tesis proyecto geometrico de la rehabilitacion estructural del pavimento

INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA Y ARQUITECTURAUNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO

INGENIERIA CIVIL

Proyecto geomtrico ejecutivo de la rehabilitacin estructural del pavimento incluye obras menores y sealamiento, del subtramo Km. 132+800 al Km. 147+915, tramo TepalcapaPalmillas, de la Autopista Mxico-Quertaro.

TESISPARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO CIVIL PRESENTA ROSA ELIA VZQUEZ MONROY

Abril 2006

AGRADECIMIENTOSA mis padresRoberto Vzquez Mendoza Francisca Monroy Nez Por haberme brindado todo su apoyo sin escatimar esfuerzo alguno, sacrificando gran parte de su vida para formarme y educarme, para convertirme en una persona de provecho. Por compartir conmigo alegras y tristezas xitos y fracasos. En especial a ti mama por seguir apoyndome en estos ltimos aos gracias. A mis hermanos Patricia y Roberto por compartir conmigo alegras y tristezas y cada una de mis metas, siendo mi ms grande apoyo. Michell Por impulsarme a que me siga superando. Ing. Ral Rodrguez Montoya Superintendente de la autopista Mxico-Quertaro tramo TepalcapaPalmillas. Por brindarme su apoyo para la realizacin de esta tesis. A mis amigos Quienes me han apoyado para la realizacin de esta tesis. A mis profesores Quienes me formaron como profesionista y fueron fuente de inspiracin y respeto. A el Instituto Politcnico Nacional Por darme la oportunidad de formarme como profesionista en sus aulas.

2

INDICE1 GENERALIDADES 1.1 Introduccin 1.2 Justificacin del tema 1.3 Objetivos 2 EVALUACION DEL PAVIMENTO 2.1 Calificacin o ndice de servicio 2.2 Levantamiento de daos indicando los deterioros detectados. 2.2.1Estado superficial del pavimento 2.2.2 Causas mas frecuentes de los deterioros superficiales. 2.3 Evaluacin del pavimento con medidor de deformaciones por impacto (falling weight deflectometer) 7 8 10 10 13 17 18 18 18 27

3 DISEO DE PAVIMENTOS 31 3.1 Trnsito correspondiente mediante aforos de la Delegacin Regional III zona centro norte CAPUFE 31 3.2 Diseo y anlisis de pavimentos. 40 3.3 Mtodo del instituto de ingeniera de la UNAM en el pavimento. 42 3.4 Mtodo PCA. 43 3.5 Mtodo PCA en el pavimento. 44 3.6 Mtodo de la AASHTO en el pavimento. 44 3.7 Memoria de clculo. 46 3.8 Mtodo de la PCA (whitetopping). 54 3.9 Mtodo de la AASHTO. 55 3.10 Proyectos de desvos. 57 4 PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO. 4.1 Procedimientos constructivos para rehabilitacin del pavimento. 4.1.1 Mtodo del instituto de ingeniera de la UNAM. 4.1.2 Mtodo de la PCA. 4.1.3 Mtodo de la AASTHO. 4.2 Rehabilitacin del pavimento. 4.2.1 Primera opcin. 4.2.2 Segunda opcin. 4.2.3 Tercera opcin. 4.3 Ventajas y desventajas. 4.4 Evaluacin de las opciones y eleccin de la ms favorable. 4.5 Estudio de bancos. 4.5.1 Pruebas para los materiales. 4.5.2 Explotacin y proceso de trituracin. 5 DESCRIPCIN DE LA OBRA. 5.1 Trabajos por ejecutar. 60 60 60 60 60 62 62 62 63 64 65 67 68 69 78 78

3

5.2 Trabajos preliminares. 5.3 Rehabilitacin del pavimento. 5.4 Obras de drenaje y complementarias. 5.5 Sealamiento. 5.6 Impacto en el paisaje. Conclusiones Referencias

78 83 90 92 95 98 101

4

PROLOGOEn la actualidad las vas de comunicacin son parte fundamental del desarrollo de un pas. La Secretaria de Comunicaciones y Transportes en conjunto con Caminos y Puentes Federales, se han dado a la tarea de modernizar y dar un mejor mantenimiento y conservacin al sistema carretero, con proyectos geomtricos que rehabilitan la estructura del pavimento, para dar un mejor servicio reduciendo los tiempos de desplazamiento, lo cual eficienta la economa. Con el mejoramiento y rehabilitacin del tramo carretero se mejorara el servicio que presenta esta va de comunicacin ya que con ello se reducirn los riesgos a los que estn expuestos los usuarios de la misma, por el deterioro que presenta esta va de comunicacin, por lo que para integrar este proyecto ejecutivo se realizaron diversos estudios, evaluaciones econmicas. Todo lo anterior da como resultado una mejor autopista que apoya el desarrollo de Mxico enlazando la parte norte del pas con el Distrito Federal.

5

CAPITULO I

INTRODUCCIN (GENERALIDADES)

6

CAPITULO I

INTRODUCCIN

ELECCIN DEL TEMA Proyecto geomtrico ejecutivo de la rehabilitacin estructural del pavimento incluye obras menores y sealamiento, del subtramo Km. 132+800 al Km. 147+915, tramo Tepalcapa-Palmillas, de la Autopista Mxico-Quertaro.

DELIMITACIN DEL TEMA Esta tesis esta orientada a explicar el procedimiento constructivo de la modernizacin de la autopista, los puntos a considerar para su remodelacin, las tres opciones viables y el procedimiento constructivo de la opcin elegida.

7

CAPITULO I

INTRODUCCIN

1.1 INTRODUCCIN En los estados de Mxico y Quertaro de Arteaga debido al crecimiento demogrfico acelerado irregular, ha provocado grandes problemas en la calidad de los diferentes tipos de servicios en los que destacan las carreteras en los ltimos aos se han dado las rehabilitaciones, conservaciones y ampliaciones de las diferentes autopistas en nuestro caso la Autopista Mxico Quertaro. Para integrar el proyecto ejecutivo es necesario realizar diversas actividades como son estudios, proyectos, evaluaciones econmicas, etc. Dentro del apartado de los Estudios para la rehabilitacin se requiere una evaluacin de pavimentos todo esto para que el pavimento soporte las cargas impuestas por el trnsito de vehculos ligeros y pesados para una vida til del pavimento.

NEDO E D O HUAJUTLA

.Q U E R E

IXMIQUILPA QUERETARO SAN JUAN POLOTITLAN EDO EDO EDOATALCOMULCO

ACTOPAN

EDO

TEPEJI DEL RIO JILOTEPEC CUAUTITLAN TEPOZOTLAN

PACHUCA

Fig.1

Fig. 1.1 Autopista Mxico-Quertaro, tramo Tepalcapa-palmillas Subtramo: km. 138+200 al km. 147+915

8

CAPITULO I

INTRODUCCIN

NATURALEZA DEL PROYECTO. La obra se constituye en la rehabilitacin del Km. 132+800 al Km. 147+915 ambos cuerpos. TIEMPO DE VIDA DEL PROYECTO. Este proyecto prev satisfacer las necesidades satisfactoriamente durante un periodo de 15 aos a partir de su realizacin.

ASPECTOS GENERALES Lugar: Este tramo carretero de cuota pertenece en gran parte al Estado de Mxico y en menor proporcin al Estado de Quertaro. Mxico Se ubica en la parte sur de la altiplanicie meridional, en una de las regiones mas elevadas del pas. Sus coordenadas geogrficas extremas son : al norte 20 17, al sur 18 22 de latitud norte; al este 98 36 y al oeste 100 37 de longitud oeste. Colinda al norte con Michoacn de Ocampo, Quertaro de Arteaga e Hidalgo; al este con Hidalgo, Tlaxcala, Puebla, Morelos y el Distrito Federal; al sur con Morelos y Guerrero, al oeste con Guerrero y Michoacn de Ocampo. La superficie territorial es de 22,333 km2, que representa 1.1% de la superficie total de la Republica Mexicana. En extensin territorial ocupa el vigsimo sexto lugar en el pas y se integra por 122 municipios. Las poblaciones mas importantes del estado son : Toluca de Lerdo, Ecatepec de Morelos, Ciudad Nezahualcyotl, Naucalpan de Jurez, Tlanepantla, Ciudad Adolfo Lpez Mateos, Cuautitln de Izcalli, Tultitln de Mariano Escobedo, Coacalco de Berriozbal, Los Reyes Acaquilpan, Metepec, Chalco de Diaz Covarrubias y Lerma de Villada. La poblacin estatal es de 13083,359 habitantes, siendo Ecatepec el municipio ms poblado con 1620,303 habitantes y el municipio con menos poblacin es Papalotla con 3,469 habitantes(referencia 1). Quertaro El estado de Quertaro de Arteaga se encuentra ubicado en el centro del pas, entre los 20 01 16 y 21 35 38 de latitud norte y los 99 00 46 y 100 35 46 de longitud oeste. Es una entidad pequea ya que sus 11,269.70 km2 solo rebasan las superficies del Distrito Federal y de los estados de Tlaxcala, Morelos, Colima y Aguascalientes.

9

CAPITULO I

INTRODUCCIN

Limita al noroeste con San Luis Potos, al oriente con Hidalgo, al sur con Michoacn y Estado de Mxico y al poniente con Guanajuato (referencia 2). 1.2 JUSTIFICACIN DEL TEMA Con el mejoramiento y rehabilitacin del tramo carretero se mejorara el servicio que presenta esta va de comunicacin ya que con ello se reducirn los riesgos a los que estn expuestos los usuarios de la misma, por el deterioro que presenta esta va de comunicacin, por lo que para integrar este proyecto ejecutivo se realizaron diversos estudios, evaluaciones econmicas. Dentro de los estudios se realizaron estudios de topografa, ingeniera de transito, evaluacin de pavimentos, geotecnia, de bancos de materiales para la autopista Mxico-Quertaro con la finalidad de determinar la estructura del pavimento que soporte las cargas impuestas por l transito de vehculos pesados para una vida til del pavimento de quince aos. 1.3 OBJETIVOS Realizar el mejoramiento de la estructura y superficie de rodamiento de esta va de comunicacin, para lograr con ello reducir los tiempos desplazamiento de esta zona del pas, lo cual eficientara la economa de la misma. Con el mejoramiento de la superficie y la ampliacin de las secciones transversales de los tres carriles que conforman esta autopista as como la de los acotamientos, se brindara una mayor seguridad a los usuarios de esta va, adems de que se brindaran mayores y mejores expectativas de competitividad principalmente entre los sectores comercial y turstico de la zona, tal y como lo exige el tratado de libre comercio, ya que para alcanzar un beneficio econmico es de vital importancia emprender la modernizacin en diversos mbitos y contar con los medios que permitan un desenvolvimiento y crecimiento que concuerde con los requerimientos que exige toda innovacin y adelanto.

10

CAPITULO I

INTRODUCCIN

Esta tesis esta orientada principalmente para estudiantes de ingeniera o cualquier persona en general, que al leerla puedan saber los puntos a considerar para un proyecto geomtrico, el estudio y explotacin de un banco de material, la remodelacin estructural de una autopista desde los estudios de daos, propuesta de diseo, ventajas y desventajas de las propuestas y la construccin de la propuesta elegida incluyendo sus obras menores.

11

CAPITULO II

EVALUACION DEL PAVIMENTO

12

CAPITULO II EVALUACIN DEL PAVIMENTO

2 EVALUACION DEL PAVIMENTO Un pavimento es un operador que funciona a base de respuestas, cuando es activado por funciones de excitacin. Fsicamente el pavimento es un sistema multicapa, construido por materiales de caractersticas mecnicas conocidas, dispuestos en capas de espesor conocido. De esta manera, el pavimento esta caracterizado por las propiedades, disposicin y cantidad de los materiales utilizados, as como de la calidad de la construccin. Cuando actan sobre el pavimento funciones tales como las cargas producidas por el trnsito, se generan respuestas inmediatas del pavimento que obedecen leyes fsicas identificadas como estados de esfuerzos, deformaciones unitarias y deflexiones La aplicacin constante de esas solicitaciones, conjuntamente con factores de tipo ambiental , entre otros, producen la presencia continua y repetida de los estados de esfuerzos, deformacin permanente y deflexiones, lo que genera efectos de naturaleza permanente progresiva, acumulada interactuante y dependiente del tiempo, denominados deterioros. Los deterioros se clasifican principalmente en agrietamientos distorsiones, desintegraciones y disminucin de la resistencia al derrapamiento, cuya magnitud y extensin progresan con el tiempo, hasta alcanzar valores crticos, limite o terminales, que definen las condiciones de falla de los pavimentos. El tiempo transcurrido hasta alcanzar las condiciones de falla constituye el ciclo de vida del pavimento, durante el cual, las condiciones y caractersticas del pavimento se degradan con el tiempo dando lugar a una curva de comportamiento, que refleja propiamente el nivel de servicio que el pavimento proporciona al usuario, lo cual tiene a su vez importantes implicaciones de tipo econmico. PROBLEMAS DE LA AUTOPISTA 1. 2. 3. 4. 5. 6. Pavimentos antiguos, que han llegado al fin de su vida til Diseos inadecuados, en cuanto a espesores y calidad de materiales Procedimientos constructivos y de control de calidad inadecuados Incremento sustancial del trnsito, en volumen y magnitud de cargas Conservacin inadecuada Necesidades de un mejor aprovechamiento de recursos

REQUERIMIENTOS Mayores niveles de seguridad y comodidad para el usuario Materiales y superficie de rodamiento ms durables y resistentes

13


Mnima conservacin Menor nivel de ruido dentro de la carretera y el entorno Mejor apariencia

Menor costo de transporte y mxima relacin beneficio costo Falla estructural Colapso de la estructura del pavimento o de alguno de sus componentes, de tal manera que el pavimento es incapaz de soportar las cargas, o bien, se reduce a una interrupcin en su continuidad o integridad. Puede degenerar en falla funcional. Tipo de falla funcional El pavimento no cumple con su funcin primordial, provocando incomodidad e inseguridad en el usuario, as como esfuerzos imprevistos en los vehculos. No siempre est acompaada de falla estructural. Serviciabilidad Capacidad de un pavimento para cumplir con su funcin, proporcionando al usuario un viaje cmodo y seguro en condiciones normales de trnsito. El comportamiento es una medida de la eficiencia con la que el pavimento cumple con sus funciones respecto al usuario, en cuanto a los conceptos de seguridad, comodidad y economa. Atributos de los pavimentos Seguridad Comodidad Eficiencia Economa Pavimento: Superestructura de una obra vial que hace posible el trnsito de vehculos con la comodidad, seguridad, eficiencia, economa y en el plazo previsto en el proyecto. ATRIBUTOS DE UN PAVIMENTO Capacidad para soportar las cargas Resistencia adecuada al derrapamiento

14


Regularidad superficial longitudinal y transversal Rpida eliminacin del agua superficial Bajo nivel de ruido Bajo nivel de desgaste de las llantas Adecuadas propiedades de reflexin luminosa Apariencia agradable

FACTORES QUE AFECTAN LA VIDA TIL DE UN PAVIMENTO Trnsito Medio ambiente Calidad de los materiales Resistencia de la subrasante Condiciones de drenaje Calidad de construccin Nivel de mantenimiento EFECTOS DEL TIEMPO, MEDIO AMBIENTE, ETC. Envejecimiento Contaminacin Degradacin Saturacin Oxidacin Variaciones volumtricas Reflexin de grietas, juntas, etc. Reduccin de la resistencia a la friccin Desprendimiento de asfalto

PARMETROS DE: Trnsito y cargas Ambientales Construccin Diseo estructural Mantenimiento Operacionales Restrictivos

PARAMETROS DE TRANSITO Y CARGAS Tipos de vehculos Carga por ejes Numero de aplicaciones Distribucin del transito durante el ao

15


Canalizacin del transito

CARACTERISTICAS DEL TRANSITO Volumen y composicin de los vehculos Tasa de crecimiento Vida o periodo de diseo Geometra de la seccin y distribucin del transito PARAMETROS AMBIENTALES Tipo de suelo Topografa Rgimen pluviomtrico Drenaje superficial y subdrenaje Temperatura ambiental

VARIABLES AMBIENTALES Condiciones de temperatura Condiciones de humedad Condiciones atmosfricas y solares Condiciones geolgicas del sitio

PARAMETROS OPERACIONALES Control de transito durante la construccin Control de transito durante mantenimiento Control de transito durante la reconstruccin Comodidad para el usuario

16


2.1 CALIFICACIN O NDICE DE SERVICIO ACTUAL (ISA) DE LA SUPERFICIE DE RODAMIENTO O NDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL (IRI) La delegacin III de Caminos y Puentes Federales de Ingresos y Servicios Conexos proporciono la informacin de ndice de Rugosidad Internacional (IRI) obtenida en la autopista Mxico Quertaro del 2003. En este tramo el IRI ponderado global es de 2.24 m/km, es decir menor que 2.81 m/km con lo que se determina que este tramo desde el punto de vista de estos ndices no requieren rehabilitacin nicamente trabajos de conservacin rutinaria, sin embargo si analizamos cada 10 km existen tramos donde el IRI nos indica que si requieren rehabilitacin ya que es mayor que 2.81 como se observa en la siguiente tabla.

40Del km110+000

IRI Al km Sentido Carril Izq. 120+000 130+000 100+000 110+000 120+000 130+000 140+000 147+800 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3.56 2.95 3.21 5.99 3.97 5.21 3.96 3.06

EJES TANDEMDer. 3.06 2.54 2.78 4.31 3.22 4.26 3.24 2.55

30 120+00090+000

20 100+000110+000 120+000 10 130+000 140+000

En los tramos donde se encuentran roderas mayores de 5 mm son:Del km Al km Sentido Carril Izq. 110+000 120+000 140+000 110+000 100+000 110+000 120+000 130+000 120+000 130+000 147+800 120+000 110+000 120+000 130+000 140+000 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 2 3 3 3 3 9.23 11.43 6.22 4.61 11.97 9.32 10.14 6.76 Der. 1.65 0.96 3.04 5.19 3.96 4.23 2.55 3.96

0

20

30

40

Profundidad Rodera (mm)

17


2.2 LEVANTAMIENTO DE DAOS INDICANDO LOS DETERIOROS DETECTADOS. 2.2.1ESTADO SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO Se llevo a cabo el levantamiento de deterioros con la finalidad de revisar las condiciones actuales de la superficie de rodamiento, en este levantamiento se determinan los tipos de daos y su gravedad, se realizan en subtramos de 100 mts, hasta completar tramos de 1.0 km. El levantamiento de deterioros consiste en revisar superficialmente la carpeta asfltica para detectar todos los daos que presenta como son: roderas, desprendimientos, asfalto aflorado, piel de cocodrilo, baches, grietas longitudinales, grietas transversales, pulido de la superficie y hundimientos. Estos daos se calificaron como gravedad ligera, gravedad media y grave. Para apoyar el levantamiento de daos se realiza un informe fotogrfico, en el cual de una manera muy clara se ilustran todas las fallas que se presentan en la superficie de rodamiento. A continuacin se hace una breve descripcin de las causas ms frecuentes de los deterioros superficiales que se encontraron en la autopista en estudio. 2.2.2 CAUSAS MAS FRECUENTES DE LOS DETERIOROS SUPERFICIALES. Durante el recorrido de los tramos en estudio se lleva a cabo el levantamiento de deterioros superficiales, encontrando una diversidad de fallas en la superficie de rodamiento por lo que se hace un registro de los mismos. A continuacin se explica los motivos que originan las fallas presentadas en los registros de daos, estas conclusiones se tomaron una vez analizados todos los materiales que conforman cada una de las capas que conforman la estructura del pavimento(Referencia 3). RODERAS. Son depresiones a lo largo de las rodadas o zonas por dnde se concentran las cargas transmitidas por los neumticos a las diferentes capas de la estructura. En general las roderas son indicativas de deficiencias estructurales del pavimento, por ejemplo: la baja compactacin en cualquiera de las capas, la degradacin de los materiales por las cargas y descargas impuestas por el transito, la mala calidad de los materiales etc.

18


En el tramo donde existen roderas de gran gravedad es:Cuerpo A A A A A A A B Del km 109+100 109+400 110+000 110+700 100+400 109+000 119+000 93+800 Al km 109+200 109+800 110+200 111+000 100+500 111+000 119+500 93+900 Carril Alta Alta Alta Alta Central Central Central Alta

Fig. 2.1 Rodera sobre el carril de baja velocidad.

19


BACHES. Son reparaciones hechas en el pavimento existente con nuevos materiales, este fenmeno es originado por falla de la estructura del pavimento, como puede ser la compactacin baja en la bese hidrulica, exceso de humedad o consolidacin de los materiales. Los Baches de gravedad se ubican en el siguiente kilometraje:Cuerpo A A A A A A B Del km 143+100 132+800 134+000 135+700 137+100 137+400 138+000 Al km 143+200 132+900 134+300 135+800 137+200 137+800 138+800 Carril Central Baja Baja Baja Baja Baja Baja

Fig. 2.2 Bache carril de baja

20


GRIETAS TRANSVERSALES. Son perpendiculares al eje longitudinal del tramocuerpo; originalmente se producen por la accin de las cargas del trnsito vehicular. En los tramos donde existen grietas transversales muy graves son en los kilmetros:Cuerpo A A A B B Del km 107+100 123+700 107+300 135+000 112+800 Al km 107+300 127+800 107+600 135+100 112+900 Carril Alta Alta Central Alta Baja

21


DESPRENDIMIENTOS. Es el desgranamiento del concreto asfltico, debido a la prdida de adherencia con el asfalto, ya sea por endurecimiento del asfalto o por baja calidad de la mezcla, adems, puede ser ocasionado por cierto tipo de vehculos ( por ejemplo, tractores de oruga ). Tambin se puede deber al derrame de gasolina o diesel. En el tramo donde existen desprendimientos de gran gravedad es:Cuerpo A A B B B B B B Del km 132+600 131+500 132+000 132+800 135+800 137+100 137+400 138+000 Al km 133+000 131+600 132+200 132+900 135+900 137+200 137+500 139+900 Carril Central Baja Baja Baja Baja Baja Baja Baja

Fig. 2.3 Disgregacin de concreto asfltico

22


ASFALTO AFLORADO. Se forma una lmina o pelcula de asfalto en la superficie del pavimento con aspecto brillante, vtreo y reflejante, la cual comnmente se vuelve pegajosa. Se origina por exceso de asfalto en la mezcla, por la aplicacin sobrada de riegos de sellos y/ o por un bajo porcentaje de vacos del agregado ptreo en la carpeta asfltica. El asfalto llena dichos vacos y el sobrante asciende a la superficie en la temporada de calor; desafortunadamente, este proceso es irreversible, por lo que se produce una acumulacin gradual de asfalto en la superficie de rodamiento. El asfalto aflorado de gravedad se ubica en el siguiente kilometraje:Cuerpo A A Del km 100+500 115+100 Al km 100+600 115+300 Carril Alta Alta

PIEL DE COCODRILO. Este defecto, tambin conocido como agrietamiento por fatiga, consiste en una serie de grietas interconectadas y que se originan por la fatiga del concreto asfltico bajo la repeticin de cargas vehiculares. Las grietas se empiezan a formar en la parte inferior de la capa, en donde el esfuerzo y la deformacin de tensin alcanzan valores mximos. Posteriormente las grietas se extienden a la superficie inicialmente en la forma de una serie de grietas paralelas longitudinales, despus las grietas se interconectan formando contornos poligonales de ngulos agudos, cuyo patrn semeja la piel de cocodrilo.Cuerpo B B B Del km 138+000 136+000 138+000 Al km 139+900 137+900 138+500 Carril Baja Central Central

Fig. 2.4 Piel de cocodrilo

23


PULIDO DE LA SUPERFICIE En los tramos donde existen pulido de la superficie muy grave son en los kilmetros:Cuerpo A A A B B Del km 137+000 139+000 141+000 136+000 143+000 Al km 138+000 140+700 147+600 137+900 147+900 Carril Central Central Central Central Central

Fig. 2.5 Pulido de la superficie de rodamiento HUNDIMIENTOS En el tramo donde existen hundimientos de gran gravedad es que es provocado por la fatiga del material por exceso de cargas o mala compactacin del material:Cuerpo B B B Del km 125+000 130+000 132+600 Al km 125+900 130+900 132+900 Carril Baja Baja Baja

Fig.2.6 Hundimiento

24


FILTRACIONES Los tramos donde existen filtraciones son:Cuerpo B B B Del km 130+000 143+000 144+000 Al km 130+400 143+200 144+400 Carril Baja Baja Baja

Fig. 2.7 Grieta longitudinal.

25


En la siguiente tabla se resumen los deterioros ms comunes y las causas que lo originan: TIPOS Y MANIFESTACIONES DE LOS DETERIOROS. TIPO MANIFESTACIONAGRIETAMIENTO FRACTURAMIENTO DESTRUCCION POR AGRIETAMIENTO

CAUSASEXCESO DE CARGA (INSUFICIENCIA ESTRUCTURAL). REPETICION DE CARGA (FTIGA). CAMBIOS DE TEMPERATURA. CAMBIOS DE HUMEDAD (DEFECTO CONSTRUCTIVO) ONDULAMIENTO POR FUERZAS HORIZONTALES DEFICIENCIA ESTRUCTURAL O DEFECTO CONSTRUCTIVO). CONTRACCION. EXCESO DE CARGAS (INSUFICIENCIA ESTRUCTURA) REPETICIN DE CARGA (FATIGA) CAMBIOS DE TEMPERATURA CAMBIOS DE HUMEDAD ( DEFECTOS DESTRUCTIVOS)

DEFORMACION PERMANENTE DEFORMACIN

EXCESO DE CARGA (INSUFICIENCIA ESTRUCTURAL). PROCESO DE DEFORMACIN VISCOSA (FTIGA, INSUFICIENCIA ESTRUCTURAL Y DEFECTO CONSTRUCTIVO). AUMENTO DE COMPACIDAD (DEFECTO CONSTRUCTIVO, RUPTURA DE GRANOS). CONSOLIDACIN. EXPANSIN. EXCESO DE CARGAS (INSUFICIENCIA ESTRUCTURAL). AUMENTO DE COMPACIDAD (DEFECTO CONSTRUCTIVO, RUPTURA DE GRANOS). CONSOLIDACIN. EXPANSIN.

FALLAS

DESINTEGRACIN (FALLA DE CARPETA)

REMOCIN

PRDIDA DE ADHERENCIA EN LA CARPETA. REACTIVIDAD QUIMICA. ABRASIN POR EFECTO DEL TRNSITO. PRDIDA DE ADHERENCIA EN LA CARPETA. REACTIVIDAD QUMICA. ABRASIN POR DEFECTO DEL TRNSITO. DEGRADACIN DE LOS AGREGADOS.

DESPRENDIMIENTO

A lo largo de la autopista se encontraron estos daos.

26


2.3 EVALUACIN DEL PAVIMENTO CON MEDIDOR DE DEFORMACIONES POR IMPACTO (FALLING WEIGHT DEFLECTOMETER) Se realizo la evaluacin del pavimento en la Autopista Mxico Quertaro del Km. 132+800 al Km. 147+915 ambos cuerpos, mediante el equipo Heavy Weight Deflectometer (HWD). El objetivo de esta actividad fue establecer un diagnstico de la condicin estructural actual del pavimento. En este informe se presentan los resultados de las mediciones realizadas en la Autopista Mxico - Quertaro, constituida por dos cuerpos con tres carriles de circulacin cada uno. Los tramos evaluados con el HWD tuvieron una longitud total aproximada de 57.6 Km.-carril en cada cuerpo. De acuerdo con el sistema de identificacin utilizado en Mxico, se denomin cuerpo A al cadenamiento ascendente y cuerpo B al de sentido contrario de circulacin, en el caso de las autopistas con 2 cuerpos. Las mediciones de desplazamientos se realizaron del Km. 132+800 al Km. 147+915 a cada 100 m en tresbolillo, en el carril de baja velocidad y el carril central en ambos cuerpos. DESPLAZAMIENTOS VERTICALES a) Generalidades Con la finalidad de conocer los desplazamientos, se realizaron pruebas no destructivas con equipo dinmico especial HWD. b) Medicin de desplazamientos verticales El equipo dinmico permite la simulacin del efecto producido por el trnsito vehicular al dejar caer libremente unas pesas sobre una placa segmentada y transmitir as una carga especfica al pavimento. Durante el impacto se registran los desplazamientos verticales y sus tiempos de ocurrencia mediante 7 gefonos (sensores), con espaciamiento usual de 30, 45, 60, 90, 120 y 180 cm, a partir del sensor localizado bajo la carga. Esta vara de 2 a 8 t para autopistas, con placa segmentada de 30 cm. El impacto est proyectado para producir un desplazamiento vertical igual al causado por el neumtico de un vehculo pesado. El equipo almacena en una computadora los valores de desplazamiento vertical de cada uno de los gefonos. Esta informacin posteriormente es procesada mediante programas especiales de cmputo, para conocer los valores de los mdulos elsticos de las diferentes capas que forman el pavimento. En lo que respecta a esta evaluacin el sensor 1 el valor promedio del desplazamiento es de 0.55 mm (C. Baja) y 0.22 mm (C. Central) para el cuerpo A y de 0.64 mm (C. Baja) y 0.22 mm (C. Central) para el cuerpo B.

27


c) Calificacin estructural del pavimento En cada medicin efectuada con el equipo HWD se procedi a obtener el rea comprendida entre la curva de los desplazamientos verticales registrados y los ejes cartesianos, a esta rea se le denomin ndice Estructural (Ie). El valor de Ie proporciona un indicador cualitativo muy til para conocer la condicin estructural del pavimento, ya que toma en cuenta todos los desplazamientos verticales registrados por los gefonos y, por consecuencia, considera la respuesta producida por las capas que forman el pavimento. La escala de calificacin estructural del pavimento se indica a continuacin, a partir del ndice Estructural (Ie):CALIFICACIN ESTRUCTURAL 10 9 8 7 6 5 Psima > 1600 Excelente Muy buena Buena Regular Mala 100 200 400 800 Ie (mm ) < 100 a a a a 200 400 800 16002

La calificacin de la autopista fue regular en la mayor parte del subtramo Se debe tomar en cuenta que los resultados obtenidos en el anlisis de la calificacin estructural, por s solos, no son un indicador universal del estado en que se encuentra el pavimento. MDULOS ELSTICOS DE LAS CAPAS Mtodo de clculo Con apoyo en la informacin de los desplazamientos verticales, la carga aplicada, los espesores, la naturaleza de las capas y con la ayuda de un programa de cmputo denominado ELMOD (referencia 4), se calcularon los mdulos elsticos de los materiales que forman el pavimento de la Autopista. Bsicamente, con el programa se calculan los desplazamientos ocasionados al aplicar una carga conocida sobre la estructura del pavimento. Inicialmente, en dicho programa se proponen mdulos elsticos de las capas que constituyen el pavimento; con estos mdulos, se calculan los desplazamientos verticales y stos se comparan con los registrados por los censores. Si de esta comparacin resultan diferencias mayores a la tolerancia especificada, se ajustan los valores de los mdulos elsticos y se repite el proceso en forma iterativa. El retroclculo termina cuando los valores de los desplazamientos verticales calculados son aproximadamente iguales a los valores medidos. Es conveniente el aclarar que todo este proceso debido a su complejidad fue llevado a cabo por medio del programa ELMOD.

28


En las Lminas se presentan grficamente los mdulos elsticos calculados para la carpeta asfltica. Para fines de comparacin, los mdulos elsticos tpicos son los siguientes:CAPA MDULO ELSTICO (kg/cm ) 20,000 a 50,000 3,000 a 5,000 5,000 a 20,000 5,000 a 15,000 2,000 a 4,000 3,000 a 15,000 300 a 1,5002

Carpeta Base hidrulica Base estabilizada con cemento Base negra Subbase Subbase estabilizada con cemento Subrasante e inferiores

Cuerpo/Carril

Carpeta

Base

Base est. cem. 8,104 16,560 13,194 10,348

Base negra 6,143 12,928

Carpeta remanente 13,267 12,741

Subbase

Subbase est. cem 5,059 -

Capas Inf. 987 1,141 880 1,078

Cpo. A, Baja Cpo. A, Central Cpo. B, Baja Cpo. B, Central

24,557 37,200 29,768 28,170

3,467 3,072 2,964 5,484

2,877 2,367 2,115 3,560

29

CAPITULO III

DISEO DE PAVIMENTOS

30

CAPITULO III DISEO DE PAVIMENTOS

3 DISEO DE PAVIMENTOS 3.1 TRNSITO CORRESPONDIENTE MEDIANTE AFOROS DE LA DELEGACIN REGIONAL III ZONA CENTRO NORTE CAPUFE La subdelegacin tcnica encargada de esta autopista proporciono los volmenes de trnsito y con los aforos realizados por la empresa obtuvimos la clasificacin vehicular. Esto con la finalidad de determinar el trnsito de diseo con una tasa de crecimiento de 4% y un perodo de diseo de 15 aos como vida til. Los componentes de un pronstico del trnsito aplicados a una nueva va los constituyen el trnsito atrado, el trnsito inducido y el trnsito generado, es decir el trnsito asignado a un proyecto. Composicin vehicular Una autopista tiene como objetivo principal permitir la circulacin rpida, econmica, segura y cmoda de los vehculos. Por lo que se proyectan de acuerdo a las caractersticas del vehiculo que la va a utilizar. Clasificacin En general los vehculos que transitan una autopista se dividen en ligeros, vehculos especiales y vehculos pesados. Vehculos ligeros son vehculos de carga y/o pasajeros, que tienen dos ejes y cuatro ruedas. Vehculos especiales son aquellos que eventualmente transitan el camino tales como: camiones y remolques especiales para el transporte de maquinaria pesada o productos voluptuosos, maquinaria agrcola. Vehculos pesados son los vehculos destinados al transporte de carga o de pasajeros, de dos o ms ejes y seis o ms rueda. La siguiente tabla muestra la clasificacin en general de los vehculos, as como la composicin en que intervienen en la corriente de transito.

31


CLCULO DEL TRNSITO ASIGNADO Trnsito asignado al proyecto = Trnsito atrado + Trnsito inducido + Trnsito generado Trnsito inducido = Es el que no exista y es el resultado directo de la mejora que ha supuesto la nueva va suelo Trnsito generado = Trnsito resultante de un desarrollo en el uso del que no poda darse sin la existencia de la nueva obra.

32


ESTO SE DA POR IMPORTANCIA DEL TRANSPORTE POR VIAS TERRESTRES Se transporta el 65% de la carga nacional. Una participacin del sector comunicaciones y transportes del 10.6% del PIB. Globalizacin mundial. Distribucin de la carga por modo de transporte.DISTRIBUCIN DE LA CARGA POR MODO DE TRANSPORTE, 2003AREO 0.05% FERROVIARIO 10.77%

CARRETERO 54.64%

PORTUARIO 34.54%

La grafica anterior nos muestra porque estn importante saber el volumen de aforo que transita por esta va. Los mtodos comnmente empleados en los estudios de asignacin de trnsito para redes regionales de carreteras son: AASHTO (American Associaton of State Highway and Transportation Oficials) AASHTO Modificado Costo Generalizado del Transporte Este mtodo se emplea principalmente en pases desarrollados. Debido a que en sus redes de carreteras prevalecen condiciones semejantes de rodamiento, de pavimento y caractersticas geomtricas. Las principales variables del mtodo son: La distancia. El tiempo de recorrido. (a partir de las encuestas origen destino). El mtodo AASHTO consiste en:

33


Trnsito por asignar = FU * TDPA

FU =

1 1 + ( TR ) 6

TR =

De la ruta con proyecto En la situacin actual

Donde: FU = Factor de utilizacin. TDPA = Trnsito diario promedio anual TR = Tiempo de recorrido Para obtener mayor precisin en la reasignacin trnsito, es recomendable contar con la velocidad de operacin real, es decir, medida en campo mediante el mtodo de placas o vehculo flotante. El mtodo AASHTO se modifica a partir de los resultados obtenidos de la presencia de puentes y carreteras de cuota. La diferencia entre el mtodo AASTHO y el AASHTO Modificado consiste en la existencia de una variable adicional. La consulta a empresas de transporte o en la encuesta origen destino, se incorpora la pregunta sobre el nivel de cuota que estara dispuesto a pagar el usuario, cuando la ruta alterna sea una carretera con peaje. El mtodo AASHTO Modificado consiste en: Trnsito por asignar = FU * TP1 FU = 6 1 FCL)] + ( TR )

TP = [(TDPAC * FCC) + (TDPAM * FCM) + (TDPAL *

Donde: De la ruta con proyecto En la situacin actual TP = Trnsito potencial del tipo de recorrido: Corto (C) menor a 50 Km FC = 0.40 Mediano (M) entre 50 y 100 km FC = 0.65 Largo (L) mayores de 100 km FC = 0.85

Los volmenes de transito proporcionados por CAPUFE fueron los siguientes:

34


1.-En el Km. 132+800 se localiza la tercera caseta llamada Polotitlan. 2.- Por ultimo se encuentra la caseta Palmillas en el Km. 147+915.Los aforos realizados fueron en los entronques: Calpulalpan que se encuentra en el Km. 107+000, Aculco que se ubica en el Km. 115+000, Encinillas que se encuentra en el Km. 122+000 y por ultimo Polotitlan eso en el Km. 133+000 La clasificacin vehicular de las casetas localizadas a lo largo de los tramos se menciona a continuacin: CLASIFICACIN DE VEHICULOS AUTOPISTA MEXICO - QUERETARO CASETA TEPOTZOTLANCLASIFICACION A B C SUMA AO 2001 8,453,200 933,513 5,235,762 14,622,475 AO 2002 9,228,277 913,132 5,052,158 15,193,567 AO 2003 (hasta Octubre) 8,024,401 647,470 4,272,598 ----

Como se pude observar en la tabla de volmenes de vehculos, el crecimiento del ao de 2002 al ao 2003 fue del 4%. El promedio del Aforo Total Mensual para esta caseta es de 1,257,662 y el TDPA= 41,118 para esta caseta. CLASIFICACIN DE VEHICULOS AUTOPISTA MEXICO - QUERETARO CASETA PALMILLASAO 2003 (hasta Octubre) 4,950,202 548,207 3,387,188 ---

CLASIFICACION A B C SUMA

AO 2001 5,159,482 468,222 4,159,257 9,786,961

AO 2002 5,863,212 512,147 4,163,692 10,539,051

En esta caseta se pude observar en la tabla de volmenes de vehculos, el crecimiento del ao de 2002 al ao 2003 fue del 7.6%, sin embargo estos nmeros son muy engaosos desde el punto de vista de diseo, ya que estos porcentajes pueden variar considerablemente en funcin de la situacin econmica del pas y de las personas que hacen uso de la autopista de cuota. El promedio de aforo total mensual de 859,430 y TDPA= 28,098, con un crecimiento anual del 4%.

35


A continuacin se mostraran las tablas con la clasificacin vehicular de los diferentes entronques localizados a lo largo del km 133+000 al km 147+915. CLASIFICACIN DE VEHICULOS AUTOPISTA MEXICO QUERETARO DEL KM 107+000 AL KM 133+000 ENTRONQUE ACULCO KM 115+000CLASIFICACION A B2 B3 B4 C2 C3 C2-R2 C3-R2 C3-R3 C2-R3 T2-S1 T2-S2 T3-S2 T3-S3 T2-S1-R2 T3-S1-R2 T3-S2-R2 T3-S2-R4 T3-S2-R3 T3-S3-R3 TOTAL COMPOSICIN DEL PESO EN TONELAS CARGA TRFICO MAX. TRANSITO (%) VEHICULAR DIARIO 54.00 23.50 0.00 3.00 3.50 4.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8.50 1.50 0.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00 100.00% 2.00 17.50 26.00 30.50 17.50 26.00 37.50 46.00 54.00 45.50 27.50 35.50 44.00 48.50 47.50 56.00 60.50 63.00 63.00 60.00 PROMEDIO DE CARGAS 40.40 11,560 5,031 0 642 749 856 0 0 0 0 0 0 1,820 321 0 0 0 429 0 0 21,408

Aparentemente este es el entronque mayor transitado ya que un promedio de 7,813,920 vehculos transitan anualmente por aqu.

36


CLASIFICACIN DE VEHICULOS AUTOPISTA MEXICO QUERETARO DEL KM 133+000 AL KM 147+915 ENTRONQUE ENCINILLAS KM 122+000TRFICO COMPOSICIN DEL PESO EN TONELAS CARGA MAX. VEHICULAR DIARIO TRANSITO (%) 48.5 30.0 0.00 2.50 1.50 3.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 9.50 2.00 0.00 0.00 0.00 2.50 0.00 0.00 100.00% 2.00 17.50 26.00 30.50 17.50 26.00 37.50 46.00 54.00 45.50 27.50 35.50 44.00 48.50 47.50 56.00 60.50 63.00 63.00 60.00 PROMEDIO DE CARGAS 40.40 7,639 4,725 0 394 236 551 0 0 0 0 0 0 1,497 315 0 0 0 394 0 0 15,751

CLASIFICACION A B2 B3 B4 C2 C3 C2-R2 C3-R2 C3-R3 C2-R3 T2-S1 T2-S2 T3-S2 T3-S3 T2-S1-R2 T3-S1-R2 T3-S2-R2 T3-S2-R4 T3-S2-R3 T3-S3-R3 TOTAL

En este entronque ambos sentidos.

transitan alrededor 5,749,115 vehculos anualmente en

37


CLASIFICACIN DE VEHICULOS AUTOPISTA MEXICO QUERETARO DEL KM 133+000 AL KM 147+915 ENTRONQUE POLOTITLAN 133+000COMPOSICIN DEL PESO EN TONELAS CARGA TRFICO MAX. TRANSITO (%) VEHICULAR DIARIO 45.50 28.00 0.00 3.50 2.50 4.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 12.00 1.50 0.00 0.00 0.00 2.50 0.00 0.00 100.00% 2.00 17.50 26.00 30.50 17.50 26.00 37.50 46.00 54.00 45.50 27.50 35.50 44.00 48.50 47.50 56.00 60.50 63.00 63.00 60.00 PROMEDIO DE CARGAS 40.40 9,331 5,742 0 718 513 923 0 0 0 0 0 0 2459 308 0 0 0 516 0 0 20,510


En la caseta de Polotitlan en el sentido de Mxico Quertaro y viceversa transitan alrededor 7,486,150 vehculos anualmente en ambos sentidos.

38


CLASIFICACIN DE VEHICULOS AUTOPISTA MEXICO QUERETARO DEL KM 133+000 AL KM 147+915 CASETA PALMILLAS 148+000TRFICO COMPOSICIN DEL PESO EN TONELAS CARGA MAX. VEHICULAR DIARIO TRANSITO (%) 45.50 28.00 0.00 3.50 2.50 4.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 12.00 1.50 0.00 0.00 0.00 2.50 0.00 0.00 100.00% 2.00 17.50 26.00 30.50 17.50 26.00 37.50 46.00 54.00 45.50 27.50 35.50 44.00 48.50 47.50 56.00 60.50 63.00 63.00 60.00 PROMEDIO DE CARGAS 40.40 12787 7867 0 983 702 1264 0 0 0 0 0 0 3372 421 0 0 0 702 0 0 28,098


Por ultimo la caseta de Palmillas registra 10,255,405 vehculos anualmente en ambos sentidos. Para el mtodo del Instituto de la Ingeniera de la UNAM, se tomaron en consideracin las cargas mximas, estos datos se utilizaron para determinar la suma de ejes equivalentes para disear el pavimento y el refuerzo de ste. Las cargas de los vehculos fueron tomadas del reglamento sobre el peso, dimensiones y capacidad de los vehculos de autotransporte que transitan en los caminos y puentes de jurisdiccin federal.

39


3.2 DISEO Y ANALISIS DE PAVIMENTOS. PAVIMENTO EXISTENTE Los problemas de rehabilitacin de pavimentos son inmensamente variados y van desde la colocacin de sellos asflticos, construccin de sobrecarpetas hasta reconstrucciones integrales como actualmente se viene dando al reforzar las capas existentes. Las rehabilitaciones por el incremento normal del trnsito se dan mediante el uso de sobrecarpetas, en tanto que las reconstrucciones se dan en pavimentos que muestran indicios de fallas, consistentes principalmente en la aparicin de deformaciones excesivas, fatigas de las capas, deflexiones altas, gastos de conservacin y mantenimientos altos, niveles de servicio bajos e inseguridad. Para revisar las estructuras de los pavimentos, se toman en cuenta las exploraciones realizadas mediante los pozos a cielo abierto, la evaluacin del pavimento mediante la medicin de desplazamientos verticales con equipo dinmico, los resultados de las pruebas del laboratorio, el Levantamiento de Daos y el levantamiento del ndice de Condicin del Pavimento. Se revisarn las secciones estructurales del pavimento aplicando el mtodo del Instituto de Ingeniera de la UNAM, el mtodo de la PCA (Asociacin del cemento Prtland) y el mtodo de la Aashto. En virtud de que las calidades de la base hidrulica no cumplen con las normas de calidad y que la carpeta asfltica existente se encuentra daada (ver tabla 2(a)). Con la finalidad de realizar el anlisis, diseo y rehabilitacin de los pavimentos previamente en el laboratorio se realizaron pruebas para mejorar las condiciones de los materiales existentes, para ello se hicieron mezclas de materiales de carpeta y base hidrulica existente con el 6, 8, 9, 10, 12, 14, 16 % de cemento Prtland y agregndole el 30% de material ptreo de banco. Dichas pruebas fueron realizadas a los 7 y 28 das. Y los resultados fueron los siguientes: Especimenes elaborados con el 100% del material fresado agregndole el 30% grava a los 28 das.% de Cemento 8 9 10 12 14 16 18 Resistencia la compresin simple 72.62 77.16 81.70 87.75 102.88 111.95 121.03

40


Especimenes elaborados con el 50% del material fresado y 50% de material de base a los 7 das.% de Cemento 6 8 9 10 12 14 16 18 Resistencia la compresin simple 78.67 87.75 92.36 96.82 105.33 117.71 126.76 143.1

Especimenes elaborados con el 100% del material fresado a los 28 das.% de Cemento 6 8 9 10 12 14 16 18 Resistencia la compresin simple 78.67 93.80 96.82 99.85 102.88 111.95 121.02 130.11

Especimenes elaborados con agregndole el 30% grava a los 28 das.% de Cemento 6 8 9 10 12 14 16 18

el

100%

del

material

fresado

Resistencia la compresin simple 121.05 126.33 128.43 130.52 135.61 140.54 145.24 155.39

41


3.3 METODO DEL INSTITUTO DE INGENIERIA DE LA UNAM EN EL PAVIMENTO

1.-Se realizaron sondeos a cielo abierto, esto con la finalidad de conocer las diferentes capas del cual esta formado el pavimento, tambin para obtener grados de compactacin y obtencin de muestras alteradas para el anlisis respectivo en el laboratorio de materiales.De acuerdo con el anlisis para el diseo del pavimento flexible, se propone la siguiente alternativa para estructurar el pavimento con una vida til de proyecto de 15 aos del Km. 132+800 al Km. 147+915, el nivel de confianza de 90%, la tasa de crecimiento de 4% y un TDPA de 28,098 vehculos. Para la rehabilitacin del pavimento existente se proponen los siguientes espesores:

REHABILITACION CON BASE DE CONCRETO ASFALTICO DEL KM 132+800 AL KM 147+915 CUERPO A.Capas Carpeta Asfltica Base Asfltica Base Subrasante Terracerias Espesores 10 18 20 40 Semi- inf 100 Variable Variable VRS Modulo de elasticidad 31000 30000 3265 Variable Variable >150 >150 >150 Vida Permisible Def. Fat. >150 >150

REHABILITACION CON BASE DE CONCRETO ASFALTICO DEL KM 132+800 AL KM 147+915 CUERPO B.Capas Carpeta Asfltica Base Asfltica Base Subrasante Terracerias Espesores 10 20 20 40 Semi- inf 100 Variable Variable VRS Modulo de elasticidad 31000 30000 3265 Variable Variable >150 >150 >150 Vida Permisible Def. Fat. >150 >150

EN LAS AMPLIACIONES Al igual que en el pavimento se realizaron sondeos en el terreno natural con la finalidad de obtener VRS, equivalentes de arena, Limites, espesores y el SUCS. De acuerdo con el anlisis para el diseo del pavimento flexible, se propone la siguiente alternativa para estructurar el pavimento del Km. 132+800 al Km.

42


147+915 la vida til de proyecto es de 15 aos, el nivel de confianza de 90%, la tasa de crecimiento de 4% y un TDPA de 28,098 vehculos.Para las ampliaciones en el pavimento se proponen los siguientes espesores:

AMPLIACION DEL TERCER CARRIL DE BASE DE CONCRETO ASFALTICO DEL KM 132+800 AL KM 147+915 CUERPO A.Capas Carpeta Asfltica Base Asfltica Base Subrasante Terracerias Espesores 10 18 20 40 Semi inf 100 20 10 VRS Modulo de elasticidad 31000 30000 3265 1058 651 >150 >150 >150 Vida Permisible Def. Fat. >150 >150

3.4 METODO PCA EN EL PAVIMENTO La aplicacin del mtodo de PCA exige conocer la distribucin de las cargas del trnsito, sabiendo tanto el caso para ejes sencillos como para el caso de sistemas tandem y sin olvidar los ejes triples, las diferentes cargas que circularan sobre el pavimento, anlogamente es preciso saber que tipos de tandem circularan y cual ser la carga de cada uno. El mtodo depende, por consiguiente, de una investigacin de transito cuidadosa. Como dato adicional es preciso disponer del modulo de reaccin de la subrasante y de dicho valor de MR de proyecto, que habr de satisfacer el concreto que se cuele en obra. Para la construccin de un WHITETOPPING se propone un pavimento rgido con un MR= 48 kg/cm y una vida til de 15 aos con soportes laterales; con el siguiente espesor:Capa Base Espesor (cm) 30 VRS ---

EN LAS AMPLIACIONES Al igual que en la rehabilitacin se tomaron en cuenta las cargas del transito, en la construccin del WHITETOPPING se propone un pavimento rgido con un MR= 48 kg/cm2 y una vida til de 15 aos con soportes laterales, sin pasajuntas y el espesor propuesto es:Capa Base Espesor (cm) 30 VRS ---

43


3.5 METODO PCA EN EL PAVIMENTO La aplicacin del mtodo de PCA del mtodo tradicional exige conocer la distribucin de las cargas del trnsito, sabiendo tanto el caso para ejes sencillos como para el caso de sistemas tandem, las diferentes cargas que circularan sobre el pavimento, anlogamente ser preciso saber que tipos de tandem circularan y cual ser la carga de cada uno. El mtodo depende, por consiguiente, de una investigacin de transito cuidadosa. Como dato adicional es preciso disponer del modulo de reaccin de la subrasante y de dicho valor de MR de proyecto, que habr de satisfacer el concreto que se cuele en obra. Para la construccin de un concreto pobre la estructura deber estar formada as:Capa Carpeta Base Subbase Subrasante Terracerias Espesor (cm) 10 40 VAR VAR VAR --VAR VAR VAR VRS

EN LAS AMPLIACIONES Para las ampliaciones se propone un pavimento estabilizado con un fc= 150 kg/cm con los siguientes espesores:Capa Carpeta Base Subrasante Terracerias Espesor (cm) 10 40 40 Semi-inf --20 Var VRS

3.6 METODO DE LA AASHTO EN EL PAVIMENTO Para la realizacin de este mtodo se tomaron en cuenta el TDPA= 21,408 (Transito Diario Promedio Anual en ambos sentidos) del Km. 132+800 al Km. 147+915 un TDPA= 28,098, la composicin vehicular, la tasa de crecimiento, el coeficiente de distribucin direccional en porciento, el coeficiente de distribucin por carril de igual manera en porciento y la factibilidad por etapa. Para el mtodo de la Aashto los espesores propuestos son los siguientes:

44


En la rehabilitacin del pavimento se propone una estructura con los siguientes espesores:

Del Km. 132+800 al Km. 147+915 cuerpo ACapa Carpeta asfltica Base asfltica Base Subrasante Terracerias Espesor (cm) 10 20 100 Variable Semi - inf Modulo de Resilencia kg/cm 31000 30000 3265 Variable Variable

Del Km. 132+800 al Km. 147+915 cuerpo BCapa Carpeta asfltica Base asfltica Base Subrasante Terracerias Espesor (cm) 10 20 100 Variable Semi - inf Modulo de Resilencia kg/cm 31000 30000 3265 Variable Variable

EN LAS AMPLIACIONES Para las ampliaciones los espesores propuestos son: Del Km. 132+800 al Km. 147+915 cuerpo A y cuerpo BCapa Carpeta asfltica Base asfltica Base Subrasante Terracerias Espesor (cm) 10 20 20 40 Semi inf Modulo de Resilencia kg/cm 31000 30000 3265 1058 651

45


3.7 MEMORIA DE CLCULO MTODO DEL INSTITUTO DE INGENIERA DE LA UNAM PARA LA REHABILITACIN DEL PAVIMENTO EXISTENTE

1.-Como primer paso se obtiene el Transito Diario Promedio Anual en el ao 2003 el Trnsito Diario Promedio Anual (TDPA) fue de 20,552 vehculos en ambos sentidos tomando en cuenta una tasa de crecimiento de 4% al ao 2004 tenemos un TDPA= 21,408 con un coeficiente de distribucin del 40% del trnsito total por tener seis carriles de circulacin para calcular el trnsito para el carril de diseo, nos resulta TDPA = 8,564 vehculos este transito se considera del Km. 115+000 al Km. 147+915 el Transito Diario Promedio Anual en el ao 2003 el Trnsito Diario Promedio Anual (TDPA) fue de 26,975 vehculos en ambos sentidos tomando en cuenta una tasa de crecimiento de 4% al ao 2004 tenemos un TDPA= 28,098 con un coeficiente de distribucin del 40% del trnsito total por tener seis carriles de circulacin para calcular el trnsito para el carril de diseo, nos resulta TDPA = 11,239 vehculos 2.- Una vez obtenidos el Transito Diario Promedio Anual, Tasa de crecimiento, Periodo de Diseo de Aos as como la Composicin Vehicular se procede al siguiente paso que consiste en calcular los Valores Relativos de Soporte Crticos tomando como referencia los obtenidos de las pruebas del VRS lugar y aplicando el procedimiento indicado por el programa del Dispav Versin 2 mtodo de la UNAM:De acuerdo a los sondeos realizados se calculo el valor relativo de soporte crtico de cada capa existente para estructurar tericamente el pavimento, adems de separar tenemos los siguientes valores ya que se analizo por diferentes tramos.

TRAMO 90+000 - 115+000 90+000 115+000 115+000 147+915 115+000 147+915 90+000 115+000 90+000 115+000 115+0000 147+915 115+0000 147+915

CARRIL BAJA CENTRAL BAJA CENTRAL BAJA CENTRAL BAJA CENTRAL

CUERP O A A A A B B B B

BASE VRS 98.5 85.7 88.3 76.6 77.8 85.7 76.8 79.5

SUB-BASE SUBRASANTE VRS VRS 75.8 90.2 --71.1 71.5 90.2 64.6 42.6 25.4 35.1 21.1 16.3 19.3 19.5 24 13.5

SUBYACENT E VRS 21.2 35.6 15.0 20.1 8 18.2 12.1 14.7

46


Se realizaron sondeos a cielo abierto a una profundidad mnima de 1.50 metros, con la finalidad de medir espesores de las capas y de obtener muestras alteradas para analizar su calidad en el laboratorio, medir el grado de compactacin, la humedad del lugar y realizar pruebas de valor relativo de soporte en el lugar; se realizaron 230 pozos a cielo abierto, los espesores encontrados en la estructura del pavimento varan segn hayan sido se obtuvieron muestras de carpeta asfltica, base hidrulica, sub-base, subrasante y subyacente. De acuerdo a las estratigrafas encontradas para realizar el anlisis de las estructuras del pavimento el tramo se dividi en zonas homogneas de acuerdo a la estructura de cada tramo estas se muestran en el siguiente croquis de localizacin:

3.- Y del Km. 115+000 al Km. 147+915 se calculara el nmero de ejes equivalentes para un peso por eje de 8.2 ton, con una presin de inflado de las llantas de 6.0 kg/cm2. Para esto tenemos un nmero de ejes equivalentes de:L= 163.1 X 106, PARA Z=5 L= 151.7 X 106, PARA Z=15 L= 163.2 X 106, PARA Z=30 L= 201.3 X 106, PARA Z=60 L= 212.1 X 106, PARA Z=90 L= 216.3 X 106, PARA Z=120

El mtodo de diseo estructural de pavimentos asflticos, incluyendo carreteras de altas especificaciones, DISPAV-5 versin 2, est calibrado de tal manera que revisa mediante las dos formas principales de falla de los pavimentos, un modelo rgido plstico y los criterios de capacidad de carga de TERZAGHI, para estimar la deformacin permanente a largo plazo de las capas de pavimentos no tratadas con ligantes y por otro lado un modelo elstico para determinar el comportamiento del camino, basado en la falla por agrietamiento a fatiga de las capas ligadas con asfalto, tomando en cuenta la deformacin unitaria crtica a tensin de esas capas. Tambin toma en cuenta el enfoque probabilista para estimar los niveles de confianza adecuados, analiza los factores de dao por camin tomando en cuenta la carga total, tipo de eje, presin de la llanta, y la profundidad a la cual se estima el factor de dao relativo, realiza tambin la caracterizacin de los materiales con base en su comportamiento real a largo plazo en el camino. Revisando el diseo con el mtodo DISPAV-5 versin 2 de la UNAM tenemos:

DEL KM 115+000 AL KM 147+915 CUERPO A CARRIL DE BAJA

47


MODU ESPESOR EXISTENTE PROMEDIO (1) ESPESOR CALCULAD O, REAL, CM. (2) ESPESOR PROPUEST PROPUES O CM. TO (3) (4) VRS VRS EXISTE NTE (5) LO DE RIGIDEZ MODULO DE RIGIDEZ PROPUEST EXISTENTE O KG/CM2 KG/CM2 (7) (6) L VIDA DEFORMA CIN (8) L VIDA POR FATIGA (9)

CAPA

CARPETA BASE SUB-BASESUBRASANTE TERRACERI AS

19.5 17.0 24.0 24.0 Semi inf

35.0 17.0 24.0 24.0 Semi-inf

10.0 18.0 20.0 40.0 Semi-inf --100 21.1 15.0 88.3 --21.1 15.0

17000 2993.5 --1099 865

31000 30000 3265 1099 865 >150 >150 >150

>150 >150

En este tramo en la columna num. 1 se muestran los espesores de la estructura existente, al analizar con el programa del Dispav estos espesores no cumplen con la vida til del pavimento, es por eso que se realizan clculos con los VRS y mdulos existentes obteniendo espesores de dimensiones mayores (columna num. 2), se realiza el calculo con una base asfltica y mdulos mayores a los existentes as tambin los resultados de los espesores de la nueva estructura son menores como se puede ver en la columna num.3. Adems de cumplir con la vida til del pavimento por fatiga como por deformacin. De igual forma que en el tramo anterior la vida remanente calculada por medio del programa del Dispav versin 5 nos indica que este tramo el pavimento por fatiga tiene una vida til de 10.5x106 es decir 11 aos y por deformacin el pavimento tiene una vida til de 65.2x106 aproximadamente 6 aos. DEL KM 115+000 AL KM 147+915 CUERPO A CARRIL CENTRALESPESO R EXISTE NTE PROME DIO (1) CARPETA BASE SUB-BASE SUBRASANTE 45.0 17.0 12.0 21.0 35.0 17.0 12.0 21.0 Semi-inf 10.0 18.0 20.0 40.0 Semi-inf --100 16.3 20.1 76.6 71.1 16.3 20.1 4000 2709 2571 917 1062 31000 30000 3265 917 1062 >150 >150 >150 >150 >150 ESPESOR CALCULAD O, REAL, CM. (2) MODULO DE VRS ESPESOR VRS RIGIDEZ PROPUES PROPUES EXISTENT EXISTENTE TO CM. TO E KG/CM2 (5) (3) (4) (6) MODULO DE RIGIDEZ PROPUESTO KG/CM2 (7)

CAPA

L VIDA L VIDA POR DEFORMA FATIGA CIN (9) (8)

TERRACERI Semi-inf AS

48


En este subtramo los espesores existentes se muestran en la columna num. 1, en la columna num. 2 se pueden observar los espesores calculados con los mdulos de rigidez existentes; los resultados obtenidos fueron de dimensiones mayores, despus se procedi a realizar otro clculo con el programa del Dispav con base asfltica, los VRS y los mdulos son mayores y las diferentes capas disminuyen adems de cumplir la vida del pavimento tanto por deformacin como por fatiga.

Analizando este tramo al calcular la vida remanente; con el programa del Dispav versin 5 nos indica que en este tramo el pavimento por fatiga tiene una vida til de 41.4x106 es decir 7 aos de vida y por deformacin la vida til esa de 24.1x106 es decir 3 aos. DEL KM 115+000 AL KM 147+915 CUERPO B CARRIL DE BAJAESPESOR EXISTENTE PROMEDIO (1) ESPESOR CALCULADO, REAL, CM. (2) VRS VRS ESPESOR PROPUESTO PROPUES EXISTENT CM. TO E (3) (4) (5) MODULO DE RIGIDEZ EXISTENTE KG/CM2 (6) MODULO DE RIGIDEZ PROPUESTO KG/CM2 (7) L VIDA L VIDA POR DEFORM FATIGA ACIN (8) (9)

CAPA

CARPETA BASE SUB-BASESUBRASANTE TERRACERIA S

11.5 17.5 17.0 16.4 Semi-inf

35.0 17.5 17.0 16.4 Semi-inf

10.0 20.0 20.0 40.0 Semi-inf --100.0 24.0 12.1 76.8 64.6 24.0 12.1

17000 2714 2405 1203 745

31000 30000 3265 1203 745 >150 >150 >150

>150 >150

En la tabla anterior se puede observar en la columna num. 1 los espesores de las diferentes capas existentes; en la segunda columna se muestran los espesores con el cual deber de estar formada la nueva estructura sin embargo estas capas son de espesores mayores es por eso que se propone construir una base asfltica; as los mdulos se incrementan y los espesores disminuyen; estos se pueden observar en la columna num. 3 adems de cumplir la vida del pavimento tanto por deformacin como por fatiga. En este tramo el pavimento por fatiga tiene una vida til de 0.9x106 es decir menos de un ao y por deformacin el pavimento tiene una vida til de 3.2x106 es decir 1 ao.

49


DEL KM 115+000 AL KM 147+915 CUERPO B CARRIL CENTRALCAPA ESPESOR EXISTENT E PROMEDI O (1) CARPETA BASE SUB-BASE SUBRASANTE TERRACERIAS 41.0 23.0 18.0 21.0 Semi-inf ESPESOR CALCULAD O, REAL, CM. (2) 35.0 23.0 18.0 21.0 Semi-inf MODULO DE VRS ESPESOR VRS RIGIDEZ PROPUES PROPUES EXISTENTE EXISTENTE TO CM. TO KG/CM2 (5) (3) (4) (6) 10.0 20.0 20.0 40.0 Semi-inf --100 13.5 14.7 79.5 42.6 13.5 14.7 5000 2782 1797 2781 854 MODULO DE RIGIDEZ PROPUES TO KG/CM2 (7) 31000 30000 3265 865 853 >150 >150 >150 L VIDA L VIDA POR DEFORM ACIN FATIGA (8) (9)

>150 >150

En la tabla anterior se puede observar en la columna num. 1 los espesores de las diferentes capas existentes; en la segunda columna se muestran los espesores con el cual deber de estar formada la nueva estructura sin embargo estas capas son de espesores mayores es por eso que se propone construir una base asfltica, as los Mdulos se incrementan y realizando otro calculo con el programa del Dispav los espesores disminuyen; estos se pueden observar en la columna num. 3 adems de cumplir la vida del pavimento tanto por deformacin como por fatiga. Los VRS existentes no cumplen con las Normas de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes. Analizando este tramo al calcular la vida remanente; con el programa del Dispav versin 5 nos indica que en este tramo el pavimento tiene una vida por fatiga de 19.3x106 no requiere rehabilitacin y por deformacin tiene una vida til de 31.4x106 tiene una vida til de tres aos. A continuacin se anexa la tabla del calculo de la vida remanente por el mtodo de la UNAM.

50


TABLA DE LA VIDA REMANENTE POR EL METODO DE LA UNAM DEL KM 115+000 AL KM 147+915AOS CT 365 745 1,139 1,550 1,977 2,421 2,883 3,363 3,863 4,382 4,923 5,484 6,069 6,677 7,309 Z=0 16,310,000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2231 1,662,464 2,541,673 3,458,818 4,411,666 5,402,450 6,433,401 7,504,519 8,620,267 9,778,413 10,985,652 12,237,521 13,542,946 14,899,695 16,310,000 z=15 151,700,000 20755 15,462,649 23,640,211 32,170,612 41,033,096 50,248,420 59,837,338 69,799,850 80,177,466 90,949,432 102,178,013 113,821,699 125,963,511 138,582,693 151,700,000 z=30 163,200,000 22329 16,634,834 25,432,316 34,609,386 44,143,713 54,057,628 64,373,457 75,091,203 86,255,521 97,844,083 109,923,875 122,450,239 135,512,491 149,088,302 163,200,000 z=60 201,300,000 27541 20,518,334 31,369,640 42,689,150 54,449,323 66,677,699 79,401,820 92,621,686 106,392,379 120,686,359 135,586,250 151,036,968 167,148,680 183,893,843 201,300,000 z=90 212,100,000 29019 21,619,168 33,052,661 44,979,477 57,370,598 70,255,042 83,661,828 97,590,956 112,100,465 127,161,335 142,860,624 159,140,293 176,116,418 193,759,981 212,100,000 z=120 216,300,000 29594 22,047,270 33,707,169 45,870,160 58,506,649 71,646,231 85,318,498 99,523,451 114,320,276 129,679,382 145,689,547 162,291,586 179,603,872 197,596,812 216,300,000

VIDA REMANENTE DE CADA TRAMO: DEL KM 115+000 AL KM 147+915 CUERPO A CARRIL DE BAJA

DATOS Y RESULTADOS DEL DISEO Camino de altas especificaciones. Nivel de confianza en el diseo: 90 %Capa Carpeta Base granular Sub-base Subrasante Terracera H VRSz cm 19.5 88.3 100.0 21.1 Semi-inf E % kg/cm 17000 2994 3265 1099 15.0 0.35 0.35 0.45 0.45 0.45 V Vida previsible Def 10.5 > 150 65.2 > 150 > 150 Fatiga

17.0 24.0 24.0

865

Vida previsible Deformacin 65.2 Fatiga 10.5

DEL KM 115+000 AL KM 147+915 CUERPO A CARRIL CENTRAL DATOS Y RESULTADOS DEL DISEO Camino de altas especificaciones. Nivel de confianza en el diseo: 90 %Capa Carpeta Sub-base Subrasante Terracera H cm 27.0 21.0 45.0 71.1 16.3 Semi-inf VRSz % 2572 917 20.1 E kg/cm 4000 0.45 1062 V Vida previsible Def Fatiga 41.1 24.2 > 150

0.35 0.45 125.9 0.45

51



DEL KM 115+000 AL KM 147+915 CUERPO B CARRIL DE BAJA

DATOS Y RESULTADOS DEL DISEO Camino de altas especificaciones. Nivel de confianza en el diseo: 90 %Capa Carpeta Base granular Sub-base Subrasante Terracera H cm 17.5 17.0 16.4 11.5 80.0 64.6 24.0 Semi-inf VRSz % 2793 2405 1203 12.1 E kg/cm 17000 0.45 745 V 0.35 0.35 0.45 13.3 0.45 Vida previsible Def Fatiga 0.9 5.2 3.2 12.4


DEL KM 115+000 AL KM 147+915 CUERPO B CARRIL CENTRAL

DATOS Y RESULTADOS DEL DISEOCamino de altas especificaciones. Nivel de confianza en el diseo: 90 %Capa Carpeta Base granular Sub-base Subrasante Terracera H cm 23.0 18.0 21.0 41.0 80.0 42.6 15.0 Semi-inf VRSz % 2793 1797 865 14.7 E kg/cm 5000 0.45 853 V 0.35 0.35 0.45 0.45 Vida previsible Def Fatiga 19.3 19.3 58.1 > 150 > 150


El mtodo de diseo estructural de pavimentos asflticos, incluyendo carreteras de altas especificaciones, est calibrado de tal manera que revisa mediante las dos formas principales de falla de los pavimentos, un modelo rgido plstico y los criterios de capacidad de carga de TERZAGHI, para estimar la deformacin permanente a largo plazo de las capas de pavimentos no tratadas con ligantes y por otro lado un modelo elstico para determinar el comportamiento del camino, basado en la falla por agrietamiento a fatiga de las capas ligadas con asfalto, tomando en cuenta la deformacin unitaria crtica a tensin de esas capas. Tambin toma en cuenta el enfoque probabilista para estimar los niveles de confianza adecuados, analiza los factores de dao por camin tomando en cuenta

52


la carga total, tipo de eje, presin de la llanta, y la profundidad a la cual se estima el factor de dao relativo, realiza tambin la caracterizacin de los materiales con base en su comportamiento real a largo plazo en el camino.AMPLIACIONES

1.- Una vez obtenidos el Transito Diario Promedio Anual, Tasa de crecimiento, Periodo de Diseo de Aos as como la Composicin Vehicular se procede al siguiente paso que consiste en calcular los Valores Relativos de Soporte Crticos tomando como referencia los obtenidos de las pruebas de Cuerpo de Ingenieros en zonas donde correspondan y aplicando el procedimiento indicado por el programa del Dispav Versin 2 mtodo de la UNAM: 2.- Y del km 115+000 al km 147+915 se calculara el nmero de ejes equivalentes para un peso por eje de 8.2 ton, con una presin de inflado de las llantas de 6.0 kg/cm2. Para esto tenemos un nmero de ejes equivalentes de:L= 163.1 X 106, PARA Z=5 L= 151.7 X 106, PARA Z=15 L= 163.2 X 106, PARA Z=30 L= 201.3 X 106, PARA Z=60 L= 212.1 X 106, PARA Z=90 L= 216.3 X 106, PARA Z=120

Revisando el diseo con el mtodo DISPAV-5 tenemos:

versin 2 de la UNAM

PAVIMENTO FLEXIBLE DE BASE DE CONCRETO ASFALTICO DEL KM 115+000 AL KM 147+915 CUERPO ACapas Carpeta Asfltica Base Asfltica Sub-base Subrasante Terracerias Espesores 10 18 20 40 Semi inf 100 20 10 VRS Modulo de elasticidad 31000 30000 3265 1058 658 >150 >150 >150 Vida Permisible Def. Fat. >150 >150

DEL KM 115+000 AL KM 147+915 CUERPO ACapas Carpeta Asfltica Base Asfltica Sub-base Subrasante Terracerias Espesores 10 20 20 40 Semi inf 100 20 10 VRS Modulo de elasticidad 31000 30000 3265 1058 658 >150 >150 >150 Vida Permisible Def. Fat. >150 >150

53


El mtodo de diseo estructural de pavimentos asflticos, incluyendo carreteras de altas especificaciones, DISPAV-5 versin 2, est calibrado de tal manera que revisa mediante las dos formas principales de falla de los pavimentos, un modelo rgido plstico y los criterios de capacidad de carga de TERZAGHI, para estimar la deformacin permanente a largo plazo de las capas de pavimentos no tratadas con ligantes y por otro lado un modelo elstico para determinar el comportamiento del camino, basado en la falla por agrietamiento a fatiga de las capas ligadas con asfalto, tomando en cuenta la deformacin unitaria crtica a tensin de esas capas. Tambin toma en cuenta el enfoque probabilista para estimar los niveles de confianza adecuados, analiza los factores de dao por camin tomando en cuenta la carga total, tipo de eje, presin de la llanta, y la profundidad a la cual se estima el factor de dao relativo, realiza tambin la caracterizacin de los materiales con base en su comportamiento real a largo plazo en el camino.

3.8 Mtodo de la PCA (WHITETOPPING) Un pavimento rgido tiene como elemento estructural fundamental una losa de concreto. Esta debe estar apoyada sobre una capa de material seleccionado, de lo que se trata es de que la losa de concreto tenga un apoyo suficientemente uniforme y estable para garantizar que no quede localmente falta de soporte. Los pavimentos de concreto se disean por fatiga (AASHTO) y por fatiga erosin (PCA). La fatiga la podemos entender como el nmero de repeticiones o ciclos de carga y descarga que actan sobre un elemento. En realidad al establecer una vida til de diseo lo que estamos haciendo es tratar de estimar en un periodo de tiempo el numero de repeticiones de carga a las que esta sometido el pavimento. Al realizar el clculo por este mtodo existen datos que se deben proporcionar como el factor sentido que es un coeficiente que sirve para discriminar que porcentaje de TDPA se considera en el sentido del diseo. Normalmente el valor del TDPA considera la suma de trafico en ambas direcciones de la va, excepto para vas que obviamente son de un solo sentido es muy importante verificar que al realizarse el estudio de trafico estas consideraciones se hayan tomando en cuenta de los contrario conocer los criterios adoptados para poder estimar adecuadamente el trafico de diseo. De acuerdo con el comportamiento general se puede suponer que el 50% de trfico en vas de dos sentidos que circula en cada direccin. Tambin es necesario proporcionar el factor seguridad de cargas considera

54


las variaciones y sobrecargas que puedan tener dentro del trafico de diseo el factor recomendado por la PCA para una autopista es de 1.2.Como datos adicionales los factores que afectan al espesor de la losa son principalmente el nivel de carga que han de soportar, las presiones de inflado de llantas de los vehculos, el modulo de reaccin del suelo de apoyo, las propiedades mecnicas de concreto que en ellas se utilice, el Transito Diario Promedio Anual, la vida til del pavimento, tasa de crecimiento el factor del carril tambin ser preciso fijar un valor de MR de proyecto que habr de satisfacer el concreto que se cuele en obra. Para el clculo del whitetopping se utilizo el programa SISTEMA DE PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX. Por el mtodo de la PCA la estructura propuesta con soportes laterales tanto para la rehabilitacin del pavimento como en las ampliaciones es:

Fc=400 kg/cmEspesor Base Rgida Sub-base Subrasante Terrapln 30 Variable Variable Semi-inf VRS --Variable Variable Variable

3.9 MTODO DE LA AASHTO Para este mtodo se calculan los VRS crticos del lugar homogenizando tramos de la misma manera que el mtodo de la UNAM debido a que el pavimento se encuentra construido con diferentes tipos de estructuras. Por lo que el procedimiento para la aplicacin de este mtodo fue el siguiente:

1.- Primero se obtienen los aforos correspondientes, para nuestro estudio estos fueron proporcionados por Caminos y Puentes Federales de Ingresos y Servicios Conexos, tambin se requiere de la Tasa de crecimiento, periodo de diseo, ndice de Servicio Inicial (ISAi), ndice de Servicio Final (ISAf) y la factibilidad por etapa. 2.- Una vez determinada la factibilidad por etapa obtenemos la desviacin estndar normal. 3.- Para la obtencin del ndice de Servicio Actual Inicial y Final se correlaciona con el ndice de Rugosidad Internacional (IRI) con la formula del Instituto del Transporte de Mxico la cual es:

ISA = 4.3 (1.8 ) (IRI 2) 5

55


Donde al tratarse de un pavimento que se rehabilitara tenemos un:

ISAi= 4.20 ISAf= 2.50 4.- Con los VRS obtenemos los mdulos en kg/cm2 por lo cual para este mtodo se deben de convertir en PSI libra/pulg2, proponiendo E (psi) ,obtenemos el coeficiente de capa (a), obtenemos el coeficiente del drenaje (m), se proponen los espesores de cada capa (e), para la obtencin del SNadm se multiplica el coeficiente de la capa por el espesor de cada capa y para las capas granulares se multiplican los mencionados anteriormente mas el coeficiente del drenaje. La suma de SNadm tiene que ser similar al SNreq al igual que los Esaladm tiene que se similar a Esalreq.

56


3.10 PROYECTOS DE DESVIOS 1.- TRNSITO CORRESPONDIENTE MEDIANTE AFOROS DE LA DELEGACIN REGIONAL III ZONA CENTRO NORTE CAPUFE Para este punto se tomaron en cuenta los volmenes de transito proporcionados por la subdelegacin tcnica encargada de esta autopista y con los aforos realizados, se obtuvo la clasificacin vehicular. Esto con la finalidad de determinar el trnsito de diseo con una tasa de crecimiento de 4% y un perodo de diseo de seis meses como vida til. Los volmenes de transito proporcionados por CAPUFE fueron los siguientes:

1.-En el Km. 133+000 se localiza la tercera caseta llamada Polotitlan. 2.- Por ultimo se encuentra la caseta Palmillas en el Km. 148+000.Los aforos realizados fueron en los entronques: Calpulalpan que se encuentra en el Km. 107+000, Aculco que se ubica en el Km. 115+000, Encinillas que se encuentra en el Km. 122+000 y por ultimo Polotitlan eso en el Km. 133+000. La clasificacin vehicular de las casetas localizadas a lo largo de los tramos se menciona a continuacin: CLASIFICACIN DE VEHICULOS AUTOPISTA MEXICO - QUERETARO CASETA TEPOTZOTLANCLASIFICACION A B C SUMA AO 2001 8,453,200 933,513 5,235,762 14,622,475 AO 2002 9,228,277 913,132 5,052,158 15,193,567 AO 2003 (hasta Octubre) 8,024,401 647,470 4,272,598 ----

2001 al ao 2002 fue del 4%. El promedio del Aforo Total Mensual para esta caseta es de 1,257,662 y el TDPA= 41,118 para esta caseta. CLASIFICACIN DE VEHICULOS AUTOPISTA MEXICO - QUERETARO CASETA PALMILLASCLASIFICACION A B C SUMA AO 2001 5,159,482 468,222 4,159,257 9,786,961 AO 2002 5,863,212 512,147 4,163,692 10,539,051 AO 2003 (hasta Octubre) 4,950,202 548,207 3,387,188 ---

57


En esta caseta se pude observar en la tabla de volmenes de vehculos, el crecimiento del ao de 2002 al ao 2003 fue del 7.6%, sin embargo estos nmeros son muy engaosos desde el punto de vista de diseo, ya que estos porcentajes pueden variar considerablemente en funcin de la situacin econmica del pas y de las personas que hacen uso de la autopista de cuota. El promedio de aforo total mensual de 859,430 y TDPA= 28,098, con un crecimiento anual del 4%.

Se usan las tablas que se utilizaron en el diseo de pavimentos, con la clasificacion vehicular de los diferentes entronques localizados a lo largo del km 107+000 al km 147+915.

58

CAPITULO IV

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

59

CAPITULO IV PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

4 PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 4.1 PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS PARA REHABILITACIN DEL PAVIMENTO 4.1.1 METODO DEL INSTITUTO DE INGENIERIA DE LA UNAM. Se revis la estructura del pavimento existente con el mtodo del Instituto de Ingeniera de la UNAM, tomando en cuenta los VRS crticos, los espesores y la suma de ejes equivalentes; con estos datos se determin que la vida del pavimento en algunos tramos es de menos de un ao y en otros la estructura no requiere rehabilitacin. Para que el pavimento tenga un buen funcionamiento es necesario mejorar las caractersticas de la base existente y tambin poder garantizar una distribucin adecuada de los esfuerzos transmitidos por las cargas vehiculares; de igual manera tener una vida til superior a la de proyecto. Se analizo por este mtodo obteniendo una propuesta la cual consiste en retirar el espesor indicado en el proyecto, despus se fresaran, recuperaran y mejoraran 30 cm de espesor agregndole el 4% de cemento Prtland, posteriormente se construir una base asfltica de 16 a 20 cm de espesor de acuerdo a cada tramo y por ultimo se construir una carpeta de 10 cm de peralte. 4.1.2 METODO DE LA PCA El mtodo de la PCA se analizo para la rehabilitacin del pavimento tomando en consideracin la clasificacin vehicular y el coeficiente de acumulacin del transito se recomienda con este mtodo se calculo un WHITETOPPING, un modulo de ruptura de 48 kg/cm2 y una resistencia a la compresin simple de 400 kg/cm2. Con estos espesores se garantiza una vida til del pavimento de 15 aos y la resistencia del mismo debido al trfico vehicular. Con el mismo mtodo se realizo el anlisis de concreto pobre, considerando de igual forma la clasificacin vehicular, modulo de ruptura, espesor propuesto, periodo de diseo, coeficiente de acumulacin de transito con este mtodo se recomienda fresar, recuperar estabilizar con el 9% de cemento Prtland. 4.1.3 METODO DE LA AASTHO Para la rehabilitacin de pavimento se realizaron clculos por este mtodo. Tomando en cuenta el transito promedio diario anual, la composicin vehicular, la tasa de crecimiento, la calidad de los materiales; principalmente la capa de base, sb-base y subrasante. Para la rehabilitacin del pavimento la base en algunos tramos no cumple con las normas que marca la Secretara de

60


Comunicaciones y Transportes, en lo que se refiere al Valor Relativo de Soporte y al Equivalente de Arena. El grado de compactacin de algunas capas son bajos y las humedades del lugar son superiores a la humedad ptima. Los mdulos de elasticidad de la base son muy bajos se recomienda que se ubiquen en valores de 30,000 kg/cm2, para que las deformaciones por el trnsito de vehculos sean graduales entre la carpeta y la base. Para corregir estas anomalas, ser necesario mejorar las caractersticas de resistencia de la base, con materiales que sean resistentes a los cambios de humedad, al tratar la base se corregir la deficiencia de los grados de compactacin bajos. De lo anterior se concluye que las opciones para la rehabilitacin del pavimento mas apropiadas son:

61


4.2 REHABILITACIN DEL PAVIMENTO 4.2.1 PRIMERA OPCIN En el carril de baja del Km. 107+000 al Km. 144+000 ambos cuerpos se fresaran y recuperan 30 cm de la estructura existente que incluye la carpeta y parte de la base hidrulica utilizando una recuperadora RS500 o similar. Al material se le incorporaran 80 lts/m3 de emulsin asfltica, previo a la aplicacin de emulsin asfltica se humedecer el material fresado hasta alcanzar un porcentaje de humedad del uno al dos por ciento por abajo del porcentaje de absorcin esto con la finalidad de que la mezcla del material ptreo y la emulsin se realice en forma adecuada y uniforme, posteriormente se estabilizara el material con emulsin asfltica de rompimiento medio a razn de 80 lts/m3, debiendo cumplir con las especificaciones correspondientes el material ser compactado al 100% de su peso volumtrico seco mximo. Enseguida se construir una renivelacion de 4 cm de espesor a lo largo del tramo en estudio en la zona de carriles y acotamientos. Y Por ultimo del km 90+000 al Km. 147+915 ambos cuerpos se realizara la construccin de WHITETOPPING de 30 cm de espesor, con un modulo de ruptura de 48 kg/cm2, y una resistencia de 400 kg/cm2 en todo el ancho de la corona. 4.2.2 SEGUNDA OPCIN Esta alternativa consiste en fresar y retirar material de 16 a 20 cm (desde el punto de vista del diseo de pavimentos, el espesor definitivo ser el indicado en el proyecto geomtrico) de la estructura existente. Posteriormente se recuperaran y mejorar 20 cm. con el 4% de cemento Prtland en relacin al peso volumtrico suelto del material, los materiales debern ser mezclados con la mquina recuperadora y se les incorporar una humedad mayor del 3% de la humedad ptima, deber afinarse y nivelarse con motoconformadora y compactarse con rodillo vibratorio al 100% del peso volumtrico seco mximo determinado con la prueba AASHTO modificada cinco capas. Se aplicara un riego de impregnacin a razn de 1.5 lts/m2 se dejar el tiempo necesario para que adquiera la consistencia necesaria para recibir la mezcla asfltica. Enseguida de este riego se colocara un riego de liga a razn de 0.5 lts/m2 cuidando que en ningn momento quede asfalto encharcado. Una vez realizado los tendidos de los riegos se proceder a la construccin de 16 a 20 centmetros de base de concreto asfltico con material ptreo triturado totalmente con tamao mximo de 1, cemento asfltico tipo AC10 y compactada al 95% de su peso volumtrico mximo determinado por la prueba Marshall. esta capa se construir en dos etapas es decir primero se colocaran de 8 a 10 centmetros (segn el tramo) enseguida se tendera un riego de

62


liga a razn de 0.5 lts/m2, inmediatamente se construirn los otros 10 centmetros restantes de base asfltica, una vez construida la capa mencionada anteriormente se proceder a tender otro riego de liga el cual servir como un adherente entre la base y la carpeta, esta se construir con un peralte de 10 cm elaborada en planta estacionaria en caliente y compactada al 95% de su peso volumtrico mximo determinado por la prueba Marshall, despus se tendera un riego de liga a razn de 1.5 lts/m2 y por ultimo se construir una capa de Carpeta Asfltica Superficial Altamente Adherible.Esta opcin se propone del Km. 90+000 al Km. 147+915 ambos cuerpos. 4.2.3 TERCERA OPCIN Por ultimo la tercera alternativa consiste en fresar y retirar 21 cm de espesor (a partir de la rasante de proyecto) y se colocaran donde el organismo lo indique; despus se fresaran y recuperaran 30 cm, al material se le agregara el 30% grava de material de banco para formar una base de 40 cm, al material recuperado se le agregara el 9% de cemento Prtland para formar un concreto pobre obteniendo una resistencia a la compresin simple de 150 kg/cm2, esta capa se construir en una etapa se compactaran al 100%. Por ultimo se construir una carpeta de 10 cm. despus se tendera un riego de liga de 1.5 lts/m2 y por ultimo se construir una capa de Carpeta Asfltica Superficial Altamente Adherible.

63


4.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS En todos los casos el tramo en estudio se homogeniza la estructura, las tres alternativas propuestas son capaces de soportar las cargas impuestas por el transito, adems de estar diseadas para tener una vida til de 15aos.

TIPO DE PAVIMENTO

VENTAJAS

DESVENTAJAS

Permite la colocacin sobrecarpetas que exhiben Los costos de construccin son cualquier deterioro superficial. muy elevados. La vida til del camino se incrementa a 50 aos disminuyendo drsticamente los costos por mantenimiento. La sobre losa de concreto es capaz de soportar con amplios mrgenes de seguridad las cargas tpicas del trafico pesado para pavimentos convencionales. Se requiere de una mnima preparacin en la superficie daada consistiendo esta en la reparacin de baches existentes previo a la construccin de la losa. Durante el periodo de conservacin son pocos los trabajos a realizar.

Whitetopping

Debido a la gran cantidad de flujo vehicular que transita por esta va seria imposible cerrar un cuerpo para la construccin de esta alternativa.

Se tendra que construir otro cuerpo con la finalidad de que no exista congestionamiento.

En esta alternativa se propone utilizar una base asfltica nueva, la cual eso ayuda a que no existan Se requerir realizar varias deformaciones. rehabilitaciones a lo largo de la vida til del pavimento. Se aprovecharan los materiales para formar una base mejorada con cemento Prtland. El material que se retirara podr ser utilizado en las ampliaciones requeridas de acuerdo al proyecto geomtrico. El costo de construccin es econmico a Los costos de conservacin son comparacin de la construccin del pavimento mas elevados rgido. Para la construccin de esta alternativa se podr trabajar cerrando parcialmente los carriles. Para la rehabilitacin de esta alternativa se pueden aprovechar los materiales existentes.

Flexible

Pobre

Una vez utilizados estos materiales ya no se podrn volver Debido a que se aprovecharan los materiales, no a utilizar. ser necesario realizar acarreos Los costos de construccin y conservacin de esta alternativa son los ms accesibles.

64


4.4 EVALUACION DE LAS OPCIONES Y ELECCION DE LA MS FAVORABLE En punto se desarrolla un estudio de factibilidad que abarca toda la informacin importante para el proyecto, y en el se evalan cualitativa y cualitativamente las ventajas y desventajas de las opciones identificadas, esto con la finalidad de compararlas. Existen criterios de evaluacin el cual considera que importancia tiene cada uno de los siguientes aspectos: a) Sociales.- Este criterio consiste en los beneficios que recae sobre la sociedad para este caso en particular influyen varios factores para el buen funcionamiento de la autopista como a continuacin se mencionan:

--- El pavimento se debe encontrar en excelentes condiciones es decir que no existan baches, roderas, pie de cocodrilo, filtraciones, etc. --- El ancho de la corona y la geometra de la autopista sea el adecuado para evitar accidentes. --- Las obras de drenaje se encuentren en ptimas condiciones para que no existan inundaciones. --- El sealamiento sea el necesario e indispensable y que no distraiga al conductor. --- El paisaje de la autopista sea agradable para las personas que transiten a lo largo de la autopista. --- En zonas urbanizadas existan puentes peatonales y tambin que existan el alumbrado suficiente en las zonas donde puedan haber neblina con esto nos ayudara a evitar accidentes.Teniendo los puntos mencionados en buen estado, los usuarios sern los principales beneficiarios al transitar por esta autopista. Desde el punto de vista social las tres opciones propuestas resuelven este criterio. b) Tcnicos.- Son tres las opciones propuestas para la rehabilitacin de la autopista, cabe mencionar que cualquiera de las opciones propuestas resuelven los problemas que existen en el pavimento. c) Econmicos.- Este criterio se refiere a que si la autopista se encuentra en buen estado el usuario podr transitarla sin problemas de accidentes, tiempos, etc. por lo cual se incrementara tanto el numero de vehculos que transitaran la autopista as como los beneficios monetarios. Las opciones propuestas tienen la finalidad de tener un pavimento en excelentes condiciones el cual en este punto cualquier opcin resuelve este criterio. d) Financieros.- Este criterio se refiere a las cantidades de dinero que se necesitan durante la ejecucin de los trabajos, realizo una anlisis econmico de las tres opciones, para este criterio la opcin mas conveniente es la tres debido a que se requerir menos inversin tanto para la construccin como para la conservacin. Las fuentes de donde se obtendr

65


el capital para la modernizacin de este tramo ser a travs de los usuarios de manera indirecta mencionando que la inversin se recuperara en menos de tres aos.e) Ambientales.- Desde el punto de vista de impacto ambiental en la modernizacin de la autopista no afectara el medio ambiente debido a que anteriormente se hizo un estudio de impacto ambiental y para realizacin de estos trabajos nos encontramos dentro del derecho de va. Una vez analizados los criterios mencionados anteriormente se decide que la opcin mas conveniente para la modernizacin de la autopista Mxico Quertaro es la opcin tres debido a que cumple con los criterios mencionados anteriormente.

66


4.5 ESTUDIO DE BANCOS Dentro de la construccin y mantenimiento de vas terrestres, uno de los costos mas importantes corresponde a los materiales, roca, grava, arena y finos, por lo que su localizacin y seleccin se convierte en uno de los problemas bsicos. Si se da a la tarea de localizar depsitos de materiales apropiados cerca del lugar de su utilizacin, abatiendo los costos de transporte, que son de los que mas afectan a los costos totales. Se localizan los bancos de materiales mas cercanos al tramo para la ejecucin de la obra, considerando materiales que conformen las siguientes capas de la estructura del pavimento, as como los agregados ptreos. Se evala la roca en los cambios fsicos que sufre por fragmentacin, la alteracin fsico-qumica que pueda tener durante su vida til en la obra. El anlisis para la seleccin de los bancos definitivos se lleva a cabo atendiendo a los volmenes a requerir, la calidad de los materiales explotables, las condiciones de explotacin mas econmicas as como su ubicacin para lograr distancias de acarreos mas convenientes, que tendrn como soporte un plano topogrfico o un croquis con que se estimara el volumen apreciable y los ensayes de laboratorio para los usos que se les pretende dar. Se elimina en lo posible los bancos con espuma volcnica y calizas alteradas, con el objeto de obtener al final de dicho proceso de seleccin, el material ptreo que rena las caractersticas especficas. La siguiente tabla sirve para proporcionar una evaluacin preliminar de las diferentes clases de roca, en sus caractersticas como materiales de construccin.Caractersticas de algunas rocas como materiales de construccinRoca Mtodo de excavacin requerido Fragmentacin Susceptibilidad a la meteorizacin

Explosivos Granito Diorita Basalto Toba Arenisca Explosivos Equipo y explosivos Equipo y explosivos Equipo y explosivos Equipo y explosivos Equipo

Conglomerado Limonita Lutita Caliza masiva

Fragmentos irregulares, que dependen del uso de explosivos Probablemente resistente Fragmentos irregulares, que dependen de las juntas o grietas Probablemente resistente Fragmentos irregulares muchas veces con finos Algunas variedades se deterioran en exceso. fcilmente En lajas dependiendo de la estratificacin Segn la naturaleza del cementante Exceso de finos dependiendo del Algunos se alteran para formar arenas limosas. cementante Desde pequeos bloques Muchas se desintegran rpidamente a lajas para formar arcillas Fragmentos irregulares, Las vetas pizarras se deterioran, muchas veces lajas pero las otras son resistentes

67


Explosivos Coquina creta Cuarcita Pizarras Esquistos Gneis Desechos industriales y de minas Equipo Equipo Explosivos Explosivos

Fragmentos porosos, usualmente con exceso de finos Fragmentos irregulares, muy angulosos Fragmentos irregulares o lajeados, segn la filiacin. Fragmentos irregulares, muchas veces alargados Depende del material, pero en la mayora de los casos es irregular.

Algunas formas porosas se alteran por hundimiento; otras se sedimentan Probablemente resistente Algunas se deterioran con procesos de hundimiento y secado Probablemente resistente La mayora de las variedades (excepto las ingeas de mina) deben considerarse deteriorables

Sowers G.b. (1972) Pg. 52

Un requisito que condiciona los bancos de materiales elegidos es lograr la homogenidad en longitudes significativas, para evitar que las estructuras y espesores de las capas de pavimento suprayacentes varen demasiado. Las distancias entre los bancos pueden extenderse en este caso hasta 10km. (referencia. 8) 4.5.1 PRUEBAS PARA LOS MATERIALES Para conocer las caractersticas de

tesis proyecto geometrico de la rehabilitacion estructural del pavimento

Documents