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PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX
    Impulsando el Desarrollo de México
ARCO NORTE
Edo. de México - Hidalgo - Puebla - Tlaxcala
“Hasta hace algunos años en México sólo
      se construían pavimentos con carpeta asfáltica
que significaban una vida útil corta y representaban
                      altos costos de mantenimiento.

                       En 1993, CEMEX introduce
   en México los pavimentos de concreto hidráulico,
      en su afán de brindar una mayor durabilidad
                        a la red carretera nacional.”
ÍNDICE



C A P í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N 		                             17
1.1 Antecedentes y evolución de los pavimentos de concreto
1.2 Marco Referencial


C A P í T U LO 2 . D I S E Ñ O		                                       25
2.1   Introducción a los métodos de diseño
2.2   Suelos
2.3   Tr á f i c o
2.4   Método de di seño A A SHTO
2.5   Método de la asociación del cemento Por tland (PCA)
2.6   Aspectos complementarios al diseño


C A P í T U LO 3 . P RO C ES O CO N ST RUCTIVO 			                     79
3.1   Preliminares
3.2   Cimbra deslizante
3.3   Cimbra fija
3.4   Pav imentos de concreto estampado


C A P í T U LO 4 . D I S E Ñ O Y CO N ST RUCCIÓN DE JUNTAS 		          99
4.1   Consideraciones para el diseño de juntas
4.2   Especificaciones de materiales
4.3   Herramientas
4.4   Equipos


C A P í T U LO 5 . P RO D U C TO S Y S ERVICIOS DE CEMEX CONCRETOS 	   127
5.1 Servicios
5.2 Caminos rurales de pavimentación progresiva
5.3 Futuros de los métodos de diseño


B I B L I O G R AF Í A		                                               137
AEROPISTA ISLA SOCORRO
            Océano Pacífico
“Las crecientes necesidades de desarrollo,
la búsqueda de soluciones perdurables y la demanda de
         contar más y mejores caminos han contribuido
  para lograr que en la modernización y ampliación de
         la red carretera de México se esté especificando
      el uso de pavimentos del concreto hidráulico bajo
                 estándares internacionales de calidad.”
C A P í T U LO U N O

INTRODUCCIÓN
1 . 1 A N T E C E D E N T E S Y E V O L U C I Ó N D E L O S PAV I M E N T O S D E C O N C R E T O
1.2 MARCO REFERENCIAL
C A P í T U LO U N O



INTRODUCCIÓN
1.1         ANTECEDENTES
            Y EVOLUCIÓN
            DE LOS PAVIMENTOS
                                            a) ANTECEDENTES

                                            La extensión territorial de México cuenta
                                                                                           resultaban en costo muy inferiores a los del
                                                                                           concreto hidráulico. Adicionalmente existía
                                                                                           una gran desinformación y desconocimiento
                                            con una gran diversidad de climas, tipos       sobre el diseño y construcción con nuevas
            DE CONCRETO                     de suelos, zonas ambientales y etnias, su      tecnologías de los pavimentos de concreto
                                            heterogeneidad nos ha ido marcando             hidráulico. Otro factor importante es que
                                            el camino del desarrollo y crecimiento,        cuando se diseñaron los caminos de México
             “Las crecientes necesidades    de alguna manera esta diversidad ha            para el tránsito que se pensaba tenían que
de desarrollo, la búsqueda de soluciones    influido en la conformación de nuestra         soportar, los pavimentos de asfalto parecían
    perdurables y la demanda de contar      infraestructura carretera.                     ser una alternativa suficiente.
más y mejores caminos han contribuido
   para lograr que en la modernización      En México tenemos aproximadamente              Ante la preocupación acerca del deterioro
     y ampliación de la red carretera de    95,000 km de caminos pavimentados              de las carreteras en la red y considerando
   México se esté especificando el uso de   cuyas condiciones de servicio no son las       los puntos anteriormente planteados




                                                                                                                                            19
pavimentos del concreto hidráulico bajo     óptimas, de hecho la mayoría de ellos esta     la Secretaría de Comunicaciones y
 estándares internacionales de calidad.”    catalogado por las propias autoridades         Transportes (SCT) se dio a la tarea




                                                                                                                                            C A P Í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N
                                            como pavimentos en regulares y malas           de buscar soluciones alternativas a
                                            tcondiciones. Una razón importante del         tal situación que pudieran soportar
                                            bajo nivel de servicio es debido a que estas   adecuadamente las cargas y el volumen de
                                            carreteras se proyectaron, diseñaron y         tráfico pesado buscando que los niveles
                                            construyeron en su mayoría entre los años      de servicio permanecieran en buen nivel
                                            de 1925 a 1970. La red estuvo proyectada       durante períodos mayores. Tales exigencias
                                            para soportar cargas vehiculares que varían    orientaron a la SCT a la solución con
                                            entre las 6 y 8 toneladas y en la actualidad   pavimentos de concreto hidráulico, que
                                            llega a tener camiones cargados los cuales     representaban un costo razonable, con
                                            en algunos casos alcanzan a pesar hasta        una capacidad estructural adecuada tanto
                                            60 toneladas. Además de no considerar el       para el volumen de tránsito como para la
                                            aumento en los pesos de los vehículos, no      intensidad del mismo y un período de vida
                                            se consideró tampoco el crecimiento del        costeable de acuerdo a la magnitud de la
                                            tránsito de camiones pesados en la red,        inversión.
                                            ya que se considero en el diseño el tráfico
                                            diario que anteriormente se tenía y que        b) TECNOLOGÍA
                                            variaba entre los 500 y 1,000 vehículos, sin
                                            embargo en la actualidad se tienen valores     Para satisfacer la demanda de diseñar,
                                            significativamente mayores de hasta            especificar y construir los pavimentos
                                            15,000 vehículos. 	                            de concreto hidráulico con las mejores
                                                                                           tecnologías a nivel mundial y con altos
                                            Antes del año de 1993 la especificación        estándares en sus especificaciones, tubo
                                            y construcción de pavimentos de                que llevarse a cabo un programa de
                                            concreto hidráulico en México fue              capacitación intensivo y avanzado para los
                                            relativamente escasa. Se considera que         técnicos e ingenieros especificadores, esto
                                            esto se debió principalmente a que             se logró con el apoyo de la iniciativa privada
                                            nuestro país es un importante productor        mexicana interesada en el desarrollo de la
                                            de petróleo y por consiguiente de asfalto      infraestructura del país con base en este tipo
                                            y como anteriormente existía un subsidio       de pavimentos. Este tipo de capacitaciones
                                            importante en el precio del asfalto, los       se ha seguido desarrollando tanto en
                                            pavimentos asfálticos en nuestro país          México como en el extranjero.
Se realizó una revisión exhaustiva sobre           En el año de 1993 la SCT con el apoyo de         de Romos en el estado de Aguascalientes,
                                           los tipos de maquinaria que estaban                Cementos Mexicanos construyó la primera          Boulevard Aeropuerto La Paz y el tramo
                                           disponibles en el mercado internacional            carretera de concreto hidráulico con el          de Chihuahua – Aldama. En este período
                                           para realizar estas tareas, tanto plantas de       uso de especificaciones internacionales y        se realizó una ampliación a la aeropista del
                                           mezclado central para la elaboración del           las nuevas tecnologías de pavimentación,         aeropuerto de Mérida con la tecnología del
                                           concreto con la calidad y en las cantidades        siguiendo estrictas normas de calidad tanto      concreto hidráulico.
                                           necesarias para lograr altos rendimientos en       en la producción como en el tendido del
                                           la pavimentación, así como pavimentadoras          concreto y contemplando una serie de             Para 1999 se estuvieron realizando ó por
                                           de cimbra deslizante con las características       alternativas en las especificaciones que         iniciar los trabajos de construcción de los
                                           necesarias para lograr altos niveles de            permitirían establecer posteriormente            tramos de: la Autopista Rosario – Escuinapa
                                           servicio, seguridad y confort. Se analizaron       situaciones comparativas que permitirían         en el estado de Sinaloa, Aeropuerto Vallarta
                                           también las ventajas y desventajas de unas         establecer adecuadamente las características     – Río Ameca en Jalisco, Río Ameca - Cruz
                                           marcas de equipos con respecto a otras, la         ideales en las especificaciones de los           de Huanacaxtle en Nayarit, el segundo
                                           experiencia de las empresas dedicadas a la         pavimentos de concreto hidráulico. Así en        tramo de la Cárdenas – Agua Dulce en
                                           fabricación de estos equipos, la facilidad         1993 el libramiento Ticumán ya era una           Tabasco, la carretera Yautepec – Oacalco,
                                           con la que dichas empresas podrían ofrecer         realidad en concreto hidráulico, con una         el tramo Poxila – Límite de Estados
                                           los servicios de capacitación, refacciones         longitud de 8.5km.                               en Yucatán, Libramiento de Colima,
                                           y mantenimiento para dichos equipos,                                                                Chajul – Flor de Café en el estado de
                                           e incluso la posibilidad de desarrollar            A partir de este proyecto y con los resultados   Chiapas, Entronque Feliciano – Lázaro
                                           representantes locales de dichas empresas          programados que se fueron obteniendo del         Cárdenas Michoacán, Acceso al Puerto
20




                                           para dar servicio en México. De igual              mismo, se continuo con la especificación y       Fronterizo Laredo puente Internacional III,
                                           forma se trabajo en lo referente a equipos         construcción de algunas otras carreteras de      Matehuala – San Roberto y San Roberto
                                           para dar el texturizado final al pavimento         concreto hidráulico en el país, de tal forma     – Puerto México en el estado de Nuevo
C A P Í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N




                                           de concreto, las maquinas cortadoras               que al final de 1994 ya se habían iniciado       León, el acceso al puerto de Altamira
                                           para conformar los tableros de losas, los          los trabajos en los tramos de las Autopistas     (API), las laterales del Paseo Tollocán en
                                           diferentes tipos de discos para estos cortes,      Guadalajara – Tepic, Tuxpan – Tihuatlán y        Toluca Estado de México, los tramos de
                                           y algunos otros equipos de medición de las         Tihuatlán – Poza Rica, así como el primer        Huayacocotla y la Chinantla en Veracruz, el
                                           características físicas de los pavimentos.         tramo de la Cárdenas – Agua Dulce.               Libramiento Nororiente de Querétaro, así
                                                                                                                                               como la aeropista del aeropuerto de Kaua
                                           Terminados los análisis anteriores se              A pesar de la crisis económica que sufrió        en el estado de Yucatán.
                                           importaron los equipos seleccionados a             el país, para el año de 1995 ya se estaban
                                           nuestro país y se dio inicio propiamente al        realizando los trabajos de algunas carreteras
                                           desarrollo de este tipo de soluciones.             como: Yautepec - Jojutla, Atlapexco –
                                                                                              Tianguistengo, Jiutepec – Zapata y un tramo
                                                                                              de la Autopista Querétaro – San Luis Potosí.

                                                                                              Durante el año de 1996 se construyeron
                                                                                              también de concreto los tramos:
                                                                                              Entronque Aeropuerto de San Luis Potosí
                                                                                              – Entronque Libramiento de San Luis                                                    Figura 1.1.2.
                                                                                              Potosí, Libramiento de San Luis Potosí – El                        Autopista de Concreto Hidráulico
                                                                                              Huizache y el tramo Aeropuerto de Ixtapa
                                                                                              – Zihuatanejo.                                   Como se ha descrito en la información
                                                                                                                                               presentada anteriormente el crecimiento y
                                                                               Figura 1.1.1
                                                         Pavimentadora de Cimbra Deslizante   Para los años de 1997 y 1998 se                  evolución de los pavimentos de concreto
                                                                                              especificaron y construyeron los siguientes      hidráulico ha aumentado de una manera
                                                                                              tramos: Autopista Pirámides – Tulancingo,        que resulta muy favorable para el país, por las
                                           c) EVOLUCIÓN                                       un segundo tramo de Ixtapa – Aeropuerto,         ventajas que los mismos representan, esto
                                                                                              el Libramiento Ruta Dos en Nuevo                 ha propiciado que la demanda de caminos
                                           Ante la globalización se hicieron más              Laredo, la Autopista Cancún – Tulum,             de excelente calidad haya ido en aumento.
                                           imperantes las necesidades de contar               la Autopista Huizache – Matehuala,
                                           con una infraestructura que permita el             tres tramos de la Autopista Querétaro            En la siguiente gráfica se muestra el
                                           desarrollo de la actividad económica y             – Palmillas, el Libramiento Uman en el           comportamiento del consumo de concreto
                                           social del país.                                   estado de Yucatán, el Libramiento Rincón         hidráulico para la construcción de carreteras.
VOLUMEN DE CONCRETO EN CARRETERAS                                            muy económica. Esto normalmente se
                                                                                                      puede visualizar al realizar una análisis
                                                                                                      del costo ciclo de vida que puede ser
                                                                                                      comparado con algunas otras alternativas
                                                                                                      de pavimentación. El análisis del costo ciclo
                                                                                                      de vida es una herramienta que nos ayuda
                                                                                                      para soportar la toma de decisiones.

                                                                                                      El mantenimiento que requieren los
                                                                                                      pavimentos rígidos es mínimo, sin embargo
                                                                                                      es muy importante que el mismo se
                                                                                                      provea en tiempo y forma adecuados para
                                                                                                      garantizar las propiedades del pavimento.

                                                                                                      3. Seguridad

                                                                                                      El concreto hidráulico colocado bajo
                                                                                                      las especificaciones y con los equipos
        Nota: el volumen de 1999 incluye tramos terminados, en ejecución y licitados.                 mencionados anteriormente permite
                                                                                                      lograr una superficie de rodamiento con




                                                                                                                                                      21
                                                                                      Figura 1.1.3.   alto grado de planicidad y dada su rigidez
                                                                 Volumen de Concreto en Carreteras
                                                                                                      esta superficie permanece plana durante




                                                                                                                                                      C A P Í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N
                                                                                                      toda su vida útil, evitando la formación
                                                                                                      de roderas las cuales disminuyen el área
d) VENTAJAS                                     aun con revenimientos bajos como los
                                                utilizados en autopistas.                             de contacto entre llanta y pavimento
                                                                                                      produciendo el efecto de acuaplaneo en los
Entre las principales ventajas de un
                                                Otro aspecto importante para lograr                   días de lluvia. Otro fenómeno que se evita
pavimento de concreto hidráulico
                                                esta durabilidad tiene que ver con los                con la utilización del concreto hidráulico
podemos enumerar las siguientes:
                                                materiales que forman la estructura de                es la formación de severas deformaciones
- Durabilidad
                                                soporte, es importante conocer con detalle            en las zonas de arranque y de frenado que
- Bajo Costo de Mantenimiento
                                                las características de los mismos y sus               hacen a los pavimentos ser mas inseguros y
- Seguridad
                                                grados de compactación apoyados con los               maltratan fuertemente los vehículos.
- Altos Indices de Servicio
- Mejor Distribución de Esfuerzos bajo las      estudios de mecánica de suelos de la ruta.
  Losas                                                                                               Por el color claro del pavimento de concreto
                                                Es importante que el diseñador cuente con             hidráulico se tiene una mejor visibilidad en
1. Durabilidad                                  la suficiente información para poder estimar          caso de transitar de noche o en la oscuridad
                                                de forma precisa el volumen de tráfico y las          de días nublados.
Una de las ventajas más significativas de       cargas vehiculares que estarán transitando
los pavimentos de concreto hidráulico es        por el pavimento con el objeto de realizar            4. Altos Indices de Servicio
la durabilidad del concreto, para lograr        un diseño estructural adecuado para las
esta durabilidad es importante considerar       cubrir adecuadamente la durabilidad del               Los pavimentos de concreto hidráulico
además de la resistencia adecuada del           proyecto por efectos de fatiga.                       permiten ser construidos con altos índices
concreto ante las solicitaciones mecánicas                                                            de servicio, como se menciona en el
todos los agentes externos de exposición        2. Bajo Costo de Mantenimiento                        punto anterior se puede lograr un alto
a los que estará sujeto el pavimento para                                                             grado de planicidad o un índice de perfil
elaborar la mezcla apropiada y definir          Los pavimentos de concreto hidráulico                 muy bueno, adicionalmente siguiendo
las recomendaciones para la colocación          se han caracterizado por requerir de un               las recomendaciones de construcción
del concreto hidráulico. Se deben de            mínimo mantenimiento a lo largo de su                 adecuadas se puede proveer al pavimento
realizar los proporcionamientos de mezcla       vida útil. Esto es sin duda una de las ventajas       de una superficie altamente antiderrapante.
adecuados, con ciertas relaciones agua /        mayores que ofrecen estas alternativas de
cemento, utilizando aditivos que permitan       pavimentación. La significativa reducción             La utilización de pasajuntas permite
una reducción de agua en la mezcla y que        en los costos de mantenimiento de una vía             mantener estos índices de servicio,
den la trabajabilidad adecuada al concreto      permite que el concreto sea una opción                evitando la presencia de escalonamientos
en las losas sobretodo en tramos donde el      especificación y construcción de
                                                                                        tráfico es significativamente pesado.          pavimentos de concreto hidráulico
                                                                                                                                       en México, estas experiencias han ido
                                                                                        5. Mejor Distribución de Esfuerzos             mostrando las ventajas de este tipo de
                                                                                        bajo las Losas                                 soluciones, de tal modo que cada vez
                                                                                                                                       son mas las entidades gubernamentales
                                                                                        Dada la rigidez de la losa los esfuerzos       responsables de la construcción,
                                                                                        que se transmiten a las capas inferiores del   mantenimiento y operación de las vías que
                                                                                        pavimento se distribuyen de una manera         están interesadas en proveer a sus caminos
                                                                                        prácticamente uniforme, cosa contraria a lo    de las características de un pavimento de
                                                                                        que sucede con los pavimentos flexibles en     concreto hidráulico lo que les significa
                                                                                        donde las cargas vehiculares concentran un     ahorros sustanciales en mantenimiento,
                                                                                        gran porcentaje de su esfuerzo exactamente     mejores niveles de servicio del camino,
                                                                                        debajo del punto de aplicación de la carga     mayor vida útil y consecuentemente
                                                                                        y que se van disminuyendo conforme             economía de los recursos.
                                                                                        se alejan de la misma. La distribución
                                                                                        uniforme de las cargas permite que los         Podemos afirmar que la alternativa de
                                                                                        esfuerzos máximos que se transmiten al         pavimentación con concreto hidráulico es
                                                                                        cuerpo de soporte sean significativamente      una realidad en nuestro país y el siguiente
                                                                                        menores en magnitud, lo que permite una        paso, en el que estamos trabajando a pesar
22




                                                                                        mejor condición y menor deterioro de los       de que son mínimas las necesidades, es
                                                                                        suelos de soporte.                             el de dar a conocer a los especificadores
                                                                                                                                       y constructores los métodos de
C A P Í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N




                                                                                        e) TRABAJO CONTINUO                            rehabilitación, reparación y mantenimiento
                                                                                                                                       que se deben de seguir en los pavimentos
                                                                                        Poco a poco se ha ido logrando tener           rígidos para aprovechar de mejor forma
                                                                                        una mayor experiencia en el diseño,            todas sus ventajas.




                                           1.2         MARCO                            a) EXPERIENCIA                                 la tecnología actual de pavimentos y
                                                       DE REFERENCIA                       INTERNACIONAL                               obviamente se sigue experimentando e
                                                                                                                                       investigando para mejorar y perfeccionar
                                                                                        En muchos países del mundo se han              las técnicas actuales.
                                                                                        utilizado por muchos años los pavimentos
                                                                                        de concreto hidráulico tanto para              b) CASO DE
                                                “El desarrollo de los pavimentos        proyectos carreteros como para vías de            LATINOAMÉRICA
                                                     de Concreto Hidráulico se ha       comunicación urbanas, tal es el caso
                                                   incrementado notablemente en         de Estados Unidos, Canadá, Alemania,           En los países de América Latina se han
                                                      Latinoamérica en la década        España, Francia, Italia, Bulgaria, Etc.        utilizado los pavimentos de concreto
                                              de los 90’s, gracias a las ventajas que   De diferentes formas estos países han          principalmente para vialidades urbanas,
                                            ofrecen para el desarrollo económico        contribuido para que los métodos de            sin embargo las tecnologías de diseño y
                                                  de los países del tercer mundo”       diseño se hayan ido perfeccionando en          construcción utilizadas normalmente no
                                                                                        base a los estudios realizados en el tiempo,   habían sido las más actualizadas. El país
                                                                                        así mismo se ha evolucionado en las            de Latinoamérica que más pronto inició
                                                                                        técnicas de construcción y de evaluación       su incursión en las nuevas tecnologías
                                                                                        de los pavimentos de concreto hidráulico.      de pavimentación fue Panamá esto en
                                                                                                                                       consecuencia de la fuerte influencia
                                                                                        Todas las experiencias recopiladas durante     tecnológica que tuvieron de los Estados
                                                                                        más de 50 años han servido de base para        Unidos por su presencia en el Canal.
Posteriormente algunos otros países             En menor escala pero con una fuerte            como superficie de rodamiento, así como el
empezaron a utilizar estas tecnologías          tendencia de crecimiento lo están haciendo     número de kilómetros construidos por país
tanto en especificaciones como en               países como Venezuela, Colombia,               con estas nuevas tecnologías en Carreteras
procedimientos constructivos, sin embargo       Uruguay, Guatemala, El Salvador y Bolivia,     y Autopistas.
el desarrollo más importante se ha dado         sin embargo está tendencia parece estar
durante la última década, la de los noventas.   ampliándose a todos los países de América      Como puede observarse, el crecimiento es
                                                Latina.                                        importante y el potencial de desarrollo es
Países como: Brasil, Chile, México,                                                            aún mayor.
Argentina, han empezado a utilizar              En las gráficas siguientes podemos observar
ampliamente estas nuevas tecnologías en         de manera aproximada el porcentaje de la
el desarrollo de sus Carreteras, Autopistas y   red carretera pavimentada de estos países
Vialidades Urbanas.                             que ya cuenta con concreto hidráulico




                                                                                                                                            23
                                                                                                                                            C A P Í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N
                                                                                                                      Figura 1.2.1.
                                                                                                      Km de Concreto en Carreteras




                                                                                                                        Figura 1.2.2.
                                                                                         Porcentaje de la Red en Concreto Hidráulico
2.1   I N T RO D U CC I Ó N A LO S M É TO D O S D E D I S E Ñ O
2.2   S U E LO S
2.3   TRÁFICO
2.4   MÉTODO DE DISEÑO AASHTO
2.5   MÉTODO DE LA ASOCIACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND (PCA)
2.6   A S P E C T O S C O M P L E M E N TA R I O S A L D I S E Ñ O
C A P í T U LO D O S                         a) PAVIMENTOS                                   • Daños superficiales.
                                                CONVENCIONALES                               • Daños asociados s las deficiencias en el


DISEÑO
                                                                                             diseño o fabricación de la mezcla asfáltica.
                                             Los pavimentos convencionales se                • Daños asociados a la calidad de los
                                             consideran para la construcción de tramos       materiales.
                                             nuevos de pavimentación en donde las
                                                                                             1. Superficie de Asfalto Existente

2.1           INTRODUCCIÓN                   actividades de construcción tienen que ver
                                             con los trabajos preliminares propios a las
              A LOS MÉTODOS                                                                  Las fallas que se consideran en una
                                             características de los suelos de soporte y
              DE DISEÑO                      conformación de las terracerías y sub-base      superficie de asfalto son las siguientes : 	
                                             para el pavimento.
                                                                                             a) Huecos o baches abiertos 	
                                             Así como lo referente a la propia estructura    Cavidades o depresiones producidas por
          Las metodologías de diseño         de concreto hidráulico y sus características.   desprendimiento de la carpeta asfáltica y
  de pavimentos consideradas en este         Los métodos de diseño aplican íntegramente      de capas granulares. Se consideran 3 tipos
 manual son las más utilizadas a nivel       a este tipo de pavimentos. 	                    de huecos : 	
   internacional y son aplicables a los
                                                                                             • Superficiales: solo comprometen la capa de
       siguientes tipos de pavimentos:       b) SOBRECARPETAS                                rodadura y su profundidad es menor a 3 cm.
                                                DE CONCRETO                                  • Medios: Comprometen parte o la totalidad
       a). Pavimentos Convencionales
        b). Sobrecarpetas de Concreto
                                                (WHITETOPPING)                               de la carpeta asfáltica y su profundidad
                                                                                             oscila entre 3 y 10 cm.




                                                                                                                                            27
                     (Whitetopping)
                                             Los pavimentos denominados Whitetopping,        • Profundos: Profundidad superior a 10 cm,
                     Dentro de la gama       corresponden a rehabilitaciones de              con expulsión de material y compromiso




                                                                                                                                            C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O
        de pavimentos disponibles para       pavimentos asfálticos deteriorados. El          de la base granular.
   ciertas aplicaciones de tráfico ligero,   término aquí utilizado corresponde
        se encuentran las sobrecarpetas      a rehabilitaciones con pavimentos de            b) Fisuras longitudinales
               de concreto ultradelgado      concreto convencional tomando como                  y transversales
          (whitetopping ultradelgado).       estructura de soporte el pavimento asfáltico    Son agrietamientos longitudinales y/o
                                             que se tiene en el lugar. Los métodos de        transversales que no constituyen una malla,
       Los métodos presentados en este       diseño toman en cuenta esta solución,           sino que se presentan en forma aislada o
    manual no son aplicables al diseño       considerando las características de soporte     continua y son producidas por deficiencia
   de este tipo de soluciones especificas.   de la estructura existente que normalmente      en las juntas de construcción, por
                                             tiene capa de sub-base, base y asfalto. 	       contracción de la mezcla o desplazamiento
                                                                                             de los bordes. Se consideran 3 tipos de
                                             Algunos de los trabajos preliminares que        fisuras : 	
                                             se deben considerar para la colocación
                                             del pavimento Whitetopping difieren             • Longitudinales
                                             de los que se aplican a los pavimentos          • Transversales
                                             convencionales. 	                               • En bloque

                                             Los aspectos que se evalúan en el               c) Desgaste superficial 	
                                             diseño para la determinación de la              Son las irregularidades que se observan
                                             factibilidad técnica de que un pavimento        en la superficie, en áreas aisladas o en
                                             sea rehabilitado mediante la técnica de         forma generalizada y son el producto del
                                             Whitetopping son: 	                             desgaste de las partículas superficiales
                                                                                             o el desprendimiento de alguna de ellas
                                             • Daños estructurales.                          por acción del tránsito o inclemencias del
                                             • Daños asociados a la fatiga de las capas      tiempo. El desgaste se clasifica en : 	
                                             asfálticas.
                                             • Daños asociados a la alteración del perfil    • Ligero: Pérdida de textura uniforme,
                                             por deformaciones plásticas acumuladas.         mostrando rugosidad e irregularidades
                                             • Daños asociados a la inestabilidad de la      hasta de 5 mm de profundidad. 	
                                             banca.                                          • Medio: Cuando las irregularidades están
entre 5 mm y 15 mm de profundidad. Las         relativos y puede existir desprendimiento            De acuerdo con los daños encontrados en
                                 partículas de agregado están expuestas y se    de algunos bloques.                                  la vía, así como la capacidad estructural
                                 siente vibración al circular. 	                • Severo: Cuando las deformaciones son               residual del pavimento, se consideran desde
                                 • Severo: Desintegración superficial de la     grandes y se presenta perdida del material           la etapa de diseño algunas actividades
                                 carpeta, con desprendimientos evidentes y      asfáltico y se presenta aparición del material       correctivas.
                                 partículas sueltas sobre la vía. 	             de base.                                             	
                                                                                                                                     2. Reparación de Fallas
                                 d) Piel de Cocodrilo 	                         e) Ondulaciones 	
                                 Son agrietamientos en forma de malla           Son deformaciones grandes y notorias de              Para garantizar la uniformidad en el soporte
                                 que inicialmente se presenta en cuadros        la plataforma de la vía, que alteran su perfil       de la estructura asfáltica, se deben realizar
                                 más o menos regulares con lados entre 25       longitudinal, por efecto de asentamientos            correcciones en los sitios en donde se
                                 y 30 cm, que presentan fracturamientos         del terraplén o por levantamientos causados          presenten las siguientes irregularidades, de
                                 progresivos en forma de piel de                por las raíces de arboles. 	                         acuerdo con la siguiente tabla: 	
                                 cocodrilo. Posteriormente estas fisuras se
                                 ensanchan y profundizan ocasionando
                                                                                 TIPO DE FALLA					                                                      REPARACIÓN REQUERIDA
                                 desprendimientos. Se consideran 3 tipos de
                                 fallas : 	                                      Rodera menor a 50 mm				                                                Ninguna
                                                                                 Rodera mayor a 50 mm				                                                Fresado o Nivelación
                                 • Ligero: Cuando los agrietamientos son
                                                                                 Deformación plástica excesiva				                                       Fresado
                                 muy delgados y el tamaño de los cuadros
                                 tienen dimensiones próximas a 25 cm por         Baches						                                                            Reparar
                                 lado. No existe deformación superficial.
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                                                                                 Falla de subrasante					                                                Remoción y preparación
                                 • Medio: Cuando los bloques se han
                                 reducido de tamaño y presentan aristas          Fisuras en general, fatiga en bloque, transversales y longitudinales	   Ninguna
C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O




                                 redondeadas por perdida de partículas, las      Exudación					                                                          Ninguna
                                 grietas que los separan son mayores de 1 cm,    Degradación superficial				                                             Ninguna
                                 se advierten deformaciones y movimientos




                                 2.2                SUELOS                      a) PLASTICIDAD

                                                                                La plasticidad es la propiedad que presentan
                                                                                                                                     1. Límite Liquido

                                                                                                                                     El límite líquido se define como el contenido
                                                                                los suelos de poder deformarse, hasta cierto         de humedad expresado en porciento con
                                                                                límite, sin romperse. Por medio de ella se           respecto al peso seco de la muestra, con el
                                                                                mide el comportamiento de los suelos en              cual el suelo cambia del estado líquido al
                                                                                todas las épocas. Las arcillas presentan esta        plástico. De esta forma, los suelos plásticos
                                             En el diseño de pavimentos,        propiedad en grado variable. Para conocer            tienen en el límite líquido una resistencia
                                        es fundamental conocer algunas          la plasticidad de un suelo se hace el uso de         muy pequeña al esfuerzo de corte y según
                                       propiedades de los suelos que nos        los límites de Atterberg. 	                          Atterberg es de 25 g/cm2. Para determinar
                                     permiten conocer sus características                                                            el límite líquido de un suelo se hace el
                                       generales y sus comportamientos.         Estos límites son: Limite Líquido                    siguiente procedimiento. 	
                                                                                (LL), Limite Plástico (LP) y Limite de
                                            Algunas de estas propiedades        Contracción (LC) y mediante ellos                    a) Se toman unos 100 g de material que
                                        se obtienen mediante las pruebas        se puede conocer el tipo de suelo en                 pasa la malla No 40, se colocan en una
                                         que se describen a continuación:       estudio. Todos los limites de consistencia se        cápsula de porcelana y con una espátula
                                                                                determinan empleando suelo que pasa por              se hace una mezcla pastosa, homogénea
                                                                                la malla No. 40. La diferencia entre los             y de consistencia suave agregándole una
                                                                                valores del límite líquido y del límite plástico     pequeña cantidad de agua durante el
                                                                                da como resultado el índice plástico (IP)            mezclado. 	
                                                                                del suelo. 	                                         b) Se coloca una poca de esta mezcla en la
copa de Casagrande, formando una masa             de la muestra secada al horno, para el cual     que pasen totalmente la malla No 4, o que
alisada de un espesor de 1 cm en la parte de      los suelos cohesivos pasan de un estado         cuando mucho tengan un retenido de 10 %
máxima profundidad. 	                             semisólido a un estado plástico. El límite      en esta malla, pero que pase dicho retenido
                                                  plástico se determina con el material           totalmente por la malla 3/8”. Cuando el
c) El suelo colocado en la copa de                sobrante del límite líquido y al cual se le     material tenga retenido en la malla 3/8”
Casagrande se divide en la parte media en         evapora humedad por mezclado hasta              debe determinarse la humedad óptima
dos porciones, utilizando un ranurador.           obtener una mezcla plástica que sea             y el peso volumétrico seco máximo con
                                                  moldeable. Se forma una pequeña bola            la prueba de Porter estándar. También
d) Se acciona la copa a razón de dos golpes       que deberá rodillarse enseguida aplicando       debe efectuarse la prueba Porter estándar
por segundo, contado el número de golpes          la suficiente presión a efecto de formar        en arenas de río, arenas de minas, arenas
necesarios para que la parte inferior del talud   filamentos. 	                                   producto de trituración, tezontles arenosos
de la ranura hecha se cierre precisamente a                                                       y en general en todos aquellos materiales
1.27 cm (1/2”). Si no se cierra entre los 6 y     Cuando el diámetro del filamento                que carezcan de cementación.
35 golpes, se recoge el material y se le añade    resultante sea de 3.17 mm (1/8”) sin
agua y se vuelve a mezclar. 	                     romperse, se debe de continuar hasta que        Procedimiento:
                                                  cuando al rodillar la bola de suelo se rompa
e) Cuando se ha obtenido un valor                 el filamento al diámetro de 1/8” se toman       Se obtienen 3 kg de material previamente
consistente del número de golpes,                 los pedacitos, se pesan, se secan al horno      secado al sol. Se tamiza por la malla No
comprendido entre 6 y 35 golpes, se toman         en un vidrio, vuelven a pesarse ya secos y se   10, y los grumos que se hayan retenido
10 g aproximadamente de suelo de la zona          determina la humedad correspondiente al         se disgregan perfectamente y se vuelve a
próxima a la ranura cerrada y se determina el     límite plástico.                                tamizar por la misma malla, continuándose
contenido de agua de inmediato. Se repite el                                                      este proceso hasta que las partículas que




                                                                                                                                                   29
ensaye y si se obtiene el mismo número de                     L.P. = Ph - Ps X 100                se retengan en la malla no se puedan
golpes que el primero o no hay diferencia                              Ps                         disgregar. Terminada esta operación se




                                                                                                                                                   C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O
en más de un golpe, se repite el ensaye hasta                                                     mezcla perfectamente todo el material y se
que tres ensayes consecutivos den una             L.P. = Humedad correspondiente al límite        adiciona el material y se adiciona la cantidad
conveniente serie de números. 	                          plástico en %                            de agua necesaria para iniciar la prueba. La
                                                  Ph = Peso de los filamentos húmedos en          cantidad de agua que se adiciona deberá
f ) Se repiten los pasos del 2 al 5, teniendo            gramos                                   ser la necesaria para que una vez repartida
el suelo otros contenidos de humedad. De          Ps = Peso de los filamentos secos               uniformemente presente el material una
este modo se deben tener, por lo menos,                  en gramos.                               consistencia tal que al ser comprimido
dos grupos de dos a tres contenidos de                                                            en la palma de la mano no deje partículas
humedad, uno entre los 25 y 35 golpes y           b) PRUEBA PROCTOR                               adheridas a ella ni la humedezca, y que a la
otro entre los 6 y los 10 golpes con el fin                                                       vez el material comprimido pueda tomarse
de que la curva de fluidez no se salga del        La prueba Proctor se refiere a la               con dos dedos sin que se desmorone.
intervalo en que puede considerarse recta,        determinación del peso por unidad
según lo indica Casagrande. 	                     de volumen de un suelo que ha sido              El material que contiene ya la humedad
                                                  compactado por el procedimiento definido        necesaria para iniciar la prueba se
g) Se unen los tres puntos marcados par           para diferentes contenidos de humedad. Su       tamiza por la malla No 4, se mezcla para
el intervalo de 6 a 20 golpes con una línea       objetivo es:                                    homogeneizarlo y se compacta en el molde
recta y se señala el punto medio. Se repite                                                       cilíndrico en tres capas aproximadamente
para los dos o tres puntos dentro del             Determinar el peso volumétrico seco             iguales.
intervalo de 25 a 35 golpes. 	                    máximo γmáx que puede alcanzar un
                                                  material, así como la humedad optima wo         El pisón metálico de 2.5 kg se deja caer
h) Se conectan los puntos medios con una          que deberá hacerse la compactación.             desde una altura de 30 cm. Deberán de
línea recta que se llama curva de fluidez.                                                        darse 30 golpes repartidos uniformemente
El contenido de humedad indicado por la           Determinar el grado de compactación             para apisonar cada capa. Una vez apisonada
intersección de esta línea a 25 golpes es el      alcanzado por el material durante la            la última capa se remueve la extensión y
límite líquido del suelo.                         construcción o cuando ya se encuentran          se elimina el excedente de material del
                                                  construidos los caminos, relacionando el        molde cilíndrico y se pesa éste con todo y
2. Límite Plástico                                peso volumétrico obtenido en el lugar con       su contenido. A continuación se extrae la
                                                  el peso volumétrico máximo Proctor.             muestra compactada del cilindro y se pone
Es el contenido de humedad, expresado                                                             a secar una pequeña cantidad del corazón
en porciento con respecto al peso seco            La prueba Proctor está limitada a los suelos    de la muestra para determinar su humedad.
La muestra que ha sido removida del molde      Los peso volumétrico secos y las
                                 cilíndrico se desmenuza hasta que pasa la      humedades correspondientes se utilizan
                                 malla No 4, se añaden 60 cc (2% en peso de     para trazar la curva peso volumétrico seco -
                                 agua) y se repite el procedimiento descrito.   humedad, marcando en el eje de las abscisas
                                 Esta serie de determinaciones continúan        los contenidos de humedad. La humedad
                                 hasta que la muestra esté muy húmeda y se      que genera mayor peso volumétrico es la
                                 presente una disminución apreciable en el      que permite la mayor compactación del
                                 peso del suelo compactado.                     material y se le conoce como humedad
                                                                                óptima de compactación.
                                 El peso volumétrico húmedo para cada
30




                                 contenido de humedad se calcula con la         En la misma gráfica se dibuja la curva de
                                 siguiente fórmula:                             saturación teórica. Esta curva representa la
C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O




                                                                                humedad para cualquier peso volumétrico,
                                                   γh = Ph                      que sería necesaria para que todos los
                                                       Vt                       vacíos que dejan entre sí las partículas
                                                                                sólidas estuvieran llenos de agua.
                                 γ h = Peso volumétrico húmedo en g/cm3
                                 Ph = Peso del material húmedo                  El peso volumétrico seco correspondiente
                                       compactado en el molde, en gramos.       a la curva de saturación teórica para la
                                 Vt = Volumen del molde en cm3                  humedad dada se calcula con la fórmula:

                                 El contenido de humedad se calcula con la            γscs = 100 Da X 100 (kg / m3)
                                 siguiente fórmula                                              100 + wDr

                                              w = Ph –Ps X 100                  γscs = Peso volumétrico seco de la curva de
                                                      Ps                               saturación (kg / m3)
                                                                                Da = Densidad absoluta del material que
                                 El peso volumétrico seco para cada peso               pasa la malla No 400 en g/cm3
                                 volumétrico húmedo y su correspondiente        Dr = Densidad relativa del material que
                                 humedad se calculan por la siguiente                  pasa por la malla No 40
                                 fórmula:
                                                                                La curva de saturación teórica tiene por
                                 γs = γh                                        objeto comprobar si la prueba Proctor fue
                                 1+ w                                           correctamente efectuada, ya que la curva
                                 100                                            de saturación y la curva Proctor nunca
                                                                                deben cortarse dado que es imposible en
                                 w = Contenido de la humedad en porcentaje      la práctica llenar totalmente con agua los
                                 Pw = Peso de la muestra húmeda, en gramos      huecos que dejan las partículas del suelo
                                 Ps = Peso de la muestra seca, en gramos        compactado.
                                 γs = Peso volumétrico seco, en g/cm3
                                 γh = Peso volumétrico húmedo, en g/cm3         La curva de saturación teórica sirve para
determinar si un suelo, en el estado en que     ha logrado la disgregación de los grumos         a 110 °C hasta peso constante. Se deja
se encuentra en el lugar, es susceptible de     se tamiza la muestra por la malla ¾”. Se le      enfriar el material y se pesa y se calcula
adquirir mayor humedad o mayor peso             incorpora cierta cantidad de agua, cuyo          la humedad y el peso volumétrico seco
volumétrico fácilmente. 	                       volumen se anota, y una vez lograda la           máximo. 	
                                                distribución homogénea de la humedad
Así, una vez hecha la determinación del         se coloca en tres capas dentro del molde                      w = Ph –Ps X 100
peso volumétrico y humedad en el lugar se       de prueba, y cada una de ellas se les da 25                           Ps
calcula el porciento de huecos llenos de aire   golpes con la varilla metálica. Al terminar la
con la siguiente fórmula: 	                     colocación de la última capa se compacta         γs = γh
                                                el material aplicando cargas uniformes y         1+ w
             Va = γscs - γs X 100               lentamente procurando alcanzar la presión        100
                     γs                         de 140.6 kg/cm2 en un tiempo de 5
                                                minutos, la que debe mantenerse durante 1
                                                minuto, e inmediatamente hacer
                                                                                                 d) VALOR RELATIVO
Va = Volumen de huecos llenos de aire %                                                             DE SOPORTE
γscs = Peso volumétrico seco de suelo            la descarga en otro minuto. 	
       compactado correspondiente a la
                                                Si al llegar a la carga máxima no se             Es un índice de resistencia al esfuerzo
       humedad w
                                                humedece la base del molde, la humedad           cortante en condiciones determinadas
γs = Peso volumétrico de la curva de
                                                de la muestra es inferior a la óptima. A otra    de compactación y humedad, y se expresa
       saturación teórica correspondiente a
                                                porción de 4 kg de material se le adiciona       como el tanto porciento de la carga
       la humedad w
                                                una cantidad de agua igual a la anterior más     necesaria para introducir un pistón de
                                                80 cc y se repite el proceso. Si al aplicar la   sección circular en una muestra de suelo,
Si este valor es mayor de 6.5%, el suelo




                                                                                                                                                  31
                                                carga máxima se observa que se humedece          respecto a la profundidad de penetración
se encuentra en condiciones de adquirir
                                                la base del molde, el material muestra           del pistón en una piedra tipo triturada. Por
un peso volumétrico mayor con la




                                                                                                                                                  C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O
                                                una humedad ligeramente mayor que la             lo tanto, si P2 es la carga en kg necesaria
humedad que contiene, o bien, sin variar
                                                óptima de Porter. Para fines prácticos es        para hacer penetrar el pistón en el suelo
su peso volumétrico seco, incrementar su
                                                conveniente considerar que el espécimen se       en estudio, y Px=1360 kg, la precisa para
humedad. 	
                                                encuentra con su humedad óptima cuando           penetrar la misma cantidad en la muestra
                                                se inicia el humedecimiento de la base del       tipo de piedra triturada, el valor Relativo de
c) PRUEBA PORTER ESTÁNDAR                       molde, siendo esta la más adecuada para su       Soporte del suelo es de 	
                                                compactación.
Esta prueba tiene como finalidad                                                                           VRS = (P2/1360) * 100
determinar el peso volumétrico seco
                                                Se determina la altura del espécimen
máximo de compactación Porter y la
                                                restando la altura entre la cara superior        e) MÓDULO DE REACCIÓN (k)
humedad óptima en los suelos con material
                                                de éste y el borde del molde de la altura
mayor de 3/8” y los cuales no se les puede
                                                total del molde, y con este dato se calcula
hacer la prueba Proctor. Esta prueba sirve                                                       Es una característica de resistencia que
                                                el volumen del espécimen. Se pesa el
también para determinar la calidad de                                                            se considera constante, lo que implica
                                                espécimen con el molde de compactación,
los suelos en cuanto a valor de soporte                                                          elasticidad del suelo. Su valor numérico
                                                se le resta el peso del molde y se calcula el
se refiere, midiendo la resistencia a la                                                         depende de la textura, compacidad,
                                                peso volumétrico. 	
penetración del suelo compactado y sujeto                                                        humedad y otros factores que afectan la
a un determinado periodo de saturación.                                                          resistencia del suelo. La determinación
                                                                   γh = Ph                       de k se hace mediante una placa circular
Esta prueba se lleva a cabo de la siguiente                          Vt                          de 30” de diámetro bajo una presión tal
forma:                                                                                           que produzca una deformación del suelo
                                                γh = Peso volumétrico húmedo, en g/cm3           de 0.127 cm (0.05”). En general se puede
La humedad óptima de Porter es la humedad            o kg/m3                                     decir que el módulo de reacción k es igual
mínima requerida por el suelo para alcanzar     Ph = Peso del material húmedo                    al coeficiente del esfuerzo aplicado por la
su peso volumétrico seco máximo cuando               compactado dentro del cilindro              placa entre la deformación correspondiente
es compactado con una carga unitaria de         Vt = Porter, en gr o Kg                          producida por este esfuerzo.
140.6 kg/cm2. Para obtener la humedad                Volumen del espécimen en cm3 o m3
óptima y el peso volumétrico seco máximo                                                         Mas adelante se hace referencia a esta
se obtiene una muestra de 4 kg de material      Se extrae el material del molde y se pone        propiedad tan importante para el diseño de
secado, disgregado y cuarteado. Cuando se       a secar a una temperatura constante de 100       pavimentos.
32
C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O




                                                                                                                   Figura 2.2.1.
                                 Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS), inluyendo su identificación y descripción.
2.3               TRÁFICO                    a) INGENIERÍA DE TRÁNSITO

                                             El Instituto de Ingenieros del Transporte (ITE)
                                                                                               determinación de estos datos, ocasionará
                                                                                               que la carretera o calle funcione durante el
                                                                                               periodo de proyecto, bien con volúmenes de
                                             define a la Ingeniería del Transporte y la        tránsito muy inferiores a aquellos
                                             Ingeniería de Tránsito de la siguiente manera:    para los que se proyectó, ó mal con
                                                                                               problemas        de      congestionamiento
                                             Ingeniería de Transporte: Es la aplicación        por volúmenes de tránsito altos
        En esta sección mencionaremos                                                          muy superiores a los proyectados. 	
                                             de los principios tecnológicos y científicos
    algunos aspectos referentes al tráfico
                                             a la planeación, al proyecto funcional,
             y a la ingeniería de tránsito                                                     Los estudios sobre volúmenes de tránsito
                                             a la operación y a la administración de
          que debemos tomar en cuenta                                                          son realizados con el propósito de
                                             las diversas partes de cualquier modo
         en el proyecto de una vialidad.                                                       obtener información relacionada con el
                                             de transporte, con el fin de proveer la
                  No se trata de realizar                                                      movimiento de vehículos sobre puntos ó
                                             movilización de personas y mercancías de
           una presentación exhaustiva                                                         secciones específicas dentro de un sistema
                                             una manera segura, rápida, confortable,
      del transporte, pero sí conceptuar                                                       vial. Estos datos de volúmenes de tránsito
                                             conveniente, económica y compatible con
    de una manera muy general y clara                                                          son expresados con respecto al tiempo,
                                             el medio ambiente. 	
     sobre algunos de los aspectos de su                                                       y de su conocimiento se hace posible el
   estructura básica, sus sistemas y sus                                                       desarrollo de estimaciones razonables de la
                                             Ingeniería de Tránsito: Es aquella fase de la
    modos, de manera que el diseñador                                                          calidad de servicio prestado a los usuarios.
                                             ingeniería de transporte que tiene que ver
            conozca los fundamentos de
                                             con la planeación, el proyecto geométrico
 la ingeniería de tránsito y que cuando                                                        Se define como volumen de tránsito al
                                             y la operación del tránsito por calles y
     sea necesario profundizar en estos                                                        número de vehículos que pasan por un




                                                                                                                                              33
                                             carreteras, sus redes, terminales, tierras
temas para completar el diseño de una                                                          punto ó sección transversal dados, de
                                             adyacentes y su relación con otros modos
         vialidad, ya se tengan las bases                                                      un carril ó de una calzada, durante un
                                             de transporte. 	




                                                                                                                                              C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O
             y sea más fácil las consultas                                                     periodo determinado y se expresa como:
        en publicaciones especializadas
                                             Es decir que la Ingeniería de Tránsito es un
                               en el tema.
                                             subconjunto de la Ingeniería de Transporte,                               N
                                             y a su vez el Proyecto Geométrico es una                           Q=
                                             etapa de la Ingeniería de Tránsito. 	                                     T

                                             El Proyecto Geométrico de calles y                Donde:
                                             carreteras, es el proceso de correlación entre
                                                                                               Q = Vehículos que pasan por unidad de
                                             sus elementos físicos y las características de
                                                                                                   tiempo (Vehículos / periodo).
                                             operación de los vehículos, mediante el uso
                                                                                               N = Número total de vehículos que pasan
                                             de las matemáticas, la física y la geometría.
                                                                                                   (vehículos)
                                             En este sentido, vialidad queda definida
                                                                                               T = Período determinado
                                             geométricamente por el proyecto de su
                                                                                                   (unidades de tiempo)
                                             eje en planta (alineamiento horizontal) y
                                             en perfil (alineamiento vertical), y por el
                                                                                               1. Volúmenes de Tránsito
                                             proyecto de su sección transversal.	
                                                                                               Absolutos ó totales.
                                             b) VOLÚMEN DE TRÁNSITO                            Es el número total de vehículos que pasan
                                                                                               durante el lapso de tiempo determinado,
                                             Al proyectar una calle ó carretera,               dependiendo de la duración del lapso
                                             la selección del tipo de vialidad, las            de tiempo determinado, se tienen los
                                             intersecciones, los accesos y los servicios,      siguientes volúmenes de tránsito totales ó
                                             dependen        fundamentalmente        del       absolutos:
                                             volumen de tránsito o demanda que
                                             circulará durante un intervalo de tiempo          - Tránsito anual (TA).
                                             dado, de su variación, de su tasa de                Es el número total de vehículos que pasan
                                             crecimiento y de su composición. 	                  durante un año, en este caso T = 1 año.
                                                                                               - Tránsito mensual (TM).
                                             Los errores que se cometan en la                    Es el número total de vehículos que pasan
durante un mes, en este caso T = 1 mes.      periodo de duración de los aforos. Sin           En cuanto a la distribución direccional,
                                 - Tránsito semanal (TS).                       embargo, debido a que sus variaciones            en las calles que comunican el centro de
                                   Es el número total de vehículos que pasan    son generalmente rítmicas y repetitivas,         la ciudad con la periferia de la misma, el
                                   durante una semana, en este caso T = 1       es importante tener un conocimiento              fenómeno común que se presenta en el
                                   semana.                                      de sus características, para así programar       flujo de tránsito es de volúmenes máximos
                                 - Tránsito diario (TD).                        aforos, relacionar volúmenes en un tiempo        hacia el centro en la mañana y hacia la
                                   Es el número total de vehículos que pasan    y lugar con volúmenes de otro tiempo y           periferia en las tardes y noches. Es una
                                   durante un día, en este caso T = 1 día.      lugar, y prever con la debida anticipación       situación semejante al flujo y reflujo que
                                 - Tránsito horario (TH).                       la actuación de las fuerzas dedicadas al         se presenta los fines de semana cuando los
                                   Es el número total de vehículos que pasan    control del tránsito y labor preventiva, así     vacacionistas salen de la ciudad el viernes y
                                   durante una hora, en este caso T = 1 hora.   como las de conservación.                        sábado y regresan el domingo en la tarde.
                                 - Tasa de flujo ó flujo (q).                                                                    Este fenómeno se presenta especialmente
                                   Es el número total de vehículos que pasan    Por lo tanto, es fundamental, en la              en arterias del tipo radial.
                                   durante un período inferior a una hora, en   planeación y operación de la circulación
                                   esta caso T < 1 hora.                        vehicular, conocer las variaciones               En cambio, ciertas arterias urbanas
                                                                                periódicas de los volúmenes de tránsito          que comunican centros de gravedad
                                 2. Volúmenes de Tránsito                       dentro de las horas de máxima demanda,           importantes, no registran variaciones
                                   Promedio Diarios                             en las horas de día, en los días de la semana    direccionales muy marcadas en los
                                                                                y en los meses del año. Aún más, también         volúmenes de tránsito. Un ejemplo de
                                 Se define el volumen de tránsito promedio      es importante conocer las variaciones de         éstos puede citarse en el caso del Anillo
                                 diario (TPD), como el número total de          los volúmenes de tránsito en función de          Periférico de la Ciudad de México, en
                                 vehículos que pasan durante un periodo         su distribución por carriles, su distribución    su tramo entre el Viaducto y Naucalpan,
34




                                 dado (en días completos) igual ó menor a       direccional y su composición.                    donde la distribución direccional es
                                 un año y mayor que un día, dividido entre                                                       bastante equilibrada, tanto en las horas de
C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O




                                 el número de días del periodo.                 Distribución y composición                       máxima demanda de la mañana, como
                                                                                del volumen de tránsito.                         en las de la tarde, es decir, no hay mucha
                                 De acuerdo al número de días de este                                                            diferencia entre los volúmenes en uno u
                                 período, se presentan los siguientes           La distribución de los volúmenes de              otro sentido.
                                 volúmenes de tránsito promedio diarios,        tránsito por carriles debe ser considerada,
                                 dados en vehículos por día:                    tanto en el proyecto como en la operación        En los estudios de volúmenes de tránsito
                                                                                de calles y carreteras. Tratándose de tres o     es muy útil conocer la composición
                                 - Tránsito promedio diario anual (TPDA)        más carriles de operación en un sentido, el      y variación de los distintos tipos de
                                                                                flujo se asemeja a una corriente hidráulica.     vehículos. La composición vehicular se
                                                           TA
                                              TPDA =                            Así, al medir los volúmenes de tránsito por      mide en términos de porcentajes sobre
                                                          365                   carril, en zona urbana, la mayor velocidad       el volumen total. Por ejemplo, porcentaje
                                                                                y capacidad, generalmente se logran en           de automóviles, de autobuses y de
                                 - Tránsito promedio diario mensual             el carril del medio; las fricciones laterales,   camiones. En los países más adelantados,
                                 (TPDM)                                         como paradas de autobuses y taxis y las          con un mayor grado de motorización, los
                                                                                vueltas izquierdas y derechas causan un          porcentajes de autobuses y camiones en los
                                                           TM
                                              TPDM =                            flujo más lento en los carriles extremos,        volúmenes de tránsito son bajos.
                                                           30                   llevando el menor volumen el carril
                                                                                cercano a la acera.                              En cambio, en países con menor grado
                                 - Tránsito promedio diario semanal                                                              de desarrollo, el porcentaje de estos
                                 (TPDS)                                         En carretera, a volúmenes bajos y                vehículos grandes y lentos es mayor. En
                                                                                medios suele ocurrir lo contrario, por           nuestro medio, como es el caso de México,
                                                            TS
                                              TPDM =                            lo que se reserva el carril cerca de la faja     a nivel rural, es muy común encontrar
                                                            7                   separadora central para vehículos más            porcentajes típicos o medios del orden
                                                                                rápidos y para rebases, y se presentan           de 60% automóviles, 10% autobuses y
                                 3. Características de los Volúmenes            mayores volúmenes en el carril                   30% camiones, con variaciones de ± 10%,
                                   de Tránsito.                                 inmediato al acotamiento. En autopistas          dependiendo del tipo de carretera, la hora
                                                                                de tres carriles con altos volúmenes de          del día y el día de la semana.
                                 Los volúmenes de tránsito siempre deben        tránsito, rurales o urbanas, por lo general
                                 ser considerados como dinámicos, por           hay mayores volúmenes en el carril               Variación diaria del volumen
                                 lo que solamente son precisos para el          inmediato a la faja separadora central.          de tránsito.
Se han estudiado cuáles son los días de la      El comportamiento de cualquier fenómeno
semana que llevan los volúmenes normales        ó suceso estará naturalmente mucho mejor
de tránsito. Así, para carreteras principales   caracterizado cuando se analiza todo su
de lunes a viernes los volúmenes son muy        universo. En este caso, el tamaño de su
estables los máximos, generalmente se           población está limitada en el espacio y en el
registran durante el fin de semana, ya sea el   tiempo por las variables asociadas al mismo.
sábado o el domingo, debido a que durante
estos días por estas carreteras circula una     Con respecto a volúmenes de tránsito, para
alta demanda de usuarios de tipo turístico      obtener el tránsito promedio diario anual,
y recreacional.                                 TPDA, es necesario disponer del número
                                                total de vehículos que pasan durante el año
En carreteras secundarias de tipo agrícola,     por el punto de referencia, mediante aforos
los máximos volúmenes se presentan              continuos a lo largo de todo el año, ya sea
entre semana. En las calles de la ciudad,       en periodos horarios, diarios, semanales ó
la variación de los volúmenes de tránsito       mensuales. Muchas veces esta información
diario no es muy pronunciada entre              anual es díficil de obtener, al menos en todas
semana, esto es que están más o menos           las vialidades por los costos que ello implica,
distribuidos en los días laborales, sin         sin embargo se pueden obtener datos en
embargo, los más altos volúmenes ocurren        las casetas de cobro para las carreteras de
el viernes. También vale la pena mencionar,     cuota y mediante contadores automáticos
con referencia a la variación diaria de los     instalados en estaciones maestras de la
volúmenes de tránsito tanto a nivel urbano      gran mayoría de las carreteras de la red vial




                                                                                                  35
como rural, que se presentan máximos            primaria de la nación.
en aquellos días de eventos especiales




                                                                                                  C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O
como Semana Santa, Navidad, fin de año,         En estos casos, muestras de los datos
competencias deportivas nacionales e            sujetas a las mismas técnicas de análisis
internacionales, etc.                           permiten generalizar el comportamiento
                                                de la población. No obstante, antes de que
Variación mensual del volumen                   los resultados se puedan generalizar, se
de tránsito.                                    debe analizar la variabilidad de la muestra
                                                para así estar seguros, con cierto nivel de
Hay meses que las calles y carreteras llevan    confiabilidad, que ésta se puede aplicar a
mayores volúmenes que, presentando              otro número de casos no incluidos, y que
variaciones notables. Los más altos             forman parte de las características de la
volúmenes de tránsito se registran en           población.
Semana Santa, en las vacaciones escolares
y a fin de año por las fiestas y vacaciones     Por lo anterior, en el análisis de volúmenes
navideñas del mes de diciembre. Por razón       de tránsito, la media poblacional o tránsito
los volúmenes de tránsito promedio diarios      promedio diario anual, TPDA, se estima
que caracterizan cada mes son diferentes,       con base en la media muestral ó tránsito
dependiendo también, en cierta manera,          promedio diario semanal, TPDS, según la
de la categoría y del tipo de servicio que      siguiente expresión:
presten las calles y carreteras. Sin embargo,
el patrón de variación de cualquier vialidad                TPDA = TPDS ± A
no cambia grandemente de año a año, a
menos que ocurran cambios importantes           Donde:
en suelo, en los usos de la tierra, o se        A = Máxima diferencia entre el TPDA y el
construyan nuevas calles o carreteras que       TPDS
funcionen como alternas.
                                                El valor de A, sumado ó restado del TPDS,
4. Volúmenes a Futuro.                          define el intervalo de confianza dentro
                                                del cuál se encuentra el TPDA. Para un
Relación entre los volúmenes de tránsito        determinado nivel de confianza, el valor de
promedio diario, anual y semanal.               A es:
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Manual de Pavimentos

  • 1. PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX Impulsando el Desarrollo de México
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7. ARCO NORTE Edo. de México - Hidalgo - Puebla - Tlaxcala
  • 8.
  • 9. “Hasta hace algunos años en México sólo se construían pavimentos con carpeta asfáltica que significaban una vida útil corta y representaban altos costos de mantenimiento. En 1993, CEMEX introduce en México los pavimentos de concreto hidráulico, en su afán de brindar una mayor durabilidad a la red carretera nacional.”
  • 10.
  • 11. ÍNDICE C A P í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N 17 1.1 Antecedentes y evolución de los pavimentos de concreto 1.2 Marco Referencial C A P í T U LO 2 . D I S E Ñ O 25 2.1 Introducción a los métodos de diseño 2.2 Suelos 2.3 Tr á f i c o 2.4 Método de di seño A A SHTO 2.5 Método de la asociación del cemento Por tland (PCA) 2.6 Aspectos complementarios al diseño C A P í T U LO 3 . P RO C ES O CO N ST RUCTIVO 79 3.1 Preliminares 3.2 Cimbra deslizante 3.3 Cimbra fija 3.4 Pav imentos de concreto estampado C A P í T U LO 4 . D I S E Ñ O Y CO N ST RUCCIÓN DE JUNTAS 99 4.1 Consideraciones para el diseño de juntas 4.2 Especificaciones de materiales 4.3 Herramientas 4.4 Equipos C A P í T U LO 5 . P RO D U C TO S Y S ERVICIOS DE CEMEX CONCRETOS 127 5.1 Servicios 5.2 Caminos rurales de pavimentación progresiva 5.3 Futuros de los métodos de diseño B I B L I O G R AF Í A 137
  • 12.
  • 13. AEROPISTA ISLA SOCORRO Océano Pacífico
  • 14.
  • 15. “Las crecientes necesidades de desarrollo, la búsqueda de soluciones perdurables y la demanda de contar más y mejores caminos han contribuido para lograr que en la modernización y ampliación de la red carretera de México se esté especificando el uso de pavimentos del concreto hidráulico bajo estándares internacionales de calidad.”
  • 16.
  • 17. C A P í T U LO U N O INTRODUCCIÓN 1 . 1 A N T E C E D E N T E S Y E V O L U C I Ó N D E L O S PAV I M E N T O S D E C O N C R E T O 1.2 MARCO REFERENCIAL
  • 18.
  • 19. C A P í T U LO U N O INTRODUCCIÓN 1.1 ANTECEDENTES Y EVOLUCIÓN DE LOS PAVIMENTOS a) ANTECEDENTES La extensión territorial de México cuenta resultaban en costo muy inferiores a los del concreto hidráulico. Adicionalmente existía una gran desinformación y desconocimiento con una gran diversidad de climas, tipos sobre el diseño y construcción con nuevas DE CONCRETO de suelos, zonas ambientales y etnias, su tecnologías de los pavimentos de concreto heterogeneidad nos ha ido marcando hidráulico. Otro factor importante es que el camino del desarrollo y crecimiento, cuando se diseñaron los caminos de México “Las crecientes necesidades de alguna manera esta diversidad ha para el tránsito que se pensaba tenían que de desarrollo, la búsqueda de soluciones influido en la conformación de nuestra soportar, los pavimentos de asfalto parecían perdurables y la demanda de contar infraestructura carretera. ser una alternativa suficiente. más y mejores caminos han contribuido para lograr que en la modernización En México tenemos aproximadamente Ante la preocupación acerca del deterioro y ampliación de la red carretera de 95,000 km de caminos pavimentados de las carreteras en la red y considerando México se esté especificando el uso de cuyas condiciones de servicio no son las los puntos anteriormente planteados 19 pavimentos del concreto hidráulico bajo óptimas, de hecho la mayoría de ellos esta la Secretaría de Comunicaciones y estándares internacionales de calidad.” catalogado por las propias autoridades Transportes (SCT) se dio a la tarea C A P Í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N como pavimentos en regulares y malas de buscar soluciones alternativas a tcondiciones. Una razón importante del tal situación que pudieran soportar bajo nivel de servicio es debido a que estas adecuadamente las cargas y el volumen de carreteras se proyectaron, diseñaron y tráfico pesado buscando que los niveles construyeron en su mayoría entre los años de servicio permanecieran en buen nivel de 1925 a 1970. La red estuvo proyectada durante períodos mayores. Tales exigencias para soportar cargas vehiculares que varían orientaron a la SCT a la solución con entre las 6 y 8 toneladas y en la actualidad pavimentos de concreto hidráulico, que llega a tener camiones cargados los cuales representaban un costo razonable, con en algunos casos alcanzan a pesar hasta una capacidad estructural adecuada tanto 60 toneladas. Además de no considerar el para el volumen de tránsito como para la aumento en los pesos de los vehículos, no intensidad del mismo y un período de vida se consideró tampoco el crecimiento del costeable de acuerdo a la magnitud de la tránsito de camiones pesados en la red, inversión. ya que se considero en el diseño el tráfico diario que anteriormente se tenía y que b) TECNOLOGÍA variaba entre los 500 y 1,000 vehículos, sin embargo en la actualidad se tienen valores Para satisfacer la demanda de diseñar, significativamente mayores de hasta especificar y construir los pavimentos 15,000 vehículos. de concreto hidráulico con las mejores tecnologías a nivel mundial y con altos Antes del año de 1993 la especificación estándares en sus especificaciones, tubo y construcción de pavimentos de que llevarse a cabo un programa de concreto hidráulico en México fue capacitación intensivo y avanzado para los relativamente escasa. Se considera que técnicos e ingenieros especificadores, esto esto se debió principalmente a que se logró con el apoyo de la iniciativa privada nuestro país es un importante productor mexicana interesada en el desarrollo de la de petróleo y por consiguiente de asfalto infraestructura del país con base en este tipo y como anteriormente existía un subsidio de pavimentos. Este tipo de capacitaciones importante en el precio del asfalto, los se ha seguido desarrollando tanto en pavimentos asfálticos en nuestro país México como en el extranjero.
  • 20. Se realizó una revisión exhaustiva sobre En el año de 1993 la SCT con el apoyo de de Romos en el estado de Aguascalientes, los tipos de maquinaria que estaban Cementos Mexicanos construyó la primera Boulevard Aeropuerto La Paz y el tramo disponibles en el mercado internacional carretera de concreto hidráulico con el de Chihuahua – Aldama. En este período para realizar estas tareas, tanto plantas de uso de especificaciones internacionales y se realizó una ampliación a la aeropista del mezclado central para la elaboración del las nuevas tecnologías de pavimentación, aeropuerto de Mérida con la tecnología del concreto con la calidad y en las cantidades siguiendo estrictas normas de calidad tanto concreto hidráulico. necesarias para lograr altos rendimientos en en la producción como en el tendido del la pavimentación, así como pavimentadoras concreto y contemplando una serie de Para 1999 se estuvieron realizando ó por de cimbra deslizante con las características alternativas en las especificaciones que iniciar los trabajos de construcción de los necesarias para lograr altos niveles de permitirían establecer posteriormente tramos de: la Autopista Rosario – Escuinapa servicio, seguridad y confort. Se analizaron situaciones comparativas que permitirían en el estado de Sinaloa, Aeropuerto Vallarta también las ventajas y desventajas de unas establecer adecuadamente las características – Río Ameca en Jalisco, Río Ameca - Cruz marcas de equipos con respecto a otras, la ideales en las especificaciones de los de Huanacaxtle en Nayarit, el segundo experiencia de las empresas dedicadas a la pavimentos de concreto hidráulico. Así en tramo de la Cárdenas – Agua Dulce en fabricación de estos equipos, la facilidad 1993 el libramiento Ticumán ya era una Tabasco, la carretera Yautepec – Oacalco, con la que dichas empresas podrían ofrecer realidad en concreto hidráulico, con una el tramo Poxila – Límite de Estados los servicios de capacitación, refacciones longitud de 8.5km. en Yucatán, Libramiento de Colima, y mantenimiento para dichos equipos, Chajul – Flor de Café en el estado de e incluso la posibilidad de desarrollar A partir de este proyecto y con los resultados Chiapas, Entronque Feliciano – Lázaro representantes locales de dichas empresas programados que se fueron obteniendo del Cárdenas Michoacán, Acceso al Puerto 20 para dar servicio en México. De igual mismo, se continuo con la especificación y Fronterizo Laredo puente Internacional III, forma se trabajo en lo referente a equipos construcción de algunas otras carreteras de Matehuala – San Roberto y San Roberto para dar el texturizado final al pavimento concreto hidráulico en el país, de tal forma – Puerto México en el estado de Nuevo C A P Í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N de concreto, las maquinas cortadoras que al final de 1994 ya se habían iniciado León, el acceso al puerto de Altamira para conformar los tableros de losas, los los trabajos en los tramos de las Autopistas (API), las laterales del Paseo Tollocán en diferentes tipos de discos para estos cortes, Guadalajara – Tepic, Tuxpan – Tihuatlán y Toluca Estado de México, los tramos de y algunos otros equipos de medición de las Tihuatlán – Poza Rica, así como el primer Huayacocotla y la Chinantla en Veracruz, el características físicas de los pavimentos. tramo de la Cárdenas – Agua Dulce. Libramiento Nororiente de Querétaro, así como la aeropista del aeropuerto de Kaua Terminados los análisis anteriores se A pesar de la crisis económica que sufrió en el estado de Yucatán. importaron los equipos seleccionados a el país, para el año de 1995 ya se estaban nuestro país y se dio inicio propiamente al realizando los trabajos de algunas carreteras desarrollo de este tipo de soluciones. como: Yautepec - Jojutla, Atlapexco – Tianguistengo, Jiutepec – Zapata y un tramo de la Autopista Querétaro – San Luis Potosí. Durante el año de 1996 se construyeron también de concreto los tramos: Entronque Aeropuerto de San Luis Potosí – Entronque Libramiento de San Luis Figura 1.1.2. Potosí, Libramiento de San Luis Potosí – El Autopista de Concreto Hidráulico Huizache y el tramo Aeropuerto de Ixtapa – Zihuatanejo. Como se ha descrito en la información presentada anteriormente el crecimiento y Figura 1.1.1 Pavimentadora de Cimbra Deslizante Para los años de 1997 y 1998 se evolución de los pavimentos de concreto especificaron y construyeron los siguientes hidráulico ha aumentado de una manera tramos: Autopista Pirámides – Tulancingo, que resulta muy favorable para el país, por las c) EVOLUCIÓN un segundo tramo de Ixtapa – Aeropuerto, ventajas que los mismos representan, esto el Libramiento Ruta Dos en Nuevo ha propiciado que la demanda de caminos Ante la globalización se hicieron más Laredo, la Autopista Cancún – Tulum, de excelente calidad haya ido en aumento. imperantes las necesidades de contar la Autopista Huizache – Matehuala, con una infraestructura que permita el tres tramos de la Autopista Querétaro En la siguiente gráfica se muestra el desarrollo de la actividad económica y – Palmillas, el Libramiento Uman en el comportamiento del consumo de concreto social del país. estado de Yucatán, el Libramiento Rincón hidráulico para la construcción de carreteras.
  • 21. VOLUMEN DE CONCRETO EN CARRETERAS muy económica. Esto normalmente se puede visualizar al realizar una análisis del costo ciclo de vida que puede ser comparado con algunas otras alternativas de pavimentación. El análisis del costo ciclo de vida es una herramienta que nos ayuda para soportar la toma de decisiones. El mantenimiento que requieren los pavimentos rígidos es mínimo, sin embargo es muy importante que el mismo se provea en tiempo y forma adecuados para garantizar las propiedades del pavimento. 3. Seguridad El concreto hidráulico colocado bajo las especificaciones y con los equipos Nota: el volumen de 1999 incluye tramos terminados, en ejecución y licitados. mencionados anteriormente permite lograr una superficie de rodamiento con 21 Figura 1.1.3. alto grado de planicidad y dada su rigidez Volumen de Concreto en Carreteras esta superficie permanece plana durante C A P Í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N toda su vida útil, evitando la formación de roderas las cuales disminuyen el área d) VENTAJAS aun con revenimientos bajos como los utilizados en autopistas. de contacto entre llanta y pavimento produciendo el efecto de acuaplaneo en los Entre las principales ventajas de un Otro aspecto importante para lograr días de lluvia. Otro fenómeno que se evita pavimento de concreto hidráulico esta durabilidad tiene que ver con los con la utilización del concreto hidráulico podemos enumerar las siguientes: materiales que forman la estructura de es la formación de severas deformaciones - Durabilidad soporte, es importante conocer con detalle en las zonas de arranque y de frenado que - Bajo Costo de Mantenimiento las características de los mismos y sus hacen a los pavimentos ser mas inseguros y - Seguridad grados de compactación apoyados con los maltratan fuertemente los vehículos. - Altos Indices de Servicio - Mejor Distribución de Esfuerzos bajo las estudios de mecánica de suelos de la ruta. Losas Por el color claro del pavimento de concreto Es importante que el diseñador cuente con hidráulico se tiene una mejor visibilidad en 1. Durabilidad la suficiente información para poder estimar caso de transitar de noche o en la oscuridad de forma precisa el volumen de tráfico y las de días nublados. Una de las ventajas más significativas de cargas vehiculares que estarán transitando los pavimentos de concreto hidráulico es por el pavimento con el objeto de realizar 4. Altos Indices de Servicio la durabilidad del concreto, para lograr un diseño estructural adecuado para las esta durabilidad es importante considerar cubrir adecuadamente la durabilidad del Los pavimentos de concreto hidráulico además de la resistencia adecuada del proyecto por efectos de fatiga. permiten ser construidos con altos índices concreto ante las solicitaciones mecánicas de servicio, como se menciona en el todos los agentes externos de exposición 2. Bajo Costo de Mantenimiento punto anterior se puede lograr un alto a los que estará sujeto el pavimento para grado de planicidad o un índice de perfil elaborar la mezcla apropiada y definir Los pavimentos de concreto hidráulico muy bueno, adicionalmente siguiendo las recomendaciones para la colocación se han caracterizado por requerir de un las recomendaciones de construcción del concreto hidráulico. Se deben de mínimo mantenimiento a lo largo de su adecuadas se puede proveer al pavimento realizar los proporcionamientos de mezcla vida útil. Esto es sin duda una de las ventajas de una superficie altamente antiderrapante. adecuados, con ciertas relaciones agua / mayores que ofrecen estas alternativas de cemento, utilizando aditivos que permitan pavimentación. La significativa reducción La utilización de pasajuntas permite una reducción de agua en la mezcla y que en los costos de mantenimiento de una vía mantener estos índices de servicio, den la trabajabilidad adecuada al concreto permite que el concreto sea una opción evitando la presencia de escalonamientos
  • 22. en las losas sobretodo en tramos donde el especificación y construcción de tráfico es significativamente pesado. pavimentos de concreto hidráulico en México, estas experiencias han ido 5. Mejor Distribución de Esfuerzos mostrando las ventajas de este tipo de bajo las Losas soluciones, de tal modo que cada vez son mas las entidades gubernamentales Dada la rigidez de la losa los esfuerzos responsables de la construcción, que se transmiten a las capas inferiores del mantenimiento y operación de las vías que pavimento se distribuyen de una manera están interesadas en proveer a sus caminos prácticamente uniforme, cosa contraria a lo de las características de un pavimento de que sucede con los pavimentos flexibles en concreto hidráulico lo que les significa donde las cargas vehiculares concentran un ahorros sustanciales en mantenimiento, gran porcentaje de su esfuerzo exactamente mejores niveles de servicio del camino, debajo del punto de aplicación de la carga mayor vida útil y consecuentemente y que se van disminuyendo conforme economía de los recursos. se alejan de la misma. La distribución uniforme de las cargas permite que los Podemos afirmar que la alternativa de esfuerzos máximos que se transmiten al pavimentación con concreto hidráulico es cuerpo de soporte sean significativamente una realidad en nuestro país y el siguiente menores en magnitud, lo que permite una paso, en el que estamos trabajando a pesar 22 mejor condición y menor deterioro de los de que son mínimas las necesidades, es suelos de soporte. el de dar a conocer a los especificadores y constructores los métodos de C A P Í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N e) TRABAJO CONTINUO rehabilitación, reparación y mantenimiento que se deben de seguir en los pavimentos Poco a poco se ha ido logrando tener rígidos para aprovechar de mejor forma una mayor experiencia en el diseño, todas sus ventajas. 1.2 MARCO a) EXPERIENCIA la tecnología actual de pavimentos y DE REFERENCIA INTERNACIONAL obviamente se sigue experimentando e investigando para mejorar y perfeccionar En muchos países del mundo se han las técnicas actuales. utilizado por muchos años los pavimentos de concreto hidráulico tanto para b) CASO DE “El desarrollo de los pavimentos proyectos carreteros como para vías de LATINOAMÉRICA de Concreto Hidráulico se ha comunicación urbanas, tal es el caso incrementado notablemente en de Estados Unidos, Canadá, Alemania, En los países de América Latina se han Latinoamérica en la década España, Francia, Italia, Bulgaria, Etc. utilizado los pavimentos de concreto de los 90’s, gracias a las ventajas que De diferentes formas estos países han principalmente para vialidades urbanas, ofrecen para el desarrollo económico contribuido para que los métodos de sin embargo las tecnologías de diseño y de los países del tercer mundo” diseño se hayan ido perfeccionando en construcción utilizadas normalmente no base a los estudios realizados en el tiempo, habían sido las más actualizadas. El país así mismo se ha evolucionado en las de Latinoamérica que más pronto inició técnicas de construcción y de evaluación su incursión en las nuevas tecnologías de los pavimentos de concreto hidráulico. de pavimentación fue Panamá esto en consecuencia de la fuerte influencia Todas las experiencias recopiladas durante tecnológica que tuvieron de los Estados más de 50 años han servido de base para Unidos por su presencia en el Canal.
  • 23. Posteriormente algunos otros países En menor escala pero con una fuerte como superficie de rodamiento, así como el empezaron a utilizar estas tecnologías tendencia de crecimiento lo están haciendo número de kilómetros construidos por país tanto en especificaciones como en países como Venezuela, Colombia, con estas nuevas tecnologías en Carreteras procedimientos constructivos, sin embargo Uruguay, Guatemala, El Salvador y Bolivia, y Autopistas. el desarrollo más importante se ha dado sin embargo está tendencia parece estar durante la última década, la de los noventas. ampliándose a todos los países de América Como puede observarse, el crecimiento es Latina. importante y el potencial de desarrollo es Países como: Brasil, Chile, México, aún mayor. Argentina, han empezado a utilizar En las gráficas siguientes podemos observar ampliamente estas nuevas tecnologías en de manera aproximada el porcentaje de la el desarrollo de sus Carreteras, Autopistas y red carretera pavimentada de estos países Vialidades Urbanas. que ya cuenta con concreto hidráulico 23 C A P Í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N Figura 1.2.1. Km de Concreto en Carreteras Figura 1.2.2. Porcentaje de la Red en Concreto Hidráulico
  • 24.
  • 25. 2.1 I N T RO D U CC I Ó N A LO S M É TO D O S D E D I S E Ñ O 2.2 S U E LO S 2.3 TRÁFICO 2.4 MÉTODO DE DISEÑO AASHTO 2.5 MÉTODO DE LA ASOCIACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND (PCA) 2.6 A S P E C T O S C O M P L E M E N TA R I O S A L D I S E Ñ O
  • 26.
  • 27. C A P í T U LO D O S a) PAVIMENTOS • Daños superficiales. CONVENCIONALES • Daños asociados s las deficiencias en el DISEÑO diseño o fabricación de la mezcla asfáltica. Los pavimentos convencionales se • Daños asociados a la calidad de los consideran para la construcción de tramos materiales. nuevos de pavimentación en donde las 1. Superficie de Asfalto Existente 2.1 INTRODUCCIÓN actividades de construcción tienen que ver con los trabajos preliminares propios a las A LOS MÉTODOS Las fallas que se consideran en una características de los suelos de soporte y DE DISEÑO conformación de las terracerías y sub-base superficie de asfalto son las siguientes : para el pavimento. a) Huecos o baches abiertos Así como lo referente a la propia estructura Cavidades o depresiones producidas por Las metodologías de diseño de concreto hidráulico y sus características. desprendimiento de la carpeta asfáltica y de pavimentos consideradas en este Los métodos de diseño aplican íntegramente de capas granulares. Se consideran 3 tipos manual son las más utilizadas a nivel a este tipo de pavimentos. de huecos : internacional y son aplicables a los • Superficiales: solo comprometen la capa de siguientes tipos de pavimentos: b) SOBRECARPETAS rodadura y su profundidad es menor a 3 cm. DE CONCRETO • Medios: Comprometen parte o la totalidad a). Pavimentos Convencionales b). Sobrecarpetas de Concreto (WHITETOPPING) de la carpeta asfáltica y su profundidad oscila entre 3 y 10 cm. 27 (Whitetopping) Los pavimentos denominados Whitetopping, • Profundos: Profundidad superior a 10 cm, Dentro de la gama corresponden a rehabilitaciones de con expulsión de material y compromiso C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O de pavimentos disponibles para pavimentos asfálticos deteriorados. El de la base granular. ciertas aplicaciones de tráfico ligero, término aquí utilizado corresponde se encuentran las sobrecarpetas a rehabilitaciones con pavimentos de b) Fisuras longitudinales de concreto ultradelgado concreto convencional tomando como y transversales (whitetopping ultradelgado). estructura de soporte el pavimento asfáltico Son agrietamientos longitudinales y/o que se tiene en el lugar. Los métodos de transversales que no constituyen una malla, Los métodos presentados en este diseño toman en cuenta esta solución, sino que se presentan en forma aislada o manual no son aplicables al diseño considerando las características de soporte continua y son producidas por deficiencia de este tipo de soluciones especificas. de la estructura existente que normalmente en las juntas de construcción, por tiene capa de sub-base, base y asfalto. contracción de la mezcla o desplazamiento de los bordes. Se consideran 3 tipos de Algunos de los trabajos preliminares que fisuras : se deben considerar para la colocación del pavimento Whitetopping difieren • Longitudinales de los que se aplican a los pavimentos • Transversales convencionales. • En bloque Los aspectos que se evalúan en el c) Desgaste superficial diseño para la determinación de la Son las irregularidades que se observan factibilidad técnica de que un pavimento en la superficie, en áreas aisladas o en sea rehabilitado mediante la técnica de forma generalizada y son el producto del Whitetopping son: desgaste de las partículas superficiales o el desprendimiento de alguna de ellas • Daños estructurales. por acción del tránsito o inclemencias del • Daños asociados a la fatiga de las capas tiempo. El desgaste se clasifica en : asfálticas. • Daños asociados a la alteración del perfil • Ligero: Pérdida de textura uniforme, por deformaciones plásticas acumuladas. mostrando rugosidad e irregularidades • Daños asociados a la inestabilidad de la hasta de 5 mm de profundidad. banca. • Medio: Cuando las irregularidades están
  • 28. entre 5 mm y 15 mm de profundidad. Las relativos y puede existir desprendimiento De acuerdo con los daños encontrados en partículas de agregado están expuestas y se de algunos bloques. la vía, así como la capacidad estructural siente vibración al circular. • Severo: Cuando las deformaciones son residual del pavimento, se consideran desde • Severo: Desintegración superficial de la grandes y se presenta perdida del material la etapa de diseño algunas actividades carpeta, con desprendimientos evidentes y asfáltico y se presenta aparición del material correctivas. partículas sueltas sobre la vía. de base. 2. Reparación de Fallas d) Piel de Cocodrilo e) Ondulaciones Son agrietamientos en forma de malla Son deformaciones grandes y notorias de Para garantizar la uniformidad en el soporte que inicialmente se presenta en cuadros la plataforma de la vía, que alteran su perfil de la estructura asfáltica, se deben realizar más o menos regulares con lados entre 25 longitudinal, por efecto de asentamientos correcciones en los sitios en donde se y 30 cm, que presentan fracturamientos del terraplén o por levantamientos causados presenten las siguientes irregularidades, de progresivos en forma de piel de por las raíces de arboles. acuerdo con la siguiente tabla: cocodrilo. Posteriormente estas fisuras se ensanchan y profundizan ocasionando TIPO DE FALLA REPARACIÓN REQUERIDA desprendimientos. Se consideran 3 tipos de fallas : Rodera menor a 50 mm Ninguna Rodera mayor a 50 mm Fresado o Nivelación • Ligero: Cuando los agrietamientos son Deformación plástica excesiva Fresado muy delgados y el tamaño de los cuadros tienen dimensiones próximas a 25 cm por Baches Reparar lado. No existe deformación superficial. 28 Falla de subrasante Remoción y preparación • Medio: Cuando los bloques se han reducido de tamaño y presentan aristas Fisuras en general, fatiga en bloque, transversales y longitudinales Ninguna C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O redondeadas por perdida de partículas, las Exudación Ninguna grietas que los separan son mayores de 1 cm, Degradación superficial Ninguna se advierten deformaciones y movimientos 2.2 SUELOS a) PLASTICIDAD La plasticidad es la propiedad que presentan 1. Límite Liquido El límite líquido se define como el contenido los suelos de poder deformarse, hasta cierto de humedad expresado en porciento con límite, sin romperse. Por medio de ella se respecto al peso seco de la muestra, con el mide el comportamiento de los suelos en cual el suelo cambia del estado líquido al todas las épocas. Las arcillas presentan esta plástico. De esta forma, los suelos plásticos En el diseño de pavimentos, propiedad en grado variable. Para conocer tienen en el límite líquido una resistencia es fundamental conocer algunas la plasticidad de un suelo se hace el uso de muy pequeña al esfuerzo de corte y según propiedades de los suelos que nos los límites de Atterberg. Atterberg es de 25 g/cm2. Para determinar permiten conocer sus características el límite líquido de un suelo se hace el generales y sus comportamientos. Estos límites son: Limite Líquido siguiente procedimiento. (LL), Limite Plástico (LP) y Limite de Algunas de estas propiedades Contracción (LC) y mediante ellos a) Se toman unos 100 g de material que se obtienen mediante las pruebas se puede conocer el tipo de suelo en pasa la malla No 40, se colocan en una que se describen a continuación: estudio. Todos los limites de consistencia se cápsula de porcelana y con una espátula determinan empleando suelo que pasa por se hace una mezcla pastosa, homogénea la malla No. 40. La diferencia entre los y de consistencia suave agregándole una valores del límite líquido y del límite plástico pequeña cantidad de agua durante el da como resultado el índice plástico (IP) mezclado. del suelo. b) Se coloca una poca de esta mezcla en la
  • 29. copa de Casagrande, formando una masa de la muestra secada al horno, para el cual que pasen totalmente la malla No 4, o que alisada de un espesor de 1 cm en la parte de los suelos cohesivos pasan de un estado cuando mucho tengan un retenido de 10 % máxima profundidad. semisólido a un estado plástico. El límite en esta malla, pero que pase dicho retenido plástico se determina con el material totalmente por la malla 3/8”. Cuando el c) El suelo colocado en la copa de sobrante del límite líquido y al cual se le material tenga retenido en la malla 3/8” Casagrande se divide en la parte media en evapora humedad por mezclado hasta debe determinarse la humedad óptima dos porciones, utilizando un ranurador. obtener una mezcla plástica que sea y el peso volumétrico seco máximo con moldeable. Se forma una pequeña bola la prueba de Porter estándar. También d) Se acciona la copa a razón de dos golpes que deberá rodillarse enseguida aplicando debe efectuarse la prueba Porter estándar por segundo, contado el número de golpes la suficiente presión a efecto de formar en arenas de río, arenas de minas, arenas necesarios para que la parte inferior del talud filamentos. producto de trituración, tezontles arenosos de la ranura hecha se cierre precisamente a y en general en todos aquellos materiales 1.27 cm (1/2”). Si no se cierra entre los 6 y Cuando el diámetro del filamento que carezcan de cementación. 35 golpes, se recoge el material y se le añade resultante sea de 3.17 mm (1/8”) sin agua y se vuelve a mezclar. romperse, se debe de continuar hasta que Procedimiento: cuando al rodillar la bola de suelo se rompa e) Cuando se ha obtenido un valor el filamento al diámetro de 1/8” se toman Se obtienen 3 kg de material previamente consistente del número de golpes, los pedacitos, se pesan, se secan al horno secado al sol. Se tamiza por la malla No comprendido entre 6 y 35 golpes, se toman en un vidrio, vuelven a pesarse ya secos y se 10, y los grumos que se hayan retenido 10 g aproximadamente de suelo de la zona determina la humedad correspondiente al se disgregan perfectamente y se vuelve a próxima a la ranura cerrada y se determina el límite plástico. tamizar por la misma malla, continuándose contenido de agua de inmediato. Se repite el este proceso hasta que las partículas que 29 ensaye y si se obtiene el mismo número de L.P. = Ph - Ps X 100 se retengan en la malla no se puedan golpes que el primero o no hay diferencia Ps disgregar. Terminada esta operación se C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O en más de un golpe, se repite el ensaye hasta mezcla perfectamente todo el material y se que tres ensayes consecutivos den una L.P. = Humedad correspondiente al límite adiciona el material y se adiciona la cantidad conveniente serie de números. plástico en % de agua necesaria para iniciar la prueba. La Ph = Peso de los filamentos húmedos en cantidad de agua que se adiciona deberá f ) Se repiten los pasos del 2 al 5, teniendo gramos ser la necesaria para que una vez repartida el suelo otros contenidos de humedad. De Ps = Peso de los filamentos secos uniformemente presente el material una este modo se deben tener, por lo menos, en gramos. consistencia tal que al ser comprimido dos grupos de dos a tres contenidos de en la palma de la mano no deje partículas humedad, uno entre los 25 y 35 golpes y b) PRUEBA PROCTOR adheridas a ella ni la humedezca, y que a la otro entre los 6 y los 10 golpes con el fin vez el material comprimido pueda tomarse de que la curva de fluidez no se salga del La prueba Proctor se refiere a la con dos dedos sin que se desmorone. intervalo en que puede considerarse recta, determinación del peso por unidad según lo indica Casagrande. de volumen de un suelo que ha sido El material que contiene ya la humedad compactado por el procedimiento definido necesaria para iniciar la prueba se g) Se unen los tres puntos marcados par para diferentes contenidos de humedad. Su tamiza por la malla No 4, se mezcla para el intervalo de 6 a 20 golpes con una línea objetivo es: homogeneizarlo y se compacta en el molde recta y se señala el punto medio. Se repite cilíndrico en tres capas aproximadamente para los dos o tres puntos dentro del Determinar el peso volumétrico seco iguales. intervalo de 25 a 35 golpes. máximo γmáx que puede alcanzar un material, así como la humedad optima wo El pisón metálico de 2.5 kg se deja caer h) Se conectan los puntos medios con una que deberá hacerse la compactación. desde una altura de 30 cm. Deberán de línea recta que se llama curva de fluidez. darse 30 golpes repartidos uniformemente El contenido de humedad indicado por la Determinar el grado de compactación para apisonar cada capa. Una vez apisonada intersección de esta línea a 25 golpes es el alcanzado por el material durante la la última capa se remueve la extensión y límite líquido del suelo. construcción o cuando ya se encuentran se elimina el excedente de material del construidos los caminos, relacionando el molde cilíndrico y se pesa éste con todo y 2. Límite Plástico peso volumétrico obtenido en el lugar con su contenido. A continuación se extrae la el peso volumétrico máximo Proctor. muestra compactada del cilindro y se pone Es el contenido de humedad, expresado a secar una pequeña cantidad del corazón en porciento con respecto al peso seco La prueba Proctor está limitada a los suelos de la muestra para determinar su humedad.
  • 30. La muestra que ha sido removida del molde Los peso volumétrico secos y las cilíndrico se desmenuza hasta que pasa la humedades correspondientes se utilizan malla No 4, se añaden 60 cc (2% en peso de para trazar la curva peso volumétrico seco - agua) y se repite el procedimiento descrito. humedad, marcando en el eje de las abscisas Esta serie de determinaciones continúan los contenidos de humedad. La humedad hasta que la muestra esté muy húmeda y se que genera mayor peso volumétrico es la presente una disminución apreciable en el que permite la mayor compactación del peso del suelo compactado. material y se le conoce como humedad óptima de compactación. El peso volumétrico húmedo para cada 30 contenido de humedad se calcula con la En la misma gráfica se dibuja la curva de siguiente fórmula: saturación teórica. Esta curva representa la C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O humedad para cualquier peso volumétrico, γh = Ph que sería necesaria para que todos los Vt vacíos que dejan entre sí las partículas sólidas estuvieran llenos de agua. γ h = Peso volumétrico húmedo en g/cm3 Ph = Peso del material húmedo El peso volumétrico seco correspondiente compactado en el molde, en gramos. a la curva de saturación teórica para la Vt = Volumen del molde en cm3 humedad dada se calcula con la fórmula: El contenido de humedad se calcula con la γscs = 100 Da X 100 (kg / m3) siguiente fórmula 100 + wDr w = Ph –Ps X 100 γscs = Peso volumétrico seco de la curva de Ps saturación (kg / m3) Da = Densidad absoluta del material que El peso volumétrico seco para cada peso pasa la malla No 400 en g/cm3 volumétrico húmedo y su correspondiente Dr = Densidad relativa del material que humedad se calculan por la siguiente pasa por la malla No 40 fórmula: La curva de saturación teórica tiene por γs = γh objeto comprobar si la prueba Proctor fue 1+ w correctamente efectuada, ya que la curva 100 de saturación y la curva Proctor nunca deben cortarse dado que es imposible en w = Contenido de la humedad en porcentaje la práctica llenar totalmente con agua los Pw = Peso de la muestra húmeda, en gramos huecos que dejan las partículas del suelo Ps = Peso de la muestra seca, en gramos compactado. γs = Peso volumétrico seco, en g/cm3 γh = Peso volumétrico húmedo, en g/cm3 La curva de saturación teórica sirve para
  • 31. determinar si un suelo, en el estado en que ha logrado la disgregación de los grumos a 110 °C hasta peso constante. Se deja se encuentra en el lugar, es susceptible de se tamiza la muestra por la malla ¾”. Se le enfriar el material y se pesa y se calcula adquirir mayor humedad o mayor peso incorpora cierta cantidad de agua, cuyo la humedad y el peso volumétrico seco volumétrico fácilmente. volumen se anota, y una vez lograda la máximo. distribución homogénea de la humedad Así, una vez hecha la determinación del se coloca en tres capas dentro del molde w = Ph –Ps X 100 peso volumétrico y humedad en el lugar se de prueba, y cada una de ellas se les da 25 Ps calcula el porciento de huecos llenos de aire golpes con la varilla metálica. Al terminar la con la siguiente fórmula: colocación de la última capa se compacta γs = γh el material aplicando cargas uniformes y 1+ w Va = γscs - γs X 100 lentamente procurando alcanzar la presión 100 γs de 140.6 kg/cm2 en un tiempo de 5 minutos, la que debe mantenerse durante 1 minuto, e inmediatamente hacer d) VALOR RELATIVO Va = Volumen de huecos llenos de aire % DE SOPORTE γscs = Peso volumétrico seco de suelo la descarga en otro minuto. compactado correspondiente a la Si al llegar a la carga máxima no se Es un índice de resistencia al esfuerzo humedad w humedece la base del molde, la humedad cortante en condiciones determinadas γs = Peso volumétrico de la curva de de la muestra es inferior a la óptima. A otra de compactación y humedad, y se expresa saturación teórica correspondiente a porción de 4 kg de material se le adiciona como el tanto porciento de la carga la humedad w una cantidad de agua igual a la anterior más necesaria para introducir un pistón de 80 cc y se repite el proceso. Si al aplicar la sección circular en una muestra de suelo, Si este valor es mayor de 6.5%, el suelo 31 carga máxima se observa que se humedece respecto a la profundidad de penetración se encuentra en condiciones de adquirir la base del molde, el material muestra del pistón en una piedra tipo triturada. Por un peso volumétrico mayor con la C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O una humedad ligeramente mayor que la lo tanto, si P2 es la carga en kg necesaria humedad que contiene, o bien, sin variar óptima de Porter. Para fines prácticos es para hacer penetrar el pistón en el suelo su peso volumétrico seco, incrementar su conveniente considerar que el espécimen se en estudio, y Px=1360 kg, la precisa para humedad. encuentra con su humedad óptima cuando penetrar la misma cantidad en la muestra se inicia el humedecimiento de la base del tipo de piedra triturada, el valor Relativo de c) PRUEBA PORTER ESTÁNDAR molde, siendo esta la más adecuada para su Soporte del suelo es de compactación. Esta prueba tiene como finalidad VRS = (P2/1360) * 100 determinar el peso volumétrico seco Se determina la altura del espécimen máximo de compactación Porter y la restando la altura entre la cara superior e) MÓDULO DE REACCIÓN (k) humedad óptima en los suelos con material de éste y el borde del molde de la altura mayor de 3/8” y los cuales no se les puede total del molde, y con este dato se calcula hacer la prueba Proctor. Esta prueba sirve Es una característica de resistencia que el volumen del espécimen. Se pesa el también para determinar la calidad de se considera constante, lo que implica espécimen con el molde de compactación, los suelos en cuanto a valor de soporte elasticidad del suelo. Su valor numérico se le resta el peso del molde y se calcula el se refiere, midiendo la resistencia a la depende de la textura, compacidad, peso volumétrico. penetración del suelo compactado y sujeto humedad y otros factores que afectan la a un determinado periodo de saturación. resistencia del suelo. La determinación γh = Ph de k se hace mediante una placa circular Esta prueba se lleva a cabo de la siguiente Vt de 30” de diámetro bajo una presión tal forma: que produzca una deformación del suelo γh = Peso volumétrico húmedo, en g/cm3 de 0.127 cm (0.05”). En general se puede La humedad óptima de Porter es la humedad o kg/m3 decir que el módulo de reacción k es igual mínima requerida por el suelo para alcanzar Ph = Peso del material húmedo al coeficiente del esfuerzo aplicado por la su peso volumétrico seco máximo cuando compactado dentro del cilindro placa entre la deformación correspondiente es compactado con una carga unitaria de Vt = Porter, en gr o Kg producida por este esfuerzo. 140.6 kg/cm2. Para obtener la humedad Volumen del espécimen en cm3 o m3 óptima y el peso volumétrico seco máximo Mas adelante se hace referencia a esta se obtiene una muestra de 4 kg de material Se extrae el material del molde y se pone propiedad tan importante para el diseño de secado, disgregado y cuarteado. Cuando se a secar a una temperatura constante de 100 pavimentos.
  • 32. 32 C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O Figura 2.2.1. Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS), inluyendo su identificación y descripción.
  • 33. 2.3 TRÁFICO a) INGENIERÍA DE TRÁNSITO El Instituto de Ingenieros del Transporte (ITE) determinación de estos datos, ocasionará que la carretera o calle funcione durante el periodo de proyecto, bien con volúmenes de define a la Ingeniería del Transporte y la tránsito muy inferiores a aquellos Ingeniería de Tránsito de la siguiente manera: para los que se proyectó, ó mal con problemas de congestionamiento Ingeniería de Transporte: Es la aplicación por volúmenes de tránsito altos En esta sección mencionaremos muy superiores a los proyectados. de los principios tecnológicos y científicos algunos aspectos referentes al tráfico a la planeación, al proyecto funcional, y a la ingeniería de tránsito Los estudios sobre volúmenes de tránsito a la operación y a la administración de que debemos tomar en cuenta son realizados con el propósito de las diversas partes de cualquier modo en el proyecto de una vialidad. obtener información relacionada con el de transporte, con el fin de proveer la No se trata de realizar movimiento de vehículos sobre puntos ó movilización de personas y mercancías de una presentación exhaustiva secciones específicas dentro de un sistema una manera segura, rápida, confortable, del transporte, pero sí conceptuar vial. Estos datos de volúmenes de tránsito conveniente, económica y compatible con de una manera muy general y clara son expresados con respecto al tiempo, el medio ambiente. sobre algunos de los aspectos de su y de su conocimiento se hace posible el estructura básica, sus sistemas y sus desarrollo de estimaciones razonables de la Ingeniería de Tránsito: Es aquella fase de la modos, de manera que el diseñador calidad de servicio prestado a los usuarios. ingeniería de transporte que tiene que ver conozca los fundamentos de con la planeación, el proyecto geométrico la ingeniería de tránsito y que cuando Se define como volumen de tránsito al y la operación del tránsito por calles y sea necesario profundizar en estos número de vehículos que pasan por un 33 carreteras, sus redes, terminales, tierras temas para completar el diseño de una punto ó sección transversal dados, de adyacentes y su relación con otros modos vialidad, ya se tengan las bases un carril ó de una calzada, durante un de transporte. C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O y sea más fácil las consultas periodo determinado y se expresa como: en publicaciones especializadas Es decir que la Ingeniería de Tránsito es un en el tema. subconjunto de la Ingeniería de Transporte, N y a su vez el Proyecto Geométrico es una Q= etapa de la Ingeniería de Tránsito. T El Proyecto Geométrico de calles y Donde: carreteras, es el proceso de correlación entre Q = Vehículos que pasan por unidad de sus elementos físicos y las características de tiempo (Vehículos / periodo). operación de los vehículos, mediante el uso N = Número total de vehículos que pasan de las matemáticas, la física y la geometría. (vehículos) En este sentido, vialidad queda definida T = Período determinado geométricamente por el proyecto de su (unidades de tiempo) eje en planta (alineamiento horizontal) y en perfil (alineamiento vertical), y por el 1. Volúmenes de Tránsito proyecto de su sección transversal. Absolutos ó totales. b) VOLÚMEN DE TRÁNSITO Es el número total de vehículos que pasan durante el lapso de tiempo determinado, Al proyectar una calle ó carretera, dependiendo de la duración del lapso la selección del tipo de vialidad, las de tiempo determinado, se tienen los intersecciones, los accesos y los servicios, siguientes volúmenes de tránsito totales ó dependen fundamentalmente del absolutos: volumen de tránsito o demanda que circulará durante un intervalo de tiempo - Tránsito anual (TA). dado, de su variación, de su tasa de Es el número total de vehículos que pasan crecimiento y de su composición. durante un año, en este caso T = 1 año. - Tránsito mensual (TM). Los errores que se cometan en la Es el número total de vehículos que pasan
  • 34. durante un mes, en este caso T = 1 mes. periodo de duración de los aforos. Sin En cuanto a la distribución direccional, - Tránsito semanal (TS). embargo, debido a que sus variaciones en las calles que comunican el centro de Es el número total de vehículos que pasan son generalmente rítmicas y repetitivas, la ciudad con la periferia de la misma, el durante una semana, en este caso T = 1 es importante tener un conocimiento fenómeno común que se presenta en el semana. de sus características, para así programar flujo de tránsito es de volúmenes máximos - Tránsito diario (TD). aforos, relacionar volúmenes en un tiempo hacia el centro en la mañana y hacia la Es el número total de vehículos que pasan y lugar con volúmenes de otro tiempo y periferia en las tardes y noches. Es una durante un día, en este caso T = 1 día. lugar, y prever con la debida anticipación situación semejante al flujo y reflujo que - Tránsito horario (TH). la actuación de las fuerzas dedicadas al se presenta los fines de semana cuando los Es el número total de vehículos que pasan control del tránsito y labor preventiva, así vacacionistas salen de la ciudad el viernes y durante una hora, en este caso T = 1 hora. como las de conservación. sábado y regresan el domingo en la tarde. - Tasa de flujo ó flujo (q). Este fenómeno se presenta especialmente Es el número total de vehículos que pasan Por lo tanto, es fundamental, en la en arterias del tipo radial. durante un período inferior a una hora, en planeación y operación de la circulación esta caso T < 1 hora. vehicular, conocer las variaciones En cambio, ciertas arterias urbanas periódicas de los volúmenes de tránsito que comunican centros de gravedad 2. Volúmenes de Tránsito dentro de las horas de máxima demanda, importantes, no registran variaciones Promedio Diarios en las horas de día, en los días de la semana direccionales muy marcadas en los y en los meses del año. Aún más, también volúmenes de tránsito. Un ejemplo de Se define el volumen de tránsito promedio es importante conocer las variaciones de éstos puede citarse en el caso del Anillo diario (TPD), como el número total de los volúmenes de tránsito en función de Periférico de la Ciudad de México, en vehículos que pasan durante un periodo su distribución por carriles, su distribución su tramo entre el Viaducto y Naucalpan, 34 dado (en días completos) igual ó menor a direccional y su composición. donde la distribución direccional es un año y mayor que un día, dividido entre bastante equilibrada, tanto en las horas de C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O el número de días del periodo. Distribución y composición máxima demanda de la mañana, como del volumen de tránsito. en las de la tarde, es decir, no hay mucha De acuerdo al número de días de este diferencia entre los volúmenes en uno u período, se presentan los siguientes La distribución de los volúmenes de otro sentido. volúmenes de tránsito promedio diarios, tránsito por carriles debe ser considerada, dados en vehículos por día: tanto en el proyecto como en la operación En los estudios de volúmenes de tránsito de calles y carreteras. Tratándose de tres o es muy útil conocer la composición - Tránsito promedio diario anual (TPDA) más carriles de operación en un sentido, el y variación de los distintos tipos de flujo se asemeja a una corriente hidráulica. vehículos. La composición vehicular se TA TPDA = Así, al medir los volúmenes de tránsito por mide en términos de porcentajes sobre 365 carril, en zona urbana, la mayor velocidad el volumen total. Por ejemplo, porcentaje y capacidad, generalmente se logran en de automóviles, de autobuses y de - Tránsito promedio diario mensual el carril del medio; las fricciones laterales, camiones. En los países más adelantados, (TPDM) como paradas de autobuses y taxis y las con un mayor grado de motorización, los vueltas izquierdas y derechas causan un porcentajes de autobuses y camiones en los TM TPDM = flujo más lento en los carriles extremos, volúmenes de tránsito son bajos. 30 llevando el menor volumen el carril cercano a la acera. En cambio, en países con menor grado - Tránsito promedio diario semanal de desarrollo, el porcentaje de estos (TPDS) En carretera, a volúmenes bajos y vehículos grandes y lentos es mayor. En medios suele ocurrir lo contrario, por nuestro medio, como es el caso de México, TS TPDM = lo que se reserva el carril cerca de la faja a nivel rural, es muy común encontrar 7 separadora central para vehículos más porcentajes típicos o medios del orden rápidos y para rebases, y se presentan de 60% automóviles, 10% autobuses y 3. Características de los Volúmenes mayores volúmenes en el carril 30% camiones, con variaciones de ± 10%, de Tránsito. inmediato al acotamiento. En autopistas dependiendo del tipo de carretera, la hora de tres carriles con altos volúmenes de del día y el día de la semana. Los volúmenes de tránsito siempre deben tránsito, rurales o urbanas, por lo general ser considerados como dinámicos, por hay mayores volúmenes en el carril Variación diaria del volumen lo que solamente son precisos para el inmediato a la faja separadora central. de tránsito.
  • 35. Se han estudiado cuáles son los días de la El comportamiento de cualquier fenómeno semana que llevan los volúmenes normales ó suceso estará naturalmente mucho mejor de tránsito. Así, para carreteras principales caracterizado cuando se analiza todo su de lunes a viernes los volúmenes son muy universo. En este caso, el tamaño de su estables los máximos, generalmente se población está limitada en el espacio y en el registran durante el fin de semana, ya sea el tiempo por las variables asociadas al mismo. sábado o el domingo, debido a que durante estos días por estas carreteras circula una Con respecto a volúmenes de tránsito, para alta demanda de usuarios de tipo turístico obtener el tránsito promedio diario anual, y recreacional. TPDA, es necesario disponer del número total de vehículos que pasan durante el año En carreteras secundarias de tipo agrícola, por el punto de referencia, mediante aforos los máximos volúmenes se presentan continuos a lo largo de todo el año, ya sea entre semana. En las calles de la ciudad, en periodos horarios, diarios, semanales ó la variación de los volúmenes de tránsito mensuales. Muchas veces esta información diario no es muy pronunciada entre anual es díficil de obtener, al menos en todas semana, esto es que están más o menos las vialidades por los costos que ello implica, distribuidos en los días laborales, sin sin embargo se pueden obtener datos en embargo, los más altos volúmenes ocurren las casetas de cobro para las carreteras de el viernes. También vale la pena mencionar, cuota y mediante contadores automáticos con referencia a la variación diaria de los instalados en estaciones maestras de la volúmenes de tránsito tanto a nivel urbano gran mayoría de las carreteras de la red vial 35 como rural, que se presentan máximos primaria de la nación. en aquellos días de eventos especiales C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O como Semana Santa, Navidad, fin de año, En estos casos, muestras de los datos competencias deportivas nacionales e sujetas a las mismas técnicas de análisis internacionales, etc. permiten generalizar el comportamiento de la población. No obstante, antes de que Variación mensual del volumen los resultados se puedan generalizar, se de tránsito. debe analizar la variabilidad de la muestra para así estar seguros, con cierto nivel de Hay meses que las calles y carreteras llevan confiabilidad, que ésta se puede aplicar a mayores volúmenes que, presentando otro número de casos no incluidos, y que variaciones notables. Los más altos forman parte de las características de la volúmenes de tránsito se registran en población. Semana Santa, en las vacaciones escolares y a fin de año por las fiestas y vacaciones Por lo anterior, en el análisis de volúmenes navideñas del mes de diciembre. Por razón de tránsito, la media poblacional o tránsito los volúmenes de tránsito promedio diarios promedio diario anual, TPDA, se estima que caracterizan cada mes son diferentes, con base en la media muestral ó tránsito dependiendo también, en cierta manera, promedio diario semanal, TPDS, según la de la categoría y del tipo de servicio que siguiente expresión: presten las calles y carreteras. Sin embargo, el patrón de variación de cualquier vialidad TPDA = TPDS ± A no cambia grandemente de año a año, a menos que ocurran cambios importantes Donde: en suelo, en los usos de la tierra, o se A = Máxima diferencia entre el TPDA y el construyan nuevas calles o carreteras que TPDS funcionen como alternas. El valor de A, sumado ó restado del TPDS, 4. Volúmenes a Futuro. define el intervalo de confianza dentro del cuál se encuentra el TPDA. Para un Relación entre los volúmenes de tránsito determinado nivel de confianza, el valor de promedio diario, anual y semanal. A es: