrimiento, sobre un material determinado, en términos de un espesor de concreto asfáltico, el cual puede traducirse en diversas alternativas de estructuración, a base de las capas usuales, empleando los factores de equivalencia, que más adelante se detallan. Una vez que se ha determinado el valor índice de la resistencia del material y el NTD aplicable al caso, el espesor necesario de cubrimiento se obtiene con el monograma de espesores de carpeta asfáltica, (adelante visto). Procedimiento del método. a) Evaluación del tránsito de vehículos 1.- cálculo del tránsito diario inicial (TDI) Para tal propósito, deberá comenzarse por establecer con base en estudios previos de tránsito, él número medio diario de vehículos que se han de esperar en el camino, durante el primer año de su operación. Este número se denomina Tránsito Diario Inicial (TDI) y su valor es el correspondiente al tránsito promedio diario anual (TDPA). TDI = TDPA 2.- cálculo del número promedio diario de vehículos pesados en al carril de diseño, en una dirección (N). Con base en datos de aforo y clasificación vehicular del tránsito valido al caso, ha de determinarse también el porcentaje de vehículos pesados que existirá en ese primer año llagando incluso a definir cuanto de ese porcentaje corresponde al carril del diseño El propio instituto del asfalto, indica cual es la distribución de vehículos pesados que conviene considerar en el carril de diseño, en los diferentes casos. 40 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. N = TDI x A/100 x B/100 En donde: A es el porcentaje de camiones pesados en dos direcciones. Se efectúa la suma del número de vehículos pesados (S VP), de acuerdo con la clasificación vehicular correspondiente y se calcula el porcentaje de vehículos pesados respecto al TDPA. B = (S VP/TDPA) 100 B es el porcentaje de camiones pesados en el carril de diseño y se obtiene su valor de la siguiente tabla. Porcentaje del tránsito total de vehículos pesados en dos direcciones que deberá considerarse en el carril de diseño Número total de carriles Porcentaje de camiones a considerar en la carretera. en el carril de diseño. 2 50 4 45 (Oscila entre 35 y 48) 6 o más 40 (Oscila entre 25 y 48) 3.-cálculo del peso promedio de los vehículos pesados (Ppc) Ppc = S (No. De vehículos) (peso total vehículo)/S VP 4.- límite de carga legal por eje sencillo, establecido por las autoridades En México, se utiliza como estándar un eje sencillo, soportando una carga total de 8.2 Ton. (18000 lb), es decir, 4.1 Ton. Por rueda. 5.- cálculo del número de tránsito inicial (NTI) Con toda la información anterior podrá establecerse el número de tránsito inicial (NTI), haciendo uso del monograma siguiente. El procedimiento para utilizar el monograma es el siguiente: Fíjese en la escala Del peso promedio de la carga de los camiones pesados (Ppc). Únase ese punto con el número de camiones pesados en el carril de diseño (N), sobre el eje (C) la línea anterior deberá prolongarse hasta cortar el eje (B). Fíjese ahora en el eje (E) él límite de carga legal para eje sencillo (8.2 Ton); ese punto deberá unirse con el anterior encontrando sobre el eje (B), y esa línea deberá prolongarse hasta el eje (A), sobre el que podrá leerse el (NTI). 6.- cálculo del número de tránsito de diseño (NTD). Con el periodo de diseño del pavimento considerado, que será usualmente de 20 años, y la tasa de crecimiento anual de tránsito, podrá buscarse en la tabla de Factores de Corrección del NTI, el factor de corrección que deberá aplicarse 41 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. al NTI, de manera que el producto de las cantidades, es el número de tránsito de diseño (NTD) que figura en el monograma de espesor total de cubrimiento. FACTORES DE CORECCIÓN DEL NTI, PARA OBTENER EL NTD Periodo de diseño Tasa de crecimiento anual del tránsito (Años) 0 2 4 6 8 10 1 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 2 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 4 0,20 0,21 0,21 0,22 0,22 0,23 6 0,30 0,32 0,33 0,35 0,37 0,39 8 0,40 0,43 0,46 0,50 0,53 0,57 10 0,50 0,55 0,60 0,66 0,72 0,80 12 0,60 0,67 0,75 0,84 0,95 1,07 14 0,70 0,80 0,92 1,05 1,21 1,40 16 0,80 0,93 1,09 1,28 1,52 1,80 18 0,90 1,07 1,28 1,55 1,87 2,28 20 1,00 1,21 1,49 1,84 2,29 2,86 25 1,25 1,60 2,08 2,74 3,66 4,92 30 1,50 2,03 2,80 3,95 5,66 8,22 35 1,75 2,50 3,68 5,57 8,62 13,55 b) análisis estructural del pavimento 1.- Cálculo del espesor necesario de cubrimiento de concreto asfáltico. Con los datos del V.R.S. y el N.T.D., aplicable al caso, se entra en el monograma de la siguiente figura, y se obtiene el espesor total del pavimento, dado en concreto asfáltico. 2.- Cálculo del espesor mínimo de carpeta asfáltica (Em) En la gráfica de la siguiente figura, se obtiene el espesor mínimo de carpeta asfáltica (Em), requerido por un determinado tipo de base hidráulica. NÚMERO DE TRÁNSITO PARA DISEÑO (NTD) REQUISITOS MINIMOS PARA MATERIALES DE BASES HIDRAULICAS TIPO DE PRUEBA NORMAS BAJA CALIDAD ALTA CALIDAD VRS, mínimo 20 100 Valor de R mínimo 55 80 Limite liquido máximo 25 25 Índice plástico máximo 6 NP Equivalente de arena mínimo 25 50 Máximo porcentaje de material que pasa 12 7 la malla número 200 42 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. El instituto del asfalto, especifica los espesores mínimos de concreto asfáltico que deben colocarse en la carpeta del pavimento cuando se utilizan bases asfálticas. Estos valores aparecen en la siguiente tabla. ESPESORES M INIMOS P ARA CARPETAS D E C ONCRETO ASFALTICO SOBRE BASES ASFÁLTICAS Número de tránsito de Espesor mínimo (cms) diseño (NTD) Menor que 10 (tránsito ligero) 5 Entre 10 y 100 (tránsito medio) 7 Mayor de 100 (tránsito intenso) 10 3.- Cálculo del espesor de la base granular. Esp. Base granular en concreto asfáltico = Et – Em El espesor real de la base, se obtiene multiplicando el espesor de la base granular, dado en concreto asfáltico, por un factor de equivalencia correspondiente a una base granular, este factor se obtiene mediante el uso de la siguiente tabla. FACTORES DE EQUIVALENCIA ENTRE CAPAS CONVENCIONALES Y CAPAS DE CONCRETO ASFALTICO EN CUANTO A ESPESOR. CAPAS CONVENCIONALES FACTOR DE EQUIVALENCIA Bases asfálticas de arena, mezcla en 1.3 planta. Bases asfálticas elaboradas con 1.4 asfalto liquido o emulsificados Bases granulares de alta calidad 2.0 (VRS > 100%) Bases granulares de baja calidad 2.7 (VRS > 20%) El espesor de la capa de súbase y de la capa subrasante se obtiene por especificación. De SCT. (VER ANEXO D , MEMORIA D E CÁLCULO DE PAVIMENTOS). 43 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 5.5.- Comparativa de métodos. Después de analizar los métodos descritos anteriormente se tienen las siguientes propuestas: Km 3+000 al km 33+000, para dos carriles (A2). Capa UNAM Dispav 5 Espesores (cm) AASHTO 1993 Espesores (cm) Interamericano del asfalto, Espesores (cm) Carpeta 6 6 10 Base asfáltica 10 11 12 Base granular 23 25 25 Subrasante 30 30 30 Subyacente 50 50 50 Para fines prácticos se propone como sección definitiva, la que nos arroja el diseño del método de la UNAM (Dispav 5).puesto que c umple como un camino de altas especificaciones, donde se conservan niveles de servicio alto al final de la vida de proyecto es d ecir (1.2 cm de deformación en la rodada y agrietamiento ligero a medio). 0.06M CARPETA ASFALTICA 0.10M BASE ASFALTICA 0.23M BASE HIDRAULICA 0.30M SUB RASANTE 0.10M BASE ASFALTICA 0.50M SUBYACENTE Se propone c omo s ección de finitiva de l l ibramiento de San Miguel d e Allende, del km 3+000 al km 33+000. 44 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN. INGENIERÍA CIVIL. 6.- PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN. 1.- Los trabajos se iniciaran con el desmonte, desenraicé, despalme y limpieza del área en donde quedara alojado el cuerpo del camino, de acuerdo a lo indicado en el proyecto. 2.- La construcción de obras de drenaje se hará antes de iniciar la construcción de terracerías, de tal manera que el avance de las primeras con respecto a las segundas sea cuando menos 500 m adelante; concluidas tales obras, deberán arroparse adecuadamente para evitar cualquier daño a la estructura de las mismas durante la construcción de las terracerías y pavimentos. 3.- El despalme se hará únicamente hasta los ceros de las terracerías y a la profundidad indicada en las tablas de datos de la curvamasa y de la manera conveniente para eliminar el material correspondiente al primer estrato. 4.- Una vez efectuado el despalme, de ser necesario el terreno natural se compactara al 90% de su P.V.S.M., según la prueba AASHTO estándar, en una profundidad mínima de 0.20 m. 5.- Los terraplenes se deben de formar con materiales de los indicados en la tabla con datos para curvamasa con observación D y/o E, bandeándolos en capas de espesor igual al tamaño de los fragmentos o compactándolos al 90% del P.V.S.M. obtenido en la prueba AASHTO estándar. 6.- El talud de proyecto que deberá considerarse para terraplenes será de 1:7:1 y se recomienda arropar los taludes con material producto del despalme, con el fin de lograr los taludes siguientes: Alturas Inclinación Entre 0.00 y 1.00 m 5:1 Entre 1.00 y 2.00 m 3:1 Mayores de 2.00 m 1:7:1 7.- Los cortes efectuados sobre materiales con observación C, se llevaran a una profundidad tal que permita la colocación de una capa de transición de 0.50m y una subrasante de 0.30m. de espesor. 8.- Los cortes efectuados sobre materiales con observación G, se llevaran a una
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