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ESCUELA SUPERI OR POLI TECNI CA
DEL LI TORAL
Facultad de Ingen iera en Ciencias de la Tierra
Estudios y Diseos a nivel de Prefactibilidad de laSolucin Vial: Av. Juan Tanca Marengo - Cerro
Map asingue - Va a Dau le
TESIS DE GRADO
P r e v ia a la o b t e n c i n d e l T t u l o d e
ING ENIERO CIVIL
Presentada por:
MIGUEL ANGEL CHAVEZ MONCAYO
GUAYAQUIL ECUADOR
AO
1998
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RESUMEN
Guayaquil es una ciudad que tiene un elevado crecimiento urbano hacia el
Norte en dond e existen muy pocas vas y un trfico muy congestionado.
El sector comprendido entre las avenidas Juan Tanca Marengo, Va Daule,
Va a la Costa, avenida Carlos Julio Arosemena Tola tiene un gran volumen
de trfico vehicular que se interrum pe principalmente en la avenida Daule, en
el tramo comprendido entre los kilmetros 4.5 y 7.5. Esta situacin genera a
los usuarios prdida de tiempo, ms gasto de combustible, daos al vehculo,
adems de la polucin por los gases de combustin producida por el trfico
mu y denso y frecuentemente d etenido.
La solucin de ingeniera que se propone permite un ahorro del 48% de
tiempo, 60% en combustible y evidentemente favorece la descongestin del
trnsito. Consiste de los siguientes elementos:
Va Sur Norte: Viaducto en el km 4.5, carretera de acceso, Tnel de 512 m
con doble carril, carretera d e salida, Viaducto en la Av. Juan Tanca.
Va Norte Sur: Viaducto en la Av. Juan Tanca, carretero de acceso, Tnel de
515 m con doble carril, carretera d e salida, viaducto en el cruce calle primera
Mapasingue y va Daule.
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El trabajo es una contribucin directa para los estudios y diseos definitivos
del proyecto ya que presenta el estudio preliminar y en ciertos casos el pre-
diseo d e las obras a realizarse, se da especial nfasis a las obras subterrneas
por ser las menos conocidas en nuestro medio (no se han construido tneles
viales en Guayaqu il).
Se llega a determinar mediante el anlisis que la construccin de t neles en el
cerro Mapasingue es menos costosa, que la que se realizar en el cerro Del
Carmen, por existir mejores cond iciones del terreno; igual conclusin se tiene
con los puentes viaducto y las carreteras o v as de acceso a los tneles, lo est
a favor de la economa del proyecto.
Finalmente se efecta un anlisis de costos unitarios en grandes rubros y se
llega a determinar un p resupuesto referencial de todo el proyecto.
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CAPITULO I.
INTRODUCCION
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I. INTRODUCCION
1.1 ANTECEDENTES
El desarrollo urbano de Guayaquil, ciudad que en 1996 lleg a una
poblacin de aproximadamente 2500.000 de habitantes, tiene una tasa
de crecimiento poblacional que supera el 4.5% anual. Esto implica que
en el ao 2.000 existirn aproximadamente unos 2850.000 habitantes. Si
se incluye el cantn Durn, Guayaquil Metropolitano tiene ms de
3000.000 de habitantes. (Ver anexo 1 - grfico 1.1)
Guayaquil ha crecido hasta un rea de aproximad amente212.4 Km2, su
desarrollo hacia el Este ha sido confinado por el ro Guayas, en tanto
que al Sur la ampliacin de la ciudad est restringida por las
condiciones especiales del estuario del ro Guayas.
La va Perimetral fue construida entre otros aspectos para
descongestionar el trnsito, sin embargo, han crecido rpidamente
numerosos asentamientos que han ocupado en algunos casos la franja
de proteccin de dicha obra, con demasiada presencia de personas que
circulan a pie en la va. Esta situacin ha determinad o que la Perimetral
no brind e al mom ento todo el servicio que se esperaba.
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Adems de ciudadelas, cooperativas, pre-cooperativas y otros tipos deocupacin territorial, muchas industrias se estn instalando en la parte
norte de la ciudad. Aproximadamente el 60% del rea de la ciudad est
actualmente d esarrollada en la parte norte.
1.2 CARACTERSTICAS G ENERALES DEL TRANSITO EN
EL NO ROCCID ENTE DE GUAYAQUIL
Debido al gran crecimiento poblacional e industrial, el trfico que se
tiene en el norte de Guayaquil es uno de los de m ayor densidad , pese a
que se han dado soluciones como la Perimetral e interconexiones con la
va Daule que sirven a un amplio sector, principalmente porque se
facilita el acceso al Puerto Martimo y a la parte Sur de la ciud ad.
Se considera que Guayaquil tiene una disposicin geogrfica
peninsular en lo referente al trfico, ya que existe una entrad a y salida
n ica por el Norte. Esta situacin es otra evidencia ms qu e mu estra las
grandes dificultades para el trnsito automotor qu e actualmente tiene el
sector includo en el presente estudio, cuyas vas fueron diseadas
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seguram ente para otras condiciones de servicio y para una vida til ya
cumplida.
1.3 INFORM ACIN Y TRABAJOS PREVIOS
Los estudios y diseos para la construccin de un tnel en el cerro del
Carmen realizados por la ESPOL en 1987(1), constituyen u na importante
informacin para el presente trabajo que, por tratarse de estudios
definitivos, contiene datos y parmetros que fueron obtenidos gracias a
que fue un proyecto financiado.
Es importante destacar que la presente tesis de grado incluye la
interconexin vial dos tneles que atravesaran el cerro Mapasingue qu e
es la continuacin de la cordillera Chongn - Colonche de la cual
forman parte los cerros Santa Ana y Del Carmen. En toda dicha
cordillera se hace presente la misma formacin geolgica, denominada
Cayo.
El Proyecto de la solucin vial por el cerro Del Carmen en la
construccin de un t nel en una d ireccin (Sur a Norte) que atravesando
dicho cerro, desde un sitio prximo a la Iglesia San Vicente (avenida
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Rocafuerte), con un tnel de 310 m se empalma a la avenida Pedro J.
Menndez Gilbert. El criterio bsico de dicho proyecto era procurar la
descongestin del lento trfico del casco comercial, permitiendo la
salida expedita de los vehculos por el tnel utilizando dos vas de
acceso que tambin fueron diseadas para el efecto. El anlisis de
trnsito efectuado determin que no era conveniente permitir el ingreso
vehicular rpido hacia el sector central de la ciudad, debido a que lo
congestionara an ms.
Durante el tiempo de ejecucin de la presente tesis se estn realizando
nuevos estudios definitivos de dos tneles en el cerro Del Carmen, uno
que conecta la calle Boyac (entrando por el costado del hospital LuisVernaza) con la avenida Morn de Buitrn y otro que conecta la calle
Malecn con la misma avenida. Los nu evos tneles son de mayor
longitud que el diseado por la ESPOL, el proyecto tambin tiene dos
grandes pasos a desnivel con todo lo cual el nuevo costo de ejecucin
del proyecto es de var ias decenas de millones de dlares.
En 1987 se realiz en la Universidad de Guayaquil la Tesis de Grado
presentada por el Ing. Eduardo Santos Baquerizo(2), que incluye un
interesante estud io vial para comu nicar Miraflores Urdesa Central con
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la Av. Juan Tanca Marengo mediante la hoy denominada avenida Las
Aguas.
1.4 JUSTIFICACION DE LA SOLUCION VIAL PROPUESTA
La solucin de trnsito que se propone presenta las siguientes ventajas
que pueden ser puntualizadas de la siguiente forma, adems de los
anlisis que se presentan en el captulo 2. (Todas las acotaciones de
distancias y puntos a continuacin mencionados se encuentran en el
anexo 1 lmina 1.1 Implantacin del proyecto)
Considerando un mismo punto de partida y de llegada la longitud
de recorrido m enor en un 47%.
Del recorrido actual, casi el 50% se produce por una va muy
congestionad a en las horas p ico de trfico (recorrido A C).
Debido a la congestin el tiempo de recorrido de cualquier vehculo
se cuadruplica, lo cual se ha determinado utilizando la vadisponible actualmente (recorrido A C B) cuando existe poco
trfico y en las horas de mayor densidad vehicular, que son
precisamente las horas de mayor actividad y requerimiento de la
poblacin.
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Si se tiene mayor tiempo de recorrido, se consumir mayor cantidad
de combu stible que se puede estimar por lo menos en un 60% ms, lo
cual se ha dedu cido del tiemp o de vehculo en encendido parad o y
cuando est rodando. Sin embargo esta no es la nica perdida p ara el
conductor, ya que un vehculo encendido p arado puede sufrir daos
por efecto de recalentamiento e inclusive estorbar al flujo vehicular.
El peor dao lo sufre el medio ambiente por la gran polucin que
ocasiona el trfico detenido, por lo que Guayaquil debe establecer
rpidos correctivos para controlar las emisiones de los gases de
combustin.
Con la ocurrencia del fenmeno El Nio y an con otros perodos de
precipitaciones importantes, se ha determinad o que existen dos
sectores que bloquean el trfico cuand o ocurren fuertes lluvias y son:
Km 5.5 a 6.5 de la va a Daule y Av. Juan Tanca Marengo frente a la
ciudadela Martha de Rolds; debido a las dificultades que existen
para resolver aquel problema de drenaje de aguas lluvias, pasan a
constituirse en un molesto problema de trnsito, para la ciudad,
du rante la duracin de las tormentas.
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CAPITULO II.
ESTUDIO DE TRAFICO VEHICULAR
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II. ESTUDIO DE TRAFICO VEHICULAR
2.1 REPASO D E CON CEPTOS UTILIZADOS EN EL
PRESENTE TRABAJO(2)
Concepto de Trfico.-El diseo de una carretera o de un tramo de esta,
se basa en la obtencin de gran cantidad de informacin de campo y
gabinete, especialmente en datos de trfico vehicular con el objetivo de
determinar el volumen mximo de automotores que puede absorber
una va. El trfico es en consecuencia un parmetro que afecta
directamente a las caractersticas de d iseo Geomtrico.
La informacin sobre trfico debe comprender la determinaci6n del
trfico actual (volmenes y tipos de vehculos), basndose en contajes y
en las proyecciones de trfico.
Concepto de Trfico Promedio Diario A nual T.P.D.A..-Es el nmero d e
vehculos que pasan en uno y otro sentido, en un punto determinado
del camino, durante las 24 horas del da. Num ricamente el T.P.D.A. es
el volum en - total anual dividido para el nm ero de das del ao.
Factores que definen el T.P.D.A..-Son p rincipalmente los siguientes:
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N mero vehculo en funcin d el tiempo
Sectorizaci6n
Proyectado a la vida til del camino no ms de 20 aos
Vehculo de diseo (transformar a una sola carga promedio)
Variaciones de volumen de las 24 horas x 365 das
Dos sentidos d e trfico
Correspond iente a la demanda ms alta de la hora trigsima
Pronstico de Trfico.-Para los proyectos viales no slo es importante
el trfico existente en la va, si se trata de un mejoramiento, sino ms
bien del trfico que la carretera va a servir a lo largo de su
funcionamiento; es decir es importante conocer el trfico futuro de la
va.
Generalmente se estima como periodo de vida de una carretera 20 a 30
aos, pero en todo caso prevalece el criterio del diseador, luego del
correspondiente anlisis tcnico especializado.
Trfico Futuro.-El pronstico del volumen y composicin d el trfico se
basa en el trfico actual, los diseos se basan en una prediccin del
trfico a 15 0 20 aos. Las proyecciones del trfico se usan para
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clasificaci6n de la carretera. El crecimiento promedio de automotores
supera el 7.5% anu al en el Ecuad or.
Trfico Actual.-Es el nmero de vehculos que circulan sobre una
carretera antes de ser mejorada o es el trfico que ut iliza la carretera en
el presente. Pued e ser de d os clases: trfico existente y trfico atrado.
Si se trata de una nueva carretera, el trfico actual ser el se supone qu e
usara la carretera si estuviera en servicio en el presente y ste ser slo
trfico atrado.
Si se trata del mejoramiento de una carretera, se supondr como trfico
actual, el trfico existente en el presente ms el que se pod ra atraer si se
hacen m ejoras.
Trfico Generado.- Es el que se origina por las novedades que ofrece
una nueva carretera a las mejoras en una existente. Es decir, el uso de
la carretera por su mejor servicio, por noved ad en vez de necesidad; Se
ha estimad o que este trfico se produ ce hasta un tiemp o de d os aos.
Trfico Desviado.-Que sera aquel atrado desde otras carreteras o
med ios de transporte, una vez que entre en servicio la va mejorada, en
razn d e ahorros, en tiempo, distancia, o costos.
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En caso de una carretera nueva, el trfico actual estara constituido por
el trfico desviado y eventualmente por el trfico inicial que producira
el desarrollo del rea de influencia de la carretera.
Clculo de Trfico Proyectado.-
TP = TA (1 + i)n
TP = Trfico ProyectadoTA = Trfico Actual transformado a vehculo de diseoi = Tasa de crecimiento vehicular(%)n = Vida til
2.2 ANALISIS VALORAD O DEL TRAFICO ACTUAL
2.2.1 EJECUCION DEL TRABAJO DE CAMPO
Las investigaciones de campo en el presente estudio de trnsito se
efectuaron con la par ticipacin de estud iantes de Vas de Comunicacin
de la Carrera de Ingeniera Civil. El trabajo consisti en la realizacin de
un aforo en puntos de observacin previamente seleccionados; se
utilizaron para el efecto contadores manuales durante cuatro das de
registros de datos, que fueron los siguientes:
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Lunes 13 de Octubre 1997
Mircoles 15 de Octubre 1997
Viernes 17 de Octubre 1997
Domingo 19 de Octubre 1997
Se escogieron como referencia tres horas pico, que pueden ser
consideradas como las mas transitadas ya que tienen relacin con el
movimiento vehicular que causa el desplazamiento de las personas a
sus trabajos, comercio, estud io y una multiplicidad de otras actividad es
vinculadas a la vida diaria.
Las horas de aforo consideradas fueron:
8:00 a 9:00 horas
12:00 a 13:00 horas
8:00 a 19:00 horas
Las estaciones de aforo seleccionad as fueron las diez siguientes:
Va Juan Tanca Marengo frente a la Coca Cola(1)
Va Juan Tanca Marengo y desvo al Colegio Americano(2)
Ramal del distribuidor de trfico Interseccin Va Juan Tanca
Marengo - Va a Dau le. (3)
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Va Daule - Guayaquil entrad a a la Compaa AGA. (4)
Ramal del Distribuidor de Trfico interseccin Va Daule - Va a la
Costa (Av. Demetrio Agu ilera Malta o Av. Del Bombero). (5)
Va Guayaquil - Dau le frente a Gasolinera Km 4.2.(6)
Va Guayaquil - Daule a la entrada de Mapasingue Este, Avenida
Primera. (7)
Ramal del distribuidor de Trfico, interseccin Va a Daule con Va
Juan Tanca Marengo Km 7 . (8)
Va Juan Tanca Marengo, entrad a a ciudadela Martha de Rolds(9).
Va Juan Tanca Marengo, entrada a ciud adela Madrigal(10).
Ver ubicacin de los aforos en el anexo 2 lmina 2.1
RESULTADOS DEL AFORO DE TRAFICO.-Slo se ha tomado en
cuenta los aforos que se realizaron en los puntos 1-2, 4-5, 7, 9 y 10 por
estar directamente vinculados al trfico del proyecto. (Ver anexo 2
cuadro 2.1)
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2.2.2 CALCULO D EL TRAFICO PROMEDIO DIARIO ANUAL
(T.P.D.A.)(2)
Para la determinacin del T.P.D.A. se realiz un estudio de encuesta de
Origeny Destino, preguntand o a los conductores, lo siguiente:
a) Hacia a donde se dirige?
b) Que beneficio tendra el proyecto en cuanto al ahorro de tiempo?
c) Existen ventajas por: ahorro de distancia, gasolina, depreciacin de
vehculo?
d) Utilizara la solucin vial propu esta?.
Luego de realizar esta sencilla encuesta, se lleg a determinar, segn la
ruta de aforo, el porcentaje de vehculos que ut ilizara la solucin que se
propone en esta tesis, siendo los resultados los siguientes:
Ruta del aforo 1 y 2 el 18 %
Ruta del aforo 4 y 5 el 8 %
Ruta del aforo 7 el 12% Ruta d el aforo 9 y 10 el 8%
CANTIDADES DE VEHICULOS QUE USAR IAN LA NUEVA VIA.-
Segn los clculos efectuados, empleando el resultado del aforo,
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debemos utilizar un trfico actual de 1003 vehculos/ da en nu estro
clculo delT.P.D.A. el cual nos da un valor de5630 vehculos diarios.
(Ver anexo 2 cuad ros 2.1, 2.2 y 2.3)
El valor encontrado corresponde a una carreteraClase I segn
clasificacin delMOP(ver anexo 2 - cuadro 2.2), con las caractersticas y
parmetros que esta institucin pblica recomienda para el diseo y
construccin de las vas. Se ha considerad o conveniente u tilizar algunos
parmetros sugeridos por elMOPen lo referente a las normas de d iseo
geomtrico de carreteras Clase I para terreno llano adaptada para una
va urbana que atraviesa por un tnel, la seccin tpica se muestra en el
anexo 2 cuad ro 2.3.
2.3 DISEO D E LA SOLUCION D E TRAFICO
Luego del anlisis efectuado es posible esquem atizar una solucin vial
para lo cual se definen los siguientes puntos de partida y d e llegada qu e
estn sealados en la lmina de implantacin del proyecto (anexo 1
lmina 1.2).
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PUNTOA: Pued e receptar el trfico cuyo destino es el pu nto B
desde la Av. Carlos Julio Arosemena Tola y Va a Daule
mediante la variante existente, m n y desde la Av. Del
Bombero med iante un viadu ctok - A. Este punto tambin
receptar el trfico Norte - Sur que viene desde el punto
B, por la calle Primera d e Mapasingue y que se dirige a la
Costa por la Av. Del Bombero.
PUNTOB: Situado en la Av. Juan Tanca Marengo, frente la
envasad ora Coca Cola, y al terreno de la U. de Gu ayaquil
en su lmite con la ciudadela Madrigal. A este punto
llegara el trfico recogido por A y adems sera el sitio
de salida desde la Av. Tanca hasta los puntos A y D.
PUNTO D: Interceptacin de la Va a Daule con la calle Primera de
Mapasingue, punto p rximo a Mi Comisariato. Es el sitio
de llegada del trfico proveniente de la Av. Juan Tanca
Marengo que puede dirigirse al Norte por la va Daule,
tam bin a la Av. De Bombero y a la Av. Carlos Julio
Arosemena T.
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DESCRIPCIO N DE LA CONECCION ENTR E LO S PUNTO S A Y
B.- Para llegar al puntoA desde la Av. Carlos J. Arosemena T. se debe
construir a partir de la variante del Km 4+200 (m - n) un ramal de
aproximadamente 80 m de longitud (n - A). Este sera el sitio de
captacin del trfico que normalmente sigue por la Va a Daule con
destino al puntoB.
Para llegar al puntoA desde la Av. Del Bombero (va a la Costa) (k
A), se requiere de un viaducto que se eleve desde el puntok hasta el
punto A, sobre el ramal actual (m n - k) que puede ser adecuado
amplindolo. Esta misma va pudiere ser tomada por quienes deseen
desplazarse desde el sector industrial y residencial existente entre la Va
a Daule, Mapasingue y Los Ceibos, tomando un desvo por debajo del
viadu cto Miraflores.
Desde el puntoA se debe construir una calle de dos carriles por los
espacios libres existentes entre la Federacin Dep ortiva d el Guayas y las
edificaciones del Teatro Centro d e Arte. Se deber utilizar u na franja de
terreno, en la cual existe una alcantarilla con un sendero ancho y recto
de aproximadamente 400 m d e longitud, que arriba a la calle Primera de
Mapasingue; de sta, tomando una calle secundaria, se llega a la falda
del cerro Mapasingue y a partir de este punto, mediante un tnel de
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aproximadamente 512 m de longitud, se llega a la falda norte de dicho
cerro dond e existe un terreno de la Universidad de Guayaquil, pasando
por el cual se pued e llegar a la avenida Juan Tanca Marengo.
DESCRIPCIO N DE LA CONECCION ENTR E EL PUNTO BD Y BA .-
Mediante una va contigua y paralela a la anteriormente descrita se
puede trasladar desde el puntoB a la falda del cerro y mediante otro
tnel de aproximadamente 515 m de longitud atravesar el cerro
Mapasingue hasta llegar al otro lado del cerro en donde se encuentra la
calle primera de Mapasingue, la cual es amplia y asfaltada, puede
perm itir el acceso directo a la va a Dau le. En este punto de interseccin
los vehculos pu eden d irigirse hacia el Nor te tomando u n carril derecho,
que debe ser habilitado; y para d irigirse a la Av. Carlos Julio Arosemena
Tola, a la va a la Costa o hacia Los Ceibos, se requiere de un paso a
desnivel.
En el anexo 2 - lmina 2.1 se presenta una planta clave en la que se
muestra el esquema simplificado del funcionamiento del trfico
vehicular que muestra las ventajas de la solucin propu esta.
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CAPITULO III.
CARTOGRAFIA Y TOPOGRAFIA
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III. CARTOG RAFIA Y TOPOG RAFIA
Dada las dimensiones del proyecto, se debi utilizar la topografa obtenida
por restitucin aerofotogramtrica, realizada por el IGM para la I.
Municipalidad de Guayaquil.
Una vez integrad as las diferentes hojas topogrficas, se procedi a d igitalizartoda la informacin dispon ible incluyendo las coordenad as, la infraestructura
vial, la ocupacin territorial y las curvas de nivel con sus correspondientes
cotas reales (con la precisin de la restitucin) en u na franja bien amp lia en la
que se podan tener varias alternativas de trazado.
El material digitalizado se proces mediante el Autocad 14, obteniendo as:
distancia, reas, coordenadas de los diferentes puntos, abscisados, etc. con
bastante p recisin.
Debido a la falta de informacin de los sitios cercanos a la entrada de los
tneles, se procedi a sacar mayores detalles mediante levantamientos
taquimtricos que enlazaron la informacin topogrfica del plano IGM.
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3.1 IMPLANTACIO N GENERAL DEL PROYECTO
Es la informacin que est presentada en el anexo 1 - lmina 1.2, en la
cual se han actualizado las nuevas vas, ingresos a urbanizaciones y
otros cambios ocurridos despus de que se efectuaran las lneas de
vuelo. Dentro d e los cambios adicionad os cuentan: la Av. Las Aguas, el
cruce Colegio Americano Va a Daule, el teatro Centro de Arte, la
Federacin Deportiva del Guayas y otros cambios menores.
3.2 TOPO GRAFIA DE LAS VIAS DE ACCESO
Las vas de acceso que debern construir entre la falda Norte del cerro
Mapasingue y la va a Daule estn sobre cotas fluctuantes entre 9 y 15
m.s.n.m. ap roximad amente.
En cambio en la falda Sur los accesos se localizan en el sector de
Mapasingue, y pasan aproximadamente por las cotas 7 a 10 m.s.n.m.
En los dos casos el trazad o pod r corresponder al tipo de terreno llano y
segn las observaciones en el pasado fenmeno El Nio no estn sujetos
a inundacin, exceptuando parte del tramo de la va de acceso desde el
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denominado punto A hasta el portal de entrada del tnel Sur Norte.
(Ver anexo 3 - lmina 3.1)
3.3 TOPO GRAFIA DE LA SOLUCION SUBTERRANEA
El cerro Mapasingue tiene una altitud aproximada de 95 m y se
desarrolla desde las denominadas Lomas de Urdesa hasta el km 7.5 de
la va a Daule.
La parte ms angosta del cerro es la que ha sido estud iada para ubicar el
o los tneles. La topografa ms empinada se encuentra en la falda Sur
del cerro, esto es la que da a la urbanizacin La Prosperina, donde se
tienen pendientes que varan entre 30 y 45 %. En el otro lado, las
pendientes son ms suaves y cambian desde un 28% en la parte alta
hasta 20% en la par te ms baja de la falda.
Dado que se trata de proyectos de tneles, se recomienda que las cotas
ms adecuad as para el trazad o de los mismos son 10 y 15 m.s.n.m.
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3.3.1 PLANTA Y PERFILES
Se procedi a abscisar dos rutas en las que: constan las vas de acceso de
entrada salida y la ubicacin de los ejes de los tneles, todo lo cual
consta en el plano de imp lantacin general.
En lo referente a la disposicin altimtrica de las vas, se han trazado
igualmente dos perfiles longitudinales de longitudes aproximadas de
2,368 y 2,830 m, que parten desde el denominado punto A hasta el
pu nto B y desde el punto B al pu nto C con una variante adicional en este
ultimo perfil. (Ver anexo 3 lmina 3.1, 3.2 y 3.3)
3.4 PRE-PROYECTO DE LAS VIAS D E ACCESO
Para realizar el diseo de las vas de acceso es necesario disponer de la
topografa detallada del terreno y, de modo especial, de la ubicacin de
todas las obras construidas o en proceso de construccin. El objetivoprincipal ser minimizar las indemnizaciones y evitar los problemas de
desalojo que en ocasiones interrumpe el desarrollo de los proyectos.
Cualqu iera que sean las dificultades que se tengan, el diseo de las vas
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debe cumplir los requerimientos mnimos que estn establecidos en los
siguientes conceptos.
VELOCIDAD(2).-
Velocidad de Diseo.-Es una velocidad de seguridad que puede
mantenerse a lo largo de la carretera y se la asume segn la clase de
terreno y el tipo de carretera, en este caso Clase I de acuerdo a la
determinacin del TPDA que garantice un alto grado se seguridad
movilidad y eficiencia. Tambin depend e de las cond iciones econmicas
ya que en una carretera en terreno plano u ondulado es recomendable
una velocidad de diseo alta; en cambio en una carretera en terreno
montaoso la velocidad de diseo es baja. As mismo una carretera con
gran volumen de trfico justifica una velocidad de diseo alta, lo que
sera lo contrario para una carretera con un volum en de trfico bajo. Por
todo esto, la velocidad de diseo debe establecerse para el tramo de
carretera ms desfavorable considerando el radio mnimo de las curvas,
teniendo en cuenta que deben evitarse cambios violentos de una a otra
velocidad de diseo en d os sectores continuos, siendo la diferencia entre
velocidad es no mayor a 20 Km/ h. (Ver anexo 3 cuadro 3.1)
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La velocidad de d iseo escogida es de 100 Km/ h, como valor absoluto,
debido a que la va es de Clase I y el TPDA esta entre 3,000 y 8,000.
Velocidad de Circulacin.-Es la velocidad real que debe tener un
vehculo en un tramo de carretera que resulta de dividir la distancia
total para el tiempo efectivo en marcha.
La relacin que existe entre la velocidad de diseo y la velocidad de
circulacin para volmenes de trfico bajos esta dada por la siguiente
ecuacin:
VC = (0.8Vd+6.5) para TPD A=1000.
La velocidad de circulacin disminuye conforma aumenta el trfico,
para el caso de volumen de trfico intermed io la relacin se expresa con
la siguiente ecuacin:
VC = 1.32xVd0.89 (TPDA en tre 1000 y 3000)
La velocidad de circulacin con que los vehculos rodarn en la va del
proyecto deber ser preferiblemente de 80 Km/ h. (Ver anexo 3 cuadro
3.2)
PROYECTO HO RIZO NTAL(2).- Se trata que med iante el diseo se den
seguridades a la circulacin de una carretera utilizando una
combinacin de curvas, preferiblemente de grandes radios, con
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tangentes de cierta longitud tomand o en cuenta adems d e la seguridad
el diseo esttico d e la carretera.
Curvas Circulares.-Las tangentes de alineamiento horizontal deben ser
enlazadas con curvas qu e son arcos de circun ferencia y que se las conoce
simplemente como curvas circulares.
Cuando dos tangentes estn enlazadas por una sola curva, sta se
denomina curva simple, pud iendo doblar hacia la izquierda o hacia la
derecha segn el sentido de la deflexin.
Curvas Horizontales.-Para obtener un buen diseo considerando el
factor econmico, se debe tratar que los elementos geomtricos otorguen
seguridad d entro de las condiciones generales de las carreteras.
El proyectista debe combinar curvas de grandes radios con tangentes de
cierta longitud, tomndose en cuenta el aspecto de seguridad y esttica
de la carretera
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Elementos de una Curva Simple.-
PI = Punto de interseccin de las tangentes
R = Radio de la curva
PC y PT = Puntos donde los alineamientos rectos son tangentes a la
curva y se llaman respectivamente punto de curva y
punto de tangente
= Angu lo de deflexin de la curva en el PI
LT = Tangente de la curva o sea el segmento PC-PI y PI-PT.
E = External de la curva
LC = Es la longitu d de la curva, en el grfico, el arco PC-PT
F= Flecha de la curva, a la mitad de la curva larga
CL= Cuerd a larga de la curva, o sea la recta PC-PT
/2 /2
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En el presente trabajo se han definido para las vas dos trazos con sus
correspondientes PI, en los cuales tambin se ha determinado las
abscisas y las coordenadas aproximadas, lo cual esta indicado en el
anexo 3 - cuad ros 3.3 y 3.4.
Peralte.-
Cuando un vehculo recorre una trayectoria circular es empujado
rad ialmente hacia fuera p or efecto de la fuerza centrfuga. Esta fuerza se
contrarresta por las fuerzas componentes del peso (P) del vehculo
debido al peralte, adems por la fuerza d e friccin desarrollada entre las
llantas y la calzada, lo que se m uestra en las relaciones siguientes:
La fuerza centrfuga (F) se expresa por:
F= mV2 / R
m = P/ g
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Entonces
F= P V2 /gR
en donde:
P= peso del vehculo, en Kg
V = velocidad, expresada en Km/ h
g= aceleracin de la gravedad = 9.78 m/ seg2
R = radio de la curva expresada en metros
Debido a que en el presente trabajo no se ha efectuado u n levantam iento
topogrfico detallado, no se ha considerado conveniente efectuar el
clculo de los peraltes.
Radio Mnim o de Curvat ura.-Es un valor lmite para u na velocidad de
diseo dad a y se lo determina en base al mximo peralte adm isible y al
coeficiente de friccin lateral, lo cual est indicado en el anexo 3 -
cuad ros 3.5 y 3.6.
PROYECTO VERTICAL(2).- En el diseo de carreteras, el alineamiento
vertical es tan importante como el horizontal y est ligado a velocidad
de diseo distancia de visibilidad radio de curvatura, etc. En ningn
caso se debe sacrificar el perfil vertical para obtener un buen
alineamiento horizontal. Se debe combinar los dos ubicand o de la mejor
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forma la rasante, que es la que va a definir los alineamientos verticales,
por lo que para proyectar hay que tomar en cuenta las siguiente
consideraciones:
Se deben evitar los perfiles con pendientes fuertes y contnuas para
mantener una velocidad adecuada de circulacin
En ascensos largos es preferible que las pend ientes ms fuertes estn
colocadas al inicio del ascenso y luego se las suavice cerca de la cima.
En terrenos llanos las rasantes estn gobernadas por el drenaje
lateral, que es nuestro caso. Para poder evacuar longitudinalmente a
los lados de la va, se recomienda que la sub-rasante est por lo
menos 1 m p or encima d e la mxima cota de inundacin.
En terrenos ondulados y montaosos, el proyecto vertical est
estrictamente gobernado por la topogrfica de la zona.
En el diseo de una curva vertical, es necesario tener en cuenta el
aspecto esttico de la curva y los requisitos para drenar la calzada en
forma adecuada.
Debido a que en el presente trabajo no se ha efectuado u n levantam iento
topogrfico detallado, se ha considerado, como rasante para un diseo
preliminar, la comprendida entre la cota 10 de entrada y salida, estando
el tramo central en la cota 11.28 para dar la solucin de drenaje
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longitudinal de las aguas de infiltracin y en circunstancias en que se
efecte el lavado d e la calzada.
Luego de efectuarse el levantamiento topogrfico detallado se deber
considerar un 0.5% de pendiente longitudinal, partiendo del punto
central de la traza longitudinal del tnel para calcular la curva vertical
correspondiente tomand o en cuenta los parmetros:
Dist ancia de vis ibil idad de parada o frenada.- Distancia necesaria para
que un conductor que viaja a la velocidad de d iseo pu eda d etenerse al
observar un obstculo de 10 cm sobre la superficie de la carretera. (Ver
anexo 3 cuad ro 3.7)
Dist ancia de Visibilidad de Rebase.-Es la necesaria para que un
vehculo que circula a la velocidad d e diseo y tiene delante un vehculo
que viaja a una velocidad menor pueda adelantarlo sin peligro de
colisin con el trfico que puede venir por la va opuesta. Las
especificaciones de la AASHO indican que por lo menos cada 2 Km
debe existir un espacio para rebasar. (Ver anexo 3 cuad ros 3.8, 3.9, 3.10
y 3.11)
Dist ancia Mnim a de Seguridad ent re dos vehculos .-La distancia que
debe haber de seguridad entre dos vehculos que viajan a la misma
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velocidad, uno tras de otro, debe ser tal que si el que va adelante aplica
los frenos, el que le sigue tenga suficiente tiempo para detener el suyo
sin llegar a chocar. Se supone que la desaceleracin de frenado es la
misma para ambos vehculos conseguir detenerse en el mismo punto.
Se considera que el tiempo que tarda en aplicar los frenos el vehculo
que va detrs es de 1 seg. y se deber de considerar la distancia del
vehculo que es aproximadamente 6 m, la ASSHO determina la d istancia
de separacin mnima de los coches mediante la formula:
D = 0.28V Tr +L
Tiempo de reaccin, Tr = 1 seg.
Largo del automvil L = 6 m
0.28 es una constante que convierte la velocidad de Km/ h a m/ seg.
ZONA DE SEGUR IDAD DEN TR O DEL TNEL.-Adems de todas las
anteriores consideraciones del diseo geomtrico es necesario dotar de
zonas de seguridad dentro d e los tneles en el primero y segund o tercio
del largo total. Cada cavidad adicional podr ser de 2.5x12 m, de tal
forma de permitir el estacionamiento de vehculos que hayan sufrido
algn percance.
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CAPITULO IV.
GEOLOGIA Y GEOTECNIA
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IV. GEOLOGIA Y GEOTECNIA
Los cerros de Guayaquil han sido estudiados notablemente para diferentes
investigaciones y trabajos prcticos(3) (4) (5).
Ventajosamente casi todas las elevaciones de Guayaqu il pertenecen a u na sola
formacin geolgica(6)
, la cual puede presentar variaciones de un sitio a otroy stas, ms las investigaciones de la estructura y microestructura de los
estratos, suelen ser los objetivos fundamentales cuando se desea construir
una obra de ingeniera.
4.1 FORMACIONES GEOLOGICAS, DEPOSITOS DE
SUELO.
METO DO LO GA EMPLEADA .-Este estudio tuvo como finalidad
realizar la caracterizacin geolgica del cerro Mapasingue en el sector
donde se est proyectando una obra vial subterrnea que permita
atravesar d icho m acizo rocoso en las cotas ms convenientes
Para el estud io geolgico se utiliz tanto en actividades de campo como
de gabinete el m apa topogrfico escala 1:1.000 elaborado por el Institu to
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Geogrfico Militar mediante restitucin aerofotogramtrica (hojas
#10102 y #10202 del Plano de Guayaquil).
Se parti de dos ejes de tnel fijados a priori por consideraciones
topogrficas, recorriendo los numerosos afloramientos existentes a lo
largo de la traza en la cspide y las d os faldas del cerro. Se identificaron
cambios litolgicos y discontinuidades (estratificacin y fracturamiento
mid indose rumbo, buzamiento, frecuencia, continu idad , abertura, etc.).
Para lograr un mayor acierto en la ubicacin de los datos de campo, se
cont con un altmetro de alta precisin que permita un control de las
cotas del plano y la traza de terreno investigada.
Como actividad de gabinete, se realiz un corte estructural del eje Sur-
Norte y del eje Norte-Sur a lo largo de cada eje. La informacin
estructural fue procesada para determinar las frecuencias de
fracturamiento p referencial.
GEOLOGA GENERAL(5).-
Resultados del t rabajo real iz ado.-El rea investigada pertenece
morfolgicamente a la extremidad oriental de la cordillera de Chongn
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Colonche. Es necesario indicar que los cerros de esta localidad no
sobrepasan los 95 m d e altura.
En el tramo de la Cordillera de Chongn Colonche, en la que se
incluye el rea de estudio, se encuentran horizontes de roca volcano -
sedimentaria marina del Cretceo superior conocida en la terminologa
estratigrfica ecuatoriana como Formacin Cayo. En el rea se iden tifica
slo uno de los tres miembros denominado Cayo SS(6), que se define
como un paquete de estratos depositados secuencialmente por brechas
sedimentarias con fragmentos de andesita en su base,
microconglomerados, areniscas de finas a gruesas de color verdoso, y
lutitas tobceas en su parte intermedia; finalmente grauwacas que se
alternan con lutitas silicificadas, que constituyen el tope de este
miembro en la seccin observad a.
GEOLGIA ESTRUCTURAL.-El macizo rocoso est constituido por
un paquete de estratos que se presenta en toda la Cordillera y que se
dispone a manera de un gran homoclinal donde las capas presentan
rumbos variables entre N80 E, E-W y N80 W. Los buzamientos o
inclinaciones perpendiculares al rumbo de las capas estn
comprendidos entre los 15 y 17 hacia el sur.
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4.1.1 MAPEO EN VIAS DE ACCESO
La informacin descrita a continuacin consta igualmente en el plano d e
Descripcin Geotcnica de los Tneles y Vas:
Acceso en el Sect or Nort e (Portales hast a la Av. Tanca Marengo).- En
todo este tramo aflora y ha sido terrazada la misma Formacin
geolgica con su miembro Cayo SS, es decir existen excelentes
condiciones para cimentar cualquier tipo de estructura inclusive
grandes edificaciones y puentes(7). Solo deben ser estabilizados los
taludes de mas de 8 m d e altura.
Acceso en el Sect or Sur (Portales hast a la Va a Daule).-Los primeros
100 m de la va podrn ser cimentados sobre la misma formacin
geolgica por donde atraviesan los tneles, es decir estratos resistentes a
la compresin y de buena resistencia al cortante en taludes. Sin
embargo, los talud es debern ser estabilizados cuando tengan mas de 10
m de altura principalmente por la influencia de los agentesmeteorolgicos.
A partir de la calle Primera hasta la va a Daule se tiene un depsito de
suelos estuarinos predominantemente arcillosos que si bien no cubre
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toda el rea, ya que slo esta ramificado, puede presentar problemas
localizados por lo que deben ser detectados con detalle. Tanto la calle
Primera de Mapasingue como la Va a Daule estn cimentadas
prcticamente sobre estratos rocosos de la Formacin Cayo.
4.1.2 MAPEO EN EL CERRO D E MAPASING UE
En la franja de estudio se encuentran por lo general dos familias de
fracturas en las microbrechas y areniscas; slo se aprecian tres en los
estratos ms d elgados de lutitas limolitas y areniscas tobceas. Los datos
de campo permiten determinar los siguientes valores ponderados de
fracturas:
F1, rumbo N83 E a E-W, coincidente con la estra tificacin
F2,rumbo N62 -68 E y
F3 con rumbo N20 - 30 W.
Las fracturas presentan superficies de rugosidades calificadas como
onduladas en un alto porcentaje de la franja de los tneles. (Ver anexo 3
lminas 3.2 y 3.3)
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Mediante observaciones en los abundantes afloramientos presentes,
debido a la construccin de viviendas y calles en el sector, se observa lo
siguiente:
Sector del Portal Norte.- Se encuentra una secuencia de areniscas
grauwquicas de grano fino y lutitas calcreas que estn constitudas
por estratos decimtricos, meteorizados que presentan con bastante
frecuencia fracturam iento concoidal y cuyo rumbo promedio es N20o
E, con buzamiento 18o SE.
Sobre el portal aparecen areniscas calcreas ms duras y sanas que las
subyacentes en las cuales se definen claramente dos familias de
fracturas:
FF1, N 30o E, 85o SE
FF2, N 40o W, 65 o SW
Parte Alta del Cerro.-Se identifican claramente sedimentos volcano -
sedimentarios integrados por fragmentos lticos de forma
subredondeada o subangular denominados microbrechas, tambin se
tienen aglomerados y areniscas. Estos estratos tienen espesores que
varan de 0.70 a 2.00 m que en general son de color marrn verd oso. Se
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encuentran tambin intercalaciones de estratos delgados de lutitas y
limolitas silicificadas color caf - chocolate que son m enos frecuentes.
Sector del Portal Sur.- Domina la secuencia de estratificacin
encontrada en la cima en donde se han identificado estratos con
fragmentos de gluauconita de hasta 12 mm de dimetro (muy
frecuentes), vidrio volcnico, lutitas que presentan una matriz limosa y
cemento calcreo por lo que en la p rctica se les denomina limolitas. Los
horizontes de areniscas de este dominio litolgico, ocurren en estratos
de 0.20 a 1.00 m de espesor. Los fragmentos que integran la roca son de
grano grueso, color gris verdoso y mal clasificados. Su matriz es limo
arcillosa y de cemento calcreo, contiene tambin vetillas color blanco
de carbonato de calcio y anaranjadas de xidos de hierro. Capas de
lutitas de naturaleza silcea y bien fracturadas, 0.20m de espesor o
menos, aparecen intercaladas entre los aglomerad os y microbrechas. Los
estratos de limolita ocurren hacia la base de la secuencia; se presentan
en capas de hasta 0.40 m de espesor y son d e color caf - chocolate.
Toda la informacin lograda se encuentra en el plano de Descripcin
Geotcnica de los Tneles y Vas. (Ver anexo 3 lminas 3.2 y 3.3)
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4.2 MUESTREO DE SUELOS Y ROCAS Y ENSAYOS DE
LABORATO RIO E IN SITU
Debido a que, en los estudios y diseos del proyecto tnel Cerro del
Carmen (1), la ESPOL realiz una detallada investigacin de varios tipos
de materiales (suelos y rocas) mediante innumerables calicatas,
trincheras y tambin perforaciones profundas. La mayor parte de
informacin que se presenta en esta tesis ha sido extrada de dicha
investigacin. Debido a que en la traza del tnel del Cerro del Carmen
se encontr un tramo importante del miembro Cayo SS con todas las
variaciones litolgicas que se han encontrado en Mapasingue, se ha
considerado que los datos obtenidos son muy representativos y valiosos
para los requerimientos del presente estud io.
Aprovechando la existencia del laboratorio de mecnica de suelos y
rocas de la ESPOL se tomaron nuevas muestras superficiales
encontrndose gran similitud con los ncleos de las perforaciones en el
Cerro del Carmen.
Se han obtenido los siguientes parm etros y prop iedades geotcnicas en
funcin del tipo litolgico de roca y los depsitos de suelo encontrados.
(Ver anexo 4 cuadros 4.1 y 4.2)
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4.3 CLASIFICACION GEOTECNICA DEL MACIZO ROCO SO
En base a los parmetros obtenidos especialmente con la ayuda de los
sondajes geofsicos y perforaciones en los estudios y diseos del tnel
Del Carmen (1), se realizaron clasificaciones geotcnicas de las
variaciones litolgicas encontradas a lo largo de la traza d el tnel. Como
ya se ha sealado, uno de los tramos geotcnicos encontrados en elmencionado proyecto corresponde con bastante similitud a lo
encontrado en los ejes que se proponen. Es importante recalcar que
prcticamente existe una lnea continu a de roca aflorante a lo largo de la
superficie del terreno.
La clasificacin geotcnica que se ha escogido para la presente tesis
tambin incluye los procedimientos de Lauffer(8) y Bieniawski(9), segn
los cuales se determina que en la traza de los dos tneles de Mapasingu e
se tendrn concretamente d os tipos de terreno, denominados D y C.
Esta determinacin nos permite asegurar que las caractersticasgeolgicas y geotcnicas para la construccin de tneles en el cerro de
Mapasingue, y en particular en la franja estudiada, son ms favorables
que las encontradas en el cerro Del Carmen. Es decir, que dentro de la
clasificacin geotcnica se tiene terrenos mejores que regulares y hasta
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buenos, lo cual representa una considerable economa para el proyecto
ya que el sistema de estabilizacin ser considerablemente menos
costoso.
DEFIN ICION DE LO S TR AMOS EN EL PR OYECTO .-Para lograr este
objetivo se han hecho las siguientes consideraciones:
1. Homologacin con la clasificacin geotcnica obtenida en el cerro Del
Carmen.
2. Observacin detallada en los portales y en las faldas del cerro sobre la
base de la existencia de u na estructura hom oclinal.
3. Caracterizacin de la resistencia de los paquetes de estratos en
funcin al espesor ind ividual de las capas.
4. Caracterizacin de las propiedades de resistencia de los materiales
rocosos con las familias de fracturas y el perfil de meteorizacin.
Los resultad os de este trabajo se presentan en el anexo 4 cuadro 4.3 y
en el anexo 3 lminas 3.2 y 3.3.
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CAPITULO V.
EFECTO DEL AGUA SUPERFICIAL Y
SUBTERRANEA
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V. EFECTO DEL AGUA SUPERFICIAL Y
SUBTERRANEA
5.1 LLUVIA DE DISEO
Para el clculo de la lluvia de diseo se han adoptado los resultados
obtenidos en los estud ios del tnel cerro Del Carmen(1), debido a que el
cerro Mapasingue se encuentra prximo a la estacin meteorolgica del
aeropuerto de la ciudad de Guayaquil. En dicho estudio, la lluvia de
diseo ha sido obtenida de la informacin procesada en el
Departamento de Hidrologa e Hidrulica de la Comisin de Estudios
para el Desarrollo de la Cuenca del Ri Guayas (CEDEGE). A
continuacin se resum en los aspectos ms importantes del anlisis.
Para adoptar una lluvia de diseo es necesario, en primer lugar,
disponer de una familia de curvas llamadas d e Intensidad Duracin -
Frecuencia, para la zona donde se encuentra enmarcado el proyecto.Dichas curvas implican la existencia de tres variables y, es preciso, fijar
dos de ellas a fin de determ inar la tercera. Esta ultima es, generalmente,
la intensidad de la lluvia, a partir de la cual se determina la altura de la
misma (lmina de agua).
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Las variables a fijar son el perodo de retorno (Tr) o frecuencia, que para
proyectos de drenaje se recomienda sea de 20 aos. En cuanto a la
du racin de la lluvia, para el caso de cuencas pequeas, se suele adoptar
una duracin igual al tiempo de concentracin con un punto nico de
control. Para el presente caso se pueden estimar tiempos de
concentracin en varias d irecciones.
De un primer estimado, se obtiene un tiempo de concentracin de 4.2
minutos. Como la prctica hidrolgica recomienda no considerar
du raciones menores de 5 minutos, se adopta una du racin de 5 minutos.
Seguros de que el tiempo de concentracin en cualquier otra direccin
ser menor.
Con estos datos se obtiene los siguientes resultados:
TABLA N0 1 (1)
Tr(Aos)
I (mm/h) H. lluvia(mm)
Esc. Sup.(mm)
Infiltracin(mm)
20 200 16.67 12.50 4.17
Lo dicho aqu es vlido para escurrimiento superficial; pero tratndose
de escurrimiento subterrneo, como es el caso de las filtraciones,
conviene hacer una diferenciacin, especialmente en lo que se refiere a
tiempo de concentracin y duracin, que en este caso son mucho
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mayores que para escurrimiento superficial dependiendo de una serie
de factores.
Por esta razn, para la determinacin de la lluvia de diseo, se han
asumido tambin duraciones mayores, obteniendo los siguientes
resultados, as mismo para un perodo de retorno de 20 aos.
TABLA N0 2 (1)
Duracin(das)
I (mm/ h) H. lluvia(mm)
Esc. Sup.(mm)
Infiltracin(mm)
13.00 156.00 117.00 39.001 7.80 187.20 140.40 46.803 3.40 244.80 183.60 61.205 2.25 270.00 202.50 67.50
La altura de lluvia en los dos casos (Tabla No1 y Tabla No2), la una de
pequea duracin y la otra de gran duracin, es la lmina de agua que
se espera disponer sobre la superficie del terreno, de esta altura de
lluvia es preciso averiguar cunto se espera que se infiltre.
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5.2 ESTIMACI N DE LAS FILTRACION ES
Para esto se tiene que considerar, a parte de la permeabilidad del suelo,
factores como la cobertura del terreno, tipo de suelo, uso del suelo y
pendiente.
En el sitio estudiado prcticamente no existe suelo de cobertura el cual
ha sido eliminado por la construccin de numerosas viviendas, calles y
pasos peatonales. Debido a que en el cerro Mapasingue afloran
conglomerados, microconglomerados y areniscas de grano grueso,
considerando que en los estudios del cerro Del Carmen se determin
para esos materiales una permeabilidad de 1,5 x 10-4 cm/ s en promedio
(1), se ha deducido que se podr producir una infiltracin de por lo
menos el 35% de la lluvia que se precipite. En este anlisis no se ha
considerado el efecto que tendran las cubiertas de las viviendas ni
tampoco el efecto de las aguas servidas que constituye un aspecto muy
importante a valorar, por lo que se considera conveniente asumir un
50% de aguas de infiltracin.
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Teniendo en cuenta adems que en el cerro Mapasingue existen
pendientes que fluctan entre 20 y 35% se ha deducido como aplicable
la siguiente tabla.
TABLA #3
Duracin(das)
I(mm/ h)
H. lluvia(mm)
Esc. Sup.(mm)
Infiltracin(mm)
13.00 156.00 117.00 58.351 7.80 187.20 140.40 70.203 3.40 244.80 183.60 91.805 2.25 270.00 202.50 101.25
Este anlisis permite concluir que es importante considerar un sistema
de drenaje capaz de evacuar las aguas de infiltracin que se producirn
por causa de las lluvias y de las aguas servidas. Un ejemplo mu y costoso
de la incidencia de las aguas servidas ocurri en un tnel de la ciudad
de Caracas en donde lleg a ocurrir un colapso de la clave y los hastales
de la obra subterrnea por efecto de la gran presin hidrosttica que no
haba sido estimada.
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5.3 ESTIMACIO N D EL CAUDAL DE DISEO
5.3.1 VALORACION D EL TIEMPO DE CON CENTRACION
Para la estimacin del tiemp o de concentracin se seleccionan 2 puntos,
uno en la cima del cerro y el otro la clave del tnel.
Obtenind ose al igual que en el estud io del cerro Del Carmen un tiempo
de concentracin de 5 minutos.
5.3.2 DETERMIN ACION DEL CAUDAL DE DISEO
En los estudios del proyecto tnel Del Carmen, se determino un caudal
de diseo de 140 lts/ seg con la finalidad exclusiva de permitir la salida
del agua acumu lada en circunstancias en que se laven los tneles con la
ayuda de las mangueras del Benemrito Cuerpo de Bomberos. Esta
LONGITUD = (LARGO DEL TUNEL) = 500.00 m
COTA CIMA DEL CERRO= 95.00 mCOTA CLAVE DEL TUNEL= 10.00 m
H= 85.00 m
FACTOR S = H/ L = 0.17
FACTOR K= L/ (S 0.5) = 1212.678
TC CALCULADO= 32.5x10-5(K^0.77) = 0.077horas = 4.619minutos
TC ASUMIDO= (RECOMENDADO) = 5.00 minutos
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estimacin no contempl la infiltracin de las aguas lluvias a travs del
macizo rocoso. En los prrafos anteriores establecimos que en los
tneles del proyecto Mapasingue, propuestos en esta tesis, se van a
produ cir infiltraciones de aguas lluvias y servidas, superiores al 50% de
la escorrenta superficial. Haciendo una estimacin del rea de drenaje
es posible deducir un caudal, que debe ser drenado del interior del
tnel, cuyo valor es del orden de 200 lts/ seg.
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CAPITULO VI.
DISEO DE LAS OBRAS SUBTERRANEAS
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VI. DISEO DE LAS OBRAS SUBTERRANEAS
Con la informacin obtenida hasta el momento se analizaron 3 alternativas de
obras subterrneas:
a) una sola cavidad o tnel para 4 carriles de circulacin,
b) un tnel con 2 cmaras y
c) dos t neles con 2 carriles cada uno separad os, por mas d e 50 metros.
El anlisis se ha hecho med iante las siguientes consideraciones:
1. La falda Norte del Cerro desarrolla un perfil superficial del terreno entre
100 y 150 m de longitud con cotas que var an entre 20 y 35 m, est implica
que si la contra clave del tnel comienza en la cota 10 y llega en el portal ala cota 21, sol existir un recubrimiento d e 21 metros. Como la altura de
los tneles en la alternativac) es de 7 m el recubrimiento le triplica en
altura. As se consigue que sea una obra subterrnea profunda. Si la
excavacin fuese de una sola cavidad de m ayor d imetro y mayor altura
la clave (aproximadamente 8.50 m), el tnel sera superficial lo cual lo
har a evidentem ente m s costoso. (Ver anexo 3 lminas 3.2 y 3.3)
2. Al argumento anterior se suma el hecho de que el macizo rocoso presenta
un perfil de meteorizacin que varia entre 1 y 3 metros con lo que el
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recubrimiento de roca es an menor, por tanto no es conveniente
aumentar las dimensiones del tnel.
3. La distancia que debe atravesar el tnel es de ms de 500 m de longitud,
por lo qu e se requiere instalar un sistema d e ventilacin. Si se realiza una
sola cavidad p ara permitir el trfico en los dos sentidos, se presentara una
complicacin para lograr desalojar d el tnel los gases de la combustin. El
efecto del golpe de trfico, como ayuda para sacar los gases, quedara
prcticamente anulado ya que los vehculos se desplazaran en los dos
sentidos.
4. Existen impedimentos de espacio por causa de la existencia de calles
angostas con viviendas a los lados, sobre todo, en la falda Sur d el cerro.
Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores se propone la construccin
de dos tneles unidireccionales, el uno partiendo desde la ladera Sur del
cerro Mapasingue, denominado tnelSurNortey otro que deber partir
desde la falda Norte del cerro designado tnelNorteSur. Se ha
seleccionado el tipo de tnel denominado demedio puntoel cual esta
conformado por un tramo recto de hastales de 1.70 m de altura y una
cavidad semicircular con un rad io final de 4.85 m con el revestimiento. Cada
tnel tendra una calzada de 7.68 m dotada de aceras para mantenimiento,
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tendran adems espacio subterrneos para permitir el paso de servicios
como drenaje, cables elctricos y telefnicos, etc.
Los tneles tambin debern contar con cmaras interiores para
estacionamiento, para el caso de percances de los coches, y un sistema de
ventilacin necesario para sacar los gases txicos de la combustin.
6.1 DISEO S DE ESTABILIZACION DE PORTALES
Las investigaciones realizadas y los parmetros obtenidos hasta el
momento permiten d educir que los portales deben ser construdos entre
la cota 10 y la cota 30, considerando que el tnel tendra una altura
mxima de excavacin de 7.0 m, por lo que se cum ple aproximad amente
la relacin requerida para considerar a esta obra como un tnel
profundo, esto significa en la prctica que se busca la participacin del
macizo rocoso en la estabilizacin del tnel; para un recubrimiento
menor, los anlisis son completamente diferentes ya que se trata de un
tnel superficial en el cual la clave puede llegar a soportar todo el peso
del recubrimiento, lo que representa un notable encarecimiento del
costo de la obra.
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ESTABILIZACIN DE LOS PORTALES SUR.-Este portal est
interceptado por estratos rocosos de microbrechas y areniscas de grano
grueso de espesores variables entre 0.4 y 1 m con un buzamiento de
aproximadamente 16 en el sentido de la pendiente, existiendo adems
fracturas tectnicas subverticales y tambin paralelas a la estratificacin.
Se han efectuado clculos de estabilidad de taludes cortados entre 15 y
20 m d e altura, primero con taludes verticales y luego con talud es 0.25 a
1 (ver anexo 6 - cuadros 6.1A y 6.1B)(10). En los dos casos se produce
falla de talud por cada de bloques. Por esta razn se requiere contener a
los bloques cuyos planos de deslizamiento se dirigen al talud y como
existen fracturas subvert icales existe una cond icin cinemtica d e falla.
Los bloques de mayor tamao que podran formarse tienen entre 15 y 30
toneladas de peso por lo que se requiere un diseo de estabilizacin
combinado, que se explica en la siguiente secuencia:
1. Colocacin de una capa de hormign proyectado de 5 cm.
2. Colocacin de malla electrosoldada de 12x12 cm, 4.5 mm,
asegurada con clavos de anclaje de 50 cm de longitud en una
densidad no menor de 1 clavo cada 4 m2 de m alla.
3. Colocacin de otra capa d e 2 cm de hormign p royectado.
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4. Colocacin de barras pasivas de acero de 2.54 cm de dimetro
med iante perforado hasta 9 m de profundidad en u na inclinacin de
45 con respecto a la horizontal con inyeccin a presin de lechada
de cemento. Las barras deben ser colocadas en un mallado que esta
definido en el anexo 6 - lmina 6.1.
5. Colocacin de una capa final de 3 cm de hormign proyectado.
Adems, previo a la excavacin del tnel, se debe construir tambin un
anillo circular d e 8 pernos inyectados en roca de longitud 4.5 m y2.54
cm. El proceso de estabilizacin tambin consiste en dejar colocadas
tuberas ligeramente inclinadas hacia la pendiente, llenas de arena
(filtro) con microrejillas (1 cada 3 m en 3 bolillo Ver anexo 6 cuadro
6.2 grfico 6.1) para permitir la salida de agua de infiltracin
acumulada en el talud que pued e ejercer presiones hidrostticas.
ESTABILIZACIN DE LOS PORTALES NORTE.-Debido a las
caractersticas geomecnicas de las areniscas de grano fino a m edio cuyo
ngu lo de friccin es sup erior a los 30 con una cohesin d el orden de 80
ton / m2 o superior, pueden ser estables taludes verticales dado que
adems los estratos rocosos se inclinan 16 en sentido contrario a la
pendiente. Para efectos constructivos es conveniente que el talud tenga
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inclinacin, por lo que se propone un talud de 0.25 a 1 sobre el portal
(ver anexo 6 - cuadro 6.3A y 6.3B) en donde se establece que no existen
condiciones de falla de talud por bloques ya que no existe libertad
cinemtica de movimiento de dichos bloques; sin embargo de esto, se
conoce que los taludes excavados en dichos materiales sufren deterioro
de sus propiedades geomecnicas en pocos aos de exposicin al
ambiente. Por esta razn se propone proteger el talud mediante el
siguiente procedimiento:
1. Colocacin de una capa de hormign proyectado de 5 cm.
2. Colocacin de malla electrosoldada de 12x12 cm, 4.5 mm,
asegurada con clavos de anclaje de 50 cm de longitud en una
densidad no menor de 1 clavo cada 4 m2 de m alla.
3. Colocacin de otra capa d e 7 cm de hormign p royectado.
Adems se deben dejar colocadas tuberas ligeramente inclinadas hacia
la pendiente llenas de arena (filtro) con microrejillas (1 cada 3 m en 3
bolillo ver anexo 6 cuad ro 6.2 grfico 6.1) para permitir la salida de
agua de infiltracin acumulada en el talud que pueden ejercer presiones
hidrostticas.
En el anexo 6 lmina 6.2 se presenta el diseo de estabilizacin del
por tal con los elementos estabilizantes antes mencionados.
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6.2 DISEO DE ESTABILIZACION Y PROTECCION DE LOS
TALUDES EXCAVADOS EN ROCA
De acuerdo a las caractersticas topogrficas del terreno y a las
propiedades geotcnicas de los materiales, se deduce que se podrn
tener taludes excavados en roca estables con una inclinacin de 0.25 a 1para el caso de excavaciones de entre 10 y 20 metros de altura. Para
excavaciones menores los taludes pueden ser prcticamente verticales,
sin embargo se considera u na p endiente de 0.20 a 1.
Como en toda roca excavada existe el peligro de prdida de resistencia
de los estratos rocosos por efecto de los agentes meteorolgicos, por lo
que es imprescindible protegerlas. Mediante experiencias en casos
similares se considera suficiente la colocacin, inmed iatamente despus
de la excavacin del talud , lo siguiente:
1. Capa de hormign proyectado d e 3 cm,
2. Malla electrosoldada de 12x12 cm,4.5 mm, asegurada con clavos de
anclaje de 50 cm de longitud en una densidad no menor de 1 clavo
cada 4 m2 de m alla.
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3. Capa final de hormign proyectado de 5 cm para el caso de los
talud es menores de 10 m y de 8 cm para talud es entre 10 y 20 m.
Simultneamente a la colocacin del hormign proyectado y malla se
deben dejar tubos de drenaje con filtros y microrejillas (1 cada 3 m en 3
bolillo ver anexo 6 cuadro 6.2 grfico 6.1) en una disposicin
similar a la descrita en el p roceso de estabilizacin de los portales.
6.3 DISEOS D EL SOPO RTE
6.3.1 CONCEPTOS TEOR ICO S
ESFUERZ OS GENERA DOS EN LOS TNELES.-Cuand o se excava un
tnel se tienen pr incipalmente 2 tipos de solicitaciones:
1. Presiones debidas al peso de cuas o bloques de roca que pueden
deslizarse o caer libremente(11) (12).
2. Esfuerzos debido al estado de tensiones del macizo rocoso, que se
traducen en desarrollo de esfuerzos circundantes en torno a la
cavidad a la que se opone la presin de soportePi (11) (13).
La consideracin de los 2 aspectos antes mencionad os, a lo que se suma
una eventual presin hidrosttica, permite determinar el estado de
tensiones global que se va a desarrollar en el macizo rocoso.
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Presin generada por las cuas de rocas(11) (12) (14).- Las cuas o bloques
de rocas se producen por la interseccin de los planos de fracturas con
las caras excavadas del tnel por lo que existen varios tipos: Cuas que
pueden deslizarse, cuas que pueden caer y cuas que pueden
permanecer en su sitio luego de la excavacin. Ante las dudas de la
forma del movimiento de una cua inclinada hacia la cavidad, se asume
que la cua va a actuar sobre la clave del tnel con tod o su peso y sobre
los hastales mediante una componente d educida del peso de la cua y
la inclinacin del plano de falla. El trabajo de determinacin de cuas
consiste en la ubicacin detallada de las fracturas aflorantes en
superficie y tambin de aquellas que se detectan exclusivamente
mediante perforaciones. Las investigaciones realizadas permiten
determinar que s existen posibilidades de generacin de cuas con la
excavacin del tnel, principalmente en los tramos de portales ya que en
estos sitios la roca presenta su menor calidad geotcnica. Mediante el
uso de la red estreo - grfica se pueden establecer al menos 2 tipos de
cuas y, considerando la geometra del tnel, dichas cuas pueden tener
en los comienzos d el tnel volmenes variables entre 10 y 30 toneladas.
En el caso de que exista falla por cuas y habindose calculado los
volmenes y pesos correspondientes, son estabilizadas mediante la
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colocacin de pernos de anclaje que las atraviesan hasta estratos firmes
donde se anclan. Dependiendo de la calidad, los pernos pueden
soportar cada u no entre 10 y 30 ton/ m2 por lo que una estabilizacin
pu ede ser realizada con pocos pernos.
Esfuerzos debido al estado de tensiones del macizo rocoso(11) (13).- La
ejecucin de la excavacin del tnel provocar relajacin de esfuerzos en
torno a la cavidad, que se traducirn en deformaciones las cuales van a
incidir d irectamente en el sostenimiento y revestimiento de esta obra.
Considerando las caractersticas geolgico-geotcnicas del macizo
rocoso se seleccion el procedimiento indicado por Hoek E. y Brown
para estimar los esfuerzos y d eformaciones(15).
Este mtodo contempla el comportamiento elasto-plstico de los
macizos rocosos luego de la excavacin(16), admitiendo que se produce
una zona elstica en torno a la cavidad y otra zona d e comp ortamiento
plstico ms alejada d e la lnea de excavacin.
Se conoce la existencia de varios tipos de comportamientos de los
macizos rocosos, entre ellos tenemos:
Elasto-plstico frgil,
elasto-plstico con abland amiento,
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Dado que se asume en el anlisis que la cavidad es circular, ocurre un
incremento radial de la deformacin. Se forma un anillo en el dominio
elstico donde la lnea exterior de dicho anillo corresponde a la
deformacin al limite de elasticidad. Si esta d eformacin p rogresa, entra
en el rango de plasticidad, lo cual implica un circulo de dimetro aun
mayor. Esto explica como un tnel que no es estabilizado
oportunamente puede desarrollar su deformacin de convergencia hasta
radios de deformacin irreversibles y colapsar. Por lo que el
procedimiento ms adecuado para disear y construir tneles es aquel
que permite el control y la detencin oportuna de dichas deformaciones.
Este mtodo es denominado de convergencia confinamiento(17).
En la prctica se considera conveniente establecer los siguientes criterios
y definiciones para proceder al anlisis de la deformacin de un tnel
con el que se llega a determinar las denominadas lneas caractersticas
del terreno o tambin llamadas curvas de convergencia(18):
1. El tnel es considerad o de forma circular d e un radio inicialri.
2. Se considera que los esfuerzos en los ejes horizon tales y vert icales en
el interior del macizo rocoso son iguales, se los designa porPo. Cabe
anotar que cuando existen esfuerzos orogenticos puede haber una
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variacin notable de dichos esfuerzos axiales, este no es el caso del
cerro Mapasingue.
3. Cuando se inicia la excavacin, existe una presin radial de soporte
del macizo rocoso denominadaPi.
4. En la zona de comportamiento elstico se aplica el criterio de falla
expresado p or la relacin:
1= 3+ m (c 3 +s c2)1/ 2
5. En la zona de comportamiento plstico se aplica el criterio de falla
expresado p or la relacin:
1= 3+ mr (c 3 +sr c2)1/ 2
6. Se asum e que los parmetros geomecnicos son constantes.
7. El lmite de la zona plstica depende del esfuerzo Po, de la presin
de soporte Pi y adems d e las caractersticas del material, lo cual se
considera tanto para anlisis elstico como plstico.
8. Se considera qu e el tnel es simtrico.
9. Es necesario determinar p ara los clculos los valores de m, s, mr, sr
para las clasificaciones geotcnicas C y D que son las que se han
encontrado en el tnel y que estn dad as en el anexo 6 - cuadro 6.4.
10. Otros datos utilizados en los clculos son: resistencia a la
compresin simple, modulo de Young, coeficiente de Poisson, peso
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unitario del macizo rocoso, la magnitud del esfuerzo y el radio del
tnel.
Se ha elaborado una hoja electrnica programada en la cual se ingresan
los datos y se obtienen las correspond ientes curvas caractersticas. En el
caso concreto del presente estudio se han editado las curvas
correspondientes a dos rad ios de tnel (5.20 y 5.45 m) en consideracin a
la excavacin en los portales y en el tramo normal del tnel. Debido a
que se tienen terrenos tipo D y tipo C se obtuvieron 2 curvas
caractersticas para cada caso, las cuales estn detalladas en el anexo 6
cuad ros 6.5, 6.6, 6.7 y 6.8 grficos 6.2, 6.3, 6.4 y 6.5.
Los resultados obtenidos demuestran que en la zona de portales de los
tneles (material tipo D) se va a producir un comportamiento elasto-
plstico con ablandamiento. Siendo absolutamente necesario un
procedimiento de estabilizacin, ya que sin soporte fallara primero la
clave y luego los hastales.
Adicionalmente a esto se debe considerar la existencia de cuas que
pueden producirse en ciertos sectores del portal y que tambin
corresponden al material tipo D.
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Las curvas encontradas para el material tipo C determinan en cambio un
comportamiento elstico que luego de la correspondiente deformacin
converge, es decir que ya no se producira ms deformacin.
Tericamente no se requerira sostenimiento, sin embargo pueden
existir cuas de roca lo cual se puede detectar slo al momento de
excavar el tnel y lo que es ms imp ortante debido a las infiltraciones de
las aguas lluvias y aguas servidas pueden generarse presiones
hidrosttica importantes, especialmente en la clave y en los hastales,
esto significa que debe realizarse un tratamiento de estabilizacin.
6.4 CALCULO DEL SOPORTE
El sector ms critico para la estabilizacin de los tneles constituye
evidentemente el tramo de portales y en el procedimiento constructivo
pueden presentarse varios imponderables que podran detener la obra,
con la consecuencia de tener costosos equipos p arados. Por esta razn se
deben optar por soluciones practicas que consisten en el empleo de
sistemas de soporte combinados cuya efectividad se ha demostrado en
la construccin de muchos tneles.
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Uno d e los procedimientos para interrumpir la deformacin p rogresiva
en una excavacin, consiste en la colocacin inmediata de hormign
proyectado, el cual adquiere cierta resistencia antes de una hora de
colocado; luego se instalan paos de malla electro-soldada sujetados
mediante clavos de anclaje y a continuacin otra capa de hormign
proyectado. La primera capa de hormign proyectado es a veces
suficiente para contener la inestabilidad de la parte superficial de la
excavacin.
Tambin se aplican otras dos soluciones antes de la colocacin de la
capa final de horm ign proyectado: colocacin d e cerchas flexibles y/ o
colocacin de pernos de anclaje. Estas soluciones estabilizadoras estn
en funcin de la resistencia geomecnica del terreno, la cual se cuantifica
en funcin de la longitud del avance de excavacin del tnel sin que ste
falle. En los estudios y diseos efectuados para el proyecto tnel cerro
Del Carmen se determin que el avance mximo que se pod ra tener en
el material tipo D es de 1.50 m en un tiempo de 5 horas de sostenimiento
sin estabilizacin, en tanto que para el material tipo C el avance fue
determinad o en 2.30 m en un tiemp o de sostenimiento sin estabilizacin
de 20 horas. Esto implica que se dispone de un tiempo mximo,
considerando el avance antes mencionado, para colocar las soluciones
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de estabilizacin. Una cercha flexible o rgida puede entrar a funcionar
en un tiempo de 1 a 2 horas y un perno de resina en un tiempo de 2 a 3
horas, por lo tanto estaran d entro del lmite estable.
Para determinar las curvas de soporte se debe contar primero con las
curvas de convergencia o curvas caractersticas del terreno. En
dichas curvas se visualiza el lmite de la deformacin elstica y los
rangos p lsticos antes de la falla d el tnel. En base a esta informacin, se
asume que el soporte se coloca una vez que se ha producido la
deformacin inicial, provocada por la dificultad de colocar soportes
apenas se ejecuta la excavacin, lo que tambin est en funcin del
equipo disponible.
6.4.1 CALCULO DE LAS C URVAS DE SOPO RTE
En realidad se trata de una recta definida por un pu nto de deformacin
al momento de instalar el soporte y por un segundo pu nto calculado en
base al avance de la deformacin y al esfuerzo que genere finalmente el
soporte. Se trata de interceptar mediante esta curva de soporte a la curva
de convergencia deteniend o as su desarrollo.
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Mediante este sencillo enfoque se puede deducir que es imperiosa la
necesidad de colocar el soporte en el menor tiempo posible para tener
un menor desarrollo de la zona plstica de deformacin en torno a la
cavidad del tnel. Este criterio permite una economa en los costos de
estabilizacin ya que es evidente que cuan to ms tiemp o transcurra ser
mas espesa la capa de materiales que carga sobre el tnel y, por tanto,
ms densos y costosos los soportes. Sin embargo es preciso puntualizar
que una reduccin en el avance para colocar soportes, que toman
tiempo para su instalacin, podra hacer que el proceso de construccin
sea ineficiente. Por lo tanto se debe ajustar en el terreno u n avance de la
excavacin en funcin del comportamiento real de los materiales
rocosos, de la disponibilidad de equipos y sobre todo de la maniobra
que estos pued an realizar.
Para determinar el tipo de sostenimiento a usarse en el tnel se ha
debido conocer la presin mxima de soporte (Psmax) que puede
desarrollar el sistema de sostenimiento elegido y su constante d e rigidez
(K). La presin mxima del soporte alcanza la falla plstica. Con estos
dos valores se puede trazar la recta presin de soporte - deformacin que
define el comportamiento del sistema de soporte. Esta recta debe ser
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interceptada con la curva convergencia-deformacin del macizo rocoso,
la cual representa el comportamiento del mismo.
La ecuacin de la recta presin-deformacin d el sistema d e soporte es:
smaxi'ii
ioi PP_siendo,KrP ====++++====
en donde:
i = deformacin adm itida por el sistema d e soporte.
Pi = presin ejercida en el soporte.
K = constante de rigidez del soporte.
ri = radio del tnel.
io = deformacin inicial antes de instalar el sistema d e soporte.
Esta deformacin depender del mnimo que necesite para colocar el
sistema de soporte despus de haberse realizado la excavacin. Debido
a qu e el objetivo al estabilizar el t nel, es el de cortar el desarrollo d e la
zona plstica alrededor del mismo, se ha asumido que este tiempo es
equivalente o preferiblemente menor al tiempo de sostenimiento de la
excavacin sin soporte. Los valores de presin mxima (Psmax) y
constante de rigidez (K) para los diferentes sistemas de soporte
empleados en el tnel, de acuerdo a los criterios propuestos por Hoek y
Brown, son:
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a) Sistema de Soporte de Hormign Proyectado
La rigidez del hormign proyectado se la calcula mediante la
formula:
])tr(r)21)[(1(])tr(r[Ek 2
Ci2
iCC
2Ci
2iC
c ++++++++====
en donde:
ri = radio del tnel.
tc = espesor del hormign lanzado.
Vc = razn d e Poisson d el hormign proyectado.
EC = mdu lo elstico del hormign p royectado.
La presin mxima de soporte se calcula mediante la formula:
==== 2i
2CiCCONSCMAX r )tr(15.0P
en donde
cconc = resistencia a la comp resin uniaxial del hormign lanzado.
Ver anexo 6 cuadro 6.9 grfico 6.6 y 6.7.
b) Sistema de soporte de Cerchas de Acero entibadas con tacos de
madera.
2B
B2
SS
3i
SS
i
S WEtS21
sen2)cossen(
IESr
AESr
k1 ++++
++++++++====
en donde:
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ri = radio del tnel.
S =espaciamiento entre cercha y cercha.
2 =ngulo entre pu ntos de entibado (radianes).
W = ancho d e la seccin t ransversal de la cercha.
AS = rea d e la seccin t ransversal de la cercha.
IS = mom ento d e Inercia de la seccin transversal de la cercha.
ES = md ulo elstico del acero.
tb = espesor del entibado de madera.
Eb = md ulo elstico de la madera.
{{{{ }}}}[[[[ ]]]])cos1()X5.0t(rXAI3Sr2IA3
PBiSSi
ysSSSSMAX ++++++++
====
donde:Ys= resistencia de trabajo d el acero.
X= altura de la seccin transversal de la cercha.
Tal como se decidi tcnicamente en el proyecto tnel Del Carmen la
cerchas mas convenientes para el caso de terreno tipo D serian las
TH29 que son mas bien cerchas flexibles y que no requ ieren de tacos.Para el proyecto actual se puede admitir la misma solucin. Ver
anexo 6 cuad ro 6.10 grfico 6.6 y 6.7.
c) Sistema de Soporte de Pernos de Anclaje.
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La rigidez de los pernos se calcula m ediante la relacin:
++++
==== QEd
l4rSS
k1
b2
bi
lC
b
Donde:
ri = radio d el tnel.
SC = espaciamiento circunferencial entre perno y p erno.
Sl = espaciamiento longitudinal entre perno y p erno.l =longitud libre de perno, entre el anclaje y la cabeza.
Eb =md ulo elstico del material del perno.
Q = valor caracterstico que depend e del tipo de anclaje.
lC
bf SbMAX SS
TP ====
Tbf = resistencia ltima del perno obtenida del ensayo a carga total.
Ver anexo 6 cuad ro 6.11 grfico 6.6 y 6.7.
Experimentalmente se ha definido que el factor Tbf es
aproximadamente igual a 20 tons. para pernos inyectados,
construidos mediante una barra de acero de 25mm de d imetro y una
longitud de 4.5mts. Para esto se utiliza una perforacin mnima de
38mm de dimetro, se inyecta con mortero de cemento y arena fina
clasificada. Estos pernos pueden ser realizados en nuestro medio
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hasta 4mts. de longitud por lo que se estima la resistencia de anclaje
en 15 toneladas.
6.4.2 DIMENSIONAMIEN TO
En el anexo 6 lminas 6.3, 6.4 y 6.5, se presenta el diseo del soporte,
considerando dos etapas de excavacin del tnel. En dichas lminas se
puede observar el procedimiento de colocacin del hormign
proyectado, de las cerchas y de los pernos d e anclaje.
6.4.3 MEDIDAS DE CONV ERGENCIA
Este es un procedimiento indispensable durante la construccin del
tnel porque permite determinar si el soporte colocado es suficiente o
requiere ser reforzado.
Las medidas de convergencia son en cierta forma una verificacin en
obra de las curvas caractersticas del terreno y tambin del
comportamiento del soporte. Una disposicin estandarizada de las
medidas de convergencia en la superficie del tnel y en el interior del
mismo, denominadas en este caso med idas extensiomtricas, se presenta
en el anexo 6 lmina 6.6.
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6.5 DISEO S DEL REVESTIMIENTO
Luego de estabilizado el tnel, mediante las soluciones de soporte, el
revestimiento solo pasa a constituirse en un acabado del tnel.
La razn fundamental de colocar revestimiento est relacionada a que
luego de colocar los soportes, la superficie del tnel queda irregular.
Como toda obra vial debe existir una geometra perfectamente definida,
no solo en el pavimento, sino tambin en los bordes, aceras, hastales y
clave.
En el continente europeo el revestimiento se lo realiza mediante el
empleo de carretones, los cuales van siendo colocados sucesivamente
aislando cada tramo revestido con las paredes estabilizadas, de tal
manera que se inyecta a presin hormign hidrulico, Debido a que
nuestro pas es considerado ssmicamente activo y en particular
Guayaquil esta considerada dentro de una zona de alta sismicidad, se
plantea colocar una arm adu ra de hierro mnima en el revestimiento.
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En el proyecto tnel Del Carmen efectuado por la ESPOL, tambin se
diseo el revestimiento con armadura de acero, el cual se ha adoptado
para la p resente tesis, y consta en el anexo 6 lmina 6.7.
Debido a que en el trabajo de estabilizacin mediante el soporte de
hormign proyectado, se ha planteado colocar malla electrosoldada,
estos mismos elementos pued en ser colocados en un panel o dos paneles
paralelos (depend iendo si el espesor de revestimiento es de 20 o 30 cm).
Se considera que esta es una solucin mucho ms rpida y menos
costosa que la colocacin de armad ura como parte del revestimiento.
6.6 DIM ENSIONAMIENTO DE DRENAJES
DR ENAJE LATER AL.-Se deben captar las infiltraciones que se recogen
en la clave y los hastales del tnel mediante la colocacin de tuberas
que van conectadas directamente al macizo rocoso sin estabilizar y que
deben ser colocadas desde el inicio de la instalacin d e soporte.
DR ENAJE PR INCIPA L.-Consistir en un tubo colector con la
capacidad de receptar el flujo recogido en los tubos de drenaje laterales
mediante una pendiente que permite la circulacin del agua hasta los
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portales del tnel y de estos hacia el sistema de alcantarillado de aguas
lluvias de la ciudad. (ver anexo 6 lminas 6.8 y 6.9). En las cuales se
hace constar: la implantacin general del sistema de drenaje, los cortes
transversales que muestran la disposicin de los drenajes laterales y el
drenaje principal, y tambin los detalles de diseo de las tuberas y
filtros utilizados en la solucin.
6.7 OBRAS SUBTERRANEAS ADICIONALES
6.7.1 FALSOS TUN ELES
Se propone construir un falso tnel en cada ingreso y salida de la obra
subterrnea, que son estructuras de hormign armado cuya nicafuncin es permitir el alargamiento del tnel verdadero, sin soportar
ninguna carga, fuera de la de su propio peso y de las cargas dinmicas
provocadas por los sismos.
Para el refuerzo se deben tener en cuenta los siguientes normas
generales, que tambin pueden ser aplicados en el caso que se pongan
refuerzos de hormign armad o en el revestimiento:
1. Todos los refuerzos deben corresponder a las normas de construccin
ACI y al Cdigo Ecuatoriano d e la Construccin
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2. De no especificarse de otra manera, el recubrimiento para refuerzo
principal deber ser de la siguiente forma:
Hormign colocado sobre relleno, 10 centmetros.
Bloques masivos en contacto con relleno o expuestos al agua, 10
centmetros.
Revestimiento del t nel, 20 centmetros.
Bloques no masivos no expuestos al agua 10 centmetros.
3. La resistencia del hormign es igualf c=210 kg/ cm2.
4. La resistencia del acerof y=2800 kg/ cm2.
5. Todos los dimetros del hierro estn en m ilmetros.
6. Todas las dimensiones estn en metros a menos que se indique de
otra manera.
7. Las longitudes tpicas de anclaje y traslape son:
Dimetromm
Longitudde anclaje
cm
Longitudde traslape
cm12 30 4014 30 4516 30 6018 30 6020 45 7525 60 11528 75 14532 95 19036 120 240
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En el anexo 6 lmina 6.10, se presenta el dimensionamiento de la
estructura con la correspondiente distribucin de acero, espeso