Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. REPORTE DE LA EXPLORACION GEOTECNICA PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO DE LA AV. Dr. J. RICARDO ALCALÁ IÑIGUEZ ENTRE LA CALLE ACATÍC Y LA CALLE ESPARZA EN LA COLONIA EL PIPÓN, EN LA CABECERA MUNICIPAL DE TEPATITLÁN DE MORELOS. l MARZO 2017 Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 DATOS DE PROYECTO FECHA NOMBRE DE PROYECTO PROYECTO LUGAR 20 de Marzo del 2017. Diseño de Pavimento de la Av. Dr. J. Ricardo Alcalá Iñiguez. Rehabilitación de pavimento de la Av. Dr. J. Ricardo Alcalá Iñiguez. La rehabilitación consta de una longitud aproximada de 800 m, que van desde la calle Acatíc hasta la C. Esparza en la colonia El Pipón. Con las siguientes coordenadas geográficas (Datum ITRF-92): Latitud norte 20°48'22.61" y longitud oeste 102°45'48.15" o bien coordenadas UTM: Este (X) = 732,793 m y Norte (Y) = 2´302,323 m. SOLICITANTE Arq. David Martin del Campo (Director de Obras Públicas de Tepatitlán de Morelos) BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 1. OBJETIVO Este estudio tiene como finalidad conocer la estratigrafía superficial del subsuelo, las características y propiedades de cada estrato, obteniendo muestras alteradas de los materiales representativos, para posteriormente ejecutar los ensayos correspondientes en laboratorio y en base a ello diseñar la estructura del pavimento de la avenida, proyecto en base a pavimento rígido (concreto hidráulico), con un periodo diseño de 20 años. 2. PLAN DE TRABAJO Se programaron tres (3) sondeos exploratorios directos mediante pozos a cielo abierto, PCA1 al PCA-3, a una profundidad de 1.50 m., el muestreo de los materiales es de tipo alterado, para posteriormente efectuar los ensayos correspondientes y su clasificación SUCS y demás propiedades en el laboratorio. 3. DESCRIPCIÓN DEL LUGAR La topografía de la zona es tipo plana, quedando cercas de la margen derecha del río Tepatitlán, es una zona comercial donde se encuentran restaurantes, fraccionamiento Guadalupe, escuelas y la unidad deportiva el Pipón. El transito es de tipo ligero. El pavimento actual es de concreto asfaltico con una capa de 5 cm aproximadamente, que están sobre un empedrado el cual esta desplantado sobre el terreno natural, que siendo insuficiente esta estructura ya provoco deformaciones en su capa de rodamiento con deformaciones y baches en el ancho de la vía. BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 LOCALIZACIÓN GENERAL Y ESPECÍFICA DE LA VÍA CARRETERA A SAN JUAN DE LOS LAGOS CTO. INTERIOR JUAN PABLO II VIALIDAD EN ESTUDIO RÍO TEPATITLAN CENTRAL CAMIONERA A UNIDAD DEPORTIVA EL PIPON VIALIDAD EN ESTUDIO FRACC. GUADALUPE BLVR. ANACLETO GONZÁLEZ CENTRAL CAMIONERA BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 4. INVESTIGACIÓN DEL SUBSUELO Los sondeos exploratorios fueron realizados mediante pozos a cielo abierto, PCA-1 al PCA-3 y fueron iniciados al nivel del pavimento actual de la vialidad y profundizados entre 0.70 m hasta 1.20m. aproximadamente. Se tomaron muestras alteradas directamente de las excavaciones, con una primera clasificación visual y al tacto y posteriormente a los materiales representativos se ejecutaron ensayos en laboratorio para determinar sus propiedades índice. Los materiales encontrados son: arcilla gruesa arenosa de alta plasticidad (CH), estos se consideran de críticos por ser plásticos que al entrar en contacto con agua tienden a presentar cambios en su volumen (expansión), o bien al perder agua (humedad) su volumen se reduce (contracción), provocando asentamientos diferenciales. En ninguna de las exploraciones se detectó la presencia de agua, cavernas o grietas a la profundidad explorada, en el sondeos PCA-1 se encontró boleo. NOTA: Será importante informársenos sobre las condiciones del subsuelo encontradas en excavaciones, a fin de confrontar con lo encontrado en este estudio general y en caso de considerarlo necesario, realizar una visita de inspección y sondeos complementarios para corroborar y ratificar este estudio y las recomendaciones. BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 UBICACIÓN DE SONDEOS EXPLORATORIOS N UNIDAD DEPORTIVA EL PIPÓN VIALIDAD EN ESTUDIO C. ESPARZA UNIDAD DEPORTIVA MORELOS C. MATAMOROS En la siguiente tabla por sondeo efectuado se da la ubicación en coordenadas UTM (Datum ITRF-92, navegador con error hasta de ±3 m.) e información de niveles. PCA No. UBICACIÓN Prof. total ESTE (X) NORTE (Y) Sondeo ZONA CAD. 1 2 3 OESTE 732,557 2’302,342 1.20 m. CENTRO 732,793 2’302,323 0.70 m. ESTE 733,041 2’302,306 1.20 m. BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 En la siguiente tabla se presentan las propiedades de los materiales analizados. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COLOR DE LOS MATERIALES TERRENO NATURAL TAMAÑO DE SUS PARTÍCULAS Rojo GRAVA % ARENA % FINOS % MINIMO MAXIMO MINIMO MAXIMO MINIMO MAXIMO 0 0 40.85 47.28 52.72 59.15 El tamaño de las partículas del suelo se considera como arena (limo elástico y/o arcilla), en menor porcentaje con finos y prácticamente sin partículas gruesas (gravilla de roca tipo riolítica). LIMITE LIQUIDO % PLASTICIDAD MASA VOLUMÉTRICO SECO SUELTO VALOR RELATIVO DE SOPORTE INDICE PLASTICO % MINIMO MAXIMO 58.20 65.40 MINIMO kg/m³ MINIMO MAXIMO 30.90 32.80 MAXIMO kg/m³ CONTRACCION LINEAL % MINIMO MAXIMO 4.3 8.2 PROMEDIO kg/m³ 745 769 757 MINIMO % MAXIMO % 8.05 5.1 6.7 5.9 MINIMO % MAXIMO % PROMEDIO % EXPANSIÓN BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS MATERIALES PARA EMPLEAR EN TERRAPLEN, SEGÚN ESPECIFICACIONES SCT (2001) REQUISITOS CALIDAD MATERIAL TERRAPLEN Características Limite liquido; % máximo Valor Soporte de California (CBR); % mínimo Expansión; % máxima Grado de compactación; % Especificación 50 5 5 90 ± 2 Con los ensayos de clasificación, se concluye que el terreno natural de la zona es una arcilla gruesa con arena, cerca de la línea A, considerándose una arcilla de alta plasticidad por lo cual no cumple para su empleo en la estructura del pavimento, ya sea en terraplén, subrasante, subbase o base, debiendo emplear material de banco, por su alta plasticidad y contenido de finos. BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 5. DISEÑO DEL PAVIMENTO De los resultados de laboratorio, exploraciones en campo, información recibida y analizando los factores que intervienen en el proyecto, se seleccionó el diseño del pavimento rígido (concreto hidráulico) mediante el método recomendado por la AASHTO y para la estructura restante del pavimento con el método del instituto de ingeniería de la UNAM. a) DATOS DE PROYECTO El proyecto contempla la rehabilitación de la Av. Ricardo Alcalá, además de considerar lo siguiente: - Años de servicio = 20 - Tasa de crecimiento anual: 3% - Tránsito diario promedio anual, TDPA: 7,555 vehículos (en dos sentidos) con dos carriles por sentido. - Vehículo máximo diseño: T3 –S3 (Tractor de 3 ejes con semi remolque de 3 ejes) - Composición del tránsito: 96.5% automóviles y camionetas (A), 1% camión ligero (B) y 2.5% camiones carga (C). - VRS crítico de diseño: 5.9% - Índice de servicio inicial: 4.5 (bueno) - Índice de servicio final: 2.0 (regular a malo) - Coeficiente de drenaje: 1.1 (Buen drenaje, sin humedad cerca de saturación). - Clasificación SUCS del material = CH (arcilla de alta plasticidad). - Base hidráulica (granular): Grava - arena. - Ancho de la sección de calle (arroyo) = 7.00 m. aprox. La vialidad se encuentra en una zona plana. b) DISEÑO ESTRUCTURAL: BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 Se emplea el método del instituto de ingeniería de la UNAM para determinar los espesores del resto de la estructura del pavimento: Transitoria o filtro para movimientos por presencia de material plástico, subrasante y base hidráulica. Con el método AASHTO se obtuvo el espesor de la losa de rodamiento (concreto hidráulico), con los resultados obtenidos de los materiales muestreados y ensayados y de los siguientes datos: CAPA Terreno natural (crítico) Subrasante Base hidráulica VRS (%) critico 5.9 20 80 Después del análisis y cálculos se tiene la estructuración teórica del pavimento, con los siguientes espesores: ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Capa de transición o filtro Subrasante Base hidráulica Concreto hidráulico Espesor cm. 30 19.56 19.5 17.53 Buscando que se cumplan las especificaciones de espesores mínimos recomendados por la SCT, se proponen los siguientes espesores para motivos de construcción: CAPA DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO ESPESORES (cm.) Capa de transición o filtro Subrasante Base hidráulica (grava-arena) Concreto hidráulico Mr 42 kg/cm2) TOTAL ESPESOR (cm.) 30 20 20 18 88 BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 CORTE ESQUEMATICO PARA LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO NOTA: Cuidar el que se tenga un buen drenaje transversal y longitudinal del pavimento. desalojando el agua debida a escurrimientos superficiales. Así mismo evitar zonas de inundación o encharcamientos que permitan posibles infiltraciones de agua hacia las capas inferiores. El diseño ha sido considerando un TDPA = 7,555 vehículos, en dos sentidos con dos carriles por sentido, tasa de crecimiento anual 3%, vida útil 20 años, VRS critico 5.90% y distribución de transito: 96.50% tipo A, 1.0% tipo B, 2.5% tipo C pesado. El concreto de la losa de rodamiento deberá ser con un módulo de ruptura a la flexión MR = 42 kg/cm2, los materiales de la base hidráulica, subrasante y capa de transición deberán de cumplir con los requisitos de calidad de SCT. BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 6.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Según se desprende de los sondeos, pruebas de laboratorio y diseño presentado anteriormente, se dan las conclusiones para la construcción de la estructura del pavimento de la vialidad en estudio, las cuales deben seguir las especificaciones normadas por la SCT, que son las más usuales y completas. Se deberá tener cuidado con la calidad de los materiales de banco de préstamo que se adquieran o reutilicen, debiendo cumplir con la calidad que marcan las normas, especial cuidado en su distribución de tamaños (granulometría), VRS y plasticidad. Así mismo cuidar los rellenos en las zonas de líneas de agua potable y/o drenaje sanitario o pluvial. Se da enseguida el procedimiento y recomendaciones de construcción. Retirar la estructura del pavimento actual hasta llegar al terreno natural (arcilla roja), cortar lo necesario del terreno natural para alojar la estructura de pavimento según niveles de proyecto. a) b) Con el cajón abierto ya nivelado que forme una superficie sensiblemente horizontal, se procederá a alojar la capa de transición, la cual tendrá como función estabilizar el material encontrado. Su acomodo será mediante bandeo, ronceado un tractor montando sobre orugas, que tenga una masa mínima de 36 toneladas, de forma que pase cuando menos 3 veces por cada sitio, el número de pasadas se podrá ajustar en la obra. El bandeo se hará longitudinalmente de las orillas hacia el centro de las tangentes y del interior al exterior en las curvas, con un traslape de cuando menos la mitad del tractor en cada franja bandeada. Espesor de 30 cm. de capa de transición, balastro ó filtro. Esta capa se hará con material compuesto por grava (tezontle o basalto) o bien cascajo o balasto grueso, en todos los casos limpio, sin arcilla arena o finos plásticos (máximo 10%) y con distribución de tamaños graduados de 5” a ½”. Se deberá bandear con equipo pesado de orugas (tractor o retroexcavadora), para lograr el mejor acomodo posible (relleno de huecos), sin compacta, sin triturar la grava o fatigar al material. BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 c) Colocar el geotextil para evitar que el material fino contamine el filtro, después de haber colocado el geotextil como lo indica el fabricante, tender la capa subrasante de 20 cm de espesor, conformarla empleando material de banco, esto es una arena limosa (tepetate), que deberá cumplir calidad con las características siguientes: Finos (malla 200) 25% máximo, tamaños máximos 2”, límite líquido 40% máximo, índice plástico 12% máximo, VRS 20% mínimo, expansión 2% máximo y compactar al 95% de su PVSM. Tender la base hidráulica de 20 cm. de espesor, también empleando material de banco, compuesto por grava-arena, proporción típica 60-40, debiendo cumplir las características del material de esta capa serán las siguientes: Finos (malla 200) 10% ó 15% máximo, límite líquido 25%, índice plástico 6% máximo, contracción lineal 3%, equivalente de arena 50% mínimo y VRS mínimo de 80% y compactar al 100% de su PVSM. d) Para la colocación de la losa de concreto hidráulico, después de compactada, sin baches y nivelada la base, se aplica el riego de impregnación para luego colar la losa de concreto hidráulico con el espesor señalado de 18 cm., sin pasajuntas, con apoyo lateral y con módulo de ruptura del concreto hidráulico de MR= 42 kg/cm². e) Seguir las indicaciones para el corte de las losas, con juntas longitudinales de 1.50 a 2.00 m. y transversales de 1.90 a 2.50 m., buscando la mejor modulación, según el ancho de la vialidad. Cuidar barras de amarre, con acero de diámetro de ½” corrugado, con longitud según de 71 cm. y separación de 76 cm. (losa de 18 cm.), con distancia al extremo libre (ancho de carril) máxima de 4.27 m. Así mismo cuidar la colocación, vibrado, terminado de la superficie y el sellado de las juntas, como se anexa en el reporte del diseño de pavimento. Realizó __________________________ Ing. Arturo René Hernández R. Gerente Técnico Maestría en construcción de Vías Terrestres Vo. Bo. Ing. Alvaro Orendain O. Geotecnia, CEDEX Madrid, España BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 DISEÑO DE GUIA AASHTO 93´ PROYECTO: Av. Dr. J. Ricardo Alcalá UBICACIÓN: TEPATITLÁN DE MORELOS NOTAS: Confiabilidad (R): Desvición Estandar (So): Modulo de ruptura (MR): M. de elasticidad (Ec): DATOS DEL DISEÑO DE PAVIMENTO 90% Coeficiente de tranfarencia de carga (J): 0.35 Modulo de reacción (subbase) K(PCI): 42 Coefieciente de drenaje (Cd): 4,032,339 Índice de servicio inicial (Po): Índice de servicio final (Pt) 3.1 180 1.1 4.5 2 DATOS DEL TRANSITO VEHCULAR 50% Tasa de crecimiento anual: 90% Periodo de diseño (años): Tipo de camino: 7,555 Porcentaja de vehículos cargados: Porcentaja de vehículos vacíos: Factor de sentido (FS): Factor de carril (FC): Tránsito Diario Promedio Anual (TDPA): COMPOSICIÓN VEHICULAR Tránsito Diario Promedio Anual 3% 20 C 80% 20% VEHÍCULO % AL INICIO AL AÑO ACUMULADO FACTOR DE DAÑO EJES EN EL PERIODO A2 49.5 1,683 614,250 16,505,123 0.00046 7,579 A'2 47.0 1,598 583,227 15,671,531 0.00047 7,411 B2 1.0 34 12,409 333,437 1.35457 451,662 C2 1.0 34 12,409 333,437 1.35457 451,662 C3 1.0 34 12,409 333,437 0.60322 201,134 0.5 17 6204.54375 166718.4141 2.720542697 453564.5639 100.00 3,400 1,240,909 33,343,683 6 1,573,014 T3-S3 Ejes equivalentes de carril de diseño 1,573,014 Donde: Po: Pt: R: D: K: S'c: J: Cd: Ec: Indice de servicio inicial. Indice de servicio final. Fiabilidad Espesor propuesto Modulo de reaccion efectivo kg/cm³ Resistencia medida del concreto a flexotraccion. Coeficiente de trasmision de carga. coeficiente de drenaje. Modulo de elasticidad del concreto (6750*MR). BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 BARRAS DE AMARRE Separación en cm, según distancia al extremo Libre. Espesor de Losa cm 18 Diametro de la barra de amarre (pulgadas) 1 /2" Longitud de la barra de amarre cm 71 Separacion cm 76 DETALLES DE JUNTAS: 1) JUNTA DE CONTRACCION TRANSVERSAL ASERRADA CON DISCO DE DIAMANTE DE 1/8" DE ESPESOR BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. 2) DETALLE DE JUNTA LONGITUDINAL 3) DETALLE DE JUNTA DE CONSTRUCCION ANIVERSARIO 1993 – 2018 BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 ESTRATIGRAFIAS, ENSAYOS Y FOTOGRAFIAS PCA-1 m 0.00 PCA No.1 CLASIFICACION 0.05 Concreto Asfaltico 0.15 Empedrado g 0.00 42.58 57.42 62.4 30.90 5.40 50.0 19.0 25.0 37.5 ωop g 751.0 9.5 4.75 2.0 0.850 0.425 0.150 0.075 Arcilla arenosa de alta plasticidad color rojo 1.00 0.250 % QUE PASA Arcilla 1345.0 33.5 5.20 CH PCA-2 m 0.00 PCA No.2 CLASIFICACION 0.05 Concreto Asfaltico 0.15 Empedrado g 769.0 g 0.00 47.28 52.72 58.2 32.80 4.30 50.0 19.0 25.0 37.5 9.5 4.75 2.0 0.850 0.425 0.150 Arcilla arenosa de alta plasticidad color rojo 0.075 0.50 0.250 % QUE PASA Arcilla ωop 1350.4 32.8 6.70 CH Boleo empacado en arcilla BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION Servicios y Control en Ingeniería S.A. de C.V. ANIVERSARIO 1993 – 2018 PCA-3 m 0.00 PCA No.3 CLASIFICACION 0.05 Concreto Asfaltico 0.15 Empedrado g 745.0 g 0.00 40.85 59.15 65.4 32.80 8.20 50.0 19.0 25.0 37.5 9.5 4.75 2.0 0.850 0.425 0.150 Arcilla arenosa de alta plasticidad color rojo 0.075 1.00 0.250 % QUE PASA Arcilla ωop 1335.0 34.6 5.10 CH BANDERA NACIONAL 469 ZAPOPAN, JALISCO C.P. 45160 [email protected] TELS. (33) 1202-1781 Y 82 MECÁNICA DE SUELOS, CONTROL DE CALIDAD, TOPOGRAFÍA Y SUPERVISION
