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MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Contenido Página 1 Descripción 1 Terracerías: 3 5 Desmonte y Despalme 7 Cortes 9 Préstamos 9 Terraplenes Refinamiento Acarreos para terracerías Obras de Drenaje: 12 Canales 14 Canales de encauzamiento 15 Contracunetas - Cunetas 15 Bombeo 17 Vados 18 Alcantarillas 19 SubDrenes 24 Tubos 27 Bóvedas 28 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Losas sobre estribos 30 31 Cajones 32 36 Puentes 40 Revestimientos 50 Laboratorio de Control de Calidad 58 de Materiales 66 Equipo para Pruebas de Control de Calidad de Materiales Tablas de clasificación de materia- les Formatos para el Control de Cali- dad de Materiales Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS TERRACERÍAS Aspectos a considerar en la construcción de carreteras y caminos; considerando contar con un proyecto, trazo, nivelaciones, secciones y volúme- nes a realizar en la ejecución de carreteras y caminos. El concepto de TERRACERÍAS tiene una mayor importancia por ser la base para la construcción del pavimento. Las Terracerías comprenden los siguientes conceptos: • Desmonte • Despalme • Cortes • Préstamos • Terraplenes • Refinamiento • Canales, vados, alcantarillas (obras de drenaje) • Acarreos para terracerías Desmonte y Despalme.- Despeje de la vegetación existente, hasta el derecho de vía y a zonas destinadas a bancos de material con objeto de: a).- Evitar la presencia de material vegetal en la obra. b).- Impedir daños a la obra y c).- Permitir buena visibilidad de acuerdo con lo fijado en el proyecto. El desmonte comprende los siguientes conceptos: a).- Tala.- Consiste en cortar árboles y arbustos. b).- Roza.- Consiste en evitar la maleza, hierba, zacate, etc. c).- Desenraice.- Consiste en sacar los troncos o tocones con raíces. d).- Limpia.- Consiste en retirar el producto del desmonte al lugar que indique el banco de tiro. Con respecto al Desmonte se consideran los siguientes tipos de vegeta- ción: 1 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS • Manglar • Selva • Bosque • Monte de regiones áridas, etc. Desmonte y Despalme 2 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Cortes.- Excavaciones ejecutadas a cielo abierto en el terreno natural, eje de ampliación y/o abatimiento de taludes en rebajes en la corona de cortes y/o terraplenes existentes, en derrumbes, en escalones y en despalmes de cortes o para el desplante de terracerías con objeto de preparar y/o formar la sección de la obra. Los materiales de los cortes de acuerdo a la dificultad que presentan para su extracción y carga se clasifican tomando como base los 3 tipos si- guientes: • Material A • Material B • Material C Material A.- Es el blando o aquello que puede ser eficientemente excava- do, suelos poco o nada cementados por partículas hasta de 7.6 cms. (3”) como ejemplo suelos agrícolas, los limos y are- nas. Material B.- Es el que presenta dificultad de extracción y carga, solo puede ser excavado eficientemente con tractor de orugas con cuchilla de coordinación variable (motoconformadoras), se consideran como material B, las piedras sueltas menores de 7.6 cms. (3”), rocas muy alteradas, conglomerados medianamente cementa- dos, areniscas blandas y tepetates. Material C.- Es el que por su dificultad de extracción solo puede ser exca- vado mediante el empleo de explosivos; se considera como material C las piedras sueltas con una dimensión mayor de 7.5 cms., las rocas calizas, las areniscas y conglomerados alta- mente cementados, rocas calizas, basaltos, granitos, andesi- tas sanas, etc. Los materiales obtenidos de los cortes se emplearán en la formación de terraplenes, todos los materiales inestables de los taludes serán remo- vidos, al atacar los cortes particularmente cuando se emplean explosivos se evitará hasta donde sea posible aflojar el material en los taludes. 3 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS En los tramos de terracerías compensadas antes de efectuar prés- tamos de ajuste, deberán vaciarse totalmente los cortes, utilizando todo el material aprovechable en la formación de terraplenes. Para dar por terminado un corte se verificará el alineamiento, el per- fil y la sección es su forma, anchura y acabado de acuerdo al proyecto. Corte en Balcón Corte en Cajón 4 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Préstamos.- Excavaciones ejecutadas en los lugares fijados en el proyecto a fin de obtener los materiales para formar los terraplenes no compensa- dos, que pueden ser laterales al banco. El préstamo lateral, son los ejecutados dentro de fajas ubicadas fuera de los cerros, en uno o en ambos lados del eje de las terracerías, los mate- riales del préstamo se utilizarán exclusivamente en la proporción de aque- llos terraplenes situados lateralmente a dichos préstamos. Los préstamos de banco son los ejecutados fuera de la zona donde se ejercen las terracerías. Con respecto a los préstamos de bancos, se despalmaría el sitio de los préstamos cuando lo fije el proyecto, desalojando la capa superficial del terreno natural que por sus características no sean adecuadas para la construcción de los terraplenes. Una vez despalmados los préstamos se seccionará antes de ser atacados dejando las referencias y bancos de nivel a distancia del lugar de ataque y de trabajo para no ser destinados o alterados. En los tramos de terracerías compensadas seguir proyecto, sola- mente se harán préstamos de ajuste cuando se haya utilizado totalmente el material aprovechable de los cortes. 5 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Bancos de Material 6 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Terraplenes.- Estructuras ejecutadas con material adecuado producto de cortes o de préstamos, de acuerdo con lo fijado en el proyecto. Para la formación de los terraplenes los materiales que puedan emplearse, pueden clasificarse de la siguiente manera. Material compactable y material no compactable .- Material Compactable: Los materiales compactables son los suelos blandos, areniscas, tepe- tates, fragmentos de rocas muy alteradas, conglomerados medianamente cementados, para su comprobación se podrá efectuar una prueba para que cumpla con los requisitos de porcentaje y tamaño del material retenido. Para su ejecución el material compactable se tenderá por capas de espesor indicado en el proyecto, con material de tamaño máximo de 30 cms., se regará agua sobre la capa para obtener la humedad óptima y se someterá la capa regada al tránsito del equipo de compactación. Se harán sondeos a cielo abierto en el espesor compactado, el material producto de los sondeos deberá tener como máximo un 20% en volumen del material retenido en la malla de 76 mm. (3”). .- Material No Compactables: Los materiales no compactables son los fragmentos de roca prove- niente de mantos sanos, tales como basaltos, conglomerados fuertemente cementados, calizas, riolitas, granitos, andesitas, etc. en su ejecución el material no compactable el espesor de las capas será el mínimo que permi- te el tamaño mayor del material, salvo lo que en casos especiales fije el proyecto. Cuando se emplea material no compactable en la formación de terra- plenes su formación se hará a volteo, en capas y bandeando con tractor, cuando la topografía del terreno sea tal que presente lugares inaccesibles al equipo de construcción tales como depresiones profundas y angostas o laderas muy pronunciadas donde no sea posible la construcción por capas compactadas o acomodadas en toda la altura del terraplén, se rellenará a volteo hasta la mínima altura necesaria para formar una plantilla constituida por la corona del terraplén en la que se pueda operar el equipo de compac- tación. La compactación de terraplenes se hará observando lo siguiente: 7 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS a.- Se ejecutará uniformemente en todo el ancho de la sección que fija el proyecto. b.- Se dará al material la humedad necesaria para obtener la óptima, se homogenizará la capa para que la humedad de compactación sea uni- forme y se procederá a su tendido para iniciar la compactación con el equipo adecuado y a la compactación que marque el proyecto. En los terraplenes que se construyan con material no compactable al formar capas se hará el acomodo del material mediante 2 pasadas de trac- tor con peso de 20 toneladas avanzando y retrocediéndola con movimiento. Creándose materiales no compactables en la construcción de terra- plenes, estos se forman con dichos materiales hasta una elevación tal que no queden salientes aislados a menos de 30 cms. debajo de la subrasante de proyecto. Dichos terraplenes se terminarán hasta la subrasante utilizan- do material adecuado obtenido de bancos de ajuste. Cuando se emplean motoconformadoras para el mezclado y el tendi- do, se extiende parcialmente el material y se procederá a incorporar agua por medio de riegos y mezclados sucesivos para alcanzar la humedad óp- tima y proceder a su compactación al grado que fije el proyecto. Para dar por terminada la construcción de terraplenes incluyendo su afinamiento, se verificará el alineamiento, el perfil y la sección en su forma, anchura y acabado de acuerdo a lo fijado en el proyecto. 8 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Refinamiento.- Excavaciones y movimientos de materiales con volumen to- tal a 3,000 m³ por kilómetro, necesarios para afinar, rehacer o modificar la sección de proyecto de las terracerías ya atacadas o terminadas y recibi- das. Afine de Material Acarreos para Terracerías.- Transporte del material producto de cor- tes, excavaciones adicionales debajo de la subrasante, ampliación y/o aba- timiento de los taludes, rebaje de la corona, de cortes y/o terraplenes exis- tentes, escalones, despalmes, derrumbes y canales para construir un te- rraplén o efectuar un desperdicio así como el transporte del agua empleada en la compactación de terracerías. Los materiales de terracerías compensadas, las de préstamos latera- les y el agua para compactación tendrán un acarreo libre a partir del tér- mino del cual se transporte se considera como sub-acarreo. El equipo de transporte deberá ser previamente autorizado, salvo cuando el pago se haga por unidad de obra terminada, dichos acarreos se efectuarán de acuerdo con lo fijado en el proyecto. El acarreo libre es el efectuado hasta una distancia de 20 mts., en adelante de los 20 mts. de acarreo libre se inicia el sobre-acarreo. Para los materiales de préstamos laterales todo el acarreo es libre. 9 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS El acarreo libre se determinará como sigue: a.- En las terracerías compensadas limitado en el diagrama de masas de proyecto. b.- En los préstamos laterales. c.- Para el agua utilizada en la compactación de terraplenes a partir del lugar de la extracción sobre la ruta más corta. El sobre-acarreo de los materiales contando a partir de su origen se considera hasta 5 estaciones de 20 mts., es decir hasta 100 mts. contados a partir del término del acarreo libre. Hasta 5 hectómetros, es decir hasta 500 mts. contados a partir del término del acarreo libre. El acarreo a cualquier distancia para el agua utilizada en la compacta- ción de las terracerías (terreno natural en el área de despalme de los terraple- nes de la corona de los cortes en que no se haya ordenado excavación). El acarreo a cualquier distancia para los materiales de préstamo de banco se considera lo siguiente: a).- Para el primer kilómetro. b).- Para los kilómetros subsecuentes. En las terracerías compensadas el volumen de material acarreado se determinará dividiendo el obtenido del diagrama de masas del proyecto entre el coeficiente de variabilidad volumétrica de proyecto. La distancia de sobre- acarreo de los materiales, salvo los provenientes de préstamos laterales para los cuales no hay sobre acarreo, se considerará a partir del origen del sobre- acarreo y se medirá para cada material en estaciones de 20 mts., en hectóme- tro o en kilómetro según corresponda. En los préstamos de banco, tanto para el 1er. kilómetro como para los subsecuentes, se medirá tomando como unidad el metro cúbico – kilómetro considerando las fracciones como kilómetro completo. 10 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS En las terracerías compensadas, seguir el diagrama de masas del pro- yecto, entre los centros de gravedad de la excavación y del terraplén, descon- tando la distancia del acarreo libre. Acarreos 11 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Obras de Drenaje Uno de los elementos que mayores problemas causa a los caminos, es el agua, ya que en general provoca la disminución de la resistencia de los suelos, por lo que se presentan fallas en terraplenes, cortes y superficies de ro- damiento, por lo que es conveniente resolver el drenaje, de tal forma que el agua se aleje lo más pronto posible de las obras, ya que un buen drenaje es el alma del camino. Al construirse un camino se modifican las condiciones del escurrimien- to en las zonas que atraviesa, lo que puede ser causa de diversos problemas, tales como erosiones, depósitos, inundaciones, etc. Las consideraciones hidrográficas aplicables al estudio del drenaje y los factores que afectan al escurrimiento del agua son: a.- Cantidad y tipo de precipitación. b.- Volumen de precipitación c.- Tamaño de la cuenca d.- Declive superficial e.- Permeabilidad de suelos o rocas f.- Consideraciones de saturación g.- Cantidad y tipo de vegetación Con relación a la cantidad y tipo de precipitación, se debe de tomar en cuenta la cantidad de agua que cae al año, y si lo hace en forma de aguaceros de lluvia fina durante periodos largos, además de los métodos hidrológicos, existen también métodos de campo para conocer el gasto de las corrientes que aprovechan estrictamente cambios de pendiente, vertederos existentes, etc. El de aplicación más común por la disponibilidad de los datos que re- quiere, es el de sección y pendiente. El drenaje de caminos se clasifica en superficial y subterráneo según el escurrimiento que se realice o no a través de las capas de la corteza terres- tre. 12 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS El drenaje superficial se clasifica según la posición que las obras guardan con respecto al eje del camino en paralelo y transversal. El drenaje longitudinal es aquel que tiene por objeto captar los escu- rrimientos para evitar que llegue al camino de tal manera que no causen des- perfectos como son cunetas, contracunetas, bordillos y canales de encausa- miento, se llama drenaje longitudinal porque están situados más o menos de forma paralela al eje del camino. El drenaje transversal es el que tiene por objeto dar paso expedito al agua que cruza de un lado a otro del camino o bien, retirar lo más pronto posi- ble el agua de su corona, quedan comprendidos en este tipo de drenaje los tu- bos, losas, cajones, bóvedas, lavaderos, vados, sifones invertidos, puentes y el bombeo de la corona. Materiales.- Los materiales que se utilizan en la construcción de las obras de dre- naje de los caminos son los convencionales para este tipo de obras, como con- creto hidráulico, mamposterías, lámina de acero, acero estructural, morteros de cal y cemento, etc. si es posible se utilizará el material de la región como la ma- dera y la piedra braza. Para el proyecto estructural de las obras de drenaje es necesario co- nocer el tipo de vehículo que se debe considerar, con dichas cargas se efectua- rán los cálculos de los proyectos; tipo de alcantarillas y puentes para caminos revestidos. Las obras de drenaje que más se realizan en estos caminos son las cunetas, que son canales que se construyen a los lados de la cama del camino, en cortes y tienen como función interceptar el agua que escurre de la corona, del talud, del corte y del terreno natural adyacente para conducirla hacia una corriente natural o a una obra transversal para alejar lo más pronto posible de la zona que ocupa el camino. Para calcular el área hidráulica de las cunetas será necesario tomar en cuenta las diferentes características del área por drenar, se considera suficiente para la mayoría de los casos la utilización de una sección transversal triangular cuya profundidad sea de 33 cms. y ancho de 1 mt. y con taludes del lado de la corona de 3:1 y del lado del corte la que corresponda según el material que se 13 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS encuentre, la longitudinal no debe ser mayor de 2.50 mts., si se pasa de esa longitud se deberá construir una obra de alivio que permita disminuirse el cau- dal de la cuneta. En la transición de las cunetas con las obras de alivio con frecuencia se hace necesario construir otras auxiliares que puedan ser simples muros in- terceptores dentro de la sección de las cunetas o bien cajones de entrada con desarenadores que son los mas ventajosos y recomendables. Canales de encauzamiento en terrenos sensiblemente planos en don- de el escurrimiento del tipo torrencial y no existen cauces definidos, es necesa- rio construir canales que intercepten el agua antes de que llegue al camino y la conduzcan a sitios previamente elegidos con una obra de alivio. Canales.- Excavaciones ejecutadas a cielo abierto con objeto de formar la sección de las contracunetas de cauces artificiales y de verificación de cauces naturales de acuerdo a lo fijado en el proyecto. Canales 14 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Canales de encauzamiento.- En terrenos sensiblemente planos, en donde el escurrimiento es del ti- po torrencial y no existen cauces definidos, tal como sucede en algunas regio- nes del país, es necesario construir canales que intercepten el agua, antes de que llegue al camino y la conduzca a sitios previamente elegidos para construir una obra y efectuar el encauzamiento. El material que se extraiga de construir estos canales si es de la cali- dad adecuada, puede utilizarse en la construcción de los terraplenes. La pen- diente del canal deberá proyectarse tomando en cuenta entre otros factores, el que la descarga se efectúe en el sitio preestablecido y de tal manera evitar la construcción de canales de calidad de gran longitud. Contracunetas.- Las contracunetas son zanjas que se construyen aguas arriba de los cerros de los cortes y tienen como finalidad interceptar el agua que escurre por las laderas y conducirlas hacia alguna cañada inmediata o parte baja del te- rreno, evitando que al escurrir por los taludes los erosione. En el proyecto de la sección de una contracuneta intervienen entre otros factores la precipitación, el área por drenar, la forma y pendiente de la la- dera, la cubierta vegetal y el tipo de suelo. Contracunetas Autor: Ing. José Pérez Domínguez 15
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Cunetas TIPO DE CUNETAS TIPO DE CUNETAS REVESTIDAS 16 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Bombeo.- Consiste en proporcionar a la corona del camino en las tangentes del trazo horizontal una pendiente transversal del centro del camino hacia los hom- bros y su función es la de dar salida expedita al agua que cae sobre la corona y evitar en lo posible que penetre en las terracerías. En los caminos cuya corona este revestida, el bombeo debe ser de 4% como máximo, con el fin de evitar erosiones en los terraplenes en balcón y en la superficie de rodamiento, cuando la pendiente longitudinal sea fuerte. El bombeo y la sobre elevación (curvas) deberán proporcionarse a las terracerías al afinarlas y posteriormente en caso de necesitarse se colocará el revestimiento con espesor uniforme. Bombeo 17 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Vados.- Son estructuras superficiales del camino en el cruce con un escurri- miento de agua casual o permanente de tirante pequeño, su aplicación se re- quiere cuando se tienen corrientes de régimen torrencial que permitan el paso de vehículos la mayor parte del año y cuando la interrupción de tránsito sea más de 2 a 4 horas, su configuración debe acercarse lo más posible a la del te- rreno natural para no alterar sino en escala mínima al régimen hidráulico y para la protección del vado. La elección de este tipo de obra es en general cuando se tienen cau- ces amplios y la rasante del camino es bajo. El proyecto geométrico del vado debe ser con la superficie de roda- miento a pelo de tierra adaptando al terreno natural una catenaria o una pará- bola con pendiente de entrada máxima de 4% y ligándola al camino a través de cauces verticales inversas a las del vado. Debe tomarse en cuenta en el proyecto que la losa o mampostería con la que se construya la superficie de rodamiento, deberá apoyarse en una capa granular de 30 cms. de espesor y compactado. En cuanto al proyecto estructural de tenerse en cuenta que el vado forma parte de la superficie de rodamiento del camino sujeto a la acción de la carga viva y del agua corriente con cuerpos flotantes y en suspensión. Para soportar estas acciones será diseñar el vado con una sección de mampostería de 3ª. junteada con mortero de cemento de espesor mínimo de 30 cms. y ancho de 3.50 mts. el junteo de la piedra debe ser muy cuidadoso con objeto de evitar vías de agua que propicien erosiones y se inicie su destrucción de la superficie de rodamiento. En lugar de mampostería de piedra puede usarse el concreto hidráuli- co sin armar de f´c=200 kg./cm² en placas de 0.15 mts. x 1.75 mts.x 2.50 mts. En acabado rugoso, cualquiera que sea el material que forme la superficie de rodamiento se colocará en una sub-base de suelo natural o de relleno compac- tado en un espesor mínimo de 30 cms., se protegerá la capa de la superficie de rodamiento contra socavaciones mediante dentellones agua arriba y abajo del mismo material con la que se construya la capa de superficie de rodamiento. 18 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS La profundidad máxima de socavación observada en el terreno natural debiendo colocar a los lados del vado en toda su longitud postes de concreto de poca altura para señalar al conductor los límites de este e indicar en ellos el es- pesor de la lámina de agua y el tirante que especifique peligro al cruzar el va- do. Vados Alcantarillas.- Son estructuras de forma diversa que tienen la función de conducir y desalojar lo más rápidamente posible el agua de las hondonadas y partes bajas del terreno que atraviesan el camino. Por la forma de su sección y el material de que están construidas, es- tas estructuras de drenaje menor pueden clasificarse en tubos, bóvedas, losas sobre estribos y cajones y estarán siempre alojadas en el cuerpo de las terrace- rías. 19 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS En la construcción de las alcantarillas hay un estrechamiento del cau- ce que aunado al aumento del caudal por la concentración de volúmenes de agua debido al desfogue de cunetas etc. hace que se aumente su velocidad, esto puede provocar erosiones tanto a la entrada como a la salida de las obras. Para mejorar la función de las alcantarillas de cualquier tipo se cons- truirá una estructura de transición a la entrada y salida del conducto formado por los aleros que son muros de contención de tierra y guías para conducir el agua que transformará el régimen al que tenía en el terreno natural. Excepto en los tubos en los que solo se coloca un muro plano de ca- beza natural; los aleros son diferentes con un ángulo de abertura de unos 30º respecto al eje longitudinal de la alcantarilla, si la alcantarilla es enviajada, el ta- lud de los aleros en proyección normal al eje del camino será de 1.5:1 para el talud real estará en función del esviaje. En terrenos con fuerte pendiente transversal conviene construir bóve- das y losas de concreto hidráulico sobre cimentación encajonada en pequeñas plataformas con longitud aproximada de 1 a 2 mts. a lo largo de la alcantarilla. Cualquiera que sea el tipo de alcantarilla, el terraplén que se coloque sobre ella debe ser construido en capas de 15 a 20 cms. de espesor, compac- tadas atacándose ambos lados simultáneamente hasta un espesor mínimo de 0.60 mts. en tuberías y 1.00 mts. en bóvedas a partir de la parte superior de la clave. Alcantarillas de Lámina: Las alcantarillas de lámina corrugada de acero son estructuras flexi- bles que se construyen mediante tubos o arcos de lámina corrugada de acero, formadas por dos o más placas ensambladas o colocadas sobre el terreno en una o varias líneas para dar paso libre al agua de un lado a otro de la vialidad. Clasificación: • Según el terreno donde se construyan, pueden ser en zanja, en zan- ja con terraplén o en terraplén. • Según su ubicación se clasifican en normal y enviajada. 20 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS • Según su geometría se clasifican en alcantarillas de tubo circular, de tubo abovedado o de bóveda. • Según su modo de ensamble se clasifican en anidables y secciona- bles. Anidables: Son las que se forman por la unión de dos o más secciones de lámina corrugada de acero, mediante ganchos especiales. Seccionables: Son las que se forman por la unión de varias placas atorni- lladas de lámina corrugada de acero. Alcantarillas Tubulares de Concreto: Son estructuras rígidas, que se construyen mediante tubos de concre- to con o sin refuerzo, colocados sobre el terreno en una o varias líneas para dar paso libre al agua de un lado a otro de la vialidad. Clasificación: • Según el terreno donde se construyan, pueden ser en zanja, en zan- ja con terraplén o en terraplén. • Según su ubicación se clasifican en normal y enviajada 21 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Alcantarillas, Construcción 22 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Alcantarillas, Construcción 23 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS SubDrenes.- Los subdrenes consisten en una red colectora de tuberías perforadas o ranuradas, alojadas en zanjas para permitir recolectar el agua subterránea, con objeto de controlarla y retirarla minimizando un efecto negativo en las ca- pas estructurales del pavimento. Según su colocación los subdrenes se clasifican en: Subdrenes Longitudinales: Son aquellos que se colocan paralelos al eje del camino coincidentes en su alineamiento horizontal y vertical. Subdrenes Transversales: Son aquellos que se construyen perpen- dicularmente al eje del o enviajados. Materiales: Los materiales que se utilizan en la construcción de los subdrenes cumplirán con lo establecido en las normas aplicables. Para la construcción de los subdrenes previo al inicio de los trabajos se efectuará un premarcado de la zanja de acuerdo con el trazo, la excavación se realizará con el equipo y procedimientos adecuados para obtener una zanja con las dimensiones y características establecidas en el proyecto, el material de excavación que cumpla con los requisitos para ser utilizado posteriormente co- mo relleno y se acamellonará Durante la excavación se dará a las paredes un talud suficiente que garantice la estabilidad, una vez terminada la excavación y previo a la colocación de la tubería se tenderá una cama de material de filtro con el espesor y las características establecidas en el proyecto, la tubería se colocará en la zanja con las perforaciones ubicadas en la parte inferior y reali- zadas simétricamente con respecto al eje longitudinal del subdren. Los tubos se colocarán desde aguas abajo hacia aguas arriba con su terminación de campana hacia aguas arriba, el mortero para junteo entre tubos, conexiones y otras estructuras de drenaje se elaborará con una parte en volu- men de cemento Portland por 2 partes de arena y agua en cantidad suficiente para una mezcla adecuada dando un mortero trabajable. 24 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Después del tendido de los subdrenes y una vez inspeccionado y aprobado, se colocará el material de filtro a los lados y sobre la tubería hasta el nivel indicado en el proyecto y apisonando el material de relleno que pueda ser producto de la excavación. El material de filtro se colocará en capas que no excedan de 20 cms. de espesor humedeciéndolo y apisonándolo. Con respecto al material de relleno si la compactación se realiza por medios manuales se colocarán capas de material suelto que no excedan de 15 cms. de espesor. 25 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Sub-Dren 26 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Tubos.- Son alcantarillas de sección interior normalmente circular y requieren siempre de un espesor de terraplén o colchón mínimo de 0.60 mts. para su me- jor funcionamiento estructural. El material de que están construidos pueden ser de concreto reforza- do, lámina ondulada y en ciertos casos puede convenir en su construcción con mampostería de 3ª. y mortero de cemento, esto último se encuentra en el grupo de la bóvedas. Tubos 27 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Bóvedas.- Son estructuras cuya sección transversal está formada por tres postes principales, el piso y dos paredes verticales que son las caras interiores de los estribos y sobre éstas un arco circular de medio punto o rebajado que es el in- trados de un arco estructural de sección variable con mínimo espesor en la clave, en general las bóvedas son construidas con mampostería de 3ª. y morte- ro de cemento 1:5. Para construir el arco se requiere un molde de madera que se aprove- cha también para colocar la clave a todo lo largo de la obra. La clave de con- creto simple cierra el arco en el centro, será de concreto f´c=100 kg./cm² con juntas radiales y tiene en ancho mínimo de 35 cms. Las piedras del arco tendrán hasta donde sea posible juntas radiales con contrapeso longitudinal y su mayor dimensión estará del lado del extradós cuando se use cemento normal, el descimbrado se hará a los 14 días de colada la clave, tiempo a partir del que puede construirse un terraplén. El zampeo del piso y los dentellones aguas arriba y abajo que protegen el suelo contra la erosión, puede omitirse en terrenos rocosos y para eliminar el empuje hidrostático sobre los muros, se colocarán en el respaldo de cada estri- bo una capa de 30 cms. de espesor de material graduado, esta capa deberá dar salida al agua a través de drenes inclinados de tubo de barro de 10 cms- de diámetro colocados a cada 3 mts. en el cuerpo del muro. En el contacto de tubo con el material graduado deberá ponerse pie- dra quebrada para evitar el arrastre de dicho material. 28 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Bóvedas 29 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Losas sobre estribos.- Son estructuras formadas por dos muros de mampostería de 3ª. con mortero de cemento 1:5 sobre los que se apoya una losa de concreto reforzado, cuando la resistencia del terreno sea baja se usarán estribos mixtos con el mu- ro de mampostería y el cimiento de concreto. El descimbrado de las losas se hará a los 21 días mientras que la for- mación del terraplén, el zampeado del piso y la construcción de dentellones se harán en dicho transcurso. Para el cálculo de una alcantarilla de losa de tomará en cuenta los si- guientes factores: a.- Ubicación de la obra y proyecto de la plantilla b.- Cálculo del área hidráulica necesaria. c.- Elección del tipo de obra d.- Cálculo dimensional y estructural e.- Elaboración del funcionamiento del drenaje en tramos de 5 kms. Sobre la línea del camino se requiere conocer el cadenamiento y la co- ta del terreno y subrasante en el lugar que se efectuará el cruce, así como el ángulo de esviajamiento de la obra. Es necesario trazar y nivelar el fondo del cruce con las modificaciones realizadas y si es necesario para efectuar un mejor proyecto se hará el levan- tamiento topográfico de una zona aledaña al cauce, el cual se dibujará a escala 1:500 cms. curvas de nivel a cada 0.50 mts. con este levantamiento 30 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Cajones.- Son estructuras de sección rectangular de construcción a base de pa- redes, techos y pisos de concreto reforzado, cuya construcción requiere cuida- dos especiales. Trabajar en conjunto como un marco rígido que absorbe el pe- so y empuje del terraplén , la carga viva y la reacción del terreno. Tanto las losas como los muros son esbeltos y de poco peso, el con- junto tiene una amplia superficie de sustentación. Para el proyecto de una alcantarilla de cajón se debe tomar en cuanta los siguientes factores: a.- Ubicación de la obra y proyecto de la plantilla b.- Cálculo del área hidráulica necesaria c.- Elección del tipo de obra d.- Cálculo dimensional y estructural e.- Elaboración del funcionamiento del drenaje en tramos de 5 kms. Sobre la línea del camino (trazo) se requiere conocer el cadenamiento, la cota del terreno y subrasante del lugar en que se efectuará el cruce, así co- mo el ángulo del enviajamiento de la obra. En cuanto a la forma de la sección del encajonamiento en el cauce, si es amplía y no bien definida puede emplearse en la utilización de una losa de pequeña altura, pero de claro amplio o en uno o varios tubos, en terrenos de lomerío suave en donde en general las rasantes son bajas, pero los escurride- ros son definidos se pueden utilizar tubos, losas o cajones a medida que las secciones se hacen estrechas y profundas, las obras indicadas son las bóve- das, además de las losas y los tubos dependiendo principalmente de la altura del terraplén. Tomando en cuenta los factores anteriores se deberá elegir las obras más adecuadas, pero en caso de que se tengan para cada una, dos o más ti- pos se elegirá las de menor costo. 31 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Puentes.- El cálculo del área hidráulica para puentes generalmente se lleva a cabo por medio del método de sección y pendiente y aplicando la fórmula Man- ning. Este método se aplica cuando se tienen arroyos con cause bien definido y en que puedan encontrarse huellas dejadas por las corrientes en las crecientes máximas. Es necesario conocer las dimensiones de las secciones de crecimiento y la pendiente del arroyo, así como el coeficiente de rugosidad del cauce, que es en función del material del lecho. En los estudios para puentes se requiere conocer el gasto máximo que pasará bajo el puente, según el periodo de retorno de avenidas que se tome que generalmente es de 25 a 50 años, así como la velocidad del agua y el ma- yor nivel que alcanza debido al remanso que se producirá debido al estrecha- miento de la sección hidráulica por la presencia del puente, nivel que no deberá ser mayor de 0.40 mts. del que se tenía antes de la construcción. Para calcular el gasto máximo de una corriente de agua, es necesario conocer el área hidráulica de diferentes acciones del arroyo y la velocidad me- dia de cada una de ellas. Los estudios generalmente se llevan a cabo en 3 secciones, una en el sitio del cruce, otras aguas arriba y la tercera aguas abajo a distancias de 300 a 500 mts. entre ellas, de las cuales es necesario conocer la sección transversal que se levantará topográficamente. Para obtener la velocidad de la corriente se tienen métodos directos en los que se usan molinetes o flotadores y los indirectos entre los que está el de SECIDIZ y pendiente que es el más usado. Los estudios que se deben llevar a cabo para la construcción de un puente serán los siguientes: 1.- Levantamiento del perfil a cada 20 mts. del fondo del río o de la su- perficie del agua, colocar estacas en el fondo del arroyo cada 20 mts. cadenán- dolas, tomando como origen el eje del camino. 32 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS 2.- Levantamiento de las secciones hidráulicas dentro del tramo elegi- do para el estudio, se trazan y nivelan 3 secciones transversales al eje de la co- rriente, la del cauce del camino, una aguas arriba y otra aguas abajo a distan- cias que varían de 300 a 500 mts. de la primera. El trazo y nivelación deberá prolongarse de tal manera que los extremos queden arriba del nivel de aguas máximas extraordinarias y se tenga una superficie cerrada que es el área hi- dráulica de escurrimiento. 3.- Localización del nivel de aguas máximas extraordinarias. La localización del NAME se puede obtener por información que se solicita a personas del lugar de preferencia las de mayor edad o de alguna de- pendencia técnica que tenga de la corriente que se está estudiando. La información se puede obtener observando las huellas que dejan las avenidas en la vegetación que crece a los lados del arroyo o río, estas huellas pueden consistir es zacatón, basura, residuos de animales, etc. que se atoran en las ramas de árboles, arbustos, cercas, etc. a lo largo de la zona en estudio, se nivelan las huellas y los puntos obtenidos por información de ambas márge- nes, eligiéndose la elevación correspondiente al NAME de cada sección de acuerdo con los datos obtenidos. Los trabajos de gabinete serán el dibujo del perfil del fondo del arroyo y las 3 secciones levantadas a las cuales se le coloca la línea del NAME en las elevaciones correspondientes a cada una. Una vez dibujadas las secciones, se dividen en áreas parciales de acuerdo a la configuración del cauce y para cada una de ellas se calcula el área hidráulica, perímetro mojado y radio hidráulico. 33 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Puentes 34 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Puentes 35 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Revestimientos.- Son capas de materiales seleccionados que se tienden sobre las te- rracerías de caminos con el fin de servir como superficie de rodamiento. Los materiales seleccionados que se emplearán en los revestimientos deberán ser de los tipos que se indican a continuación: • Materiales que no requieren tratamiento. • Materiales que requieren ser disgregados • Materiales que requieren se cribados • Materiales que requieren ser triturados parcialmente y criba- dos. Los materiales que no requieren tratamiento son los poco o nada cohesivos, como limos, arenas y gravas que al extraerlos quedan sueltos y que no contienen más del 5% de partículas mayores de 3”. Los materiales que requieren ser disgregados son los cohesivos como tepetates, calizas, conglomerados, aglomerados y rocas muy alteradas que al extraerlas resultan con terrones que pueden disgregarse por la acción del equi- po de disgregación y que una vez disgregados no contienen mas del 5% de partículas mayores de 3”. Los materiales que requieren ser cribados son los poco o nada cohe- sivos, como mezclas de gravas, arenas y limos que al extraerlos quedan suel- tos y que contienen entre el 5% y el 25% de material mayor de 3” y que requie- re ser cribados por una malla para eliminar este material. Los materiales que requieren ser triturados parcialmente y cribados son los poco o nada cohesivos como mezclas de gravas, arenas y limos que al extraerlos quedan sueltos y contienen entre el 25% y 75% de partículas mayo- res de 3” y que deben ser triturados y cribados por la malla de 3”. La construcción de los revestimientos se iniciará cuando las terrace- rías estén terminadas dentro de las tolerancias indicadas en lo que corresponde a lo especificado o a lo que fije el proyecto. 36 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Previamente a la explotación de los bancos se efectuará el desmonte y el despalme desalojando la capa superficial del terreno natural que por sus características no sea adecuado para la construcción de revestimientos. Los despalmes podrán ejecutarse en materiales “A”, “B” y “C”, en la ejecución del despalme se observará lo siguiente: a.- El despalme se iniciará después de que se haya seleccio- nado la superficie probable de ataque. b.- El material producto del despalme se colocará en el sitio que indique el proyecto. c.- El contratista será responsable de que no se altere ni modi- fiquen las referencias y bancos de nivel del seccionamiento du- rante el despalme. d.- Una vez despalmados los bancos, se seccionarán nueva- mente antes de ser atacados, dejando las referencias y bancos de nivel a distancias tales del lugar de ataque y de trabajo que no vayan a ser destruidos o alterados. Los materiales que no requieran tratamiento deberán ser ex- traídos y cargados por cualquier medio mecánico, el material mayor de 3” deberá ser eliminado en el camino depositándolo en el sitio que orde- ne el proyecto. Los materiales que requieren ser disgregados deberán ser ex- traídos del banco en forma tal que su tamaño máximo sea de 40 cms. transportados a la obra y colocados sobre las terracerías que hayan sido compactadas al grado que indique el proyecto en donde serán disgrega- dos utilizando equipo mecánico adecuado, hasta que el porcentaje de terrones de tamaño mayor sea de 3”. El desperdicio mayor de 3” se eli- minará depositándolo en un sitio determinado por el proyecto. Los materiales que requieren ser cribados deberán ser extraí- dos y cribados por cualquier medio mecánico y que asegure la elimina- ción de las partículas mayores de 3” (por mallas rutinarias y paleo de material o por mallas vibratorias). Los materiales que requieren de trituración parcial y cribado deberán ser triturados a tamaños máximo de 3” con equipo mecánico adecuado que permita satisfacer la composición granulométrica fijada en 37 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS el proyecto. El material deberá hacerse pasar totalmente por el equipo, auque solo parte de él se triture, determinando el porcentaje por triturar. Nota.- Antes de extender el material para formar la capa de re- vestimiento se acamellonará para su medición si procede, cuando se emplee motoconformadora se revolverá el material o materiales hasta que el producto sea homogéneo y a continuación se extenderá y com- pactará al grado de que fije el proyecto. Las operaciones de tendido, conformación y afinamiento del material de revestimiento cuando estos se realizan utilizando equipo mecánico, se medirán seleccionando el material mezclado y acamello- nado sobre la terracería empleando el sistema del promedio de áreas externas para determinar el volumen. Revestimiento 38 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS 39 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS LABORATORIO DE CONTROL DE CALIDAD DE MATERIALES 40 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS 41 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Normas de Calidad de los Materiales Métodos de muestreo y prueba de materiales Suelos y materiales para terracerías: En esta parte de especifica todo lo referente a las normas de calidad que debe satisfacer los diversos materiales que se utilicen en la construcción de las obras para carreteras y caminos de acceso que servirán para asegurar la calidad y un buen comportamiento de la obra por ejecutar. Este manual describe los procedimientos para la obtención de mues- tras de los suelos, materiales para terraplén, materiales para subyacente, mate- riales para subrasante a fin de determinar las características de estos materia- les o verificar que cumplan con los requisitos de calidad de las especificaciones que se encuentran en vigor por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes. El muestreo consiste en obtener una porción representativa del mate- rial con el que se pretende construir una terracería o bien el material que ya forma parte de la misma. El muestreo incluye además de las operaciones de envase, identificación y transporte de las muestras, las que se clasifican de la siguiente manera: 1.- Muestras cúbicas inalteradas. Son materiales en los que se conserva la estructura y el contenido de agua natural del suelo o en el lugar de donde se toma la muestra, por lo que su obtención, envase y transporte requieren cuidados especiales a fin de no alte- rarlas, son generalmente cúbicas de aproximadamente de 40 cms. por lado que se recubren con una membrana hecha de manta de cielo, parafina y brea para protegerlas. 2.- Muestras representativas. Son aquellas que están constituidas por el material degradado o frag- mentado, en las que se toman precauciones especiales para conservar el con- tenido de agua, envasándolas en bolsas de plástico u otros recipientes para im- pedir la pérdida de agua durante el tratamiento y almacenamiento. 42 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS 3.- Muestras integrales. Son aquellas que están constituidas por el material disgregado o frag- mentado de diversos estratos, en las que quedan ya presentados cada uno de los diferentes materiales que presente el estrato. Equipo y Materiales: El equipo para la ejecución del muestreo estará en condiciones de operación, limpio y completo en todas sus partes. El equipo y los materiales que se requieran para obtener muestras al- teradas consta de la siguiente manera: Herramienta tales como picos, palas, barretas, enchillos, espátulas, cucharas de albañil, machetes y arcos con seguetas, porteadoras, lona ahulada de aproximadamente 3 mts. por lado, bolsas de lona ahulada, cinta métrica de 20 mts. de longitud y flexómetro de 5 mts. Clasificación de fragmentos de roca: Los fragmentos de roca son todos aquellos cuyo tamaño está com- prendido entre 7.5 cms. (3”) y 200 cms.. según su tamaño de clasificación como se señala en la tabla 1 de este manual. Los fragmentos de roca se identifican por su tamaño, forma, textura superficial y grado de alteración, utilizando para ello las características que se indican en la tabla 2 de este manual. • Análisis granulométrico • Límites de consistencia • Absorción de densidad • Equivalente de arena • Prueba de compactación por carga estática (peso específico seco máximo y humedad óptima). 43 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS Análisis Granulométrico: El análisis granulométrico consiste en separar por tamaños las partícu- las de un suelo, retenidas en una sucesión de mallas expresando las masas re- tenidas como porcentajes de la muestra total. Estas pruebas permiten determinar la composición por tamaños de las partículas que integran los materiales empleados para terracerías mediante su paso por una serie de mallas con aberturas determinadas, el paso del material se hace primero a través de las mallas con abertura más grande hasta llegar a las más cerradas, de tal forma que los tamaños mayores se van reteniendo pa- ra obtener la masa que se retiene en cada malla, calcular su porcentaje respec- to al total y determinar el porcentaje de masa que pase. Equipo necesario: Juego de mallas, horno, balanzas, vaso de alumi- nio, agitador, cucharón, charolas, etc. Densidad (Masa específica) y Absorción: Se entiende por masa específica o densidad de un material a la rela- ción entre la masa del mismo y su volumen y la absorción es la cantidad de agua que penetrar en las partículas del material. Límites de ATTERBERG: Las pruebas de ATTERBERG tienen por objeto determinar la plastici- dad de la porción de una muestra que pasa por la malla No.40. las pruebas que se realizan son para determinar el límite líquido y plástico. Estas pruebas permiten conocer las características de plasticidad de la porción de los materiales para terracerías que pasan la malla No.40 cuyos re- sultados se utilizan principalmente para la identificación y clasificación de los suelos, consiste en determinar el límite líquido, es decir el contenido de agua para el cual un suelo plástico adquiere una resistencia al corte, esto se conside- ra como la frontera entre los estados semilíquidos y plástico. 44 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
MANUAL DE CARRETERAS Y CAMINOS El límite plástico o el contenido de agua para el cual un rodillo se rom- pe en tres partes al alcanzar un diámetro de 3 mm. este se considera como la frontera entre los estados plástico y semisólido. El índice plástico se calcula como la diferencia entre los límites líquido y plástico. Equipo necesario: Malla No. 40, desecador, vaso, capsulas de porce- lana, copa casa grande, espátula flexible, vidrios de reloj, placa de vidrio, cali- bración del equipo. Valor Relativo de Soporte Standard: El valor Relativo de Soporte Standard es un índice de resistencia al esfuerzo cortante en condiciones determinadas de compactación y humedad. Clasificación S.U.C.S.: En la ingeniería es de importancia fundamental identificar los suelos con los que se construyen las estructuras terreas, donde se desplantará una cimentación etc. para realizar esta clasificación se utiliza el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.). Contenido de agua: El contenido de agua es la relación que existe entre la masa que pier- de la muestra al someterla a un proceso de secado a una temperatura de 110ºC +/- 5ºC. Masa volumétrica seca máxima y el contenido de agua óptimo: La masa seca máxima es la relación de masa entre volumen que pue- de obtenerse en un material al reducir al mínimo de vacíos entre sus partículas sólidas al aplicar mecánicamente una energía específica y el contenido de agua óptimo en la cantidad de agua que propicie una acción lubricante en el material 45 Autor: Ing. José Pérez Domínguez
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