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2019 | Por: Angel Emmanuel Rojas Martínez

INFORME TÉCNICO DEL ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDO Y FLEXIBLE DE UN TRAMO CARRETERO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DISEÑO DE PAVIMENTOS

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN INFORME TÉCNICO

INDICE ANTECEDENTES

2

GENERALIDADES HISTORIA

2 2

UBICACIÓN

4

NOMBRE DEL LUGAR MUNICIPIO Y ENTIDAD FEDERATIVA COORDENADAS GEOGRÁFICAS

4 4 4

UBICACIÓN DE SONDEOS

5

KILOMETRO Y COORDENADA

5

BANCOS DE MATERIALES

6

INVENTARIO

6

CALIDAD DE LOS MATERIALES

7

ESTUDIOS DE CAMPO GEOLOGÍA SONDEOS

7 7 10

MEMORIA DE CÁLCULO

14

PAVIMENTO RÍGIDO Y FLEXIBLE COSTO DE CONSTRUCCIÓN

14 23

PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN

24

PREPARACIÓN DEL SITIO OBRAS DE DRENAJE CONSTRUCCIÓN DE LA CARRETERA REHABILITACIÓN DEL ÁREA PROGRAMA DE MANTENIMIENTO

24 25 25 27 27

BIBLIOGRAFÍA

28

1

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN INFORME TÉCNICO

Antecedentes Generalidades Los métodos de diseño de la Asociación de Autoridades Estatales de Carreteras y Transporte por sus siglas en inglés (AASHTO) se basan en resultados y conclusiones obtenidos de ensayos de los Experimentos Viales de la Asociación Americana de Autoridades Estatales de Carreteras (AASHO) en Estados Unidos de América de las cuales surgieron ecuaciones empíricas que sirvieron de base para el diseño de pavimentos tanto flexibles como rígidos. Los ensayos más importantes de los Experimentos Viales AASHO fueron los realizados entre 1958 y 1960 cerca de Ottawa, en el estado de Illinois.

Historia Con una longitud total de 50 kilómetros, cuatro carriles construidos con concreto hidráulico, acotamientos laterales y una barrera central, el 9 de noviembre el Presidente de la República, Felipe Calderón, inauguró la autopista de cuota SaltilloMonterrey, que se espera agilice la conexión carretera de los estados de Coahuila y Zacatecas con Nuevo León. La inversión total del proyecto ascendió a tres mil 582 millones de pesos, aunque aún está pendiente el libramiento en la salida correspondiente a Saltillo, que se espera esté terminado en 2010. Carretera Federal 40 (conocida como la Carretera Interoceánica) abarca la mitad del norte de México y conecta el Golfo de México con la costa del Pacífico. Federal Highway 40 comienza en Reynosa, estado de Tamaulipas, al sur de McAllen, situado en el extremo sur de Texas y termina en Villa Unión, Sinaloa, sólo sureste de Mazatlán. En esa coyuntura se conecta al 15 de carretera Federal Mexicana, la carretera corriendo de noroeste a sureste a lo largo de la costa del Pacífico de México. Federal Highway 40 pasa a través de las ciudades más grandes en el centro-norte de México como Monterrey, Saltillo, Torreón y Durango serpentea al suroeste hasta su intersección con la carretera número 15 y el puerto de Mazatlán. La idea general que México necesitaba un camino del este al oeste en la parte norte del país existió desde la época Colonial. Mexican Federal Highway 40 fue construido en la década de 1940 y cumplió ese sueño. Una maravilla de ingeniería vial para la época, la vieja carretera México 40 proporciona dos calles pavimentadas que suturan las carreteras existentes

2

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con nuevas secciones, muchos segmentos de los cuales requieren habilidades de ingeniería de caminos substanciales para construir. Federal Highway 40 creó un camino pavimentado continuo a través del norte-centro de México, y el segmento que conecta el estado de Sinaloa con el estado de Durango fue la primera carretera confiable y ampliamente utilizada entre Mazatlán y Durango. Por primera vez en la historia mexicana, viajar entre la costa del Golfo y el Pacífico fue posible para la gente normal en plazos inferiores a los medidos en semanas.

Pero la historia del transporte terrestre se estaba moviendo rápidamente en los mediados del siglo XX. Dos carriles especialmente aquellos con muchas curvas comenzaron a presentar una necesidad debido a la cantidad de autos y camiones que transitaban por la Carretera Federal México 40. Más allá de ser solo dos carriles de ancho, la autopista Federal 40 entre Durango y Mazatlán era un laberinto de más de 180 millas con secciones de velocidades que oscilaban los 25 kilómetros por hora e imposible y poco eficaz para los vehículos comerciales de gran tamaño. La reconstrucción de la autopista México 40 ha tomado muchas décadas pero segmentos multivía terminaron su acceso restringido entre Durango, Monterrey y Reynosa permitiendo el flujo hacia el norte e incitando a la transportación eficiente de productos y personas. Las montañas de la Sierra Madre Occidental que separan Durango de Mazatlán plantaba desafíos únicos y el segmento de la carretera fue la última parte importante de la autopista 40 para ser reconstruido. Con este desafío comenzó la inspiración para la construcción dela nueva Carretera Federal 40D, una carretera de peaje y acceso restringido donde se construyó la carretera Mazatlán a Durango que cuenta con 115 puentes, 8 de los cuales son de

3

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN INFORME TÉCNICO

más de 300 metros y 63 túneles de gran altura con una longitud combinada de más de 16 kilómetros y por supuesto, la construcción del ahora famoso “Puente Baluarte” que atraviesa el río Baluarte marcando la frontera entre los estados de Durango y Sinaloa, con una longitud de 1124 m, un ancho de 20 m, un vano de 520 m y una altura sobre el río Baluarte de 402.57 m recibiendo el Récord Guinness por ser el puente atirantado más grande del mundo.

Ubicación Nombre del Lugar El proyecto de un tramo nuevo de 10 km de longitud, inicia en el km 16+000 del T. Der. Libramiento J.L.P. y termina en el km 26+300 en el Ojo Caliente antes del Límite con los Estados de Coahuila y Nuevo León.

Municipio y Entidad Federativa Ramos Arizpe, Nuevo León, México.

Coordenadas Geográficas El tramo se inicia en el km 16+000 de la carretera Saltillo-Monterrey en el T. Der. Libramiento J.L.P. y termina en el km 26+300 en el Ojo Caliente antes del Límite con los Estados de Coahuila y Nuevo León, entre los paralelos 25°33’59.7’’ y 25°36’38.2’’ de latitud norte y los meridianos 100°54’50.5’’ y 100°50’39.3’’ de longitud oeste, en el municipio de Ramos Arizpe, Coahuila.

4

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Ubicación de Sondeos Kilometro y Coordenada 16+000: 25°33'59.70"N, 100°54'50.50"O 17+000: 25°34'23.53"N, 100°54'26.08"O 18+000: 25°34'47.35"N, 100°54'1.39"O 19+000: 25°34'54.78"N, 100°53'30.80"O 20+000: 25°35'10.00"N, 100°53'3.48"O 21+000: 25°35'30.64"N, 100°52'46.28"O 22+000: 25°35'50.07"N, 100°52'30.09"O 23+000: 25°36'4.87"N, 100°52'7.01"O 24+000: 25°36'14.99"N, 100°51'40.34"O 25+000: 25°36'25.64"N, 100°51'12.43"O 26+300: 25°36'38.20"N, 100°50'39.30"O

5

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN INFORME TÉCNICO

Bancos de Materiales Inventario Inventario de Bancos de Materiales 2015 Información básica sobre localización y aprovechamiento de bancos de materiales pétreos para construcción y mantenimiento de carreteras. Los bancos localizados se exploraron y las muestras de material obtenidas se analizaron en laboratorio, con el fin de definir la manera de emplearlos en la construcción del cuerpo del terraplén, capa subrasante y pavimento. Secretaría de Comunicaciones y Transportes. Subsecretaría de Infraestructura. Centro SCT Coahuila Unidad General de Servicios Técnicos.

BCO. NUM.

NOMBRE

2 89 90 91 1 18 19 17

P. DEL ÁGUILA EL TKT S/N S/N APASCO OJO CALIENTE OJO CALIENTE II HIGUERAS

6

KILÓMETRO DESVIACIÓN 015+500 017+500 021+760 025+150 021+760 026+200 026+460 030+100

D 0300 D 0300 D 0300 D 01000 D 2700 D 0150 D 0300 D 2000

FECHA FECHA DE TIPO TIPO TRATAM VOLUMEN ESPESOR USOS ESTUDIO ACT. PROP. MATERIAL IENTO X 1000 M3 DESPALME PROB. CARRETERA: SALTILLO-MONTERREY; ORIGEN: SALTILLO, COAHUILA FEB 97 OCT 15 FED. GRAV-ARENA TPC 120 0 6,7,8,10 OCT 15 OCT 15 PART. CONG. TPC 105 0.3 1,2,10 OCT 15 OCT 15 PART. CONG. TPC 50 0.3 1 OCT 15 OCT 15 PART. CONG. TPC 50 0.3 1 AGO 95 OCT 15 PART. ROCA CALIZA TTC 100 0.2 2,4,10 FEB 97 OCT 15 FED. CONG. TPC 60 0.2 1,2,10 MAR 97 OCT 15 PART. ROCA CALIZA TTC 25 0.3 6,8,10 FEB 97 OCT 15 FED. GRAV-ARENA TPC 25 0.1 6,7,8,10

USO RESTRICC. ASPEC. EXPL. ECOL. ECONOM. NR. NR. NR. NR. EXPL. NR. EXPL. NR.

CONS. N.E. N.E. N.E. N.E. CONS. CONS. N.E.

ACEP. ACEP. ACEP. ACEP. ACEP. ACEP. ACEP. ACEP.

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Calidad de los Materiales Estudios de Campo Se realizó el Estudio Geotécnico necesario tanto para el proyecto de terracerías como de las diversas capas que integrarán la estructura del pavimento, así como dar las recomendaciones de espesores y procedimiento constructivo para el mismo. Se hicieron los estudios de campo y laboratorio, efectuando un recorrido a lo largo de la línea de proyecto, realizando sondeos a cielo abierto, de donde se obtuvieron muestras alteradas representativas de cada una de las capas que se compone la estratigrafía del terreno natural y, además se localizaron y muestrearon bancos para terracerías y pavimento, las muestras obtenidas fueron enviadas al laboratorio para su análisis mediante pruebas índices: de resistencia, de plasticidad, de granulometría y su correspondiente clasificación.

Geología El sitio del proyecto se ubica dentro de la Provincia Sierra Madre Oriental, que ocupa la mayor parte de Coahuila y la porción occidental del estado de Nuevo León y limita al oriente con la Gran Llanura de Norteamérica. En toda su longitud, el subtramo se desarrolla sobre terreno de lomerío suave a fuerte en un 85% de su longitud generando alturas de corte máximas de 37 m y terraplenes de 26 m; estos se presentan en los km 16+000 y 23+000 respectivamente, 10% sobre el piedemonte y en el resto se desarrolla sobre una valle fluvial intermontano. De acuerdo con las Cartas Geológicas de INEGI (1977), Ramos Arizpe y Monterrey Esc: 1:50,000, los sustratos geológicos presentes a lo largo del tramo carretero en estudio son:



Suelo aluvial Q (al). Está formado por depósitos aluviales, constituidos por gravas, arenas y arcillas sin consolidar, su espesor es posible sea de varios cientos de metros, constituyen planicies con clásticos finos o abanicos aluviales al pie de las sierras donde los clastos se presentan gruesos, son frecuentes los clastos de caliza, arenisca y pedernal.



Lutita Ks (lu). Secuencia arcillosa correspondiente a las Formaciones Lutita.Parras y Méndez, que son cronoequivalentes. El tramo carretero en estudio se encuentra sobre lutitas pertenecientes a la Formación Méndez, la cual, de

7

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN INFORME TÉCNICO

acuerdo con INEGI está constituida por lutitas físiles, color gris claro, que se depositaron en aguas profundas de talud con corrientes de turbiedad. Mineralógicamente consta de calcita, cuarzo, material arcilloso y pedernal; presenta una textura clástica pelítica, ligeramente samítica, con biointraclastos, radiolarios calcificados, foraminíferos rotos y mal conservados. Constituye plegamientos en la cima erosionada en la porción interna de la sierras y conforma pequeñas lomas de escasa pendiente, en los costados de la Sierra Madre Oriental.



Conglomerado Q (cg). Conglomerado oligomictico formado por clases de calizas provenientes de las formaciones cretácicas principalmente, se presentan poco cementados por carbonato de calcio, con un rango volumétrico que varía de a 2 a 12 cm, su expresión morfológica es de lomeríos y aflora también en valles sinclinales de la Sierra Madre Oriental.



Caliza- Lutita Ki (cz-lu). Esta unidad comprende la Formación Taraises constituida por dos miembros, el inferior, que consta de calcilutita de estratos de 15 a 60 cm, color gris oscuro y de intemperismo gris amarillento, contiene escasos nódulos de pedernal, huellas de disolución, fracturamiento moderado relleno con calcita. El miembro superior de calcilutita es de color gris oscuro, en estratos de 15 a 40 cm interestratificado con margas. Esta formación se caracteriza por su abundancia de fósiles, entre los que destacan radiolarios, ostrácodos, tritinidos y gasterópodos. Por su litología y relaciones paleofaunísticas, se deduce que la Formación Taraises se depositó en medios que varían de someros a mar abierto, lo que marca el inicio de una transgresión progresiva, que afectó las formaciones posteriores. Se distribuye en forma de pequeñas lomas, valles y suaves puertos de erosión. El contacto con la Formación La Casita y el superior con la formación Cupido son concordantes y transicionales.



Caliza Ki (cz). Conjunto de rocas marinas calcáreas, en las cuales se distinguen varias secuencias parcialmente cronoequivalentes tales como las Formaciones Cúpido, La Peña, Tamaulipas Inferior, Cuesta del Cura, Acatitla, Treviño y Paila. La base de esta secuencia corresponde a la Formación Cupido, que se depositó en un ambiente de plataforma marina en cuyos bordes se formaron bancos de rudistas, en forma de biostromas que en ocasiones

8

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formaron verdaderas barreras arrecifales fuera de las cuales se depositaron lodos calcáreos de cuenca. El miembro inferior de esta formación está definido por calizas de textura mudstone en estratos medianos y gruesos, de colores gris y gris oscuro, contiene estilotitas, nódulos de pedernal negro y de pinta, presenta intraclastos (fragmentos de rudistas, pelícipodos y gasterópodos). El miembro superior consta de caliza de texturas wackstone y packstone con miliólidos, intraclastos, pellets, abundantes dolomías, ostreidos y toucasias; donde su estratificación varía de gruesa a masiva, con estilotitas, su contacto es inferior y transicional y descansa en concordancia sobre la Formación Taraises y subyace concordantemente a la Formación Peña.

9

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Sondeos INGENIERIA, SUPERVISION, CONSTRUCCION Y CONTROL DE CALIDAD

INFORME DE TERRACERIAS CARRETERA:SALTILLO-MONTERREY

ENSAYES NO.

S-001:003

LOCALIZACION

TRAMO: T. DER. LIBRAMIENTO J.L.P./OJO CALIENTE

FECHA DE RECIBO

15-sep-09

EMPRESA

SUBTRAMO KM 16+000-26+300

FECHA DE INFORME

25-sep-09

IDENTIFICA CION

OBRA:

CAPA (CM)

150

165

155

16+000

17+000

18+000

ENSAYE NO.

1

2

3

MUESTRA NO.

1

2

3

0 ESTACION

NORMAS NORMAS S. C. T. S. C. T. TERRAP SUBYAC TAMAÑO MAXIMO, mm

25.00

50.00

75.00

0.0

0.0

0.0

% QUE PASA MALLA DE 4.75 mm

50.0

50.0

25.0

% QUE PASA MALLA DE 0.425 mm

29.0

31.0

20.0

% QUE PASA MALLA DE 0.075mm

26.0

19.0

10.0

LIMITE LIQUIDO, %

30.0

20.0

20.0 50 MAX

INDICE PLASTICO, %

17.0

9.0

7.0

5.6

3.4

2.6

1,497.0

1,732.0

1,740.0

2,242.0

2,239.0

2,244.0

7.3

6.8

5.8

DEL MATERIAL

CARACTERISTICAS

% RETENIDO EN MALLA DE 75 mm

CONTRACCION LINEAL, % P. E. S. SUELTO kg/m

3

P. E. S. MAXIMO, kg/m 3 HUMEDAD OPTIMA, %

76 mm

76 mm

50 MAX

40 MAX 12 MAX

COMPACTACION DEL LUGAR , %

88.0

VALOR SOPORTE CALIFORNIA CBR

19.0

20.0

25.0

5 MIN

10 MIN

20 MIN

0.9

0.4

0.3

5 MAX

3 MAX

2 MAX

EXPANSION % CLASIFICACION SUCS OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

10

NORMAS S. C. T. SUBRAS

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN INFORME TÉCNICO

INGENIERIA, SUPERVISION, CONSTRUCCION Y CONTROL DE CALIDAD

INFORME DE TERRACERIAS CARRETERA:SALTILLO-MONTERREY

ENSAYES NO.

S-004:006

LOCALIZACION

TRAMO: T. DER. LIBRAMIENTO J.L.P./OJO CALIENTE

FECHA DE RECIBO

15-sep-09

EMPRESA

SUBTRAMO KM 16+000-26+300

FECHA DE INFORME

25-sep-09

IDENTIFICA CION

OBRA:

CAPA (CM)

160

180

165

19+000

20+000

21+000

ENSAYE NO.

4

5

6

MUESTRA NO.

4

5

6

0 ESTACION

NORMAS NORMAS S. C. T. S. C. T. TERRAP SUBYAC TAMAÑO MAXIMO, mm

DEL MATERIAL

CARACTERISTICAS

% RETENIDO EN MALLA DE 75 mm

40.00

60.00

89.00

0.0

0.0

0.0

% QUE PASA MALLA DE 4.75 mm

45.0

30.0

40.0

% QUE PASA MALLA DE 0.425 mm

27.0

15.0

21.0

% QUE PASA MALLA DE 0.075mm

20.0

11.0

17.0

LIMITE LIQUIDO, %

30.0

30.0

31.0 50 MAX

INDICE PLASTICO, %

14.0

17.0

21.0

CONTRACCION LINEAL, %

NORMAS S. C. T. SUBRAS

76 mm

76 mm

50 MAX

40 MAX 12 MAX

5.9

6.1

8.6

P. E. S. SUELTO kg/m 3

1,588.0

1,732.0

1,497.0

P. E. S. MAXIMO, kg/m 3

2,193.0

2,250.0

2,168.0

8.7

6.2

6.7

18.0

21.0

18.0

5 MIN

10 MIN

20 MIN

0.5

0.2

0.9

5 MAX

3 MAX

2 MAX

HUMEDAD OPTIMA, % COMPACTACION DEL LUGAR , % VALOR SOPORTE CALIFORNIA CBR EXPANSION % CLASIFICACION SUCS OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

11

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN INFORME TÉCNICO

INGENIERIA, SUPERVISION, CONSTRUCCION Y CONTROL DE CALIDAD

INFORME DE TERRACERIAS CARRETERA:SALTILLO-MONTERREY

ENSAYES NO.

S-007:009

LOCALIZACION

TRAMO: T. DER. LIBRAMIENTO J.L.P./OJO CALIENTE

FECHA DE RECIBO

15-sep-09

EMPRESA

SUBTRAMO KM 16+000-26+300

FECHA DE INFORME

25-sep-09

IDENTIFICA CION

OBRA:

CAPA (CM)

170

160

155

22+000

23+000

24+000

ENSAYE NO.

7

8

9

MUESTRA NO.

7

8

9

0 ESTACION

NORMAS NORMAS S. C. T. S. C. T. TERRAP SUBYAC TAMAÑO MAXIMO, mm

DEL MATERIAL

CARACTERISTICAS

% RETENIDO EN MALLA DE 75 mm

66.00

70.00

0.0

0.0

0.0

% QUE PASA MALLA DE 4.75 mm

40.0

43.0

43.0

% QUE PASA MALLA DE 0.425 mm

18.0

27.0

23.0

% QUE PASA MALLA DE 0.075mm

15.0

14.0

18.0

LIMITE LIQUIDO, %

27.0

26.0

34.0 50 MAX

INDICE PLASTICO, %

15.0

14.0

23.0

CONTRACCION LINEAL, %

5.4

5.2

8.8

P. E. S. SUELTO kg/m 3

1,735.0

1,745.0

1,459.0

P. E. S. MAXIMO, kg/m 3

2,258.0

2,230.0

2,155.0

6.0

6.1

HUMEDAD OPTIMA, % COMPACTACION DEL LUGAR , % VALOR SOPORTE CALIFORNIA CBR EXPANSION % CLASIFICACION SUCS OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

12

75.00

NORMAS S. C. T. SUBRAS

76 mm

76 mm

50 MAX

40 MAX 12 MAX

7.5 88.0

20.0

23.0

16.0

5 MIN

10 MIN

20 MIN

0.2

0.4

0.8

5 MAX

3 MAX

2 MAX

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN INFORME TÉCNICO

INFORME DE TERRACERIAS CARRETERA:SALTILLO-MONTERREY

ENSAYES NO.

LOCALIZACION

TRAMO: T. DER. LIBRAMIENTO J.L.P./OJO CALIENTE

FECHA DE RECIBO

15-sep-09

EMPRESA

SUBTRAMO KM 16+000-26+300

FECHA DE INFORME

25-sep-09

IDENTIFICA CION

OBRA:

CAPA (CM)

175

160

25+000

26+300

ENSAYE NO.

10

11

MUESTRA NO.

10

11

0 ESTACION

S-010

NORMAS NORMAS S. C. T. S. C. T. TERRAP SUBYAC TAMAÑO MAXIMO, mm

67.00

60.00

0.0

0.0

% QUE PASA MALLA DE 4.75 mm

41.0

42.0

% QUE PASA MALLA DE 0.425 mm

22.0

18.0

% QUE PASA MALLA DE 0.075mm

12.0

10.0

LIMITE LIQUIDO, %

26.0

19.0

INDICE PLASTICO, %

11.0

6.0

4.7

2.5

1,758.0

1,732.0

2,235.0

2,230.0

6.5

6.1

23.0

23.0

5 MIN

10 MIN

20 MIN

0.3

0.4

5 MAX

3 MAX

2 MAX

DEL MATERIAL

% RETENIDO EN MALLA DE 75 mm

CARACTERISTICAS

NORMAS S. C. T. SUBRAS

CONTRACCION LINEAL, % P. E. S. SUELTO kg/m

3

P. E. S. MAXIMO, kg/m 3 HUMEDAD OPTIMA, %

50 MAX

76 mm

76 mm

50 MAX

40 MAX 12 MAX

COMPACTACION DEL LUGAR , % VALOR SOPORTE CALIFORNIA CBR EXPANSION % CLASIFICACION SUCS OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN INFORME TÉCNICO

Memoria de Cálculo Pavimento Rígido y Flexible Se procederá a realizar la memoria de cálculo para el diseño de una estructura de pavimento flexible por el método AASHTO y su respectivo sistema PAS 93’. Identificación del proyecto con la localización del estado, la agencia que lo realizará. La compañía, el contratista, el número de trabajo, la localización del tramo y el ingeniero a cargo.

De manera siguiente se propone un espesor dependiendo del uso que tendrá la estructura del pavimento rígido, si será para carretera, área de estacionamiento, calle loca, etc. En este caso debido a que el proyecto es una carretera de propondrá un espesor de 10 in.

Lo siguiente es un número estructural para el análisis del pavimento flexible, necesario para que el pavimento aguante las cargas consideradas, este depende de

14

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN INFORME TÉCNICO

igual manera que el espesor rígido, de la finalidad de la estructura del pavimento y debido a que el proyecto es una carretera, se propondrá un SN = 5.0.

Consecuentemente tenemos que elegir el factor del diseño de servicio terminal que corresponde al índice de servicio en el cual el pavimento requiere de algún tipo de rehabilitación y de igual manera que los factores y valores pasados, depende del uso de la estructura del pavimento, como ya sabemos el proyecto es una carretera por lo que elegiremos un factor de 2.5.

Sucesivamente, se coloca el periodo de vida o servicio de la estructura de pavimento que se construirá en el cual se acumularán los ejes equivalentes dependiendo la cantidad de años, el valor promedio radica entre los 20 o 50 años pero en este caso ya contamos con ese valor, el cual sería de 20 años. Por último nos pide el sistema que añadamos la tasa de crecimiento del tránsito que generalmente es proporcionado por el organismo que requiere el proyecto. En este caso si nos lo otorgaron, GR = 3.0%. Una vez colocados estos valores, terminamos con el pavimento y los factores de tráfico, con lo que podemos avanzar a realizar los cálculos para la determinación de la acumulación de ejes equivalentes, ejes de 18,000 lb estandarizados para poder tener un valor común a pesar de contar con vehículos de diferentes pesos y configuraciones.

15

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN INFORME TÉCNICO

Para esto debemos conocer la estadística de la circulación en el tramo que se va a realizar la construcción de la estructura de pavimento. En este caso usamos los Datos Viales 2018 del estado de Nuevo León de la Secretaría de Comunicaciones y Transporte teniendo en cuenta que ya conocemos el tramo que se va a analizar, que para este proyecto es el tramo que inicia en el km 16+000 del T. Der. Libramiento J.L.P. y termina en el km 26+300 en el Ojo Caliente antes del Límite con los Estados de Coahuila y Nuevo León.

Otros datos que también necesitaremos son: 

Transito Diario Promedio Anual (TDPA): Número total de vehículos que pasan por una carretera en ambos sentidos durante un año, dividido entre 365. En este caso, el informe de la SCT nos da un valor de 20, 683 vehículos.



Factor de Distribución Direccional (DD): Factor dependiente de la cantidad de carriles en ambas direcciones. En este caso, el proyecto constará de dos carriles por dirección y debido a la Tabla 3-21, se usará un factor de 45.



TDPA Aplicando DD: Producto del TDPA y el DD. 𝑇𝐷𝑃𝐴𝑑𝑑 = (20,683)(0.45) = 9,307 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠



Factor de Distribución por Carril (CC): Factor que considera el número de carriles en una dirección debido a que si se tiene más de un carril en una dirección, el tránsito se divide en los dos pero uno de ellos cuenta con mayor carga que el otro, usualmente es el de la derecha. En este caso como tenemos dos carriles por dirección, se utiliza un valor de 0.8-1.0. Usaremos el 0.8 debido a que si hay intercambio de vehículos en ambos carriles.



TDPA Inicial en el carril de proyecto: Producto del TDPADD por el Factor CC. 𝑇𝐷𝑃𝐴𝑐𝑐 = (9,307)(0.8) = 7446 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠

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

Años de Servicio (n): Ya teníamos el valor, n = 20 años



Tasa de Crecimiento Anual del Tránsito (r): r = 3.0%

Con estos datos podemos proseguir a realizar el cálculo de la acumulación de ejes equivalentes dependiendo la clasificación de los vehículos y la cantidad de cada uno. COMPOSICIÓN DEL TRÁNSITO TIPO DE EN VEHICULO PORCENTAJE (1) A2 59.7 B2 4 C2 8.6 C3 2.3 T3S2 20.6 T3S3 2.2 T3S2R4 2.6 SUMA 100

CANTIDAD DE FACTOR DE FACTOR DE VEHÍCULOS EQUIVALENCIA CRECIMIENTO DURANTE EL DE CARGA DEL TRÁNSITO PRIMER AÑO (2) = (TDPAcc)(1) (3) = (2)(365) (4) = TABLA (5)=[((1+r)^n)-1]/r 4445 1622521 0.004 26.87 298 108712 5.750 26.87 640 233730 5.750 26.87 171 62509 2.260 26.87 1534 559865 6.060 26.87 164 59791 6.110 26.87 194 70663 4.260 26.87 7446 COMPOSICIÓN DEL TRÁNSITO EN VEHÍCULOS

ESAL's (6) = (3)(4)(5) 174388.5173 16796213.98 36111860.05 3795944.359 91164007.32 9816291.665 8088472.436 165947178.3

Como resultado tenemos un ESAL’s = 165, 947, 178.3 Ahora lo corroboramos en el programa de AASHTO 93’ Por el método del programa PAS 93’ primero tenemos que colocar el tipo de eje (single, tándem, tridem) dependiendo la clasificación del vehículo. El tipo de eje para cada una de las clasificaciones de los vehículos de la SCT lo podemos encontrar en la Tabla 20.3; Ingeniería de Tránsito y Carreteras; Nicholas J. Garber; Thomson. Para un Número Estructural Estimado de un Pavimento Flexible = 5.0 y un Factor de Servicio Terminal = 2.5, tal y como lo establecimos al comienzo. Una vez colocado los tipos de ejes, proseguimos a colocar el Peso Máx. Autorizado en Kip (1 Kip = 1000 lb). Para después solo añadir en cada uno de los tipos de ejes sus respectivos valores de cantidad de vehículos durante el primer año que no es más que multiplicar la cantidad del tipo de vehículo que transita por el carril de proyecto, multiplicado por 365 (días en un año). Y automáticamente nos dará los resultados de los ESAL’s para un pavimento rígido y uno flexible. Haciendo la comparación entre el procedimiento “manual” y el del sistema tenemos que para el: Manual = 165,947,178.3 PAS 93’ = 169,175,090 Una diferencia de 3,227,912 vehículos que se puede concluir que la diferencia radica en el uso de las decimales en el método manual.

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Siguiendo con la memoria de cálculo, propondremos otros valores como son: 

Coeficiente de Drenaje (Cd): Que es el coeficiente que se determina el tiempo que tiene el material para que el agua pueda ser evacuada del pavimento. En este caso propondremos una condición Buena con un porcentaje del tiempo en que la estructura del pavimento se encuentra expuesta a niveles de humedad cercanos a la saturación del 5-25%.



Confiabilidad (R): Probabilidad estadística de que el pavimento cumpla con la vida de diseño. Este valor lo pondremos en un 95%.



Desviación Estándar (So): Dependiendo el porcentaje de confiabilidad, la tabla 2.19 “Relación entre el nivel de confianza y la desviación normal estándar” podemos suponer un valor del So = 0.4.



Módulo de Resiliencia (MR): Característica base que se requiere para el diseño de pavimento. Indica la propiedad básica del material que puede utilizarse en el análisis mecanístico del sistema multicapa para predecir la rugosidad, agrietamiento, roderas, etc. Tiene correlación con el CBR. 𝑀𝑅 (𝑝𝑠𝑖) = 1500 𝑥 𝐶𝐵𝑅 Tomando en cuenta el CBR de los sondeos que se realizaron, tenemos que para cada sondeo se tendrán diferentes módulos de resiliencia para una base granular y se propondrán los diferentes módulos de resiliencia y el módulo de elasticidad del asfalto de acuerdo a la tabla 4.5 del libro de la SCT de Módulos de Resiliencia en suelos finos y materiales granulares.

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

Módulo de Rotura (S’c): Valor medio determinado después de 28 días utilizando el ensayo de carga en los tercios. También se puede estimar a través de la resistencia a la compresión, siendo 𝑆 ′ 𝑐 = 𝑘 (𝑓 ′ 𝑐)0.5.



Módulo de Elasticidad del Concreto (Ec): Parámetro que indica la rigidez y la capacidad de distribuir cargas que tiene una losa de pavimento. Es la relación entre la tensión y la deformación. Se calcula como: 𝐸𝑐 = 57,000(𝑓 ′ 𝑐)0.5 donde f’c y Ec, están dados en psi.



Coeficiente de Carga (J): La transferencia de carga sirve para transmitir una carga de una losa a otra de manera eficiente. Para este proyecto se tendrán juntas con dispositivos de transferencia de carga (pasadores de varilla lisa de acero) con malla de refuerzo. Para esto, de acuerdo con la tabla 1.6 “Coeficientes de transferencia de carga (J)” Para más de 30 millones de

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ESAL’s y con los pasadores, tenemos un coeficiente de transferencia de carga de 2.7. 

Resistencia a la subrasante (k): Carga en libras por pulgada cuadrada sobre una superficie cargada, dividida entre la deformación en pulgadas, pudiendo obtenerse de la prueba de placa o correlacionando con otras pruebas. PROPUESTA DE VALORES

Sondeo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

CBR 19 20 25 18 21 18 20 23 16 23 23

ME ASF. 425000 450000 432500 445300 401500 447400 432800 413800 442200 420000 413000

MR BASE MR SUB-B MR SUBR f'c (kg/cm2) 28500 10200 6100 250 30000 13500 6950 200 37500 15400 7500 280 27000 12880 8000 300 31500 13700 7900 350 27000 18400 6900 150 30000 14360 6500 250 34500 15020 7350 225 24000 16345 8200 280 27000 14000 7000 300 34500 12580 6800 250

f'c (psi) 36250 29000 40600 43500 50750 21750 36250 32625 40600 43500 36250

S'c 487 436 516 534 577 378 487 462 516 534 487

Ec 10852477 9706750 11485182 11888293 12840824 8406292 10852477 10295563 11485182 11888293 10852477

k 180 175 125 120 140 200 170 165 150 130 220

RESULTADO DEL SONDEO 1

Según los valores en el primer sondeo debería de tener una losa de concreto de 17.3 in = 44 cms. Debido a la cantidad de ejes transversales que circulan. Para el caso del pavimento flexible teniendo el Número Estructural usamos las gráficas del método AASHTO para Pavimentos Flexibles partiendo de la confiabilidad pero debería ser un resultado similar.

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Después se usa la gráfica de Módulo elástico del concreto vs Coeficiente Estructural de Capa, a1 para Superficie de Concreto Asfáltico y obtener el coeficiente, en el caso del primer sondeo, se tenía un Eac = 42500 psi. Con eso obtenemos un coeficiente de 0.44.

Después buscamos el coeficiente de capa Base Granular con su respectivo Módulo de Resiliencia de 28,500 psi. Dentro de la gráfica del Coeficiente de Capa Base Granular.

Y obtenemos que para el módulo de resiliencia de 28,500 psi se tiene un coeficiente para la capa base a2 = 0.132

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De manera siguiente, localizamos el coeficiente de capa Sub-base Granular de igual manera en una gráfica parecida donde se correlacionan diferentes pruebas.

Con el obtenemos que para el módulo de resiliencia de la sub-base del sondeo 1 se obtiene un coeficiente de capa sub-base a3 = 0.074. Ahora que tenemos los coeficientes de las capas, buscaremos en la tabla 2.17 “Valores recomendados del coeficiente de drenaje (mi) para el diseño de pavimentos flexibles” los coeficientes de drenaje de la base y sub-base, teniendo en cuenta que la condición de drenaje es “buena” y el porcentaje de tiempo del pavimento expuesto a humedad está entre el 5-25%.

Se obtienen los valores de m2 = 1.10 y m3 = 1.00. Ahora sustituimos los valores en la fórmula del Número Estructural 𝑆. 𝑁. ≤ (𝐷1 ∗ 𝑎1) + (𝐷2 ∗ 𝑎2 ∗ 𝑚2) + (𝐷3 ∗ 𝑎3 ∗ 𝑚3) Sustituyendo tenemos: 5.44 ≤ (5 ∗ 0.44) + (15 ∗ 0.132 ∗ 1.10) + (15 ∗ 0.074 ∗ 1) = 5.48

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Costo de Construcción Pavimento Flexible Espesores de las capas: Carpeta Asfáltica = 5’’ (13 cm) Base Granular = 15’’ (38 cm) Sub-base Granular = 15’’ (38 cm) Costo Paramétrico Costo por capa = 0.0634E*+38 P1 = 0.0634 (2,930) + 38 = 223.762 P2 = 0.0634 (197) + 38 = 50.49 P3 = 0.0634 (70.3) + 38 = 42.46 Costo Paramétrico Total = [0.13 (223.762) + 0.40 (50.49) + 0.40 (42.46)] x 10,000 Costo Paramétrico Total = 644,101 USD Costo Paramétrico Total = 12,662,845.39 MXN

Pavimento Rígido Costo Paramétrico Costo por capa = 0.0634E*+38 P1 = 0.0634 (3200) + 38 = 240.88 P2 = 0.0634 (230) + 38 = 52.58 P3 = 0.0634 (55) + 38 = 41.49 Costo Paramétrico Total = [0.45 (240.88) + 0.20 (52.58) + 0.20 (41.49)] x 10,000 Costo Paramétrico Total = 1,248,012 USD Costo Paramétrico Total = 24,535,567 MXN

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Procedimiento de Construcción Preparación del Sitio 

Desmonte y desenraice de vegetación existente, específicamente el área donde quedará alojado el cuerpo de la carretera dentro del derecho de vía, en un ancho de terraplén que es variable a todo lo largo de la carretera.



Despalme hasta una profundidad promedio de 0.30 m para eliminar el material correspondiente al primer estrato, que es suelo con material orgánico y así realizar el desplante de la estructura del pavimento y/o las terracerías, se removerá el terreno natural, se aplicará la humedad y se compactará al 95% de su peso volumétrico seco máximo, según prueba Proctor estándar y siguiendo las recomendaciones del estudio geotécnico.



Se efectuará el despalme total de suelo a ocupar en el tramo, además del despalme del área ocupada por la apertura de caminos de acceso a bancos de material, la ubicación de patios de maquinaria y equipo, y el emplazamiento de las dosificadoras de concreto asfáltico e hidráulico, más las hectáreas que se requieren despalmar por el aprovechamiento de los bancos de préstamo de material. Los trabajos se harán con maquinaria y con el material producto del despalme, posteriormente se arroparán los taludes de los cortes y terraplenes, propiciando la forestación para evitar la erosión de los mismos.



El terreno natural es conglomerado arcilloso de buena calidad distribuido sobre toda el área de proyecto y entorno, con compactación media. En todos los casos, cuando no se indique otra cosa, el terreno natural después de haberse efectuado el despalme correspondiente, deberá compactarse al 90 % del P.V.S.M. en una profundidad mínima de 0.20 m, al material grueso no compactable se le dará un tratamiento de aparte para aumentar su acomodo, este material solo servirá para formar el cuerpo de terraplén construyéndose por capas sensibles horizontales, con espesor aproximadamente igual al de los fragmentos, se dará como mínimo tres pasadas a cada punto de la superficie con tractor D-8 o similar.

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Obras de Drenaje 

La construcción de las obras de drenaje, se harán antes de iniciar la construcción de terracerías, concluidas tales obras deberán cubrirse adecuadamente para evitar cualquier daño a la estructura de las mismas durante el resto de la obra.



Para la cimentación de las obras de drenaje se deberá construir un dentellón de 1.50 m a la entrada y salida de la obra, se desplantará sobre grava arcillosa (GC), semicompacta, poco húmeda, la altura del terraplén es variable a todo lo largo del tramo carretero, la profundidad de desplante será superficial, se colocarán tubos de 90 cm de diámetro y se construirán losas de dimensiones variables.



Se harán obras complementarias de drenaje, como son revestimiento de cunetas, contracunetas, bordillos laterales y lavaderos, en los extremos exteriores de la corona, los lavaderos serán de longitudes variables de acuerdo a la altura del terraplén. En todo el tramo las cunetas deberán impermeabilizarse, se utilizará concreto hidráulico f’c=200 kg/cm2.

Construcción de la Carretera 

La estructuración del cuerpo del terraplén y la capa subrasante se llevará a cabo con conglomerado arcilloso y con boleos y fragmentos de roca mediana, de 40 cm de espesor, de buena calidad distribuido sobre toda el área de proyecto encontrándose medianamente compacto. Se recomienda utilizarlos compactándolo al 95 % y 100 % de su P.V.S.M. según prueba AASTHO estándar respectivamente, ya que sus propiedades físicas de soporte son de excelente calidad. En la formación de la capa de subrasante será necesario realizar trabajo de papeo a mano, asimismo se recomienda apoyar directamente los terraplenes al igual que la capa subrasante sobre este material, ya que sus propiedades físicas de soporte son de excelente calidad.



Excavación en cortes, esta fase comprende la excavación del corte y la remoción del material producto del mismo, su traslado al sitio donde será usado posteriormente. En los taludes de los cortes no se dejarán fragmentos rocosos o porciones considerables susceptibles de desplazarse hacia el camino.



Las terracerías estarán formadas por una capa subrasante de 40 cm de espesor, el material que la forme no deberá contener partículas mayores de 76

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mm (3”), cuando estas existan deberán eliminarse mediante pepena y el cuerpo de terraplén de espesor variable, compactándolas al 100, 95 y 90% de su P.V.S.M. (Peso Volumétrico Seco Máximo), respectivamente con la prueba Proctor Estándar. 

Sobre las terracerías debidamente terminadas se construirá una capa de subbase hidráulica de 0.40 m de espesor, utilizando material procedente del banco indicado para este fin en la tabla de Bancos de Material, los materiales pétreos deberán estar constituidos por grava bien graduada, se deberá compactar al 100% de su P.V.S.M. de la prueba AASHTO. Los materiales utilizados deberán tener los requisitos mínimos indicados en la norma N-CMT-4-02-001/11 “Materiales para Subbases”.



Sobre la capa de sub-base hidráulica debidamente terminada, se construirá una capa de base asfáltica con agregado máximo de 38.1 mm (1.5”) y espesor de 40 cm utilizando material procedente del banco indicado para este fin en la tabla de Bancos de Materiales, el material que forme esta capa deberá ser con un 70% de partículas trituradas como mínimo, con un porcentaje de finos de 5 al 10% máximo, se deberá compactar al 100% de su P.V.S.M. de la prueba AASHTO. Los materiales utilizados deberán ser de los tipos indicados en la norma N-CMT-4-02-002/11 “Materiales para Bases Hidráulicas”.



Sobre la base, superficialmente seca y barrida se aplicará en todo el ancho de la corona y en sus taludes, un riego de impregnación con emulsión asfáltica catiónica a razón de 1.6 l/m2 aproximadamente. El producto será del tipo mencionado en la norma N-CTR-CAR-1-04-004/15 “Riego de Impregnación”.



Sobre la base impregnada, se aplicará en todo el ancho de la corona y en los taludes que forman el pavimento, un riego de liga con emulsión asfáltica catiónica a razón de 1.6 l/m2. El producto será del tipo mencionado en la norma N-CTR-CAR-1-04-005/15 “Riegos de Liga”.



Sobre la base asfáltica después de la aplicación de los riegos, se construirá una carpeta asfáltica de 0.13 m de espesor, elaborada en planta estacionaria y en caliente, utilizando material pétreo 100% producto de trituración total a un tamaño máximo de 16 mm procedente del banco indicado para este fin en la tabla de Bancos de Materiales, cemento asfáltico No. 60 AC-20, con una dosificación aproximada de 100 l/m3 de material pétreo, seco y suelto, el que

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se deberá compactar al 95% de su P.V.S.M. determinado en la prueba MarshalI. 

Los materiales pétreos y el cemento asfáltico que formen la carpeta, deberán cumplir con las normas especificadas N-CMT-4-05-003/16 “Calidad de Mezclas Asfálticas para Carreteras” y N-CMT-4-05-001/06 “Calidad de Materiales Asfálticos”.



En todo el ancho de la corona se aplicará un riego de liga con emulsión asfáltica de rompimiento rápido, a razón de 0.6 lt/m2 aproximadamente. El producto será del tipo mencionado en la norma N-CTR-CAR-1-04-005/15 “Riegos de Liga”.

Rehabilitación del área 

Las actividades que se ejecutarán al concluir la obra son: el desmantelamiento total de instalaciones provisionales, restauración de suelos y restitución de flora, se llevarán a cabo específicamente en el derecho de vía afectado; por la frecuentación vehicular y peatonal, y la disposición inadecuada de residuos sólidos y materiales de construcción, así como en las áreas ocupadas por las instalaciones provisionales, los caminos de acceso temporales y los bancos de material aprovechados.

Programa de mantenimiento 

El mantenimiento preventivo y correctivo rutinario consistirá en el bacheo y reparación de algunos tramos de carpeta asfáltica, barreras, bordillos, limpieza del derecho de vía, limpieza y desasolve de las obras de drenaje, reposición y repintado de defensas y conservación de las áreas en el derecho de vía y zonas aledañas.



Las actividades de mantenimiento rutinario se ejecutará programada para cada año con el objeto de preservarlas y propiciar una operación económica, eficiente y segura de los vehículos son; reparación de pavimentos y obras de drenaje, cuyos daños se deben fundamentalmente al paso repetido de vehículos pesados, la acción degradante del medio ambiente, la socavación producida por las corrientes naturales, así como a su antigüedad. También el mantenimiento y reposición de la señalización tanto vertical como horizontal.

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

El mantenimiento de la carpeta asfáltica requerirá de reparaciones periódicas de la misma en mayor o menor medida según sea el caso, por lo que será necesario realizar bacheo, calavereo o repavimentación de carriles.

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