Diseño de una via

7/30/2019 Diseo de una via

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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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29

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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30

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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31

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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32

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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33

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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35

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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36

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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37

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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58

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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60

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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63

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:


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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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

Diseño de una via

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