“ESTUDIO Y ANÁLISIS GEOTÉCNICO DE LA CIMENTACIÓN DEL PUENTE

CANDELARIA II, EN EL KM. 218+240 CARRETERA VILLAHERMOSA – ESCARCEGA, TRAMO: LIMITES DE ESTADOS DE TABASCO/CAMPECHE

ESCARCEGA”.

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO CIVIL PRESENTAN:

FABIOLA PLIEGO ESTRADA

MARCO ANTONIO GONZÁLEZ ACOSTA

MÉXICO D. F., ENERO 2006

INDICE

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO

INDICE INTRODUCCIÓN

1. ANTECEDENTES (Figura)

1.1. Medio Físico 1.1.1. Localización 1.1.2. Extensión 1.1.3. Orografía 1.1.4. Hidrología 1.1.5. Clima 1.1.6. Principales Ecosistemas

1.2. Infraestructura Social y de Comunicaciones 1.2.1. Vías de Comunicación 1.2.2. Industria 1.2.3. Turismo 1.2.4. Comercio

2. ALCANCE DEL ESTUDIO 3. GEOLOGÍA REGIONAL

4. TOPOGRAFÍA DEL TRAMO DEL RÍO DONDE SE LOCALICE EL SITIO PROBABLE DEL CRUCE

4.1. Criterios de Selección 4.2. Estudio Topográfico (Continuación)

Planta General y Secciones 5. ESTUDIO GEOTÉCNICO

5.1 Ubicación del sitio de proyecto 5.2 Geología local 5.2.1 Fisiografía 5.2.2 Geomorfología 5.2.3 Estratigrafía 5.2.4 Geología Estructural 5.2.5 Geología Económica 5.2.6 Descripción de la Unidad 5.3 Estudio Hidráulico – Hidrológico. 5.3.1 Análisis Hidrológico 5.3.2 Análisis Hidráulico

5.4 Análisis Geotécnico

5.4.1 Exploración y Muestreo 5.4.2 Trabajos de Campo

5.4.2.1 Ejecución y Resultado de los Sondeos 5.4.3 Pruebas de Laboratorio 5.4.4 Propiedades Índice 5.4.5 Propiedades Mecánicas de Falla y Deformación 5.4.6 Análisis de la Socavación

Anexo 5

6. ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

6.1. Capacidad de Carga 6.2. Calculo de Asentamientos

Anexo 6

7. DESCRIPCIÓN GENERAL DE TERRAPLENES 8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA DEDICATORIAS

INTRODUCCIÓN

1

INTRODUCCIÓN Los puentes son de las estructuras más antiguas de las cuales se tiene conocimiento, que

proporcionan una vía de paso sobre el agua, una carretera o un valle. Su función principal es salvar un claro u obstáculo y así poder unir dos puntos alejados. Los puentes suelen sustentar un camino, una carretera o una vía férrea, pero también pueden transportar tuberías y líneas de distribución de energía.

Los puentes actuales se identifican por el fundamento arquitectónico utilizado, como cantiliver o

de tirantes, colgantes, de arco de acero, de arco de hormigón, de arco de piedra, de vigas trianguladas o de pontones. Cuando es necesario respetar el paso de barcos por debajo del puente y no es posible construirlo a la altura precisa se construyen puentes móviles.

En la actualidad con la construcción de un puente, se disminuyen distancias de transporte,

favoreciendo así a los usuarios, al ahorrar tiempo y combustible, lo que se manifiesta en su economía, ya que al ahorrar tiempo este puede emplearse en otras actividades productivas.

La estructura de un puente consta generalmente de: a.- La Superestructura Esta formada por losas de concreto armado sobre acero estructural, arcos de mampostería o

concreto, arcos metálicos, armaduras de acero, colgantes levadizos, basculantes y giratorios entre otros.

b.- La Subestructura Son caballetes de madera, de concreto armado, pilas y estribos de mampostería, torres

metálicas sobre pedestales de concreto ciclópeo o simple, pilas de concreto armado. Esta es la parte de la estructura que sirve para transmitir las cargas al suelo sobre el que se desplanta.

Debe recalcarse la gran importancia de la mecánica de suelos en la cimentación de los puentes.

Por muy científicamente que esté diseñada una columna de un puente, en definitiva el peso total del puente y las cargas que soporta deberán descansar en el terreno de apoyo.

Los apoyos y pilares de los puentes, transmiten al terreno cargas muy grandes. Pero los

puentes muchas veces están construidos en puntos complicados con suelos blandos, en la orilla y en el interior de ríos, en el mar, embalses y otros lugares en que no es fácil construir.

Para la construcción de un puente, es necesario tomar en cuenta que deben realizarse diversos

estudios del sitio donde se pretende construir la estructura, esto con la finalidad de que nuestra construcción brinde a los usuarios comodidad, eficiencia, durabilidad y sobre todo seguridad, estos estudios de los que hacemos mención son los topohidráulicos, geológicos y geotécnicos.

En puentes de carreteras y sobre todo de ferrocarril, se deben tener en cuenta las fuerzas

horizontales producidas por el frenado de los vehículos. También los posibles impactos de vehículos, los esfuerzos producidos por terremotos, los esfuerzos de tipo dinámico que producen algunas cargas de los puentes como el caso de los trenes, y otros similares.

En esta tesis enfocaremos nuestra atención en la importancia que presenta la mecánica de

suelos en la construcción del puente Candelaria II, ya que en base a ella se determina, el tipo de cimentación más funcional y económica, así como los procedimientos constructivos, y el comportamiento del subsuelo al recibir la carga de la estructura.

ANTECEDENTES

2

1. ANTECEDENTES

Debido a que las actividades económicas principales del municipio del Carmen son la pesca, la explotación petrolera y el turismo, es de vital importancia que el municipio cuente con adecuadas vías de comunicación terrestre, que permitan una fácil y rápida comercialización y transporte de materia prima para sus productos, así como también el fácil acceso a las zonas turísticas. Aunado a esto cabe mencionar que el Carmen aloja a las dos principales carreteras federales (No. 186 y No. 261) que son la vía de acceso a la Península de Yucatán, por lo que además se debe mantener en buen estado las principales vías de comunicación ya existentes e impulsar nuevos proyectos de infraestructura carretera.

Se proyecta realizar la modernización (ampliación) del puente “Candelaria II” ubicado en el Km. 218+240; de la carretera Villahermosa-Escárcega, del tramo limite entre los estados de Tabasco/Campeche-Escárcega, con el cruce del rió Candelaria.

Debido a que esta vía principal presenta una intensa carga vehicular, y siendo de gran importancia para la infraestructura del estado de Campeche; es necesaria la ampliación del puente mencionado y así poder tener un buen flujo vehicular y una mejor comunicación, así como también evitar congestionamientos viales en la carretera y numerosos accidentes automovilísticos.

El proyecto contempla la ampliación de la estructura existente considerándola una sola estructura, para poder desarrollar detalladamente dicha estructura debemos considerar: transito promedio diario, mensual y anual. De acuerdo a la Secretaria de Comunicaciones y Transportes, y al área de la Subsecretaria de infraestructura en su edición Datos Viales 2005 presentamos los siguientes resultados del tipo de transito y el transito promedio diario anual. (Ver tabla 1.1.)

Figura No. 1.1. Localización del Estado de Campeche Dentro de la Republica Mexicana

ANTECEDENTES

Tabla 1.1 SCT, Subsecretaria de Infraestructura, Datos Viales 2005, Dirección General de Servicios Técnicos.

20 CARR: VILLAHERMOSA-FRANCISCO ESCARCEGA

CLAVE: 00092 RUTA: MEX-186 AÑO: 2004

ESTACION CLASIFICACION VEHICULAR EN PORCIENTO LUGAR KM TE SC TDPA A B C2 C3 T3S2 T3S3 T3S2R4 OTROS A B C K’ D

VILLAHERMOSA 0.00 3 1 6815 81.5 4.9 4.8 3.5 2.3 1.5 0.2 1.3 82 5 13 0.088 0.516VILLAHERMOSA 0.00 3 2 6830 82.4 4.1 6.2 3.1 1.8 1.0 0.3 1.1 82 4 14 0.079 0.516T. IZQ. AEROPUERTO 12.00 1 1 6273 81.9 5.3 4.6 2.8 1.9 1.7 0.1 1.7 82 5 13 0.081 0.523T. IZQ. AEROPUERTO 12.00 1 2 6225 81.5 6.1 4.7 2.6 1.6 1.3 0.1 2.1 82 6 12 0.088 0.523X. C. CACAOS-ENT. LA UNION 32.46 1 0 7860 78.2 5.4 6.8 4.3 2.0 1.7 0.1 1.5 78 5 17 0.098 X. C. CACAOS-ENT. LA UNION 32.46 3 0 5835 75.7 9.2 6.8 4.8 1.0 0.9 0.4 1.2 76 9 15 0.088 X. C. JALAPA-JONUTA 40.00 3 0 6050 78.1 4.6 6.7 3.9 3.2 2.0 0.1 1.4 78 5 17 0.084 T. IZQ. MACUSPANA 46.20 1 0 5967 78.6 4.5 6.6 4.8 1.9 2.2 0.1 1.3 79 5 16 0.079 T. IZQ. MACUSPANA 46.20 3 0 5054 78.8 2.8 6.3 4.8 2.8 3.1 0.3 1.1 79 3 18 0.092 X. C. ESTACION MACUSPANA-VERNET 54.30 1 0 5440 78.5 4.5 5.7 2.8 2.9 2.9 0.1 2.6 79 5 16 0.087 T. DER. CHIVALITO (EST. PO SUAREZ) 70.00 1 0 6210 76.4 3.9 7.2 4.2 3.1 3.0 0.3 1.9 76 4 20 0.076 T. DER. CHIVALITO (EST. PO SUAREZ) 70.00 3 0 6191 75.7 4.5 7.8 5.4 2.7 2.4 0.1 1.4 76 5 19 0.082 T. DER. ESTACION ZOPO 71.00 1 0 5563 80.0 4.9 4.7 2.4 2.8 2.6 0.1 2.5 80 5 15 0.083 T. DER. ESTACION ZOPO 71.00 3 0 5218 75.2 6.6 5.6 2.3 3.2 4.7 0.2 2.2 75 7 18 0.075 LIM. EDOS. TERM. PPIA. CHIS. 76.90 T. IZQ. BONANZA 88.00 1 0 3505 72.7 3.7 6.3 4.0 6.8 4.6 0.2 1.7 73 4 23 0.078 T. IZQ. JONUTA 101.00 1 0 3324 78.6 2.7 4.8 2.9 3.0 5.6 0.0 2.4 79 3 18 0.084 T. IZQ. JONUTA 101.00 3 0 3714 77.8 2.4 9.0 2.7 2.5 4.0 0.0 1.6 78 2 20 0.088 X. C. CATAZAJA – ENT. RANCHO NUEVO 114.00 1 0 4221 78.4 3.5 7.3 4.5 2.6 2.3 0.0 1.4 78 4 18 0.078 X. C. CATAZAJA – ENT. RANCHO NUEVO 114.00 3 0 3714 81.2 4.3 4.7 3.4 1.3 3.4 0.0 1.7 81 4 15 0.078 T. DER. EMILIANO ZAPATA 134.70 1 0 3110 76.3 6.1 4.9 3.6 1.5 5.3 0.0 2.3 76 6 18 0.076 T. DER. EMILIANO ZAPATA 134.70 3 0 2430 74.5 3.3 5.6 5.9 2.9 5.1 0.0 2.7 75 3 22 0.074 LIM. EDOS. TERM. CHIS. PPIA. TAB. 140.70 LIM. EDOS. TERM. TAB. PPIA. CAMP. 152.50 T. IZQ. PALIZADA 154.05 1 0 2913 74.5 5.4 7.5 4.7 3.2 3.2 0.0 1.5 75 5 20 0.066 T. IZQ. PALIZADA 154.05 3 0 2875 83.8 2.1 6.1 2.2 1.6 2.5 0.0 1.7 84 2 14 0.067 T. DER. CANDELARIA 233.40 1 0 2290 79.2 7.1 5.6 5.5 1.6 0.7 0.0 0.3 79 7 14 0.071 T. DER. FELIPE ANGELES 253.00 1 0 2145 81.8 4.0 5.4 3.3 1.9 2.0 0.0 1.6 82 4 14 0.095 T. IZQ. SABANCUY 274.10 1 0 2750 77.2 7.0 6.2 5.6 1.2 1.7 0.0 1.1 77 7 16 0.071 FRANCISCO ESCARCEGA 297.04 1 0 4420 76.9 5.6 6.3 4.9 1.8 1.9 0.0 2.6 77 6 17 0.076

3

ANTECEDENTES

4

A Automóviles.

B Autobuses.

C2 Camiones Unitarios de 2 ejes.

C3 Camiones Unitarios de 3 ejes.

T3S2 Tractor de 3 ejes con semiremolque de 2 ejes

T3S3 Tractor de 3 ejes con semiremolque de 3 ejes

T3S2R4 Tractor de 3 ejes con semiremolque de 2 ejes y remolque de 4 ejes.

K’

Este factor es útil para determinar el volumen horario de proyecto, el dato que se proporciona en aproximado y se obtuvo a partir de relacionar los volúmenes horarios mas altos registrados en la muestra de aforo semanal y el transito diario promedio anual.

D (factor

direccional)

Este factor se obtuvo de dividir el volumen de transito horario en el sentido de circulación mas cargado entre el volumen en ambos sentidos a la misma hora.

TE Tipo de Estación SC Sentido de Circulación

TPDA Transito Promedio Diario Anual.

Tabla No. 1.2. Descripción de Términos Utilizados

ANTECEDENTES

5

PORCENTAJES DE TRANSITO SEGUN LA SCT

0%0.3% 0.7% 1.6%5.5%

5.6%7.1%

79.2% ABC2C3T3S2T3S3T3S2R4OTROS

Figura No. 1.2 Porcentajes de Transito según la SCT. El proyecto se contempla en dos etapas constructivas para no entorpecer el transito de los

vehículos y agilizar el movimiento de maquinaria pesada, de esta manera brindar seguridad al personal que labore en la obra, así como también a los automovilistas.

La primera etapa consiste en la modernización (ampliación) del puente “Candelaria II”,

considerándola terminada cuando esta parte de la vialidad pueda ser transitada sin ningún obstáculo, y poder proceder con los trabajos de la segunda etapa.

En la segunda etapa se continuara con la ampliación de ambos cuerpos de la carretera y así

poder respetar los niveles de las rasantes del puente nuevo, el orden antes especificado de las etapas es debido a que si primero se ampliara la carretera; y después el puente se formaría un cuello de botella en el paso de este y se crearían congestionamientos viales.

CARRETERA FEDERAL No. 186TRAMO VILLAHERMOSA-FRANCISCO ESCARCEGA EN EL LUGAR DEL

T. DER. CANDELARIA.

ANTECEDENTES

6

Figura No. 1.3. CARRETERA FEDERAL MÉXICO 186 TRAMO VILLAHERMOSA-FRANCISCO ESCARCEGA

ESTACION DE AFORO T. DER. CANDELARIA KM233.40

ANTECEDENTES MEDIO FISICO

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1.1. Medio Físico 1.1.1 Localización

El municipio del Carmen se localiza al suroeste del estado de

Campeche, limita al norte con el Golfo de México y el municipio de Champotón, al sur con el estado de Tabasco y la República de Guatemala, al este con los municipios de Escárcega y Candelaria y al oeste con el municipio de Palizada. Se ubica entre los paralelos 17° 52' y 19° 01' de latitud norte y los meridianos 90°29' y 92°28' de longitud oeste.

1.1.2. Extensión Tiene una extensión territorial de 12,570 km2 que representa el 17.1% de la superficie del

estado de Campeche. 1.1.3. Orografía El Carmen carece de sistemas montañosos, su superficie es plana con pendientes menores al

0.3%, así, la orografía está constituida por una planicie ligeramente inclinada de este a oeste, sin elevaciones de consideración, por lo que se define como un terreno de escasa deformación geográfica.

La altitud va de un metro en la región costera y se incrementa a medida que se adentra al

municipio, alcanzando una altura máxima de 85 metros sobre el nivel del mar en la parte este; la zona noroeste, cercana a la Laguna de Términos, es la parte más baja del municipio, tiene una altura de 0 a 10 metros sobre el nivel del mar. Ciudad del Carmen tiene una altura de 2 metros sobre el nivel del mar.

ANTECEDENTES MEDIO FISICO

8

1.1.4. Hidrología En el municipio se localiza la región hidrológica No. 30 llamada Grijalva-Usumacinta, sistema

hidrológico más importante del estado que por su carácter de lluvias, periodos de sequía y la topografía del terreno, mantiene un régimen de corrientes poco irregulares a través del año, registrándose los mayores caudales en la época de lluvias de verano y otoño, que disminuyen en invierno y primavera. La mayoría de los ríos más importantes del estado se localizan en esta región, estos son el Chumpán, el Mamantel y el río Candelaria.

Dentro del municipio se encuentra ubicada la Laguna de Términos a la cual llegan aportes de

agua dulce principalmente por tres ríos: por el suroeste y con el mayor caudal el río Palizada, un tributario del Grijalva-Usumacinta, el río Las Piñas y el río Las Cruces que desembocan en la Laguna del Este.

El segundo sistema de importancia que aporta agua a la Laguna de Términos es el río

Candelaria, el cual recoge gran parte de las aguas de la provincia calcárea. Junto con el río Mamantel desembocan en la Laguna de Panlao.

La tercera vía de entrada de agua dulce la constituye los demás ríos de cauce menor, en el

noreste el Río Sabancuy y en el extremo sur el Río Chumpán el cual se forma en la planicie costera por los ríos Salsipuedes y San Joaquín.

El río Chumpan, con longitud aproximada de 60 km., tiene su origen en una zona cercana al río

Usumacinta, sus afluentes principales son los arroyos de San Joaquín y la Piedad y el río Salsipuedes, desemboca en la Laguna de Términos a través de la boca de Balchacah, su volumen anual de escurrimientos es de 298 millones de metros cúbicos.

El río Mamantel tiene una longitud de 45 Km, corre de este a oeste sobre terrenos de formación

caliza y desemboca en la Laguna de Términos a través de la boca de Pargos, después de atravesar la Laguna de Panlao. Su volumen medio anual de escurrimiento es de 139 millones de metros cúbicos. Su anchura es de 250 metros en su curso bajo, de 40 a 50 metros en su curso alto y tiene una profundidad de 10 metros. Del poblado de Mamantel toma su nombre y tiene como afluente los arroyos de Cheneil, Montaraz y Xothukan.

Los ríos de menor importancia son: San Pedro y San Pablo, Piña de Vapor, Chivoha Chico y

Chivoha Grande. El río San Pedro y San Pablo, es el único en el municipio que desemboca en el Golfo de

México. Es afluente del río Usumacinta y sirve como límite entre los estados de Campeche y Tabasco. Las lagunas que destacan en el municipio son: Pom, Panlao, Balchacah, Atasta y de Términos.

De éstas destaca Laguna de Términos, laguna costera de agua salada que cuenta con una superficie de 160 mil hectáreas de las que, en la actualidad, 75,016 hectáreas son consideradas áreas de protección para la flora y fauna de la región.

Hay esteros como el de Sabancuy, cuya desembocadura, en la Laguna de Términos, da lugar a

la formación de Isla Aguada. Los arroyos más importantes del lugar, son: La Caleta, Arroyo Grande, De los franceses y

Caracol, localizados en Ciudad del Carmen.

ANTECEDENTES MEDIO FISICO

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1.1.5. Clima Tres clases de clima prevalecen en la región: cálido húmedo con abundantes lluvias en verano,

que cubre 24.1% de la superficie municipal, particularmente la región sur y oeste del municipio, donde colinda con Palizada y el estado de Tabasco; cálido subhúmedo con lluvias en verano y alto grado de humedad, característico en 43.6% del territorio municipal; y cálido subhúmedo con lluvias en verano de humedad relativa, que cubre 32.3% de superficie municipal.

1.1.6. Principales Ecosistemas El municipio del Carmen forma parte del trópico húmedo, en consecuencia presenta gran

diversidad de ecosistemas y variedades vegetales. Selva alta subperennifolia: Comunidad arbórea con un promedio de altura mayor de 30 metros,

se localiza principalmente en barrancos. Tiene como componentes principales las siguientes especies: Ramón Capomo, chicozapote, caoba y pucte.

Selva mediana subperennifolia: Localizada principalmente en hondonada, crecen ahí; el palo de

tinte, chechen blanco y pucte. Sabanas: Compuesta principalmente de gramíneas, ásperas amacolladas y vegetación

dispersa. Manglares: Localizados en zonas bajas fangosas y con aguas. La altura aproximada de sus

componentes es de 25 metros, en él crece el mangle. Tular: Localizado principalmente a orillas de lagos y lagunas, está compuesto por carrizales y

tule. La fauna se divide en tres grandes grupos: reptiles (lagartos, iguanas, culebras, víboras,

cocodrilos y tortugas), mamíferos (conejos, venados, mapaches, ocelotes, armadillos, tapires y ardillas), y aves (codornices, gavilanes, palomas, chachalacas, loros, guacamayas, faisanes y lechuzas).

ANTECEDENTES MEDIO FISICO

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1.2. Infraestructura Social y de Comunicaciones 1.2.1. Vías de Comunicación Se cuenta con la carretera No. 180 que permite el traslado a Campeche o a Villahermosa

Tabasco; al municipio lo atraviesa la carretera internacional No. 186 que pasa por Escárcega y da acceso al estado de Quintana Roo, también cuenta con la carretera internacional No. 261 que comunica con la ciudad de Champotón y entronca con la carretera No. 180.

El ferrocarril atraviesa el territorio de noroeste a sur pasando por Escárcega y Candelaria. La

red ferroviaria consta de 42.41 Km., que representan el 10.50% de las vías férreas de la entidad. Asimismo, existen 22 puentes con una longitud de 7,659.30 metros.

Cuenta con 35 muelles, de éstos, 6 son pesqueros, uno militar, 10 comerciales y 18 tienen otros

usos. 1.2.2. Industria El desarrollo de la micro, pequeña y mediana industria, se encuentra vinculado a la actividad

pesquera y a la industria petrolera, por lo que el municipio cuenta con un parque industrial, pesquero y portuario, que se aprovecha en bajo porcentaje.

1.2.3. Turismo Los atractivos turísticos lo integran sus recursos naturales como las playas, lagunas y ríos, así

como también sus monumentos históricos y zonas arqueológicas. 1.2.4. Comercio Existe una gran cantidad de comercios enfocados a satisfacer las demandas de bienes de

consumo de la población en general. Los hay desde los más modernos hasta los tradicionales, distribuidos en las zonas urbana y rural, proliferando los puestos comerciales semifijos y ambulantes.

ALCANCE DEL ESTUDIO

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2. ALCANCE DEL ESTUDIO El objetivo que motiva esta tesis, es principalmente presentar y desarrollar cada una de las

etapas necesarias para el estudio y análisis de la mecánica de suelos, el cual nos orientara a elegir el tipo de cimentación mas adecuada para la construcción de un puente.

Es importante mencionar que este trabajo como parte de estudio de mecánica de suelos se

deben conocer y analizar diversos elementos fundamentales como: la topografía, hidrología, geología, orografía, que nos ayudaran a comprender y a realizar un estudio verdaderamente completo.

Se obtuvo información del medio físico del lugar, estos datos nos ayudan a conocer la ubicación

exacta del lugar en estudio, su relieve, y clima, con el objeto de realizar los cálculos hidráulicos necesarios como son: los escurrimientos en la cuenca, el caudal del rió, avenidas máximas, las épocas en que se presentan y la socavación que puedan ocasionar, y así poder llegar a la elección adecuada de la cimentación que el puente requiere, y prevenir fallas en la misma.

Por otra parte se hizo también una investigación sobre la infraestructura social, económica y de

comunicaciones de la región, con el fin de justificar la necesidad de ampliar el puente Candelaria II, ya que es parte de una vía de comunicación de gran importancia para el desarrollo de la región y del estado de Campeche.

Para cumplir con el objetivo principal de esta tesis se recabaron datos referentes a la geología

regional y local y se requirió de la ejecución de trabajos de exploración en el sitio del proyecto, trabajos de laboratorio realizados en muestras representativas que fueron recuperadas de la exploración previamente realizada, y con los datos obtenidos tanto en campo como de laboratorio, se realizaron los análisis necesarios para llegar al objetivo propuesto.

El presente trabajo presenta toda la información antes mencionada y describe el desarrollo de

los trabajos y análisis ejecutados, así como los resultados, recomendaciones y conclusiones obtenidas.

Foto No. 2.1 Vista del cauce en el eje del puente Candelaria II.

GEOLOGÍA REGIONAL

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3. GEOLOGÍA REGIONAL

El sitio en estudio se encuentra localizado en la Provincia fisiográfica denominada Planicie costera del Golfo, esta Provincia se extiende desde Florida hasta Yucatán y está limitada hacia el litoral del Golfo de México por una serie de lagunas. Al Sur de Veracruz la planicie costera está cortada respectivamente, por el Eje Neovolcánico y por el Macizo de los Tuxtlas encontrándose además limitada al poniente por la Sierra Madre Oriental. La parte plana es en ciertos lugares una faja relativamente angosta.

En distintos lugares bordeando el litoral, aparecen los siguientes materiales todos ellos de edad

Cuaternaria como son: Dunas (arenas y arenas limosas); depósitos de playa y de barra (arenas y arenas limosas); y depósitos aluviales (arenas y arcillas en alternancia).

Tierra adentro alejándose de la costa, se observa afloramientos del Terciario que forman

lomeríos y ocasionalmente se encuentran formaciones del Cretácico cerca de los límites de esta provincia con la correspondiente a la Sierra Madre Oriental.

Los sedimentos Terciarios en esta Provincia incluyen conglomerados, arenas, arcillas, lutitas,

limolitas y areniscas cuyas edades van del Eoceno al Plioceno, encontrándose orientados paralelamente a las costas del Golfo de México, de tal forma, que sus edades son menores a medida que se acercan al litoral; presentan también un echado regional característico con dirección hacia la costa, siendo notorio el engrosamiento de las formaciones en esa misma dirección.

Tectónicamente la región presenta pocas deformaciones (plegamientos). Las más notables

ocurren en su parte occidental y se manifiestan en los sedimentos del Eoceno, cuyos ejes estructurales se presentan sensiblemente paralelos a los pliegues de la Sierra Madre Oriental.

Las fallas tienen un rumbo general N-S y es de tipo normal con su bloque oriental caído, se

formaron a fines del Eoceno y a principios del Oligoceno. En el área Sur y Sureste de esta Provincia predominan las tierras bajas y pantanosas con

algunos lomeríos. Se presentan cauces temporales, albardones naturales y semilunares, meandros abandonados y lagunas de poca profundidad, todos característicos de una llanura de inundación, en su etapa senil dentro del ciclo geomórfico de erosión. También en esta zona existe el cordón litoral del que se ha hablado con anterioridad producto de los depósitos de mares someros y fluctuaciones en el nivel del mar.

Las rocas que afloran en esta parte de la provincia son principalmente de edad del Terciario al

Reciente, constituidas por arenas de grano grueso y fino interestratificadas con arcillas, lechos fosilíferos, areniscas, conglomerados y depósitos clásticos de grano fino y gravas de origen tanto marino como aluvial, lacustre, palustre y continental.

El ambiente marino, la humedad y el clima favorecen el intemperismo químico que ataca tanto a

las rocas jóvenes como a las antiguas.

TOPOGRAFÍA DEL TRAMO DEL RÍO DONDE SE LOCALICE EL SITIO PROBABLE DEL CRUCE

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4. TOPOGRAFÍA DEL TRAMO DEL RÍO DONDE SE LOCALICE EL SITIO PROBABLE DEL CRUCE

4.1 Criterios de selección Con el propósito de efectuar y contar con la suficiente información de la zona en estudio se

recabaron datos de las características fisiográficas e hidrológicas de los principales afluentes al cauce. Se verifico que el sitio de cruce de acuerdo al alineamiento general existente es el más

apropiado por estar alejado de curvas horizontales y de caídas o rápidas que presente el cauce; y es perpendicular con el mismo; así mismo este tramo del cauce presenta una sección constante y uniforme.

Se investigo la existencia de puentes construidos sobre el cauce en estudio, que por sus

condiciones hidráulicas y topográficas semejantes a las del sitio donde se analizara el puente, se puedan construir modelos hidráulicos a escala natural, para lo cual, entre ambas estructuras no debe existir una afluente importante.

Se considero el proyecto geométrico de la carretera existente para la que se diseñara el puente

candelaria II y sus secciones transversales de construcción, que incluya el trazo, los datos de bancos de nivel, las referencias topográficas y las elevaciones de la subrasante.

Con apoyo de cartas geológicas y verificación en campo se efectuó el estudio geológico de la

zona donde se construirá el puente, que permitirá conocer la infiltración del agua de lluvia en la cuenca aportadora.

Asimismo se consulto las fotografías áreas de la zona a escalas; 1:5 000 y 1:10 000, donde se

construirá el puente esto con el propósito de precisar las características fisiográficas de la cuenca y se analizo el comportamiento de la corriente, ya que el cauce no es divagante pero si existen llanuras de inundación extensas.

Foto No. 4.1 Vista aguas arriba del cauce con el cruce del puente Candelaria II.

TOPOGRAFÍA DEL TRAMO DEL RÍO DONDE SE LOCALICE EL SITIO PROBABLE DEL CRUCE

14

4.2 Estudio Topográfico Reconocimiento del lugar de estudio.

Durante el reconocimiento de campo que se realizo del sitio en estudio se recopilo información útil para determinar las características fisiográficas y, en su caso, hidrológicas de la cuenca en particular del río Candelaria; y su comportamiento histórico de la corriente natural y así proceder con los trabajos de campo para el levantamiento topográfico.

El estudio topográfico nos permitirá conocer las dimensiones apropiadas del puente Candelaria

II, basándonos en las Normas de Derecho de Vía y Zonas Aledañas para carreteras de la SCT, en donde se establecen los criterios para la adquisición del derecho de vía de acuerdo a las características del proyecto geométrico.

Se recabaron, entre otros, los siguientes datos:

Tipo y magnitud de las características topográficas que influyan en los escurrimientos.

Las características de los suelos y materiales superficiales del terreno, y sus estados de humedad, que influyan en los escurrimientos.

Tipo y densidad de la vegetación dentro de la cuenca, con el propósito de hacer confiables los coeficientes de escurrimiento de la cuenca, así como de rugosidad del cauce y de las llanuras de inundación que se determinen.

Tipo, geometría, dimensiones, ubicación y funcionamiento de las obras construidas dentro de la cuenca, que influyan en su funcionamiento hidráulico.

Tipo y dimensiones de los cuerpos flotantes en la corriente, generalmente constituidos por los árboles de la cuenca, sobre todo los cercanos al cauce, para fijar la longitud mínima de los claros del puente.

Tipo y dimensiones de los materiales arrastrados sobre el fondo del cauce principal, tales como rocas, cantos rodados, grava y arena, entre otros.

De acuerdo a los niveles alcanzados por el agua en el cauce, particularmente durante la creciente máxima se pudieron apreciar a través de las huellas de arrastre en suspensión que ha dejado sobre el cauce; mismas que provoco la corriente durante la creciente máxima, y de acuerdo a los trabajos topohidraulicos se detectó la elevación máxima de 102.83 m. Esta información se obtuvo con ayuda de los lugareños durante los trabajos en campo. Por consiguiente dicha elevación se considerara para fines de cálculos participes en este estudio.

La tendencia del río a depositar o a socavar su fondo, a fin de considerar el espacio libre vertical en primer caso o el incremento de la profundidad de la cimentación en el segundo.

TOPOGRAFÍA DEL TRAMO DEL RÍO DONDE SE LOCALICE EL SITIO PROBABLE DEL CRUCE

15

Cuadro No. 4.1. Perfil del Cauce principal desde la frontera con Guatemala hasta su desembocadura en la Laguna de Panlao.

Distancia

Km. Elev. m

150 45.0 140 44.0 130 43.0 120 42.5 110 41.5 100 41.0 90 40.0 80 37.5 70 33.0 60 30.0 50 24.5 40 15.0 30 8.0 20 5.0 10 3.0 0 0.0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Distancia al origen en km.

Ele

vaci

ones

en

m.

Grafica No. 4.1 Perfil del Río Candelaria desde su inicio en la frontera con Guatemala hasta su desembocadura en la Laguna de Panlao.

TOPOGRAFÍA DEL TRAMO DEL RÍO DONDE SE LOCALICE EL SITIO PROBABLE DEL CRUCE

16

Ejecución del levantamiento topográfico Cambios de dirección del cauce Se realizo el levantamiento topográfico comprendiendo una distancia mínima de 240 m en

dirección aguas arriba y aguas abajo del cauce principal, partiendo del eje del puente Candelaria II, para determinar los cambios de dirección que presentara la corriente y así proyectar las obras auxiliares de encauzamiento y protección que se necesiten.

En la zona en estudio se presentan llanuras de inundación, la corriente que circula por el cauce

del puente Candelaria II, durante la avenida máxima probable, representa el 91.7 % del gasto que aporta la cuenca, el resto del gasto, por efectos del desbordamiento del río Candelaria, pasa por el cauce de la estructura del puente Candelaria I ubicada en el Km. 217+950.

Levantamiento de las secciones hidráulicas Las secciones hidráulicas se levantaron a cada 20 m en el tramo recto del cauce donde se

ubica el puente, el sitio en estudio no presenta caídas. No se detecto la existencia de alguna afluencia de escurrimientos cercana al cruce del cauce

con el eje de puente, que pudiera influir en el comportamiento hidráulico del mismo.

Cuadro No.4.2. Ubicación de secciones transversales.

Numero Kilómetro Localización 0 0+000 Aguas Abajo 1 0+020 Aguas Abajo 2 0+040 Aguas Abajo 3 0+060 Aguas Abajo 4 0+080 Aguas Abajo 5 0+100 Aguas Abajo 6 0+120 Aguas Abajo 7 0+140 Aguas Abajo 8 0+160 Aguas Abajo 9 0+180 Aguas Abajo 10 0+200 Aguas Abajo 11 0+220 Aguas Abajo 12 0+240 Aguas Abajo 13 0+260 Aguas Abajo 14 0+280 Aguas Arriba 15 0+294.3 Eje de puente 16 0+320 Aguas Arriba 17 0+340 Aguas Arriba 18 0+360 Aguas Arriba 19 0+380 Aguas Arriba 20 0+400 Aguas Arriba 21 0+420 Aguas Arriba 22 0+440 Aguas Arriba 23 0+460 Aguas Arriba 24 0+480 Aguas Arriba 25 0+500 Aguas Arriba 26 0+520 Aguas Arriba 27 0+540 Aguas Arriba 28 0+560 Aguas Arriba 29 0+580 Aguas Arriba

ESTUDIO GEOTÉCNICO

23

KM 218+240 CANDELARIA II

TABASCO/CAMPECHE - ESCARSEGA H6

CARTA E15 B 76

5. ESTUDIO GEOTÉCNICO 5.1. Ubicación del sitio de proyecto.

El sitio del puente denominado Candelaria II, se ubica en el Km. 218+240 de la carretera

Villahermosa-Escárcega, del tramo Límite de los estados de Tabasco/Campeche - Escárcega, con el cruce del río Candelaria.

Figura No. 5.1. Ubicación del sitio de proyecto.

El funcionamiento hidráulico de la estructura esta en función directa de los niveles del río a la altura del cruce con el puente Candelaria II.

Por las razones antes expuestas el análisis hidrológico es con el valor de la cuenca del río

Candelaria hasta el sitio de la estructura localizada en el Km. 218+240, sitio en donde cruza el río, con el índice de pérdidas obtenidas en el análisis realizado para los escurrimientos en el sitio de la hidrométrica Candelaria.

La localización del sitio se determinó con apoyo de los planos 1:50,000 y 250,000, editados por

el INEGI, como se muestra en la imagen anterior. Las coordenadas del sitio son:

Longitud: 91° 18' 05" Latitud: 18° 15' 30"

ESTUDIO GEOTÉCNICO

24

5.2. Geología local

5.2.1 Fisiografía El área en estudio queda comprendida dentro de la parte oriental de la Provincia Fisiográfica

Planicie costera del Golfo y dentro de la porción del Suroeste de la Plataforma de Yucatán (Carta Geológica E15-6).

La primera se caracteriza por la presencia de una laguna costera (Laguna de Términos),

separada del Golfo de México por una isla de barrera (Isla del Carmen). Esta laguna se comunica con el mar por medio de las bocas del Carmen y la de Puerto Real formándose, en esta última, un delta de flujo de marea (Jiménez, 1979) que se desarrolla hacia el interior de la laguna.

Figura No. 5.2. Carta Geológica E15-6 Ciudad del Carmen. Las corrientes principales que drenan el área son los ríos Palizada, El Este, Chumpán,

Candelaria, Mamantel y Chivojá, que depositan considerables cantidades de terrígenos en la laguna de Términos. Los cursos formados en la Plataforma de Yucatán se caracterizan por desaparecer después de recorrer distancias cortas.

La red hidrográfica pertenece a la Vertiente del Golfo de México, es de mediana densidad y sus

patrones de drenaje son subparalelo, anastomosado y lagunar.

KM 218+240 CANDELARIA II

CIUDAD DEL CARMEN

CARTA E15 - 6

ESTUDIO GEOTÉCNICO

25

5.2.2 Geomorfología En esta área es posible distinguir dos unidades con características morfológicas bien definidas. La primera ocupa la porción occidental y ha sido modificada a partir de una planicie costera. En

ella queda comprendida la Laguna de Términos, paralela a la costa, que se encuentra separada del mar por una barrera o cordón litoral. En esta laguna se han formado acumulaciones alargadas conocidas como “bajos”, y en su periferia se han constituido planicies de inundación, de lodo y pantanos, éstos últimos comunicados con el Golfo de México por medio de canales de marea.

La zona litoral se encuentra formada por franjas arenosas acrecionales y por montículos que

corresponden a antiguos cerros de playas que se extienden paralelos a la línea de costa. La segunda unidad, que se encuentra en el oriente del área, ha sido modificada a partir de una

planicie rocosa sin plegamientos formada en su mayor parte por calizas que presentan una topografía cárstica, donde a menudo se encuentran cavernas y oquedades conocidas como cenotes.

Las elevaciones mayores de este relieve ondulante son separadas por depresiones planas

donde se han acumulado, principalmente depósitos aluviales. En forma general, la región se puede ubicar dentro de una etapa geomorfológica de madurez

avanzada para una región húmeda. 5.2.3 Estratigrafía En esta área afloran sedimentos que corresponden a unidades geológicas cuya edad varía del

Terciario Inferior al Reciente. La porción oriental se encuentra formada principalmente por carbonatos que se depositaron

durante la evolución de la Plataforma de Yucatán (Viniegra, 1981). Las rocas más antiguas expuestas posiblemente se originaron durante el Paleoceno o el Eoceno y aparentemente, subyacen en concordancia a rocas calcáreas del Eoceno Medio y Superior (Butterlin y Bonet, 1963); quizá corresponden a los miembros Xbacal y Pisté de la Formación Chichen Itzá.

Del Eoceno Superior al Oligoceno Medio, aparentemente existe un hiatus; solo se encontraron

rocas que datan del Mioceno y que parecen corresponder a la Formación Carrillo Puerto. El Cuaternario se encuentra registrado en unidades geológicas recientes, constituidas por

conglomerado, caliche y suelos no consolidados, que cubren discordantes a las rocas calcáreas expuestas.

5.2.4 Geología Estructural

Esta área queda comprendida dentro de dos zonas estructurales distintas. La porción occidental

se encuentra en el Oriente de la Cuenca de Mascupana - Campeche (Benavides, 1956), cuyo origen se relaciona con los disturbios tectónicos atribuidos a la Orogenia Laramide.

Las formas estructurales existentes corresponden a un anticlinal ligeramente arqueado cuyo

buzamiento se pierde hacia el noroeste; existen, además fracturas con orientaciones suroeste-noreste y Noroeste - Sureste, así como algunos fallamientos normales con alguna orientación.

Estas deformaciones se relacionan primero, con la orogénesis del Eoceno Superior, que en

Yucatán solo produjo un simple abombamiento; y posteriormente con la orogénesis mio- pliocénica (Butterlin y Bonet, 1963).

ESTUDIO GEOTÉCNICO

26

5.2.5 Geología económica

La importancia geoeconómica, en esta área, radica en la explotación de gas seco en el campo petrolero Xicalango, el cual se extrae de una profundidad aproximada a 1300 metros. Los principales campos de hidrocarburos producen del borde arrecifal y del material detrítico del banco calcáreo, localizado, hacia el norte en la Plataforma de Campeche y hacia el sur en la Sierra Madre de Chiapas (Viniegra, 1981).

5.2.6 Descripción de la unidad

Aluvial, Q (al).- Unidad poco consolidada formada por gravas, arenas, limos y arcillas, esta

última, con propiedades plásticas y cierto contenido de materia orgánica. Ocupa extensos valles fluviales.

Información Complementaria

Rocas Sedimentarias Suelos

Cuaternario (Q) Conglomerado (cg)

Aluvial (al) Lacustre (la) Litoral (li) Palustre (pa) Caliche (caliche) Lacustre-palustre (la-pa)

Plioceno (Tpl)

Terc

iario

Su

perio

r (T

s)

Mioceno (Tm) Caliza (Cz)

Oligoceno (To)

Eoceno (Te) Caliza (Cz)

Cen

ozoi

co (

C )

Terc

iario

In

ferio

r (Ti

)

Paleoceno (Tpal) Caliza (Cz)

ESTUDIO GEOTÉCNICO

27

5.3 Estudio Hidráulico-Hidrológico Datos Geométricos de la cuenca y el cauce. Área de cuenca (A) Desde el punto de vista hidrológico, el sitio del puente se localiza en Campeche, estado que

comprende el 80% de la Región Hidrológica No. 30.

Figura No. 5.3. Regiones Hidrológicas de la Republica Mexicana. Fuente INEGI.

La Región hidrológica donde se ubica el sitio en estudio, se caracteriza por ser prácticamente una planicie sin montañas, con altitudes inferiores a 100 m sobre el nivel del mar.

Las corrientes hidráulicas que se localizan en la región son poco definidas por las

características que presenta su relieve, lo que motiva que sea prácticamente imposible distinguir el parte aguas de sus cuencas, así como los detalles hidrográficos de los que se identifican como tributarios.

A partir del río Mamantel y hacia el norte de la región, casi no hay corrientes superficiales

permanentes, debido a que se determinan escurrimientos muy especiales presentándose como corrientes subterráneas originadas por el relieve, al suelo y a la estructura especial que se presenta en la Península de Yucatán.

El inicio del río Candelaria se localiza en territorio Guatemalteco, lo que dificulta conocer los

datos precisos de este tramo inicial. El punto del cauce que se inicia en territorio mexicano, se ubica a los 17º 49' de latitud norte y

90º 44' longitud WG, con un recorrido de 150 Km. a lo largo de su cauce principal en una planicie con

ESTUDIO GEOTÉCNICO

28

numerosos meandros y varias zonas de inundación, con algunas partes de su cauce con vueltas y revueltas en los que prácticamente se invierte su dirección.

Se pueden identificar tres tramos de su cauce antes de desembocar directamente en la Laguna

de Panlao, e indirectamente en la Laguna de Términos a través de la Boca de Pargos. El primer tramo del cauce pasa por los poblados de San Román y el Porvenir, el segundo por

Mérida y Candelaria y el tercer tramo por San Isidro, Congo y Polvoxal, todos dentro del estado de Campeche.

Los principales afluentes son: arroyo Limoncillos por su margen derecha, con un recorrido de 15

Km. en la dirección Este - Oeste; el río Caribe también por su margen derecha con un cauce de 80 Km., en dirección Este Oeste, después de pasar por el retiro, el cauce cambia de rumbo con dirección NNE -SSW con un recorrido de 30 Km. y enseguida desemboca por la margen derecha del río Candelaria a la altura de el Porvenir.

En el punto en donde desemboca el río Caribe, el cauce se localiza a la elevación de 42 metros

sobre el nivel del mar (msnm) y a partir de este sitio y hacia aguas abajo, el río Candelaria ya no tiene afluentes de importancia, atravesando terrenos sensiblemente planos con un drenaje muy deficiente.

Figura No. 5.4. La cuenca en su inicio del río Candelaria se ubica en Guatemala y el resto de su cuenca se localiza dentro del territorio mexicano.

Oficialmente en los boletines hidrológicos editados por la Secretaria de Recursos Hidráulicos

(SRH) para la región No. 30, página 415, se reporta "Como el río Candelaria tiene una pequeña

PUENTES CANDELARIA II

PUENTE CHUMPAN

RIO CANDELARIA

HIDROMETRICA CANDELARIA

G U A T E M A L A

CUENCA RIO MAMANTEL

CUENCA RIO CANDELARIA

CUENCA RIO CHUMPAN

ESTUDIO GEOTÉCNICO

29

porción de su recorrido inicial dentro de Guatemala, se dificulta obtener los datos precisos de ese tramo original, que algunas geografías consideran de aproximadamente 1,700 Km2".

En el mismo boletín y en su página 416 textualmente se indica". Dentro del territorio nacional la

cuenca total del río Candelaria es aproximadamente de 4,715 km²", sin embargo con el apoyo de las cartas topográficas del Instituto Nacional de Estadística Geográfica e Informática (INEGI), a escala 1:50,000, y a escala 1:250,000 de Ciudad del Carmen E15 - 6 y Tenosique E15 - 9, se logró identificar en forma aproximada la cuenca dentro del territorio mexicano, y con planímetro se determinó que la superficie de la cuenca es de 5,704 km², valor que se toma para el análisis de los escurrimientos del presente estudio.

Aceptando los valores antes citados, se induce que la cuenca total del río Candelaria desde su

origen hasta su desembocadura en la Laguna de Panlao se integra por 1,700 km² en Guatemala y 5,704 km² en México, dando un total de 7,404 km².

Figura No. 5.5 Cuenca Candelaria II. Para determinar el área de la cuenca del río Candelaria hasta el sitio del puente en estudio, al

valor total de 7,404 km² se le resta el valor de la superficie de la cuenca baja que se obtuvo de 693 km², resultando un valor drenado hasta el sitio de 6,711 km².

En julio de 1953, la Secretaría de Recursos Hidráulicos (SRH) instaló la estación hidrométrica

Candelaria localizada en el punto donde el río se cruza con el Ferrocarril del Sureste y en el mismo boletín antes citado en la página 416 se lee el siguiente texto: "La cuenca total aproximada hasta dicha estación es de 9,628 km² de los cuales 1,558 Km² pertenecen a territorio guatemalteco”.

CUENCA RIO CANDELARIA

CUENCA RIO CHUMPAN

LAGUNA DE TERMINOS

ESTACION HIDROMETRICA

CANDELARIA

CUENCA RIO MAMANTEL

ESTUDIO GEOTÉCNICO

30

Del reporte de la cuenca aforada en la estación hidrométrica se observa una incongruencia en los valores antes citados con respecto a la superficie de la cuenca total del río Candelaria, ya que no es posible que exista una cuenca hasta el sitio aforado, con valor de 9, 628 km², superior a los 7,404 km² que corresponde al total de la cuenca, optándose para el presente estudio una cuenca total con este último valor.

Figura No. 5.6. Cuenca baja Candelaria II Tramo Tabasco Campeche – Escárcega.

Con el fin de correlacionar la información hidrométrica registrada en la estación Candelaria, con

la información de lluvia, se procederá a determinar el valor de los escurrimientos en el sitio donde se localiza la estación, en base a la información de lluvia, para lo cual se calculo su cuenca aportadora y se obtuvo un valor de 5,802 km².

Al sitio solo le corresponde una parte del total de la cuenca del río Candelaria, identificándose

como cuenca alta del río Candelaria, la que se muestra en la Fig.5.6. La superficie total de la cuenca con valor de 7,404 km², queda integrada por 693 km²

correspondientes a su cuenca baja y por 6,711 km² a la cuenca alta a partir del paso del cauce por el sitio del puente en estudio.

A = 6,711 Km2

En el cuadro No. 5.1. Se presenta el resumen con los valores obtenidos de la cuenca del río Candelaria para los diferentes sitios de interés.

CUENCA BAJA CANDELARIA

LAGUNA DE TERMINOS

CUENCA RIO CHUMPAN

ESTACION HIDROMETRICA

CANDELARIA

ESTUDIO GEOTÉCNICO

31

Cuadro No. 5.1. Resumen de áreas de cuencas, del río Candelaria.

Ubicación de cuenca Sup. En km²

Cuenca dentro de territorio Guatemalteco. 1,700 Cuenca dentro de territorio mexicano hasta su desembocadura en la laguna de Panlao. 5,704

Cuenca desde su inicio en territorio Guatemalteco y hasta su desembocadura en la laguna de Panlao. 7,404

Cuenca desde su inicio en territorio Guatemalteco y hasta el sitio del puente Candelaria II. 6,711

Cuenca desde su inicio en territorio guatemalteco y hasta el sitio de la hidrométrica Candelaria. 5,802

Pendiente media (Sc) y Longitud del cauce principal (L). En Fig. No. 5.4. de la cuenca del río Candelaria, se identificó el colector principal, y con el

auxilio de las cartas E15 - 75 y E15 - 86, escala 1: 50,000 se identificaron las elevaciones inicial y final del cauce, auxiliándose además con los datos correspondientes del perfil del río Candelaria reportados en el boletín hidrológico ya antes citado. La información respecto al perfil del cauce se resume en el cuadro No. 5.2.

Cuadro No. 5.2. Datos generales del cauce principal.

Elevación en el inicio del colector: Elev. i. m 45 Elevación en el sitio del estudio: Elev. F m 9 El colector principal tiene una longitud de: L Km. 115 Desnivel del colector principal ∆H m 36

La pendiente media del cauce principal (Sc), desde su origen hasta su cruce con el eje de la obra, se calculo mediante la siguiente expresión:

0.000313==∆

=000,115

36LHSc

Donde: Sc = Pendiente media del cauce principal, (adimensional). ∆H = Desnivel del cauce principal, (m). L = Longitud del cauce principal, desde su origen hasta su cruce con el eje del puente,

(m).

ESTUDIO GEOTÉCNICO

32

5.3.1 Análisis Hidrológico Métodos Semiempírico (Método Racional). De acuerdo a la información recabada de la cuenca en estudio y en base a las normas

N·PRY·CAR·1·06·004 (Análisis Hidrológicos) de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (SCT), se opto por aplicar el método Racional.

Este método se aplico por disponer de información que caracteriza a la precipitación, la que

relacionada con las características fisiográficas de la cuenca en estudio, permitió calcular la magnitud de los escurrimientos en el sitio donde se proyecta la estructura del puente, y su formula es:

CIAQTr 278.0=

Donde: QTr = Gasto máximo para el periodo de retorno Tr establecido, (m³/s). C = Coeficiente de escurrimiento de la cuenca en estudio, (adimensional). I = Intensidad de lluvia para una duración de tormenta igual al tiempo de concentración

(tc), para el periodo de retorno Tr establecido, (mm/h). A = Área de la cuenca, (km2).

El procedimiento que se utilizo para procesar la información disponible y todos los datos que se obtuvieron del reconocimiento de campo y del levantamiento topográfico, se baso en lo señalado en los manuales M·PRY·CAR·1·06·003 (Procesamiento de Información), y M·PRY·CAR·1·06·004 (Análisis Hidrológicos) de la SCT, para la elaboración del estudio hidráulico-hidrológico.

Cálculo del tiempo de concentración (tc). Se calculo el tiempo de concentración (tc), que es el tiempo requerido para que el agua escurra

desde el punto más lejano de la cuenca hasta el sitio donde se construirá el puente, obteniendo el promedio de los resultados de las formulas que a continuación se describen.

Fórmula Chow. En este método se distinguen cuencas pequeñas y grandes, las que se identifican en función

del valor de su tiempo de concentración, de acuerdo al siguiente criterio.

Cuencas pequeñas: tc < a 6 horas Cuencas grandes: tc > a 6 horas

En las cuencas grandes y con tributarios formando una red de drenaje compleja, por lo general,

el tiempo de retrazo (tr) es menor que el tiempo de concentración (tc), por lo que el escurrimiento originado en el punto más alejado del sitio del estudio llegará retrazado para contribuir a la formación del pico de la avenida

El tiempo de retrazo del hidrograma, depende principalmente, de la forma y de las

características físicas y geométricas de la cuenca y es independiente del tiempo que dure la lluvia. Chow propone para grandes cuencas, determinar el tiempo de retrazo (tr) con esta ecuación:

hr.26.52=

=

=

64.064.0

0313.0000,11500505.000505.0

ScLtr

ESTUDIO GEOTÉCNICO

33

Donde: tr = Tiempo de retrazo de los escurrimientos, (hr). L = Longitud del colector principal, (m). S = Pendiente del colector principal expresada en %.

En cuencas pequeñas el tiempo de concentración (tc) se considera igual al tiempo de retrazo

(tr), calculándose con la ecuación anterior. El Bureau of Reclamation propone para el cálculo del tiempo de retrazo (tr), la siguiente

expresión de la cual despejamos el tiempo de concentración (tc):

tctr 6.0=

.hr44.20===∴6.052.26

6.0trtc

Fórmula de Kirpich.

hr.57.12=== 385.0

77.0

385.0

77.0

000313.0000,1150662.00662.0

ScLtc

Donde: tc = Tiempo de concentración, (hr). L = Longitud del cauce principal, (m). Sc = Pendiente media del cauce principal, (adimensional). Fórmula de Rowe.

hr.56.98=

=

=

385.02385.02

313.011586.086.0

ScLtc

Donde: tc = Tiempo de concentración, (hr). L = Longitud del cauce principal, (km). S = Pendiente del cauce principal expresada al millar, igual al desnivel ∆H en m,

dividido entre la longitud L en Km.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

34

Fórmula del California Culverts Practice.

hr.57.25=

∗=

∆

=385.03385.03

11.11847.719.119.11

HLtc

Donde:

tc = Tiempo de concentración, (hr). L = Longitud del cauce principal, (mi). ∆H = Desnivel máximo del colector, (pies). Promedio de los resultados del tiempo de concentración (tc). Se obtiene el promedio de los valores obtenidos por los métodos anteriores, descartando el

valor obtenido por el método de Chow por quedar fuera de la tendencia.

hr.56.32=++=++

=3

25.5798.5612.57.. tcNo

tctctctc CCPRoweKirpichprom

Determinación del valor del índice de distribución de la lluvia (e). Su valor se determina de acuerdo a lo expuesto en la Tabla.5.1 del anexo 5, identificando la

cuenca como muy grande, por tener un Tc con valor igual o mayor a 48 horas. Con la magnitud de la cuenca, se obtiene un valor de “e” comprendido entre los valores:

0.45 y 0.5

Interpolación de "e"

Tc Tc1 Tc2 e1 e2 e 56.32 48 57 0.5 0.45 0.454

Determinación del periodo de retorno para el gasto teórico de diseño (Tr). El periodo de retorno (Tr) se determino siguiendo los criterios de la N·PRY·CAR·1·06·004

(Análisis Hidrológicos) de la SCT, en su inciso D.2.2 al cual se adecuan las características de la vialidad en la que se encuentra el puente Candelaria II por lo que:

Tr = 100 años.

Características de la precipitación. En el cuadro No. 5.3 se presenta la información registrada en la estación hidrométrica

Candelaria de los gastos medio diario y máximo anual, en el lapso de 46 años, comprendido de 1953 a 1999, valores con los que se formó la gráfica No. 5.1.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

35

Cuadro No.5.3. Información de la Estación hidrométrica Candelaria

Eventos Q medio m³/seg. Año Q max.

M³/seg. Fecha del

Q max. (hr/día/mes) 1 192.75 1953 193.0 Medio diario máx. 2 245.96 1954 246.0 Varios 3 263.90 1955 269.0 11311 4 288.75 1956 289.0 61610 5 137.95 1957 138.0 10810 6 66.27 1958 89.4 12506 7 54.69 1959 54.7 10411 8 90.19 1960 90.2 10710 9 64.87 1961 64.9 11811 10 62.22 1962 62.22 Medio diario máx. 11 406.00 1963 408.0 100310 12 46.29 1964 79.6 101 13 82.27 1965 83.4 71511 14 93.96 1966 94.8 71311 15 102.41 1967 104.8 70210 16 176.46 1968 176.8 60411 17 161.62 1969 223.2 71510 18 97.19 1970 99 192110 19 33.72 1971 34.68 60809 20 76.30 1972 77.33 180510 21 152.71 1973 155.3 61709 22 107.49 1974 110.7 190910 23 187.58 1975 190.7 181610 24 106.40 1976 107.5 192109 25 45.46 1977 45.58 60710 26 131.90 1978 131.9 181210 27 213.20 1979 215.4 140211 28 186.80 1980 191.1 190310 29 146.47 1981 149.3 190510 30 250.98 1982 254.1 120910 31 122.17 1983 123.3 61111 32 197.00 1984 197.00 Medio diario máx. 33 125.88 1985 125.88 Promedio evento 32 y 34 34 54.76 1986 54.76 Medio diario máx. 35 326.89 1987 326.89 Medio diario máx. 36 205.49 1988 205.816 241910 37 320.07 1989 320.07 Medio diario máx. 38 356.71 1990 356.71 Promedio evento 37 y 40. 39 356.71 1991 356.71 Promedio evento 37 y 40 40 393.35 1992 393.35 Medio diario máx. 41 140.63 1993 140.63 Medio diario máx. 42 178.64 1994 178.64 Medio diario máx. 43 1603.20 1995 3073.936 142111 44 307.17 1996 621.925 181811 45 167.62 1997 383.636 62008 46 247.72 1998 250.517 180511 47 161.38 1999 165.001 30811

ESTUDIO GEOTÉCNICO

36

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Gas

to M

axim

o A

nual

en

m3/

seg.

1953 1957 1961 1965 1969 1973 1977 1981 1985 1989 1993 1997

Años

Grafica No. 5.1. Estación Hidrométrica Candelaria Gasto Máximo Anual

En los años en que no se obtuvieron datos del gasto máximo anual, en el cuadro No. 5.3., se insertó el valor del gasto medio máximo diario registrado en el mismo año, con la finalidad de tener un rango mayor de información en el análisis estadístico.

En la información hidrométrica antes citada se puede observar que en el año de 1995, se

reportó un gasto medio diario de 1,603 m³/seg., con un gasto máximo anual de 3,073.94 m³/seg., registrado el 21 de noviembre del mismo año a las 14 horas.

El siguiente valor en importancia es el gasto máximo anual registrado en 1996, con un valor de

621.93 m3/seg., que se presentó el 18 de noviembre a las 18 horas seguido en importancia por el gasto de 408 m3/seg. registrado en 1963 en el mes de octubre a las 10 horas.

En la cuenca del sitio en estudio predomina la vegetación de tipo boscoso con zonas cubiertas

de pastizales, con terrenos sujetos a inundaciones frecuentes, formándose áreas pantanosas y lagunas, como puede observarse en la carta topográfica E15-B76, escala 1:50000.

La lluvia en la zona del sitio en estudio, corresponde a una zona de relieve casi nulo,

influenciada por todos lados por el Golfo de México y del Mar Caribe, ocasionando que la precipitación pluvial resulte poco variable independientemente de la cercanía o la lejanía al mar o de la latitud.

Sin embargo de acuerdo a las estaciones que rodean al sitio, la cualidad antes mencionada del

tipo de lluvia, se puede observar que se registró una precipitación máxima de 305 mm., en la estación No. 4039 Candelaria Carmen y una mínima de 20. mm. en la No. 4030 San Isidro Carmen, o como puede observarse en la gráfica No. 5.1, en donde resaltan los valores de las precipitaciones altas que sobresalen de la tendencia general, como son las correspondientes a los años 1965 y 1967.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

37

Análisis Estadístico Con la finalidad de conocer la lámina de precipitación que se debe utilizar en el cálculo del

gasto de diseño en el cauce del puente Candelaria II, se opto por realizar un análisis estadístico de lluvia 24 horas por el método de Gumbel para periodos de retorno de 5, 10, 15, 25 y 50 años con la finalidad de tener una visión más amplia para poder tomar decisiones con mayor veracidad en la selección de los valores que serán la base para el análisis correspondiente.

Los gastos máximos registrados en la estación hidrométrica Candelaria presentados en el

cuadro No.5.4 se ordenan de mayor a menor, asignándoles un número de orden, como se muestra en el cuadro siguiente y se calcula para cada uno su periodo de retorno (Tr) en años, mediante la siguiente expresión:

jNTr 1+

=

Donde:

Tr = Periodo de retorno, (años). N = Número total de años de registro. j = Número de orden de los datos gastos máximos anuales.

Cuadro No. 5.4. Orden ascendente de gastos máximos anuales en la estación hidrométrica Candelaria.

Número de

Orden j Q max. Anual

m³/seg. Periodo de retorno Tr

(años) Número de

Orden j Q max. Anual

m³/seg. Periodo de retorno Tr

(años) 1 34.68 48.00 25 176.80 1.92 2 45.58 24.00 26 178.64 1.85 3 54.70 16.00 27 190.70 1.78 4 54.76 12.00 28 191.10 1.71 5 62.22 9.60 29 193.00 1.66 6 64.90 8.00 30 197.00 1.60 7 77.33 6.86 31 205.82 1.55 8 79.60 6.00 32 215.40 1.50 9 83.40 5.33 33 223.20 1.45 10 89.40 4.80 34 246.00 1.41 11 90.20 4.36 35 250.52 1.37 12 94.80 4.00 36 254.10 1.33 13 99.00 3.69 37 269.00 1.30 14 104.80 3.43 38 289.00 1.26 15 107.50 3.20 39 320.07 1.23 16 110.70 3.00 40 326.89 1.20 17 123.30 2.82 41 356.71 1.17 18 125.88 2.67 42 356.71 1.14 19 131.90 2.53 43 383.64 1.12 20 138.00 2.40 44 393.35 1.09 21 140.63 2.29 45 408.00 1.07 22 149.30 2.18 46 621.93 1.04 23 155.30 2.09 47 3073.94 1.02 24 165.00 2.00

Promedio de los gastos máximos anuales Q = 249.03 m3/seg.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

38

Determinación de la distribución de probabilidad por el Método de Gumbel Para ajustar la función de distribución de probabilidad de los gastos máximos anuales,

ordenados (Cuadro No.5.4.), se aplica el Método de Gumbel:

e e caX

XF −+−

=)(

De la que se desprende la ecuación:

1−−−=

TrTrcLnLnaQ

Donde:

Q = Gasto máximo para el periodo de retorno Tr, (m³/s). Tr = Periodo de retorno, (años). Ln = Logaritmo natural (base e).

Los gastos máximos calculados para cada periodo de retorno se muestran en el Cuadro No.5.5. a y c son parámetros de la función de distribución, que se determinan como sigue:

72.4103.249)78.378*54730.0( −=−=−= QcYa N

78.37815570.1

74.437===

N

Qcσσ

Donde: Q = Promedio de los gastos máximos anuales, (m³/s). σQ = Desviación estándar de los gastos máximos anuales, (m³/s).

.seg/m75.437147

)03.249*47(5.117295741NQNXi 3

222

Q =−

−=

−−

=Σσ

ESTUDIO GEOTÉCNICO

39

Cuadro No.5.5. Gastos máximos para cada periodo de retorno.

Número de Orden

j Xi Xi2

Número de Orden

j Xi Xi2

1 34.68 1202.70 25 176.80 31258.24 2 45.58 2077.54 26 178.64 31912.25 3 54.70 2992.09 27 190.70 36366.49 4 54.76 2998.66 28 191.10 36519.21 5 62.22 3871.33 29 193.00 37249.00 6 64.90 4212.01 30 197.00 38809.00 7 77.33 5979.93 31 205.82 42360.23 8 79.60 6336.16 32 215.40 46397.16 9 83.40 6955.56 33 223.20 49818.24 10 89.40 7992.36 34 246.00 60516.00 11 90.20 8136.04 35 250.52 62758.77 12 94.80 8987.04 36 254.10 64566.81 13 99.00 9801.00 37 269.00 72361.00 14 104.80 10983.04 38 289.00 83521.00 15 107.50 11556.25 39 320.07 102444.80 16 110.70 12254.49 40 326.89 106857.07 17 123.30 15202.89 41 356.71 127242.02 18 125.88 15845.77 42 356.71 127242.02 19 131.90 17397.61 43 383.64 147176.58 20 138.00 19044.00 44 393.35 154724.22 21 140.63 19776.80 45 408.00 166464.00 22 149.30 22290.49 46 621.93 386790.71 23 155.30 24118.09 47 3073.94 9449082.53 24 165.00 27225.33 Σ 11729674.5

YN y σN son funciones del tamaño de la muestra, es decir, del número total de años de

registro N y se obtienen de la Tabla No. 5.6 del anexo 5.

Determinación del intervalo de confianza por el Método de Gumbel Para el cálculo del intervalo de confianza, que es aquel dentro del cual puede variar el gasto

máximo para un determinado periodo de retorno, dependiendo del número total de años de registro, primero se determino el parámetro ϕ como sigue:

Tr11 −=ϕ

Donde:

Tr = Periodo de retorno, (años).

Si 0.2 ≤ ϕ ≤ 0.8, el intervalo de confianza se calcula con la fórmula:

NN

N

QmQ σ

σασ±=∆

ESTUDIO GEOTÉCNICO

40

Si ϕ ≥ 0.9, el intervalo de confianza se calcula con la fórmula:

N

QQ σ

σ14.1±=∆

Donde: σQ = Intervalo de confianza, (m³/s). σQ = Desviación estándar de los gastos máximos anuales, (m³/s). N = Número total de años de registro.

σN y N mα σ son funciones del tamaño de la muestra, es decir, del número total de años de registro N y del parámetro ϕ, respectivamente, y se obtienen de la Tabla No. 5.7 del anexo 5.

Los intervalos de confianza y el parámetro ϕ, calculados para cada periodo de retorno se

muestran en el Cuadro No.5.6.

Ajuste de los gastos máximos calculados Los gastos máximos para los periodos de retorno que se establecieron anteriormente y que

fueron calculados con el método estadístico de Gumbel, se ajustan considerando sus correspondientes intervalos de confianza, aplicando la siguiente fórmula:

QTr QQ ∆+= Donde: QTr = Gasto máximo ajustado para el periodo de retorno Tr establecido, (m³/s). Q = Gasto máximo para el periodo de retorno Tr establecido, calculado según el método

estadístico, (m³/s) ∆Q = Intervalo de confianza para el periodo de retorno Tr, (m³/s).

Cuadro No. 5.6. Gastos Máximos, parámetro ϕ, Intervalos de Confianza, Y Gastos Máximos Ajustados para cada periodo de retorno establecido.

Gasto Máx. Ajusta.

QTr Gasto Máximo Q (m3/seg.)

Tr

años Parámetro

ϕ

Intervalo de Confianza

∆Q (+) (-) 609.87 5 0.80 82.71 692.57 527.16 894.11 10 0.90 431.80 1325.92 462.31 1054.48 15 0.93 431.80 1486.29 622.68 1253.26 25 0.96 431.80 1685.06 821.46 1519.70 50 0.98 431.80 1951.50 1087.89

ESTUDIO GEOTÉCNICO

41

Cálculo de la precipitación máxima probable (Hmáx.), para Tr = 100 años. En la cuenca del río Candelaria, hasta la estación hidrométrica, se dibujaron sus

correspondientes isoyetas utilizando los valores de la información editada por la SCT, complementándose con la identificación del área de influencia de cada isoyeta, y para la cuenca correspondiente hasta el sitio del puente Candelaria, con el mismo tratamiento. Figura No.5.7.

En la siguiente figura se presenta una copia de las isoyetas para 24 horas correspondiente al

Estado de Campeche, editado por la SCT.

Figura No. 5.7. Isoyetas para el Estado de Campeche tramo Tabasco – Campeche – Escárcega.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

42

GUATEMALA

SITIO KM 218+240

ESTACION HIDROMETRICA

CANDELARIA

300 200

400

100

300 500

400

Figura No. 5.8. Isoyetas cuenca Estación Hidrométrica Candelaria. Con la información de las isoyetas para lluvia 24 horas, se procedió a determinar el valor de la

precipitación con periodo de retorno de 100 años para la cuenca correspondiente a la estación hidrométrica Candelaria y el resultado se presenta en el Cuadro No.5.5.

De la misma forma se determinó el valor de la precipitación en la cuenca correspondiente para

el sitio del puente Candelaria, apoyándose en la información de la Figura No.5.7. y los resultados se presentan en el Cuadro No.5.7. y Cuadro No. 5.8.

El valor de la precipitación máxima probable se afecta por la magnitud del área de la cuenca.

Cuadro No.5.7. Cálculo de lluvia en cuenca correspondiente a la

estación hidrométrica Candelaria

Cuadro No.5.8. Cálculo de lluvia en cuenca correspondiente al

puente Candelaria Lluvia Área Lluvia Área

mm km2 Km² x mm Ubicación

mm km² Km² x mm

100 1,700 170,000 Guatemala 100 1,700 170,000100 630 63,000 México 100 630 63,000200 2,012 402,400 México 200 2,012 402,400300 1,460 438,000 México 300 1,895 568,500

México 400 474 189,600Suma 5,802 1,073,400 6,711 1,393,500

Precipitación 185 208

ESTUDIO GEOTÉCNICO

43

Hmáx.= 208.00 mm./hr. Para el sitio del puente Candelaria II. Cálculo de la Precipitación media (Hm.), para Tr = 100 años. El valor medio de la precipitación en función del área, tiende a un modelo de la forma general

representada por la expresión:

mm/hr.164.82=

=

=

∗ 5.0671100284.0' 7183.2

12087183.2

1. bAKHmáxHm

Donde: Hm. = Precipitación media, (mm./hr.). Hmáx. = Precipitación máxima en el sito, (mm./hr.).

K’ y b varían en función de la duración total de la tormenta. Se recomienda para lluvias de 24 horas los valores siguientes:

K’ = 0.00284 y b = 0.5 Distribución de la lluvia en el tiempo.

Con la fórmula de Kuishling se tiene:

( )

( )( )

( ) mm/hr.262.57=−

∗=

−∗

=−−

454.0132.5687.15

1

454.011

etcK

Xtce

( )( )

( )( ) 15.87=

∗−=

−= −− 0454.11 24

82.164454.0124

1eHmeK

Determinación del valor del coeficiente de escurrimiento (C).

La fórmula con la que se determina el valor de C es:

( ) ( ) 0.282=−

+

−=−

+

−= 30.0157.262

62.14208.141m1XtcZY1C DD

Donde:

C = Coeficiente de escurrimiento de la cuenca, adimensional.

YD = Perdida por evaporación en el lapso de tiempo D, (mm).

ZD = Perdida por absorción en el lapso de tiempo D, (mm).

Xtc = Lamina de lluvia en el lapso de tiempo D, (mm).

m = Perdida por retención, en %.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

44

Perdida por evaporación (Y). El valor de la evaporación varía de acuerdo a los criterios que se expresan en la Tabla.5.2. del

Anexo 5, y se considera que las características de la zona donde se ubica el proyecto, corresponde a zona caliente a húmeda caliente, por lo que el valor de Y según el cuadro citado se considera de:

Y = 0.25 mm./hr.

Donde:

Y = Perdida por evaporación, (mm./hr.).

Perdidas por evaporación en el lapso de tiempo D.

mm/hr.14.08=∗=∗= 32.5625.0tcYYD Donde:

YD = Valor de la evaporación en el lapso del tiempo D, (mm./hr.). D = Lapso de tiempo en que se consideran los valores de la precipitación, por lo general es de 24 horas.

Perdida por absorción e infiltración (Z). En la Tabla.5.3. del Anexo 5, se dan los criterios para la obtención del valor de Z, considerando

que se presentan condiciones para valores con tendencia de media a alta de infiltración semejantes a suelos francos optándose por un valor de:

Z = 1.59 mm./hr.

Donde: Z = Perdida por absorción, (mm./hr.).

Perdida por absorción en el lapso de tiempo D.

( )

( )( )

( ) mm./hr.142.62=−

∗=

−=

−−

454.0132.5662.8

1

454.011

UKTZ

U

D

Donde: ZD = Valor de la absorción en el lapso de tiempo D, (mm./hr.). tc = Tiempo de concentración. K = Constante.

( )[ ]( )

( )[ ]( ) 8.62=

∗−=

−=

−− 454.01124 24

56.89454.011Utc

TZU

K

Donde: U = e = Índice de distribución de la lluvia, Cuadro.5.1 del Anexo 5. Ztc = Valor del índice de infiltración, (mm./hr.).

ESTUDIO GEOTÉCNICO

45

mm/hr.89.55=∗=∗= 32.5659.1tcZZ tc

T24 = Lapso de tiempo correspondiente a los registros de la precipitación por lo general es de 24 horas.

Perdida por retención (m).

De acuerdo a la Tabla.5.4 del anexo 5, se obtienen los valores siguientes: Valores de m de 0.10 a 0.30 o más

Se considera que m tiene un valor de: m = 0.30

Determinación de la Intensidad Ip

mm./hr.2.93===32.5682.164

tcHmIp

Donde: Ip = Intensidad de lluvia, (mm/hr.). Hm. = Lámina media de la lluvia, (mm.). tc = Tiempo de concentración, (hr.).

Calculo del gasto de escurrimiento. Sustituyendo todos los datos obtenidos anteriormente en la formula del método Racional para

calcular el gasto máximo para un periodo de retorno Tr = 100 años, tenemos lo siguiente.

/seg.m1541.52 3=∗∗∗== 671193.2282.0278.0278.0 CIAQTr

Determinación del coeficiente de Manning, (n). Este factor es el que define el grado de influencia sobre la velocidad del escurrimiento que

tienen las condiciones del cauce y sus llanuras de inundación, tales como las características de los materiales que los constituyen, de la vegetación, del uso del suelo y del tirante del agua.

Se observa que el cauce a su paso por el puente Candelaria II, es un poco sinuoso con algunos arbustos y hierbas, tal como puede observarse en las fotos.

Las condiciones generales antes indicadas en general son regulares, por lo que el valor del

factor de rugosidad n de Manning, se obtiene con la información que se proporciona en la Tabla.5.5 del anexo 5, obteniéndose el valor de:

n = 0.035

ESTUDIO GEOTÉCNICO

46

Cuadro No.5.9. Resumen de resultados.

Concepto Unidad Cantidad

QTr m3/s 1541.52 C Adimensional 0.282 A Km² 6711 L Km. 115

∆H m 36 Sc Adimensional 0.000313 tc Horas 56.32 Tr Años 100

Hmáx. 24 mm. 208 Xtc mm. 262.57 Y mm./hr. 0.25 YD mm. 14.08 Z mm./hr. 1.59

Ztc mm. 89.55 m -------- 0.30 Ip mm./hr. 2.93 n -------- 0.035

5.3.2 Análisis Hidráulico El análisis hidráulico se llevo acabo de acuerdo a la norma N·PRY·CAR·1·06·005 (Análisis

Hidráulicos) y el manual M·PRY·CAR·1·06·005 (Análisis Hidráulicos), de la SCT. Sección modificada con ampliación de 1,000 m por cada margen En las figuras siguientes se muestra la sección transversal del cauce con una ampliación de

1,000 m en ambas márgenes, con respecto a los datos obtenidos en campo, (Figura No. 5.9.a y 5.9.b).

Ampliación de 1000 mSección obtenida en el levantamiento

Ampliación de 1000 m

Eje del cauce y delpuente Candelaria II

Figura No. 5.9.a. Sección transversal ampliada en el eje del cauce.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

47

Ampliación de 1000 m

puente Candelaria IIEje del cauce y del

Ampliación de 1000 mSección obtenida en el levantamiento

Figura No. 5.9.b. Sección transversal en el eje del cauce con márgenes sujetas a inundación. Determinación de las características geométricas de las secciones hidráulicas. Al no contar con información planimétrica para definir las fronteras naturales que limiten el área

de inundación, se opta por ampliar el ancho de la secciones transversal al cauce obtenida en el levantamiento topográfico.

De cada sección hidráulica, se determino las características geométricas que se indican

enseguida: Los tirantes (Y) definidos por la diferencia entre el nivel alcanzado por el agua y los niveles del

fondo del cauce en cada sección hidráulica, en metros.

Figura No. 5.10. Sección hidráulica y niveles obtenidos en el levantamiento topográfico. El área hidráulica (Ah) por la que escurre el flujo, definida por el nivel alcanzado por el agua en

el cauce, la longitud de la sección y el perfil del terreno natural dentro de la misma, en metros cuadrados.

El perímetro mojado (Pm), que es la longitud de la superficie del cauce que tiene contacto con

el agua en cada sección hidráulica, en metros.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

48

El radio hidráulico (Rh), que es la relación del área hidráulica entre el perímetro mojado de cada sección hidráulica (Rh = Ah / Pm), en metros.

En el siguiente cuadro se muestran los resultados de los cálculos antes mencionados

Cuadro No. 5.10. Calculo de las características geométricas de cada sección hidráulica.

ÁREA

HIDRÁULICA Ah

PERÍMETRO MOJADO

RADIO HIDRÁULICOSECCIÓN ESTACIÓN ELEVACIÓN

TN TIRANTE

Y (m) Pm Rh

0 0+000 90.64 9.68 311.19 65.13 4.78 1 0+020 89.92 12.99 513.17 82.88 6.19 2 0+040 89.60 13.38 711.64 96.88 7.35 3 0+060 89.30 13.69 765.16 99.42 7.70 4 0+080 89.63 13.36 776.35 103.24 7.52 5 0+100 89.76 13.23 804.22 102.66 7.83 6 0+120 90.41 12.59 748.32 100.16 7.47 7 0+140 90.95 12.05 695.17 97.65 7.12 8 0+160 91.05 11.95 659.39 93.83 7.03 9 0+180 91.06 11.95 636.72 93.72 6.79 10 0+200 91.01 12.00 616.34 95.59 6.45 11 0+220 90.88 12.13 606.98 95.59 6.35 12 0+240 90.52 12.50 615.88 93.73 6.57 13 0+260 89.05 13.96 726.40 104.59 6.95 14 0+280 88.59 14.42 769.53 120.98 6.36 15 0+294.3 87.47 15.36 824.36 130.70 6.31 16 0+320 87.59 15.54 752.61 105.13 7.16 17 0+340 87.98 15.16 687.16 95.28 7.21 18 0+360 87.79 15.36 739.55 99.79 7.41 19 0+380 87.42 15.73 831.80 107.34 7.75 20 0+400 87.45 15.70 885.33 115.87 7.64 21 0+420 88.21 14.94 807.80 111.47 7.25 22 0+440 88.25 14.90 764.56 108.34 7.06 23 0+460 89.15 14.01 772.63 107.42 7.19 24 0+480 89.54 13.62 663.95 96.24 6.90 25 0+500 89.45 13.71 661.61 91.70 7.21 26 0+520 90.03 13.13 651.50 92.76 7.02 27 0+540 90.18 12.99 652.83 94.23 6.93 28 0+560 90.02 13.15 664.68 99.36 6.69 29 0+580 89.76 13.42 663.62 98.10 6.76

Determinación de las velocidades en cada sección hidráulica

Una vez determinadas las características geométricas de cada sección hidráulica, se calcularon

las velocidades de la corriente en cada sección, ya que la pendiente geométrica media es menor de 2% se calculo mediante el Método de Manning y tomando en cuenta las dimensiones de los cuerpos flotantes de acuerdo a la tabla 5.8 del anexo 5.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

49

El Método de Manning establece que la velocidad del flujo para cada sección hidráulica es:

nScR

V2

13

2

=

Donde: V = Velocidad de la corriente en la sección, (m/seg.) R = Radio hidráulico de la sección, (m). Sc = Pendiente hidráulica media de cada sección, (adimensional). n = Coeficiente de rugosidad de Manning de la sección, (adimensional).

Determinación de los gastos de cada sección hidráulica Una vez calculadas las velocidades de la corriente en cada sección hidráulica, se determinan

los gastos correspondientes, aplicando la ecuación de continuidad, que establece: VAQ =

Donde:

Q = Gasto en cada sección considerada, (m3/s) A = Área hidráulica en cada sección considerada, (m2) V = Velocidad de la corriente en cada sección considerada, (m/s) En el siguiente cuadro se muestra el cálculo de las velocidades y los gastos para cada sección

hidráulica.

Foto No. 5.1. Vista Aguas Abajo Río Candelaria

ESTUDIO GEOTÉCNICO

50

Cuadro No. 5.11. Calculo de la velocidad y el gasto del flujo de cada sección. Sc = 0.000313 Sc1/2 = 0.017692

Sección A (m2) R (m) n R2/3 V (m/seg) Q (m3/seg)

0 311.19 4.78 0.035 2.84 1.43 446.24 1 513.17 6.19 0.035 3.37 1.70 874.67 2 711.64 7.35 0.035 3.78 1.91 1359.31 3 765.16 7.70 0.035 3.90 1.97 1507.69 4 776.35 7.52 0.035 3.84 1.94 1506.28 5 804.22 7.83 0.035 3.94 1.99 1603.49 6 748.32 7.47 0.035 3.82 1.93 1445.63 7 695.17 7.12 0.035 3.70 1.87 1300.41 8 659.39 7.03 0.035 3.67 1.85 1222.88 9 636.72 6.79 0.035 3.59 1.81 1154.52 10 616.34 6.45 0.035 3.46 1.75 1079.28 11 606.98 6.35 0.035 3.43 1.73 1052.10 12 615.88 6.57 0.035 3.51 1.77 1092.15 13 726.40 6.95 0.035 3.64 1.84 1336.62 14 769.53 6.36 0.035 3.43 1.74 1335.39 15 824.36 6.31 0.035 3.41 1.73 1422.50 16 752.61 7.16 0.035 3.71 1.88 1413.10 17 687.16 7.21 0.035 3.73 1.89 1296.59 18 739.55 7.41 0.035 3.80 1.92 1421.01 19 831.80 7.75 0.035 3.92 1.98 1646.52 20 885.33 7.64 0.035 3.88 1.96 1736.08 21 807.80 7.25 0.035 3.74 1.89 1529.13 22 764.56 7.06 0.035 3.68 1.86 1421.90 23 772.63 7.19 0.035 3.73 1.88 1455.25 24 663.95 6.90 0.035 3.62 1.83 1216.27 25 661.61 7.21 0.035 3.73 1.89 1248.72 26 651.50 7.02 0.035 3.67 1.85 1207.79 27 652.83 6.93 0.035 3.63 1.84 1199.27 28 664.68 6.69 0.035 3.55 1.79 1192.86 29 663.62 6.76 0.035 3.58 1.81 1199.85

Nota: El área sombreada en el renglón 15, corresponde al eje del puente Candelaria II. La corriente que pasa por el cauce del puente Candelaria II, durante la avenida máxima

probable, representa el 92.28 % del gasto que aporta la cuenca, el resto del gasto, por efectos del desbordamiento del río Candelaria, pasa por el cauce de la estructura ubicada en el Km. 217+950.

Por el cauce que cruza el puente Candelaria II, Km. 218+240, pasa un gasto de 1422.5 m3/seg. En el sitio del puente la velocidad de la corriente tiene valores del orden de 1.73 m/seg.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

51

5.4. ANÁLISIS GEOTÉCNICO Los objetivos principales del estudio geotécnico son identificar la estratigrafía existente, evaluar

la capacidad de carga y las deformaciones generadas en el subsuelo debido a las cargas que se presentaran en el sitio donde se proyecta la construcción del Puente Candelaria II ubicado en el Km. 218+240.

Se efectuó un reconocimiento Geológico - Geotécnico en el sitio en estudio, que se realizo con

base en los planos topográficos E15-B76, E15-6 y E15-9, mediante recorridos a pie y en vehículo terrestre, el reconocimiento sirvió a su vez para determinar la ubicación de los 2 sondeos, ambos de penetración estándar, asignándoles la siguiente nomenclatura para su identificación: SPT-1 y SPT-2, los cuales se llevaron hasta una profundidad máxima de 25.0 m y de 25.6 m respectivamente.

El Estudio Geotécnico se desarrollo de la siguiente manera: • Se describió la geología regional y local que dio origen a los suelos del sitio en estudio, se

hizo esta descripción en el Capítulo III y Capitulo V de esta Tesis.

• Se realizo la Exploración y Muestreo del sitio en estudio, asimismo se hizo una descripción breve de los métodos y equipos empleados para la exploración y el muestreo de los suelos, en el Subcapítulo referente a Trabajos de Campo.

• En el Subcapítulo correspondiente a Pruebas de Laboratorio, se sometieron a diferentes

ensayes las muestras de suelo obtenidas en la Exploración y Muestreo, para determinar sus propiedades índice y mecánicas.

• Así mismo se menciona y se muestra esquemáticamente la estratigrafía encontrada,

después de haber analizado los diferentes resultados de las pruebas de laboratorio. • En el Análisis Geotécnico se describe la metodología empleada para efectuar los análisis

geotécnicos de la cimentación.

Figura No. 5.12. Trabajos de perforación en el Puente Candelaria II.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

52

5.4.1. Exploración y Muestreo

Para esta etapa del Estudio Geotécnico se ejecuto su Exploración y Muestreo, con la finalidad de lograr una comprensión a fondo de la geología del sitio y sus alrededores con el objeto de que la información pueda ser utilizada en la etapa de diseño de la estructura del puente.

De acuerdo a la importancia, tamaño de la obra y debido a que en la zona en estudio prevalece un suelo de origen aluvial se aplico el siguiente criterio de exploración y muestreo:

• Geofísica

• Perforaciones

• Pruebas y estudios de laboratorio.

Figura No. 5.13. Trabajos de exploración

5.4.2. Trabajos de Campo Sondeo mediante penetración estándar. Este sondeo se utilizo para obtener las propiedades físicas del suelo o índice, no así las

propiedades mecánicas del suelo, por ser sondeo que obtiene muestras alteradas. Ya que existen arenas de gruesas a medias en estos suelos aluviales, el sondeo preliminar que

se utilizo es el de penetración estándar, ya que este procedimiento es, entre todos los exploratorios preliminares, el que rinde mejores resultados y proporciona mas información útil del subsuelo y no solo en lo referente a descripción del mismo.

El equipo que se utiliza para este procedimiento consta de un muestreador especial

(muestreador o penetrómetro estándar), es normal que sea de media caña ya que facilita la extracción de la muestra que haya penetrado en su interior.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

53

El método de penetración estándar consiste, de acuerdo con la especificación ASTM-D1585, en hincar en el suelo un penetrómetro estándar de pared gruesa de 60 cm de largo, por medio de golpes aplicados con una masa de 64 kg, que se deja caer desde una altura de 75 cm. Se cuenta el número de golpes (N) necesarios para avanzar los 30 cm centrales del tubo muestreador.

Figura No. 5.14. Penetrómetro estándar.

5.4.2.1. Ejecución y Resultado de Sondeos Para el SPT-1 Inicialmente se detectó un estrato de arcilla de baja plasticidad, con grumos del mismo material

y gravillas, de color café blancuzco a claro, de consistencia muy firme a media (8<N<25); el contenido natural de agua es de 4 a 18%; el porcentaje de finos es de 57 a 64%, 37 a 43% de arena; la densidad de sólidos es de 2.745; el espesor del estrato es de 1.2 m.

Subyaciendo al estrato anterior se encuentra otro de arena media a fina poco arcillosa, de color

gris oscuro a verdoso, de compacidad suelta (4<N<10), con arcilla limosa gris verdoso; el contenido natural de agua es de 16 a 20%; el límite líquido de la parte fina es de 24 % e índice plástico de 10%; el porcentaje de finos es de 32 a 35%, 65 a 68% de arena; el espesor del estrato es de 2.4 m.

Posteriormente se detectó un estrato de arcilla de baja plasticidad, con poca materia orgánica,

de color gris verdoso a oscuro y café claro a oscuro, con intercalaciones de arena limosa de café y gris oscuro, de consistencia muy blanda a muy firme (1<N<22); el contenido natural de agua es de 23 a 56%; el límite líquido es de 41 a 48% y el índice plástico de 22 a 34%; el porcentaje de finos es de 38 a 97%, 3 a 60% de arena y 0 a 2% de grava; la densidad de sólidos es de 2.675 a 2.778; el espesor del estrato es de 4.6 m.

A continuación se encontró un estrato de arena arcillosa de compacidad mediana (22<N<41)

con grumos cementados del mismo material, de color gris verdoso y café claro, con intercalaciones de limo arenoso; el contenido natural de agua es de 14 a 24%; el porcentaje de finos es de 16 a 43%, 54 a 57% de arena y 0 a 30% de grava (grumos cementados), la densidad de sólidos es de 2.882; el espesor del estrato es de 3.0 m

ESTUDIO GEOTÉCNICO

54

Subyaciendo al estrato anterior se detectó un estrato de limo de baja plasticidad poco arenoso, de color verdoso, de consistencia firme a dura (20 < N.< 38); el contenido natural de agua es de 20 a30%, el límite líquido es de 24 a 28% e índice de plasticidad de 3 a 6%, el porcentaje de finos es de 58% y 42% de arena; la densidad de sólidos es de 2.612 a 2.780; el espesor del estrato es de 2.6 m.

Figura No. 5.15. Muestra alterada obtenida mediante el método de penetración estándar. Posteriormente se detectó un estrato de arena fina arcillosa poco limosa, verdoso a gris claro,

con arcilla limosa, café claro, de compacidad mediana a compacta (41 < N > 50); el contenido natural de agua es de 22 a 27%; el porcentaje de finos es de 27% y 73% de arena; la densidad de sólidos es de 1.592; el espesor del estrato es de 1.2 m.

A continuación se encontró un estrato de arcilla de alta plasticidad, de color café claro verdoso a

gris verdoso, de consistencia muy firme a dura (26 < N > 50); el contenido natural de agua es de 25 a 38%, el límite líquido es de 55 a 86% e índice plástico de 32 a 64%; el porcentaje de finos 81 a 100% y 0 a 19% de arena; la densidad de sólidos es de 2.402 a 2.575, el espesor del estrato es de 9.0 m.

Para el SPT-2 Superficialmente se detectó un estrato de arcilla arenosa de alta plasticidad, consistencia firme

a dura (10 < N <39), alta plasticidad, de color café y gris blancuzco, con material de relleno, y algunas gravas finas; el contenido natural de agua es de 14 a21%; el límite líquido es de 57% e índice plástico de 44%; el porcentaje de finos es de 63% y 31% de arena; la densidad de sólidos es de 2.55; el espesor del estrato es de 1.8 m

Posteriormente se encontró un estrato de arcilla de alta plasticidad, consistencia firme

(10<N<11), color café verdoso; el contenido natural de agua es de 20 a 33%, el límite líquido es de 76 % e índice de plasticidad de 53%; el porcentaje de finos es de 64 a 93%, 7 a 30% de arena y 0 a 7% de grava; la densidad de sólidos es de 2.54, el espesor del estrato es de 2.0 m

ESTUDIO GEOTÉCNICO

55

Subyaciendo al estrato anterior se detectó un estrato de arcilla de alta plasticidad, de

consistencia firme (12<N<14), poco arenosa, color gris, con intercalaciones de arena fina limosa; el contenido natural de agua es de 23 a 42%, el límite líquido es de 51% e índice de plasticidad de 35%; el porcentaje de finos es de 77 a 87%, 13 a 23% de arena; la densidad de sólidos es de 2.51 a 2.55; el espesor del estrato es de 3.0 m

Figura No. 5.16. Prueba de penetración estándar.

A continuación se detectó un estrato de arena limosa de compacidad suelta (3<N<4), color gris;

el contenido natural de agua es de 24 a 29%, el límite líquido de la parte fina es de 24% e índice de plasticidad de 5.26%; el porcentaje de finos es de 41 a 48%, 52 a 59% de arena; el espesor del estrato es de 1.0 m

Posteriormente se encontró un estrato de arcilla, de baja plasticidad, poco arenosa de

consistencia media (3<N<9), color gris claro y gris verdoso, con grumos de sascab y fragmentos de conchas, el contenido natural de agua es de 27 a 45%, el límite líquido es de 33 a 49% e índice de plasticidad de 16 a 33%; el porcentaje de finos es de 89 a 97%, 3 a 11% de arena; la densidad de sólidos es de 2.48; el espesor del estrato es de 2.8 m.

Subyaciendo al estrato anterior se detectó un estrato formado por arena fina arcillosa, de

compacidad mediana a compacta (22<N>50), empacada en arcilla limosa, de color gris claro a verdoso; el contenido natural de agua es de 13 a 22%, el límite líquido de la parte fina es de 42% e índice plástico de 30%; el porcentaje de finos es de 26 a 50%, 50 a 75% de arena; la densidad de sólidos es de 2.49 a 2.82; el espesor del estrato es de 4.2 m

De bajo del estrato anterior se detectó un estrato de arcilla de alta plasticidad, consistencia muy

firme (20<N<33) de color café claro a gris verdoso, con betas de arena fina; el contenido natural de agua es de 17 a 33%, el límite líquido es de 64% e índice plástico de 42%, el porcentaje de finos es de 76 a 89%, 11 a 24% de arena; la densidad de sólidos es de 2.54; el espesor del estrato es de 2.4 m

ESTUDIO GEOTÉCNICO

56

A continuación de encontró un estrato de arena fina poco arcillosa, de consistencia media a muy compacta (28<N>50), color gris verdoso, el contenido natural de agua es de 24 a 37%, el límite líquido de la parte fina es de 60% e índice plástico de 33%; el porcentaje de finos es de 39% y 69% de arena; el espesor del estrato es de 1.8 m.

Finalmente y hasta la profundidad máxima explorada de 25.6 m se encontró un estrato de arcilla

de alta plasticidad, de consistencia muy firme a dura (25<N>50), color café claro, con betas de arena; el contenido natural de agua es de 15 a 36%, el límite líquido es de 76 a 105% e índice de plasticidad de 48 a 79%; el porcentaje de finos es de 78 a 97% y de 3 a 22% de arena; la densidad de sólidos es de 2.40 a 2.44; el espesor del estrato es de 6.6 m.

En los dos sondeos, hasta la profundidad máxima explorada no se detectó el nivel de aguas

freáticas.

Figura No. 5.17. Otro enfoque de los trabajos de exploración.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

130

5.4.6. Análisis de la Socavación Análisis de la socavación general en suelo cohesivo. En el presente tema se estudian los problemas de socavación que se presentan en el cauce

del Río Candelaria en el Km. 218+240 cuyas paredes y fondo, están formados con materiales susceptibles de ser arrastrados por la corriente, por lo que analizaremos el flujo de este río en sus aspectos mecánicos y el estudio de la socavación en la cimentación del puente Candelaria II.

Calculamos la erosión máxima general que se puede presentar en la sección 15, estación

0+294.3, en cinco puntos diferentes, utilizando el método de Lischtvan y Lebediev.

P2

P1

E

DC

B

A

Figura No. 5.14. Principales puntos para el análisis de la socavación. La condición de equilibrio está dada por:

VrVe =

Donde: Ve = Velocidad media de la corriente necesaria para erosionar al material del fondo (inicio

de arrastre), en m/seg. Vr = Velocidad media “real” de la corriente para el gasto de diseño, en m/seg. Para poder aplicar el método se necesitan los siguientes datos: Gasto de diseño = Qd = 1422.5 m3/seg. Frecuencia de retorno = Tr = 100 años. γd = 1.92 ton/m3. HS = Tirante correspondiente a cada punto de la sección, en m.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

131

Velocidad erosiva para el punto A (VeA).

./16.2)83.6()996.0()92.1(60.060.0 27.018.118.1 segmHVe XSdA === βγ

Donde:

γd = Peso volumétrico del material seco que se encuentra a la profundidad HS, en ton/m3. β = Coeficiente que depende del Tr, correspondiente al gasto de diseño. (Ver Anexo 5

Tabla 5.9). HS = Tirante al que se desea conocer la velocidad erosiva que cauce arrastre y levante el

material, en m. X = Es un exponente que esta en función del γd del material seco. (Ver Anexo 5

Tabla 5.10). Gasto de diseño que pasa por la sección según Manning.

BHSn

AVQ ∆=∆= 35

02

11

Donde: S = Pendiente hidráulica. H0 = Tirante antes de la erosión. n = Coeficiente de rugosidad de Manning. B = Ancho total de la sección tomando en cuenta el esviajamiento de la corriente. Para simplificar el cálculo se han hecho las siguientes consideraciones:

1. La rugosidad es constante en toda la sección, por lo que el valor de ( )

2

11 Sn estará

señalado por α. 2. El valor α puede expresarse como una función del tirante medio ( Hm ) de toda la sección

antes de la erosión y del gasto de diseño ( Qd ). 3. Ya que la sección del cauce en estudio corresponde al cruce de un puente, es necesario

que el Qd sea afectado por un coeficiente de contracción ( µ ), debido a la turbulencia que es causada por la presencia de pilas y estribos. (Ver Anexo 5 Tabla 5.11.).

Así entonces tenemos:

BeHQ md3

5µα=

Donde: µ = Coeficiente de contracción. (Ver Anexo 5 Tabla 5.11.). Hm = Tirante medio de la sección. Be = Ancho efectivo de la sección, descontando todos los obstáculos, en metros. Debido a que el ángulo de incidencia de la corriente con respecto al eje de la pila es de 1°17’43”

se tiene un ancho efectivo de la pila (b), que es el ancho con que cada elemento que esta en contacto con el agua obstruye la corriente, y se obtuvo lo siguiente:

ESTUDIO GEOTÉCNICO

132

Ancho efectivo de los estribos.

msenBEBE 65.15.1"43'171)5.197.7(21 =+°−== Área del los terraplenes.

.81.72*91.3"43'171cos2

44.4*76.1 2mATERRAPLEN ==°

=

Ancho efectivo de las pilas.

.52.25.2"43'171)5.25.3(21 msenbb =+°−==

No. Pila Km. H0 (m)

b (m)

1 218+283.72 11.71 2.52

2 218+324.84 8.63 2.52

Área de las pilas.

21 51.2952.2*71.11 mAP ==

22 75.2152.2*63.8 mAP ==

Figura No. 5.15. Sección de las pilas.

[ ])21()*.(cos BEBEbpilasNoBBe T ++−= θ

[ ] .)65.165.1()52.2*2("43'171cos57.120 m112.20=++−°=Be

Donde:

Ae = Área efectiva de la sección. BT = Ancho de la superficie libre del agua existente entre estribo y estribo. θ = Angulo de incidencia. b = Ancho efectivo de las pilas. BE = Ancho efectivo de los estribos. AT = Área hidráulica de la sección.

)(cos TERRAPLENPT AAAAe +−= θ

[ ] 208.765)81.7()75.2151.29("43'171cos36.824 mAe =++−°=

ESTUDIO GEOTÉCNICO

133

Por lo tanto se tiene:

mBeAeHm 82.6

20.11208.765

===

Despejando de la ecuación de Qd tenemos:

54.0)9571.0()20.112()82.6(

50.14223

53

5 ===µ

αBeH

Q

m

d

./28.1422)20.112()82.6()9571.0()54.0( 335

35

segmBeHQ md === µα Al incrementarse en la sección en estudio, el tirante H0 a un valor HS, la velocidad de la corriente

disminuye a un valor Vr, por lo que tenemos:

BHVrQ S ∆=∆

Igualamos esta expresión con la de Qd y tenemos:

BHBHVr S ∆=∆ 35

0α

De donde la velocidad real de la corriente en el punto A vale:

./94.183.6

)83.6()54.0( 35

35

0 segmHH

VrS

A ===α

AA VeVr < → NO HAY SOCAVACIÓN

El cálculo mostró que la velocidad real (Vr) que se presenta en el punto A de la sección del cauce en estudio, es menor a la velocidad erosiva (Ve), por lo que se concluye que no existe erosión en ese punto del cauce.

Velocidad erosiva para el punto B (VeB).

./44.2)52.10()996.0()92.1(60.060.0 27.018.118.1 segmHVe XSdB === βγ

./59.252.10

)52.10()54.0( 35

35

0 segmHH

VrS

B ===α

BB VeVr > → SI HAY SOCAVACION

El cálculo mostró que la velocidad real (Vr) que se presenta en el punto B de la sección del cauce en estudio, es mayor a la velocidad erosiva (Ve) en el mismo punto, por lo que se concluye que si existe erosión en ese punto del cauce, y se procede a calcular la profundidad de socavación.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

134

Calculo de la profundidad de la socavación en el punto B. La profundidad de socavación general se obtuvo de igualar las ecuaciones correspondientes a

la velocidad real y la velocidad erosiva y tenemos:

S

XSd H

HH

35

018.160.0α

βγ =

De donde:

( )

βγα

18.1

35

01

60.0 d

xS

HH =+

Despejando HS tenemos:

mH

Hx

dBS 05.11

)996.0()92.1(60.052.10*54.0

60.0

27.011

18.1

351

1

18.1

35

0 =

=

=

++

βγα

Donde:

HS = Tirante total que se produce.

mHHS 53.052.1005.110 =−=− El fondo del río en ese punto se socava 0.53 m por debajo de su nivel normal, por lo que

durante la avenida máxima se produce un tirante de 11.05 m. Velocidad erosiva para el punto C (VeC).

./98.2)31.15()996.0()92.1(60.060.0 27.018.118.1 segmHVe XSdC === βγ

./33.331.15

)31.15()54.0( 35

35

0 segmHH

VrS

C ===α

CC VeVr > → SI HAY SOCAVACIÓN

Calculo de la profundidad de la socavación en el punto C.

mH

Hx

dCS 08.18

)996.0()92.1(60.031.15*54.0

60.0

27.011

18.1

351

1

18.1

35

0 =

=

=

++

βγα

mHHS 77.231.1508.180 =−=−

ESTUDIO GEOTÉCNICO

135

Velocidad erosiva para el punto D (VeD).

./41.2)17.10()996.0()92.1(60.060.0 27.018.118.1 segmHVe XSdD === βγ

./53.217.10

)17.10()54.0( 35

35

0 segmHH

VrS

D ===α

BB VeVr > → SI HAY SOCAVACIÓN

Calculo de la profundidad de la socavación en el punto D.

mH

Hx

dDS 57.10

)996.0()92.1(60.017.10*54.0

60.0

27.011

18.1

351

1

18.1

35

0 =

=

=

++

βγα

mHHS 40.017.1057.100 =−=−

Velocidad erosiva para el punto E (VeE).

./09.2)0.6()996.0()92.1(60.060.0 27.018.118.1 segmHVe XSdE === βγ

./78.10.6

)0.6()54.0( 35

35

0 segmHH

VrS

E ===α

BB VeVr < → NO HAY SOCAVACIÓN

NOTA: El resultado obtenido nos indica que desde el punto de vista hidráulico las pilas podrían

desplantarse en la cota 88.42 m y 92.15 m respectivamente para las pilas 1 y 2 sin que existieran problemas de socavación, pero a esa profundidad el estrato que se identifico para el SPT-1 es un SC (arena arcillosa) y para el SPT-2 un CH (arcilla arenosa), los cuales presentan una resistencia baja a la penetración estándar N = 7 y N = 10 respectivamente, para efectos de capacidad de carga no es recomendable desplantar las pilas a esa profundidad; de acuerdo al perfil estratigráfico se recomienda desplantar las pilas a partir de una profundidad de 12 m ya que los estratos existentes tienen una consistencia apta que no sufrirá problemas severos de asentamientos.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

136

Calculo de la socavación local en las pilas en suelos cohesivos. Se utilizo el criterio propuesto por Yaroslavtziev, para suelos cohesivos:

dgvKeKKS HVf 30)(

2

0 −+=

Donde: S0 = Profundidad de socavación, en m. K f = Coeficiente que depende en general, de la forma de la nariz de la pila y el ángulo de

incidencia entre la corriente y el eje de la misma. (Ver Anexo 5 Tabla 5.12.).

KV = Coeficiente definido por la expresión: 3

2

V 1bgv28.0Klog −=

v = Velocidad media de la corriente aguas arriba de la pila después de producirse la erosión general, en m/seg.

g = 9.81 m/seg2. b1 = Proyección en un plano perpendicular a la corriente de la sección de la pila. e = Coeficiente de corrección, cuyo valor depende del sitio en donde están colocadas

las pilas. Para nuestro caso que se trata de un cauce principal, e = 0.6. KH = Coeficiente que toma en cuenta la profundidad de la corriente definido por la

expresión: 1

35.017.0logbHKH −=

H = Tirante de la corriente frente a la pila. d = Diámetro en metros de las partículas mas gruesas que forman el fondo y esta

representado aproximadamente por el D50 de la curva granulométrica. Calculo de la socavación local en la pila 1 (P1)

Por lo tanto:

3

2

3

2

)52.2)(81.9(79.228.0

128.0log −=−=

bgvKV

64.0=VK

52.2707.1135.017.0

135.017.0log −=−=bHKH

035.0=HK Sustituyendo en la formula:

dgvKeKKS HVf 30)(

2

0 −+=

.73.2)00055.0*30(81.9

79.2)035.06.0)(64.0)(53.8(2

0 mS =−+=

ESTUDIO GEOTÉCNICO

137

El calculo de la socavación al pie de la P1 arrojo un resultado de 2.73 m lo cual quiere decir que

si existe erosión. Calculo de la socavación local en la pila 2 (P2)

Por lo tanto:

3

2

3

2

)52.2)(81.9(27.228.0

128.0log −=−=

bgvKV

68.0=VK

52.263.835.017.0

135.017.0log −=−=bHKH

09.0=HK Sustituyendo en la formula:

dgvKeKKS HVf 30)(

2

0 −+=

m.2.09)00055.0*30(81.9

27.2)09.06.0)(68.0)(53.8(2

0 =−+=S

El calculo de la socavación al pie de la P2 arrojo un resultado de 2.09 m lo cual quiere decir que

si existe erosión. A continuación se presenta cada punto analizado y las pilas 1 y 2; asimismo su profundidad de

socavación.

Suelos Cohesivos

Suelos no Cohesivos

PUNTO PROFUNDIDAD (m)

PROFUNDIDAD (m)

A 0 ---- B 0.53 ---- C 2.77 ---- D 0.40 ---- E 0 ----

Pila 1 ---- 2.73 Pila 2 ---- 2.09

ESTUDIO GEOTÉCNICO

138

A

B

C

D

E

P1P2

PERFIL DE POSIBLE SOCAVACION, ELEV =84.25 m

Figura No. 5.16. Sección Transversal con perfil de posible socavación.

ESTUDIO GEOTÉCNICO

139

ANEXO 5

Tabla 5.1. Valores de e.

Magnitud de las cuencas Valores de e

Cuencas muy grandes con tc igual o mayor de 48 hrs. 0.45 a 0.50

Cuencas grandes con tc mayor de 24 horas y menor a 48 horas 0.50 a 0.55

Cuencas medianas con tc entre 6 y 24 horas 0.55 a 0.60

Cuencas chicas con tc entre 6 y 1 horas 0.60 a 0.70

Cuencas muy pequeñas con tc menor de 1 hora 0.70 a 0.80

NOTA: Donde tc es el tiempo de concentración de la cuenca.

Tabla 5.2. Valores por perdidas de evaporación Y.

Características de las zonas de ubicación de la cuenca Valores de Y Mm / hora

Zonas secas, áridas, calientes a húmedas calientes 0.25 a 0.10

Zonas frías Menor a 0.10

Tabla 5.3. Valores por perdidas por absorción o infiltración Z.

Tipo de suelo Valores de Y

mm / hora

Suelos finos arcillosos y algunos salinos 0.5 a 1.0

Suelos francos (areno – limo – arcillosos) 1.0 a 2.0

Suelos areno - limosos 2.0 a 3.0

Suelos arenosos, gruesos profundos 3.0 a 4.0 ó más

Tabla 5.4. Valores de m.

Condiciones del suelo Valores de m

%

Suelo duro, seco, compacto, vegetación rala

y sin depresiones 0.00 a 0.05

Suelo compacto, vegetación normal, saturados,

con algunas depresiones en la superficie 0.05 a 0.10

Suelos labrados, cultivados, saturados, y según

la rotura del suelo

0.10 a 0.30

ó más

ESTUDIO GEOTÉCNICO

140

Tabla 5.5. Coeficientes de rugosidad de Manning (n) para cauces naturales.

Coeficiente de rugosidad (n) Condiciones del cauce

Mínimo Normal Máximo A) Arroyos (ancho de la superficie libre del agua en

avenidas hasta de 30 m):

1. Corrientes en planicies: a) Limpios, rectos, sin deslaves ni remansos profundos 0,025 0,030 0,033 b) Igual al anterior, pero más rocosos y con hierba 0,030 0,035 0,040 c) Limpio, curvo, algunas irregularidades del fondo 0,033 0,040 0,045 d) Igual al anterior, con hierba y roca 0,035 0,045 0,050 e) Igual al anterior, pero menor profundidad y secciones

poco eficientes 0,040 0,048 0,055

f) Igual que en d), pero más rocosas 0,045 0,050 0,060 g) Tramos irregulares con hierbas y estanques profundos 0,050 0,070 0,080 h) Tramos con mucha hierba, estanques profundos, o

cauces de avenidas con raíces y plantas subacuáticas 0,075 0,100 0,150

2. Corrientes de montañas, sin vegetación en el cauce; taludes muy inclinados, árboles y arbustos a lo largo de las márgenes que quedan sumergidos en las avenidas:

a) Fondo de grava, boleo y algunos cantos rodados 0,030 0,040 0,050 b) Fondo de boleo y grandes rocas 0,040 0,050 0,070

B) Planicies de avenidas: 1. Pastura sin arbustos:

a) Pasto bajo 0,025 0,030 0,035 b) Pasto alto 0,030 0,035 0,050

2. Areas cultivadas: a) Sin cosecha 0,020 0,030 0,040 b) Cosecha en tierra labrada y pradera 0,025 0,035 0,045 c) Cosecha de campo 0,030 0,040 0,050

3. Arbustos: a) Arbustos diseminados y mucha hierba 0,035 0,050 0,070 b) Pocos arbustos y árboles, en invierno 0,035 0,050 0,060 c) Pocos arbustos y árboles, en verano 0,040 0,060 0,080 d) Mediana a densa población de arbustos, en invierno 0,045 0,070 0,110 e) Mediana a densa población de arbustos, en verano 0,070 0,100 0,160

4. Árboles: a) Población densa de sauces, en verano, rectos 0,110 0,150 0,200 b) Terrenos talados con troncos muertos 0,030 0,040 0,050 c) Igual al anterior, pero con troncos retoñables 0,050 0,060 0,080 d) Árboles de sombra y avenidas debajo de las ramas 0,080 0,100 0,120 e) Igual al anterior, pero las avenidas alcanzan las ramas 0,100 0,120 0,160

C) Ríos (ancho de la superficie libre del agua en avenidas mayor de 30 m):

1. Secciones regulares sin cantos rodados ni arbustos 0,025 --- 0,060 2. Secciones rugosas e irregulares 0,035 --- 0,100

ESTUDIO GEOTÉCNICO

141

Tabla 5.6. Valores de YN y σN para diferentes tamaños de muestras

N YN σN N YN σN N YN σN

8 0,48430 0,90430 36 0,54100 1,13130 68 0,55430 1,28340

9 0,49020 0,92880 37 0,54180 1,13391 70 0,55477 1,18536

10 0,49520 0,94970 38 0,54240 1,13630 72 0,55520 1,18730

11 0,49960 0,96760 39 0,54300 1,13880 74 0,55570 1,18900

12 0,50350 0,98330 40 0,54362 1,14132 76 0,55610 1,19060

13 0,50700 0,99720 41 0,54420 1,14360 78 0,55650 1,19230

14 0,51000 1,00950 42 0,54480 1,14580 80 0,55688 1,19382

15 0,51280 1,02057 43 0,54530 1,14800 82 0,55720 1,19530

16 0,51570 1,03160 44 0,54580 1,14990 84 0,55760 1,19670

17 0,51810 1,04110 45 0,54630 1,15185 86 0,55800 1,19800

18 0,52020 1,04930 46 0,54680 1,15380 88 0,55830 1,19940

19 0,52200 1,05660 47 0,54730 1,15570 90 0,55860 1,20073

20 0,52355 1,10628 48 0,54770 1,15740 92 0,55890 1,20200

21 0,52520 1,06960 49 0,54810 1,15900 94 0,55920 1,20320

22 0,52680 1,07540 50 0,54854 1,16066 96 0,55950 1,20440

23 0,52830 1,08110 51 0,54890 1,16230 98 0,55980 1,20550

24 0,52960 1,08640 52 0,54930 1,16380 100 0,56002 1,20649

25 0,53086 1,09145 53 0,54970 1,16530 150 0,56461 1,22534

26 0,53200 1,09610 54 0,55010 1,16670 200 0,56715 1,23598

27 0,53320 1,00400 55 0,55040 1,16810 250 0,56878 1,24292

28 0,53430 1,10470 56 0,55080 1,16960 300 0,56993 1,24786

29 0,53530 1,10860 57 0,55110 1,17080 400 0,57144 1,25450

30 0,53622 1,11238 58 0,55150 1,17210 500 0,57240 1,25880

31 0,53710 1,11590 59 0,55180 1,17340 750 0,57577 1,26506

32 0,53800 1,11930 60 0,55208 1,17467 1000 0,57450 1,26851

33 0,53880 1,12260 62 0,55270 1,17700 ∞ 0,57722 1,28255

34 0,53960 1,12550 64 0,55330 1,17930 --- --- ---

35 0,54034 1,12847 66 0,55380 1,18140 --- --- ---

ESTUDIO GEOTÉCNICO

142

Tabla 5.7. Valores de N mασ para diferentes valores de ϕ

ϕ N mασ ϕ N mασ ϕ N mασ 0,01 2,1607 0,35 1,2981 0,75 2,0069 0,02 1,7894 0,40 1,3366 0,80 2,2408 0,05 1,4550 0,45 1,3845 0,85 2,5849 0,10 1,3028 0,50 1,4427 0,90 3,1639 0,15 1,2548 0,55 1,5113 0,95 4,4721 0,20 1,2427 0,60 1,5984 0,98 7,0710 0,25 1,2494 0,65 1,7034 0,99 10,0000 0,30 1,2687 0,70 1,8355 --- ---

Tabla 5.8. Diámetro mínimo de piedra en función de su peso específico y de la velocidad de la corriente

PESO

ESPECIFICO 1,600

KG / M3

PESO ESPECIFICO

1,800 KG / M3

PESO ESPECIFICO

2,000 KG / M3

PESO ESPECIFICO

2,200 KG / M3

PESO ESPECIFICO

2,400 KG / M3

VELOCIDAD DE LA

CORRIENTE M / SEG

DIAMETRO DE LA PIEDRA EN (CM) 1 8 8 7 6 6

1,5 15 13 12 11 10 2 18 16 15 13 12

2,5 27 24 21 19 18 3 38 34 31 28 26

3,5 53 46 42 38 35 4 68 60 54 50 46

4,5 86 77 69 63 58 5 105 94 85 77 70

Tabla 5.9. Coeficiente de paso β, que depende de la frecuencia con que se repite la avenida máxima.

Periodo de retorno en años

Coeficiente β

β = 0.8416 + 0.03342 ln Tr

1 0.842 2 0.865 6 0.901 10 0.919 20 0.942 50 0.972

100 0.996 500 1.049 1000 1.072

ESTUDIO GEOTÉCNICO

143

Tabla 5.10. Exponente variable X el cual depende del γs en ton/m3 para suelos cohesivos.

Suelos cohesivos

γs x 1/ 1+x γs x 1/ 1+x 0.80 0.52 0.66 1.20 0.39 0.72 0.83 0.51 0.66 1.20 0.38 0.72 0.86 0.50 0.67 1.28 0.37 0.73 0.88 0.49 0.67 1.34 0.36 0.74 0.90 0.48 0.67 1.40 0.35 0.74 0.93 0.47 0.68 1.46 0.34 0.75 0.96 0.46 0.68 1.52 0.33 0.75 0.98 0.45 0.69 1.58 0.32 0.76 1.00 0.44 0.69 1.64 0.31 0.76 1.04 0.43 0.70 1.71 0.30 0.77 1.08 0.42 0.70 1.80 0.29 0.78 1.12 0.41 0.71 1.89 0.28 0.78 1.16 0.40 0.71 2.00 0.27 0.79

Suelos no cohesivos d

mm x 1/ 1+x d mm x 1/ 1+x

0.05 0.43 0.70 40 0.30 0.77 0.15 0.42 0.70 60 0.29 0.78 0.50 0.41 0.71 90 0.28 0.78 1.0 0.40 0.71 140 0.27 0.79 1.50 0.39 0.72 190 0.26 0.79 2.50 0.38 0.72 250 0.25 0.80 4.0 0.37 0.73 310 0.24 0.81 60. 0.36 0.74 370 0.23 0.81 8.0 0.35 0.74 450 0.22 0.83 10.0 0.34 0.75 570 0.21 0.83 15.0 0.33 0.75 750 0.20 0.83 20 0.32 0.76 1000 0.19 0.84 25 0.31 0.76

ESTUDIO GEOTÉCNICO

144

Tabla 5.11. Coeficiente de contracción µ .

Longitud entre dos pilas (claro) en m Vel. media de la secc.

m/seg 10 13 16 18 21 25 30 42 52 63 106 124 200

Menos de 1 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.5 0.94 0.96 0.97 0.97 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1.0 1.0 1.0 2.0 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1.0 2.5 0.90 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 1.0 3.0 0.89 0.91 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.993.5 0.87 0.90 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99

4.0 o mayor 0.86 0.89 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99

Tabla 5.12. Valores de Kf .

θ 0° 10° 20° 30° 40° K f 8.5 8.7 9.0 10.3 11.3

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

145

6. ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

En la revisión de capacidad de carga de la estructura en las condiciones actuales, por momento flexionante y cortante se considero como carga viva de diseño la que produce el efecto mas desfavorable, correspondiente a un vehículo de tipo T3-S2-R4 que se muestra en la tabla No. 1.2., de 77.5 toneladas de peso y una descarga máxima por eje de 18 toneladas, asimismo se considero el factor de carga de 1.4 (CM+CV).

Con base en la información obtenida en los trabajos de campo y pruebas de laboratorio

descritos anteriormente, se analizaron las condiciones del subsuelo para determinar la capacidad de carga superficial y profunda para garantizar que el subsuelo sea una superficie de apoyo estable y resistente.

6.1. Capacidad de carga. Para determinar la capacidad de carga del suelo de apoyo en la zona de las pilas se aplico el

criterio de las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Cimentaciones del Reglamento de Construcciones del Departamento del Distrito Federal; considerando al suelo como predominantemente cohesivo.

De acuerdo al perfil estratigráfico de cada sondeo, se considero una profundidad de desplante

de 14.8 m para ambas pilas ya que las características del suelo a esta profundidad son factibles para este análisis.

Consideraciones de análisis. Debido a la consistencia del suelo en estudio no fue posible la obtención de muestras

inalteradas para la determinación de los parámetros de resistencia, por lo que fue necesario realizar una correlación del número de golpes (N), de la prueba de penetración estándar.

Se analizaran dos puntos importantes: 1. Estado limite de falla. 2. Estado limite de servicio.

Método del RCDDF. El Reglamento de Construcciones del Departamento del Distrito Federal, especifica que la

revisión de seguridad de la cimentación es satisfactoria cuando se cumple con la siguiente condición de equilibrio que se presenta en la punta del pilote:

RFRPEXCSUELOPILAFC QQWWQ +≤−+ Donde:

ACCIONES → EXCSUELOPILAFC WWQ −+ REACCIONES → RFRP QQ +

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

146

Donde:

Q = Peso de la súper estructura = 1200 ton. FC = Factor de carga (C.M. + C.V. = 1.4). WPILA = Peso propio de la pila, ton. WEXC = Peso del suelo excavado, ton. QRP = Resistencia por punta, ton. QRF = Resistencia por fricción.

Análisis para la pila 1. Acciones. Peso de la pila.

ESTRATOPILATRANSVCONCRETOPILA HAW **γ= Donde:

γ CONCRETO = Peso volumétrico del concreto, 2.4 Ton/m3. A TRANSV PILA = Área transversal de la pila =7.66 m2. H ESTRATO = Espesor del estrato. γ AGUA = 1.0 ton/m3.

tonW SUMERGIDANO 15.55)0.3*66.7*4.2( ==

tonWSUMERGIDA 29.284)51.26*66.7*)14.2(( =−=

ton339.44=PILAW Peso del suelo excavado.

ESTRATOPILATRANSVSUELOSUELOEXC HAW **γ=

tonWE 13.20)2.1*66.7*19.2(1 ==

tonWE 30.19)40.2*66.7*10.2(2 ==

tonWE 06.69)6.4*66.7*96.1(3 ==

tonWE 33.50)0.3*66.7*19.2(4 ==

tonWE 53.56)6.3*66.7*05.2(5 ==

ton215.35=EXCSUELOW Sustituyendo:

( ) ton1804.09=−+=−+ 35.21544.3394.1*1200EXCPILAFC WWQ

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

147

Reacciones. Resistencia en la punta.

PCURP APvRFNBNCNqPvQ

+

++= ..

21* γγ

Debido a que el φ = 0° el termino ( )*NqPv toma el valor de 0 (cero).

Por lo tanto:

PCURP APvRFNBNCQ

+

+= ..

21 γγ

Donde:

Pv = Presión vertical total a nivel de la punta del pila.

2ton/m42.34=

+++++=

)05.2*60.3()19.2*0.3()96.1*60.4()10.2*4.2()19.2*20.1()0.1*71.11(Pv

2ton/m 26.51===−= )51.26*0.1(hwwPvPv γµµ

2ton/m 15.83=−=−= 51.2634.42µPvPv

Tabla 6.1. Obtención de pesos y volúmenes excavados por estrato.

Profun. m

De a

Prof. Media

m

Espesor delestrato, m

Peso Vol. ton/m3

Área Exc. m2

Volumen Exc.m3

Peso Exc. ton

Peso Acum. ton

0 0 0 0 0 0 0 0 0.00 1.20 0.60 1.20 2.19 8.75 10.5 23.00 23.00 1.20 3.60 2.40 2.40 2.10 8.75 21 44.10 67.10 3.60 8.20 5.90 4.60 1.96 8.75 40.25 78.89 145.99 8.20 11.20 9.70 3.00 2.19 8.75 26.25 57.49 203.47 11.20 14.80 13.00 3.60 2.05 8.75 31.5 64.58 268.05 14.80 16.00 15.40 1.20 1.43 8.75 10.5 15.02 283.06 16.00 25.00 20.50 9.00 1.86 8.75 78.75 146.48 429.54

Tabla 6.2. Determinación de parámetros mecánicos en función del No. de golpes N de la prueba SPT-1 y de ensayes de laboratorio.

Profundidad, H Estrato

No. De a

N medio

Cohesión c, ton/m2

Ángulo defricción, φ, 0

Compacidad o Consistencia

1 0.00 1.20 20 13 0 Muy firme 2 1.20 3.60 10 7 0 Firme 3 3.60 8.20 10 7 0 Firme 4 8.20 11.20 24 16 0 Suelta 5 11.20 14.80 25 17 0 Muy firme 6 14.80 16.00 47 31 0 Media a compac. 7 16.00 25.00 35 23 0 Muy firme

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

148

Factores de capacidad de carga. Área de la pila transversal = Ap = 7.66 m2 Perímetro = 10.06 m F.R. = 0.35 Cu = 31, ver tabla 6.2. Nc = 7 Nγ = 0 Sustituyendo en la resistencia por punta:

( )[ ] ton906.10=+=− 66.7*34.4235.0*7*31Q 1PRP Resistencia por fricción.

RLURFRLURF FACQFSACQ =∴= 5 El factor S5 depende del ángulo de fricción interna φ = 0°, por lo que S5 tomara el valor de 1.

Donde:

CU =Cohesión en cada estrato. AL = Área lateral del pilote, m2. FR = Factor de resistencia, en este caso es de 0.7.

Área transversal de la pila en el estrato 1. Perímetro =10.06 m L = 1.20 m AL = 10.06 * 1.20 = 12.07 m2

tonQRF 84.1097.0*07.12*131 == Área transversal pila en el estrato 2. Perímetro =10.06 m L = 2.40 m AL = 10.06 * 2.40 = 24.14 m2

tonQRF 29.1187.0*14.24*72 == Área transversal de la pila en el estrato 3. Perímetro =10.06 m L = 4.60 m AL = 10.06 * 4.60 = 46.28 m2

tonQRF 77.2267.0*28.46*73 ==

Área transversal de la pila en el estrato 4. Perímetro =10.06 m L = 3.00 m AL = 10.06 *3.00 = 30.18 m2

tonQRF 02.3387.0*18.30*164 == Área transversal de la pila en el estrato 5. Perímetro =10.06 m L = 3.60 m AL = 10.06 *3.60 = 36.22 m2

tonQRF 34.4187.0*22.36*5.165 ==

Sustituyendo:

ton1211.26=++++=− 34.41802.33877.22629.11884.109Q 1PRFΣ

ton2117.36=+=+ −− 26.121110.906QQ 1PRF1PRP

φ 0° 5° 10° Nc 7 9 13

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

149

Por lo tanto tenemos:

.Ton36.2117.Ton09.1804 ≤ → Se cumple la condición de equilibrio.

Análisis para la pila 2 Acciones. Peso de la pila.

ESTRATOPILATRANSVCONCRETOPILA HAW **γ= Donde:

γ CONCRETO = Peso volumétrico del concreto, 2.4 Ton/m3. A TRANSV PILA = Área transversal de la pila =7.66 m2. H ESTRATO = Espesor del estrato. γ AGUA = 1.0 ton/m3.

tonW SUMERGIDANO 15.55)0.3*66.7*4.2( ==

tonWSUMERGIDA 26.251)43.23*66.7*)14.2(( =−=

ton306.41=PILAW Peso del suelo excavado.

ESTRATOPILATRANSVSUELOSUELOEXC HAW **γ=

tonWE 54.28)8.1*66.7*07.2(1 ==

tonWE 41.29)0.2*66.7*92.1(2 ==

tonWE 04.45)0.3*66.7*96.1(3 ==

tonWE 71.14)0.1*66.7*92.1(4 ==

tonWE 97.43)8.2*66.7*05.2(5 ==

tonWE 53.68)2.4*66.7*13.2(6 ==

ton230.20=EXCSUELOW Sustituyendo:

( ) ton1756.21=−+=−+ 20.23041.3064.1*1200EXCPILAFC WWQ Reacciones. Resistencia en la punta.

PCURP APvRFNBNCQ

+

+= ..

21 γγ

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

150

2ton/m38.68=+

+++++=

)13.2*20.4()05.2*80.2()92.1*0.1()96.1*0.3()92.1*0.2()07.2*80.1()0.1*63.8(Pv

2ton/m 23.43===−= )43.23*0.1(hwwPvPv γµµ

2ton/m15.25 =−=−= 43.2368.38µPvPv

Tabla 6.3. Obtención de pesos y volúmenes excavados por estrato.

Profun. m Prof. Media Espesor del Peso Vol. Área Exc. Volumen Exc. Peso Exc. Peso Acum.

De a m estrato, m ton/m3 m2 m3 ton ton 0 0 0 0 0 0 0 0

0.00 1.80 0.90 1.80 2.07 8.75 15.75 32.60 32.60 1.80 3.80 2.80 2.00 1.92 8.75 17.50 33.60 66.20 3.80 6.80 5.30 3.00 1.96 8.75 26.25 51.45 117.65 6.80 7.80 7.30 1.00 1.92 8.75 8.75 16.81 134.46 7.80 10.60 9.20 2.80 2.05 8.75 24.50 50.23 184.69 10.60 14.80 12.70 4.20 2.13 8.75 36.75 78.28 262.97 14.80 17.20 16.00 2.40 1.94 8.75 21.00 40.74 303.71 17.20 19.00 18.10 1.80 1.87 8.75 15.75 29.45 333.16 19.00 25.60 22.30 6.60 1.88 8.75 57.75 108.57 441.73

Tabla 6.4. Determinación de parámetros mecánicos en función del No. de golpes N de la prueba SPT-2 y de ensayes de laboratorio.

Estrato Profundidad, H N Cohesión Ángulo de Compacidad o

No. De a medio c, ton/m2 fricción, φ, 0 Consistencia 1 0.00 1.80 24 16 0 Muy firme 2 1.80 3.80 10 7 0 Firme 3 3.80 6.80 13 8.5 0 Firme 4 6.80 7.80 3 2 0 Suelta 5 7.80 10.60 6 4 0 Media 6 10.60 14.80 40 25 0 Media a compacta 7 14.80 17.20 26 17 0 Muy firme 8 17.20 19.00 39 25.5 0 Media a compacta 9 19.00 25.60 37 24.5 0 Dura

Factores de capacidad de carga. Área de la pila = Ap = 7.66 m2 Perímetro = 10.06 m F.R. = 0.35 Cu = 25, ver tabla 6.4. Nc = 7 Nγ = 0

( )[ ] ton615.33=+=− 66.7*68.3835.0*7*17Q 2PRP

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

151

Resistencia por fricción.

RLURF FACQ =

Área transversal de la pila en el estrato 1. Perímetro =10.06 m L = 1.80 m AL = 10.06 * 1.80 = 18.11 m2

tonQRF 83.2027.0*11.18*161 == Área transversal pila en el estrato 2. Perímetro =10.06 m L = 2.00 m AL = 10.06 * 2.00 = 20.12 m2

tonQRF 59.987.0*12.20*72 == Área transversal de la pila en el estrato 3. Perímetro =10.06 m L = 3.00 m AL = 10.06 * 3.00 = 30.18 m2

tonQRF 57.1797.0*18.30*5.83 ==

Área transversal de la pila en el estrato 4. Perímetro =10.06 m L = 1.00 m AL = 10.06 * 1.00 = 10.06 m2

tonQRF 08.147.0*06.10*24 == Área transversal de la pila en el estrato 5. Perímetro =10.06 m L = 2.80 m AL = 10.06 * 2.80 = 28.17 m2

tonQRF 87.787.0*17.28*45 == Área transversal de la pila en el estrato 6. Perímetro =10.06 m L = 4.20 m AL = 10.06 * 4.20 = 42.25 m2

tonQRF 38.7397.0*25.42*256 ==

Sustituyendo: ton 1313.32=+++++=− 38.73987.7808.1457.17959.9883.202Q 2PRFΣ

ton1928.65=+=+ −− 32.131333.615QQ 2PRF2PRP

Por lo tanto tenemos:

.Ton65.1928.Ton21.1756 ≤ → Se cumple la condición de equilibrio.

La condición de equilibrio establecida se cumplió y no es necesario realizar un nuevo calculo que incluyera al estrato subsecuente por lo que la profundidad considerada de 14.8 m es correcta.

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

152

6.2. Análisis de Asentamientos. Aplicando la Teoría de la Elasticidad (a corto plazo). Los asentamientos a corto plazo solo se analizaron mediante la teoría antes citada, debido a

que no se cuenta con pruebas de consolidación, ya que los estratos detectados no permitieron la obtención de muestras inalteradas.

Esta teoría es muy aplicada en suelos cohesivos friccionantes, arcillas o suelos no saturados

y suelos granulares, en los cuales los asentamientos se producen en forma inmediata debido a la aplicación de una sobrecarga al suelo

Para el cálculo de asentamientos o deformaciones verticales del suelo bajo las cargas

proyectadas, se considera que las pilas estarán desplantadas en un suelo compacto y cementado; el cual no presentara deformaciones debido a la consolidación, sin embargo es posible que se presenten deformaciones elásticas las cuales se calcularan mediante la siguiente expresión:

IwEs

BqS

−=

21 µ

Donde:

S = Asentamientos esperados en, cm. q = Presión de contacto en kg/cm2. B = Ancho del cimiento en, cm. µ = Modulo de Poisson, adimensional. Es = Modulo de elasticidad del suelo, kg/cm2. Iw = Factor de influencia, adimensional. Los valores de µ y Es fueron obtenidos de las tablas del Anexo 6, tomando en cuenta el tipo

de suelo. En relación al factor de influencia (Iw), se hace una relación de las dimensiones de la pila, (L/B=1.4) ∴ Iw=1.0

Calculo del asentamiento para la pila 1.

ton83.59226.121109.1804)QQ()WWQ(q RFRPEXCSUELOPILAFC =−=+−−+=

222 cm/Kg7.739m/ton39.77m66.7ton83.592

ApqPv ≈===∴

q = 7.739 kg/cm2 (Pv) B = 250 cm µ = 0.4 Es = 668 Iw = 1.0

Sustituyendo:

( ) cm2.43=

−=

−= 00.1*

6684.01*250*739.71 22

IwEs

BqS µ

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

153

Método de la CFE

El asentamiento también fue evaluado aplicando la expresión de la Comisión Federal de

Electricidad (1983).

( )2157.1 µδ −Σ

+Σ

=PSPC AE

QAEQL

Donde:

δ = Asentamiento inmediato de la pila, en cm. ΣQ = Carga mas desfavorable en, kg. L = Longitud de la pila en, cm. Ec = Modulo de elasticidad de la pila, kg/cm2. Ap = Área transversal de la pila, cm2. Es = Modulo de elasticidad del suelo de apoyo en, kg/cm2. µ = Modulo de elasticidad de Poisson, adimensional.

Sustituyendo:

( ) cm0.00002=−+= 12.01)277*298,2(

739.757.1)600,76*666,149()507,29*739.7(δ

Q = 7.739 kg Ec = 149,666 kg/cm2

f'c = 350 kg/cm2

Es = 2,298 kg/cm2

L = 29507 cm Ap = 76600 cm2

Ap1/2 = 277 cm µ = 0.35 µ2 = 0.12

Teoría de Steinbrenner

( ) )( ( )( ) cm3.04=−×

=−= 70.035.0104.39

39.7750.21 22

rEsBqSe αµ

Donde:

Se = Asentamiento elástico, en m. B = Ancho de la cimentación, en m. q = Carga unitaria por unidad de área, en ton/m2. Es = Modulo de elasticidad del suelo, en ton/m2. µ = Relación de Poisson del suelo. αr = Factor de influencia, función de la relación (B/L). Debido a la consistencia del suelo no es posible la obtención de los parámetros Es y µ, sin

embargo se usaran correlaciones típicas con el número de golpes (N).

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

154

Número de golpes del suelo debajo de la cimentación = 47

q B L Es* Se t/m² m m t/m²

µ* α (m)

77,39 2,5 29.507 3904 0,35 0,70 0,03

Tomando como valor del asentamiento un promedio de los tres métodos aplicados tenemos

que:

cm1.82=++

=3

04.300002.043.2S

Aplicando la Teoría de la Elasticidad. Calculo del asentamiento para la pila 2. q = 3.868 kg/cm2 (Pv) B = 250 cm µ = 0.4 Es = 668 Iw = 1.00

Sustituyendo:

( ) cm1.22=

−=

−= 00.1*

6684.01*250*868.31 22

IwEs

BqS µ

Método de la CFE

( )2157.1 µδ −Σ

+Σ

=PSPC AE

QAEQL

Donde:

ΣQ = 3.868 kg L = 2,643 cm Ec = 149,666 kg/cm2 Ap = 76600 cm2 Es = 2,298 kg/cm2 µ = 0.35 f´c = 350 kg/cm2

Sustituyendo:

( ) cm0.00001=−+= 12.01)277*298,2(

868.357.1)600,76*666,149()643,2*868.3(δ

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

155

Teoría de Steinbrenner

( ) )( ( )( ) cm2.84=−×

=−= 68.035.0130.20

68.3850.21 22

rEsBqSe αµ

Número de golpes del suelo debajo de la cimentación = 26

Tomando como valor del asentamiento un promedio de los tres métodos aplicados tenemos

que:

cm1.35=++

=3

84.200001.022.1S

15.3

6

14.8

14.8

8.62

5

11.7

0729

.507

26.4

25

2.5

3

2.5

PILA-1

PILA-2

Figura No. 6.1. Ubicación y desplante de pilas de cimentación.

q B L Es* Se t/m² m m t/m²

µ* α (m)

38.68 2.5 26.43 2030 0.35 0.68 0.028

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

156

Análisis de Asentamientos por Consolidación (a Largo Plazo). Incremento del esfuerzo vertical promedio debido a un área cargada rectangularmente

para la pila 1. Se determinara el incremento promedio del esfuerzo (∆PPROM) debajo de la superficie

rectangular cargada uniformemente con limites de Z = 1.20 m a Z = 10.20 m.

ton83.59226.121109.1804)QQ()WWQ(q RFRPEXCSUELOPILAFC =−=+−−+=

222 cm/Kg7.739m/ton39.77m66.7ton83.592

ApqPv ≈===∴

−−

=

∆

12

1122

1

2 )()(HH

HIHHIHPo

HH

P CCPROM

Se determina el índice de variación (Ic). Para H2 : Para H1 :

2

1

2 /15.320.120.10

23.0*2.1063.0*20.1039.77 mton

HH

PPROM =

−−

=

∆

17.020.1075.1

HLn

063.0I

12.020.1025.1

HBm

2

C

2

===

=∴

===

anexodel6.1graficaVer

46.120.175.1

HLn

23.0I

04.120.125.1

HBm

1

C

1

===

=∴

===

anexodel6.1graficaVer

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

157

16.080.1075.1

HLn

057.0I

115.080.1025.1

HBm

2

C

2

===

=∴

===

anexodel6.1 graficaVer

El incremento del esfuerzo entre Z = 1.20 m y Z = 10.20 m, el centro de la superficie cargada es igual a:

2

1

2 /6.1215.3*4*4 mtonHH

PPROM ==

∆

PoPPo

eHCcSc PROM

O

∆++

= log1

0.116=−=−= )4.386.51(0088.0)4.38(0088.0 LLCc

Donde:

Cc = Índice de compresión. LL = Limite liquido, se utilizo un promedio de los LL de cada estrato.

m0.04=+

+=

39.7760.1239.77log

96.012.10*116.0Sc

Incremento del esfuerzo vertical promedio debido a un área cargada rectangularmente

para la pila 2.

ton44.17221.175665.1928)QQ()WWQ(q RFRPEXCSUELOPILAFC =−=+−−+=

222 cm/Kg251.2m/ton51.22

m66.7ton44.172

ApqPv ≈===∴

Se determina el índice de variación (Ic). Para H2 :

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

158

73.040.275.1

HLn

183.0I

52.040.225.1

HBm

1

C

1

===

=∴

===

anexodel6.1graficaVer

Para H1 :

2ton/m0.47=

−−

=

40.280.10

183.0*4.2057.0*80.1051.22HHP1

2PROM∆

El incremento del esfuerzo entre Z = 2.40 m y Z = 10.80 m, el centro de la superficie cargada

es igual a:

2ton/m1.88==

47.0*4

HHP*41

2PROM∆

0.27=−=−= )4.3874.69(0088.0)4.38(0088.0 LLCc

Donde: Cc = Índice de compresión. LL = Limite liquido, se utilizo un promedio de los LL de cada estrato.

m0.04=+

+=

51.2288.151.22log

4.118.10*27.0Sc

Los resultados obtenidos en este análisis permitieron corroborar la existencia de asentamientos a corto y a largo plazo y de acuerdo al asentamiento máximo permisible:

mBSPERM 25.0)5.2(101)(10

1. ===

Ya que los asentamientos calculados para cada una de las pilas están dentro del rango permisible, se concluye que los estratos analizados para el desplante de las pilas son adecuados para poder soportar la sobrecarga que les transmitirá la cimentación.

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

159

ANEXO 6

Tabla 6.1. Rangos del Modulo de Poisson (µ).

Tipo de Suelo µ Arcilla saturada 0.4 – 0.5 Arcilla no saturada 0.1 – 0.3 Arcilla arenosa 0.2 – 0.3 Limo 0.3 – 0.35 Arena compacta 0.2 – 0.4 Arena cuarzosa entre (0.4 – 0.7) 0.15 Arena fina entre (0.4 – 0.7) 0.25 Roca (depende del tipo de roca) 0.1 – 0.4

Tabla 6.2. Parámetros del Modulo de Elasticidad (Es) en suelos selectos.

Tipo de Suelo Es (kg/cm2) Arcilla muy blanda 3.25 – 28 Arcilla blanda 17.5 - 42 Arcilla consistente 42 – 84 Arcilla muy consistente 70 – 176 Arcilla arenosa 281 – 422 Limo arenoso 70 – 210 Arena suelta 105 – 246 Arena compacta 492 – 844 Arena compacta con gravas 984 – 1968 Loess 984 - 1265

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

160

Grafica 6.1. Factor de Influencia Ic para una carga uniformemente repartida de Boussinesq

DESCRIPCIÓN GENERAL DE TERRAPLENES

161

7. DESCRIPCIÓN GENERAL DE TERRAPLENES

Ejecución Las excavaciones que se ejecuten en los terraplenes existentes para la ampliación o en

rebajes de la corona; así como la formación de los escalones de liga, ya que en el proyecto se deberá indicar, excluyendo los cortes que se realicen en terreno natural, carpeta asfáltica, o como consecuencia de bacheo superficial o de caja y no olvidarse de las especificaciones particulares del proyecto; asimismo deberán sujetarse a lo indicado en el Capitulo 3.01.01.003 de las Normas para Construcción e Instalaciones de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes, y su producto podrá ser utilizado en la formación de terraplenes, como material convencional, siempre y cuando cumpla con las normas de calidad expresadas en las Especificaciones Particulares y/o con las que se indican en el Capitulo 4.01.01.002 de la Norma de Calidad de los Materiales de la misma Secretaria de Comunicaciones y Transportes.

Subestructura ligera para terraplenes o para reconstrucción de estructuras de

pavimentos existentes. DEFINICIÓN.- Cuerpo de terraplén o capa subyacente en las cajas de bacheo o en la

reconstrucción de pavimentos, que se constituyen con materiales ligeros (gravas y arenas de tezontle), adecuadamente estructurados y que se construyen, después de efectuado, el despalme y/o apertura de cajas, para minimizar la magnitud de los asentamientos en zonas compresibles del subsuelo. Estas estructuras deberán estar formadas por tres (3) capas, recubriendo los taludes con una capa adicional de tierra vegetal.

a). Plantilla de arena. Capa de transición que se forma en el desplante de la subestructura,

entre el terreno de cimentación y el cuerpo del terraplén, para evitar la incrustación de los materiales gruesos de este último o la ascensión de los finos del subsuelo, que pudieran contaminarlas capas superpuestas. Esta capa deberá tener un espesor mínimo de quince (15) centímetros y compactarse al noventa porciento (90%), respecto al Peso Volumétrico Seco Máximo (PVSM) obtenido en la prueba de control AASHTO estándar.

b). Cuerpo de terraplén. Se constituirá con grava de tezontle, limpia, compactada por métodos

vibratorios hasta obtener un Peso Volumétrico Seco no mayor de mil doscientos (1,200) kilogramos por metro cúbico, en capas de espesor mínimo de cuarenta (40) centímetros.

c). Capa subyacente. Formada con una mezcla de grava de tezontle, arenas limosas, como

capa de confinamiento de la anterior y espesor no menor de cuarenta (40) Centímetros. El grado mínimo de compactación que deberá alcanzarse en esta capa será del noventa y cinco por ciento (95%); respecto a la prueba AASHTO estándar de control.

d). Capa de chapeo. Es la que se colocará como recubrimiento de protección de los taludes de

la subestructura ligera. Tendrá un espesor mínimo, de treinta (30) centímetros y se le deberán sembrar en su superficie especies vegetales de tipo rastrero o pastizal, propias de la región como defensa contra la erosión.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE TERRAPLENES

162

MATERIALES.- Los materiales que se empleen en la construcción de estas capas deberán cumplir con los siguientes requisitos de calidad:

a) Plantilla de arena. Los agregados deberán tener un tamaño máximo de seis punto tres (6.3)

milímetros, un contenido máximo de finos (material que pasa la malla numero 200) de cinco por ciento (5%), con la secuencia granulométrica.

Denominación de la malla % que pasa

¼” 100 Num. 4 95-100 Num. 10 73-45 Num. 40 18-45 Num. 200 0-5

Su plasticidad y compactación deberán cumplir con los siguientes límites:

TIPO DE ENSAYE NORMA - Limite Líquido. 30 % máximo - Índice Plástico. 10 % máximo - Equivalente de Arena. 20 % máximo - Compactación AASHTO estándar. 90 % del PSVM

b) Cuerpo de terraplén. La grava que se utilice en esta parte de estructura terrea deberá ser

uniforme, tener partículas con un tamaño máximo de siete punto seis (7.6) milímetros, exenta de finos (material que pasa la malla número 200) y con su secuencia granulométrica dentro de los siguientes límites:

Denominación de la malla % que pasa

3” 100 1 ½ “ 55 - 90 ¾ “ 35 - 65 3/8 “ 18 - 40 Num. 4 5 - 20 Num. 200 0 - 5

El material también deberá cumplir con las siguientes condiciones:

TIPO DE ENSAYE NORMA - Desgaste de los Ángeles 30 % máximo - Íntemperismo Acelerado 12 % máximo - Partículas alargadas y/o lajeadas. 35 % máximo - Compactación por medios vibratorios hasta alcanzar un peso volumétrico seco.

1,150 Kg./m3 mínimo 1,250 Kg./m3 máximo

DESCRIPCIÓN GENERAL DE TERRAPLENES

163

c) Capa subyacente de confinamiento. Se empleará una mezcla de tezontle y arenas limosas, cuyas partículas deberán tener un tamaño máximo de siete punto seis (7.6) milímetros, un contenido máximo de finos (material que pasa la malla número 200) de treinta por ciento (30%) y secuencia granulométrica comprendida dentro de los siguientes límites:

Denominación de la malla % que pasa

3” 100 1 ½” 60 - 92 Num. 4 40 - 70 Num. 200 10 - 30

La mezcla de tezontle y arenas limosas también deberá cumplir con los siguientes requisitos de

plasticidad, compactación y resistencia:

TIPO DE ENSAYE NORMA - Limite Líquido. 30 % máximo - Compactación AASHTO estándar. 90 % del PSVM - C. B. R. estándar 20 % mínimo

d) Capa para el chapeo de taludes. Se emplearán los suelos producto del despalme superficial

del terreno natural. EJECUCIÓN.- El Contratista podrá elaborar las mezclas de los agregados por sí mismo en una

plataforma fuera del área de trabajo o adquirirla en una planta ya instalada. En cualquier caso, deberá someterse a la aprobación del las características de los materiales a emplear y de las mezclas, así como los procedimientos y equipos para la elaboración, transporte, tendido y compactación.

Para evitar alteraciones innecesarias del terreno durante las excavaciones de las cajas, en el

caso de reconstrucción de terraplenes, deberán emplearse retroexcavadoras ligeras, las cuales siempre deberán transitar sobre terreno firme contiguo a la excavación. Dicho equipo deberá contar con placas de acero soldadas en su bote, en vez de dientes con el mismo propósito.

Antes de iniciar la construcción de la plantilla de desplante, el Contratista deberá asegurarse

que el suelo de apoyo no se encuentre en condiciones inestables, ni se hayan producido alteraciones que pongan en duda su resistencia, sea a causa del paso innecesario de personal y/o equipo, por encharcamientos, por lluvia o por cualquier otra causa. Pudiera darse el caso que, para evitar estas alteraciones, se haga necesario efectuar las excavaciones en forma manual, de los últimos veinte (20) a treinta (30) centímetros del terreno natural, empleándose tablones para el tránsito del personal o las carretillas, durante la extracción del material excavado.

En cada una de, las partes de la subestructura se procederá al extendido y compactación de los materiales por capas, de tal manera que las superficies parciales resultantes presenten las pendientes indicadas en el proyecto, siguiendo los procedimientos generales indicados.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE TERRAPLENES

164

Para el caso de la compactación del cuerpo del terraplén deberá utilizarse equipo liso

vibratorio ligero, a fin de no provocar una degradación de la granulométrica del material, hasta alcanzar los pesos volumétricos secos, tal como lo indica el proyecto, comprendidos entre un mil ciento cincuenta (1,150) y un mil doscientos cincuenta (1,250) kilogramos por metro cúbico. Por otra parte, para evitar que se pierda la compactación realizada en cada capa, deberá evitarse el paso innecesario de personal y/o equipo y cubrir ésta lo más pronto posible, con la capa subsecuente.

TOLERANCIAS.- Para dar por terminada la construcción de la subestructura ligera, a nivel de la

capa subyacente, se verificarán su alinearniento, perfil, sección, compactación, valor relativo de soporte, espesor y acabado de acuerdo con lo fijado en el proyecto y las siguientes tolerancias:

PARAMETRO TOLERANCIA Ancho de la sección del eje a la orilla ± 10 cm Nivel de la superficie ± 3 cm Profundidad máxima de las depresiones observadas, colocando una regla de tres (3) m de longitud, normalmente al eje. 2.5 cm

CBR mínimo, determinado en muestras inalteradas, en condiciones saturadas, respecto al valor de proyecto. - 2%

Grado de compactación, respecto al valor especifico. ± 2%

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

165

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones El presente trabajo corresponde al estudio de mecánica de suelos enfocado a la cimentación

del puente Candelaria II, localizado en el Km. 218+240 de la carretera Federal México 186 Villahermosa-Escárcega, Tramo límites de estados-Escárcega, en base a este estudio se analizo el tipo de cimentación existente y su funcionalidad, y el comportamiento del subsuelo al recibir la sobre carga de la estructura.

El sitio en estudio esta constituido principalmente por una unidad formada por gravas, arenas,

limos y arcillas, esta última, con propiedades plásticas y cierto contenido de materia orgánica. Ocupa extensos valles fluviales

Cabe mencionar que en este trabajo también se analizaron diversos elementos muy

importantes como: la topografía, hidrología, geología, orografía. El inicio del río Candelaria se localiza en territorio Guatemalteco, lo que dificulta conocer los

datos precisos de este tramo inicial, de acuerdo a datos calculados, el área de la cuenca en territorio Guatemalteco es de 1,700 km2.

La superficie total de la cuenca es de 7,404 km², queda integrada por 693 km² correspondientes

a su cuenca baja y por 6,711 km² de la cuenca alta a partir del paso del cauce por el sitio del puente en estudio. Para términos de análisis hidráulicos y hidrológicos se considero el valor correspondiente al de la cuenca alta del río Candelaria.

Se utilizaron las cartas topográficas y geológicas ya mencionadas en él capitulo 6, de las cuales

se obtuvo la longitud total del río Candelaria de 115 km., un desnivel de 36 m, con una pendiente igual a 0.000313.

En base a las normas N·PRY·CAR·1·06·004 (Análisis Hidrológicos) y N·PRY·CAR·1·06·005

(Análisis Hidráulicos) de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (SCT) se opto por aplicar el método Racional, por disponer de información que caracteriza a la precipitación, la que relacionada con las características fisiográficas de la cuenca en estudio, permitió calcular la magnitud de los escurrimientos en el sitio donde se proyecta la estructura del puente.

El procedimiento que se utilizo para procesar la información disponible, se baso en los

manuales M·PRY·CAR·1·06·003 (Procesamiento de Información), y M·PRY·CAR·1·06·004 (Análisis Hidrológicos), y el manual M·PRY·CAR·1·06·005 (Análisis Hidráulicos), de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (SCT), para la elaboración del estudio hidráulico-hidrológico.

Los resultados obtenidos en el estudio hidráulico e hidrológico se resumen a continuación: • Gasto máximo para el periodo de retorno ___________ QTr = 1541.52 m3/s • Coeficiente de escurrimiento de la cuenca en estudio _ C = 0.282 • Área total de la cuenca _________________________ A = 6711 Km² • Longitud del cauce principal _____________________ L = 115 Km • Desnivel del cauce principal _____________________ ∆H = 36 m • Pendiente media del cauce principal ______________ Sc = 0.000313 • Tiempo de concentración _______________________ tc = 56.32 Hrs • Periodo de retorno establecido ___________________ Tr = 100 años • Precipitación máxima probable ___________________ Hmáx. 24 =208 mm/hr • Distribución de la lluvia en el tiempo _______________ Xtc = 262.57 mm/hr

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

166

• Perdida por evaporación ________________________ Y = 0.25 mm./hr • Perdida por evaporación en un lapso de tiempo D ____ YD = 14.08 mm • Perdida por absorción e infiltración ________________ Z = 1.59 mm./hr • Valor del índice de infiltración ____________________ Ztc = 89.55 mm/hr • Perdida por retención __________________________ m = 0.30 • Intensidad de lluvia ____________________________ Ip = 2.93 mm./hr • Coeficiente de Manning _________________________ N = 0.035 Para determinar las propiedades índice y mecánicas del suelo del sitio en estudio se realizaron

2 sondeo de penetración estándar denominados SPT-1 y SPT-2, los cuales se llevaron hasta una profundidad máxima de 25.0 m y de 25.6 m respectivamente.

El método de penetración estándar se efectuó dé acuerdo con la especificación ASTM-D1585,

que consiste en hincar en el suelo un penetrómetro estándar de pared gruesa de 60 cm de largo, por medio de golpes aplicados con una masa de 64 Kg., que se deja caer desde una altura de 75 cm. Se cuenta el número de golpes (N) necesarios para avanzar los 30 cm centrales del tubo muestreador.

La exploración realizada se considera insuficiente para obtener los parámetros de deformación y

resistencia al cortante, por lo que se utilizaron correlaciones empíricas para determinar estos parámetros.

Se estudio el problema de socavación que se presenta en el sitio de cruce del puente

calculando la erosión máxima general utilizando el método de Lischtvan y Lebediev y la erosión al pie de las pilas por medio del método de Yaroslavtziev obteniendo los siguientes datos:

Socavación General

Socavación Local

PUNTO PROFUNDIDAD (m)

PROFUNDIDAD (m)

A 0 --------- B 0.53 --------- C 2.77 --------- D 0.40 --------- E 0 ---------

Pila 1 --------- 2.73 Pila 2 --------- 2.09

En la información obtenida en los trabajos de campo y pruebas de laboratorio se analizaron las

condiciones del subsuelo para determinar la capacidad de carga superficial para garantizar que el subsuelo sea una superficie de apoyo estable y resistente.

Para determinar la capacidad de carga del suelo de apoyo en la zona de las pilas se aplico el

criterio de las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Cimentaciones del Reglamento de Construcciones del Departamento del Distrito Federal; considerando al suelo como predominantemente cohesivo y obteniendo los siguientes resultados:

RFRPEXCSUELOPILAFC QQWWQ +≤−+

.ton36.2117.ton09.1804 ≤ → Se cumple la condición de equilibrio en P1. .ton65.1928.ton21.1756 ≤ → Se cumple la condición de equilibrio en P2

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

167

En el perfil estratigráfico de cada sondeo, se considero una profundidad de desplante de 14.8 m para ambas pilas (P1=76.629 msnm y P2=79.411 msnm) ya que las características del suelo a esta profundidad son factibles para este análisis.

Los asentamientos se analizaron a corto plazo mediante la teoría de la Elasticidad, el método de

la CFE y la teoría de Steinbrenner; y a largo plazo mediante el cálculo del Incremento de esfuerzo vertical promedio debido a un área cargada rectangularmente.

Para el cálculo de asentamientos o deformaciones verticales del suelo bajo las cargas

proyectadas, se considero que las pilas estarán desplantadas en un suelo compacto y cementado; sin embargo los resultados obtenidos en este análisis permitieron corroborar la existencia de asentamientos, y de acuerdo al asentamiento máximo permisible SPERM.=0.25 m, se cumple con la condición.

Asentamientos Pila 1 Pila 2 A Corto Plazo 1.82 cm 1.35 cm A Largo Plazo 4.0 cm 4.0 cm Cota de Desplante 76.629 m 79.411 m

Para la conformación de la estructura del terraplén solo se describió el proceso de construcción

de una forma general apegándose a las normas de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (SCT), ya que no se cuenta con información adecuada para realizar los cálculos correspondientes para el análisis del cuerpo del terraplén.

Las excavaciones que se ejecuten en los terraplenes existente para la ampliación o en rebajes

de la corona; así como la formación de los escalones de liga, ya que en el proyecto se deberá indicar, excluyendo los cortes que se realicen en terreno natural, carpeta asfáltica, o como consecuencia de bacheo superficial o de caja y no olvidarse de las especificaciones particulares del proyecto; asimismo deberán sujetarse a lo indicado en el Capitulo 3.01.01.003 de las Normas para Construcción e Instalaciones de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes, y su producto podrá ser utilizado en la formación de terraplenes, como material convencional, siempre y cuando cumpla con las normas de calidad expresadas en las Especificaciones Particulares y/o con las que se indican en el Capitulo 4.01.01.002 de la Norma de Calidad de los Materiales de la misma Secretaria de Comunicaciones y Transportes.

Recomendaciones Las recomendaciones constructivas a continuación propuestas, tienen la finalidad de garantizar

el buen comportamiento del procedimiento constructivo y garantizar así, el contacto de la pila con el suelo de soporte, alterando en lo menos posible las propiedades de los mismos durante la construcción, además de brindarle a la pila, la integridad estructural y su trabajo monolítico con la estructura.

Recomendaciones sobre equipo. Grúas Para la construcción de las pilas, se usaran preferentemente grúas móviles, tanto para montar

sobre ellas el equipo de perforación como para ejecutar las maniobras que incluyen manejo y colocación del armado de refuerzo de la pila, además de la tubería de colado. La tabla No. 8.1 incluye

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

168

la relación de grúas para montar perforadoras de uso más frecuente en México, recomendables según las exigencias particulares del proyecto.

Tabla No.8.1. Grúas para montar perforadoras de uso más frecuente en México.

MARCA MODELO CAPACIDAD (TON) PESO (TON)

Link Belt LS 108-B 45.0 38.4 Link Belt LS 118 60.0 54.7

P & H 670 WCL 70.0 54.7 Perforadoras El sistema de perforación empleado en la construcción de las pilas será el rotatorio, con la

perforadora montada sobre una grúa. En la tabla No. 8.2, se presenta una relación de los equipos rotatorios de perforación de uso común en México, recomendables para las exigencias de este proyecto.

Tabla No 8.2 Perforadoras de uso frecuente en México.

MARCA MODELO TIPO PAR(Kg-m)DIÁMETRO

PERFORADO.(m) MIN. MAX.

PROF. MAXIMA

(m)

Casagrande CBR120/38 Sobre grúa 12000 0.45 1.50 32.0

Casagrande CBR120 Sobre grúa 12000 0.45 1.50 32.0

Herramientas Para la perforación del subsuelo, se emplearán brocas espirales cónicas del diámetro

conveniente, acorde a lo establecido en el proyecto ejecutivo. Construcción de las pilas. Limpieza

Se efectuará el retiro del material de relleno hasta cumplir con el nivel de desplante, a partir del

cual, el nivel de pila terminada se localizará como mínimo 40 cm por encima. Registro de construcción Antes de realizar cualquier trabajo del proceso constructivo, se elaborará un registro de cada

pila en el cual, se incluirán los detalles relevantes durante su construcción. Topografía Se realizarán los trazos topográficos de acuerdo al proyecto y ubicación los bancos de apoyo

referentes al traslado de los ejes y niveles del proyecto al sitio antes del inicio del proceso constructivo.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

169

Perforación Una vez ubicados los ejes y niveles de proyecto en el sitio de la obra, se deberán marcar con

una estaca la localización exacta de las pilas y verificar su posición inmediatamente antes de la construcción de cada una.

La perforación se iniciará con un emboquillado metálico de 3.50 m de longitud, que tiene la

finalidad de estabilizar la parte superior de la perforación, así como facilitar su verticalidad. Este ademe metálico provisional, se hincará en el subsuelo con la ayuda de un vibrohincador.

La perforación consiste en formar un agujero en el subsuelo de sección transversal cilíndrica,

donde posteriormente se depositará el material que formará la pila, de diámetro igual al especificado en el proyecto ejecutivo.

Durante la perforación deberá verificarse con frecuencia la verticalidad de las paredes,

especialmente, al atravesar los materiales granulares. Se pueden efectuar comprobaciones rápidas, colocando el nivel de carpintero sobre la barra guía.

Estabilización En el caso de que las excavaciones de las pilas presenten derrumbes o caídos importantes, se

deberán estabilizar las perforaciones con alguno de los siguientes métodos: 1.- Mediante lodo bentonítico Para estabilizar las paredes de la perforación se empleará lodo bentonítico con un peso

volumétrico mínimo de 1.17 gr/cm³ para lograr un factor de seguridad de 1.5. Este lodo deberá sustituir progresivamente al material excavado teniendo especial cuidado de mantener su nivel muy cercano al brocal, para garantizar que aplique la máxima carga hidrostática sobre las paredes.

Además de sus características como estabilizador, el lodo bentonítico permitirá remover y

transportar los recortes del suelo. La capacidad para mantener en suspensión las partículas recortadas del suelo, dependerá tanto de las propiedades físicas del lodo, como de la velocidad con la que fluya ascendentemente dentro de la perforación; por lo tanto, la bomba requerida para su inyección dentro de la perforación, deberá contar con la capacidad necesaria para transportar gravas medias desde una la profundidad máxima de desplante a la superficie del terreno.

El lodo bentonítico deberá estar fluyendo constantemente dentro de la excavación a fin de evitar

su endurecimiento y la perdida de sus propiedades físicas. Para lograr esto, se requiere de un tanque de sedimentación que puede ser portátil o bien, formado en el sitio, hacia el cual se envía el lodo.

Los tanques sedimentadores deberán contar con mallas vibratorias de diferentes aberturas

colocadas ya sea en serie (una sobre otra) o bien, en paralelo (una a continuación de la otra) a las que un motor les trasmita vibraciones de manera que le faciliten el paso al lodo a través de ellas. Por su parte, la capacidad de los tanques deberá ser tal, que permita alojar el volumen suficiente de lodo.

El procedimiento antes descrito así como los cuidados referentes al manejo de los lodos se

continuará hasta alcanzar el nivel de proyecto. 2.- Mediante ademe metálico La protección de la perforación puede ser requerida por la inestabilidad propia del material. Tal

protección, que puede incluir además de las paredes el fondo de la perforación, puede lograrse mediante el uso de ademes metálicos.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

170

Los ademes metálicos son tubos de diámetro acorde al de la perforación requerida para la pila. El espesor de la pared del tubo es función de los esfuerzos a que estará sometido durante su hincado y extracción y su longitud depende de los problemas de inestabilidad particulares de cada caso.

Pueden hincarse a una profundidad somera para proteger el inicio de la perforación, como en el

caso de un estrato superficial, apoyarse sobre suelo estable, o bien hincarse en toda la longitud de la pila, dependiendo de la profundidad de los estratos de arena y grava detectados.

El hincado del ademe puede efectuarse mediante el empleo de un martillo golpeador o un

vibrohincador bien sea en una sola operación o en varias, haciendo varios ciclos de perforaciones cortas alternadas con la colocación de tramos de ademe soldados a tope hasta lograr la longitud requerida; la extracción del material del interior del tubo se puede realizar con alguna herramienta apropiada para el tipo y condiciones del suelo, por ejemplo un bote cortador.

Los ademes metálicos empleados en la perforación de las pilas pueden ser recuperables, los

cuales se extraen con ayuda de grúas dejando preparado el último tramo hincado para este fin, o bien, pueden perderse cuando se integran a ellas.

Colado Una vez alcanzada la profundidad de proyecto, se procede a introducir el armado de refuerzo

previamente dispuesto en la superficie dentro de la perforación, mediante el empleo de una grúa de capacidad conveniente. El armado de refuerzo deberá contar con separadores, con el fin de proporcionarle el recubrimiento necesario a la pila en toda su longitud. El recubrimiento mínimo necesario será de 5 cm, entre el paño de estribos y la perforación.

Como una medida de seguridad, se deberá tomar en cuenta el volumen teórico de concreto

necesario para llenar la perforación de la pila, a fin de compararlo con el volumen real de concreto vaciado. El concreto se colocará en una sola operación.

Bajo lodo bentonítico El proceso de colado se efectuará, cuando se emplee lodo bentonítico, mediante tubería

TREMIE, cuyo diámetro interno será de por lo menos seis veces mayor que el tamaño máximo del agregado grueso del concreto, y de espesor de pared capaz de soportar las exigencias del manejo y del hincado dentro del lodo.

Los tramos de tubería serán de 3.00 m de longitud como máximo, fácilmente desmontables y

lisos, tanto de su interior como de su exterior. Arriba de la tubería, se acoplará una tolva de forma cónica con un ángulo comprendido entre 60° y 80° para así recibir el concreto.

Para realizar con rapidez las maniobras de acoplamiento y desacoplamiento de la tubería, es

necesario contar con un dispositivo tal, que permita apoyarla y sujetarla en forma fácil. Antes de ingresar la tubería dentro de la perforación, se asegurará que se encuentre en buen

estado y engrasada de las cuerdas, comprobando que no tenga desajustes entre las uniones de sus tramos tales que puedan provocar la entrada de lodo en su interior. En caso de ser necesario, se empleará cinta adhesiva quirúrgica o alguna otra equivalente sobre las juntas de la tubería, para evitar eventuales filtraciones de lodo.

Una vez logrado lo anterior, se introducirá la tubería dentro de la perforación y, antes de iniciar

el colado, se requerirá colocarle en su extremo superior un tapón deslizante, que podrá ser una cámara de balón inflada, una esfera de polipropileno, un atado de bolsas vacías de cemento o bentonita, etc., el cual de esta manera, evitará la segregación del concreto al iniciar el colado.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

171

Al iniciar el colado, el extremo inferior de la tubería deberá estar ligeramente arriba del fondo de la perforación (no más de un diámetro de la tubería) para que permita la salida del tapón y del primer volumen de concreto; después de ello y durante todo el colado, el extremo inferior de la tubería deberá permanecer siempre embebido en el concreto fresco un mínimo de 1.50 m; para lograr esto, será indispensable llevar un registro de los niveles de concreto alcanzados durante su colocación para que en el momento que se juzgue conveniente, se puedan retirar tramos de tubería, sin el riesgo de que esta quede fuera del concreto.

El colado se deberá realizar de manera continua, en una sola operación, para evitar

taponamientos en la tubería e indeseables juntas frías. El colado de la pila, se llevara como mínimo hasta 40 cm por encima del nivel de desplante del elemento estructural de cimentación superficial, es decir, losa o cadena de cimentación, para eliminar así, el concreto contaminado y permitir la liga estructural de las pilas.

Métodos para reducir la socavación local. Protección al pie de las pilas. Principales forma de reducir o evitar la socavación. • La primera consiste en impedir que el cambio de dirección de las líneas de corriente se

produzcan frente a la pila, con lo que se reducen o suprimen los vértices que se generan en las esquinas, se deberá provocar en la zona que de otro modo seria de socavación en una pila, un deposito de material o, por lo menos, una reducción muy sustancial de dicha socavación; para se debe modificar las condiciones de la corriente cerca de la pila, por medio de otro obstáculo colocado aguas arriba de ella, cuyo efecto en combinación con el de la pila, sea en el sentido expresado.

• La segunda consiste en hacer que el fondo del cauce alrededor de la pila resista la acción

erosiva, sustituyendo el material del fondo del cauce por otro más resistente a la erosión. Guijarros, boleo y cantos rodados podrían encontrarse entre los materiales más convenientes.

DEDICATORIAS A Dios :

Gracias por permitirme ver la luz del sol cada día de mi vida, gracias por todos

mis logros y fracasos porque de ellos he aprendido mucho, gracias por permitirme alcanzar esta meta, y sobre todo gracias por no dejar que perdiera la fe en mi misma en los momentos difíciles.

A mis Padres :

Jorge Pliego Izquierdo Noemí Estrada Méndez

Gracias por haberme dado la vida, gracias por guiar mis pasos por este largo

camino transcurrido, gracias por sus cuidados, por su amor y por su presencia a pesar de las adversidades.

A mis Hermanos :

Jorge Pliego Estrada Fabián Pliego Estrada

Gracias por el simple hecho de ser mis hermanos y de estar a mi lado en todo

momento y gracias por ser en muchos momentos la fuente de mi inspiración y consuelo.

A Rubli :

Gracias por el apoyo que me haz brindado desde el momento de conocernos,

gracias por tu tiempo y tu paciencia, por tu comprensión, y por tu cariño, sin ti alcanzar esta meta no hubiera sido posible, gracias por ser un gran amigo, un gran compañero pero sobre todo gracias por ser parte de mi vida y de mi corazón.

A mis Profesores :

Gracias por compartir sus conocimientos y experiencias, gracias por su

paciencia y su vocación. A todos y cada uno de ustedes mi admiración, respeto y cariño.

A Marco A. González Acosta : Gracias por haber tenido confianza en mi para realizar esta tesis, y gracias por

la amistad que a raíz de esta convivencia ha surgido.

Atentamente

Fabiola Pliego Estrada

DEDICATORIAS

A mis Padres :

Julián González Jaén Maria Acosta Hernández

Gracias por haberme traído a este mundo, y en especial a mi Mamá por

generosa mi más infinito aprecio por enseñarme a valorar cada esfuerzo realizado. A mis Hermanos : Beatriz José Julián Miguel Efraín Patricia

Por toda una vida de esfuerzos y brindarme siempre su cariño y confianza, asimismo por apoyarme en mis triunfos y tropiezos durante mi vida, por ello les dedico este triunfo y considérenlo como suyo.

A mis Profesores :

Gracias a su empeño y dedicación que me otorgaron en el transcurso de mi estancia en la institución.

A Fabiola Pliego Estrada :

Por su confianza y paciencia que deposito en mi, y por haber compartido grandes momentos importantes.

Atentamente

Marco Antonio González Acosta

AGRADECIMIENTOS Al Ingeniero Manuel Sánchez Herrera :

Gracias por el gran apoyo, el tiempo, y dedicación, gracias por compartirnos sus

conocimientos que nos fueron de gran ayuda para la elaboración de esta tesis. Al nuestra Alma Mater :

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura Unidad Zacatenco

Gracias por habernos dado un voto de confianza y recibirnos en sus filas,

gracias por los conocimientos que en sus aulas hemos adquirido, gracias por todos los buenos momentos que aquí hemos vivido, pero lo mas importante, gracias porque ahora podemos decir que somos orgullosamente Politécnicos.

Atentamente

Fabiola Pliego Estrada Marco Antonio González Acosta

INTRODUCCIÓN

CAPÍTULO I

ANTECEDENTES

CAPÍTULO II

ALCANCE DEL ESTUDIO

CAPÍTULO III

GEOLOGÍA REGIONAL

CAPÍTULO IV TOPOGRAFÍA DEL TRAMO DEL RÍO DONDE SE LOCALICE EL SITIO PROBABLE DEL CRUCE

CAPÍTULO V

ESTUDIO GEOTÉCNICO

PRUEBAS DE LABORATORIO

PROPIEDADES ÍNDICE

PROPIEDADES MECÁNICAS DE FALLA Y DEFORMACIÓN

ANEXO 5

ANEXO 6

CAPÍTULO VI

ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

CAPÍTULO VII

DESCRIPCIÓN GENERAL DE TERRAPLENES

CAPÍTULO VIII

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFÍA

GLOSARIO

Albardón.- loma o elevación situada en terrenos bajos y anegadizos, que se convierte en islote

con la subida de las aguas. Arena.- conjunto de partículas desagregadas de las rocas, sobre todo si son silíceas, y

acumuladas, ya en las orillas del mar o de los ríos, ya en capas de los terrenos de acarreo. Arcilla.- tierra finamente dividida, constituida por agregados de silicatos de aluminio hidratados,

que procede de la descomposición de minerales de aluminio, blanca cuando es pura y con coloraciones diversas según las impurezas que contiene.

Calcárea.- que contiene Cal. Caliza.- roca formada de carbonato de cal. Cuaternario.- se dice del segundo período de la era cenozoica, que abarca desde hace dos

millones de años hasta la actualidad, caracterizado por la aparición del hombre y la alternancia de períodos glaciales y templados.

Cretácico.- se dice del tercer y último período de la era mesozoica, que abarca desde hace 144

millones de años hasta hace 65 millones de años, caracterizado por el levantamiento de las grandes cordilleras del Himalaya y los Andes, la aparición de las plantas con flores y la extinción de los dinosaurios

Eoceno.- se dice de la segunda época del período terciario, que abarca desde hace 58 millones

de años hasta hace 37 millones de años. Ecosistema.- comunidad de los seres vivos cuyos procesos vitales se relacionan entre si y se

desarrollan en función de los factores de un mismo ambiente.

Estero (s).- terreno bajo pantanoso, intransitable, que suele llenarse de agua por la lluvia o por filtración de un río o laguna cercana, y que abunda en plantas acuáticas.

Fosilífero.- dicho de un terreno: Que contiene fósiles.

Geología.- ciencia que trata de la forma exterior e interior del globo terrestre, de la naturaleza

de las materias que lo componen y de su formación, de los cambios o alteraciones que estas han experimentado desde su origen, y de la colocación que tienen en su actual estado.

Geomorfico.- parte de la geodesia que trata de la figura del globo terráqueo y de la formación

de los mapas. Gramíneas.- se dice de las plantas angiospermas monocotiledóneas que tienen tallos

cilíndricos, comúnmente huecos, interrumpidos de trecho en trecho por nudos llenos, hojas alternas que nacen de estos nudos y abrazan el tallo, flores muy sencillas, dispuestas en espigas o en panojas, y grano seco cubierto por las escamas de la flor

Hidrografía.- parte de la geografía física que trata de la descripción de las aguas del globo

terrestre. Hidrologia.- parte de las ciencias naturales que trata de las aguas.

Hondonada.- espacio de terreno hondo. Litoral.- perteneciente o relativo a la orilla o costa del mar, orilla o franja de tierra a lado de los

ríos. Manglar.- terreno que en la zona tropical cubren de agua las grandes mareas, lleno de esteros

que lo cortan formando muchas islas bajas, donde crecen los árboles que viven en el agua salada. Meandro.- cada una de las curvas que describe el curso de un río. Oligoceno.- se dice de la tercera época del período terciario, que abarca desde hace 37

millones de años hasta hace 24 millones de años. Orografía.- parte de la geografía física que trata de la descripción de las montañas. Palizada.- defensa hecha de estacas y terraplenada para impedir la salida de los ríos o dirigir

su corriente. Plegamiento.- efecto producido en la corteza terrestre por el movimiento conjunto de rocas

sometidas a una presión lateral. Plioceno.- se dice de la quinta época del período terciario, que abarca desde hace cinco

millones de años hasta hace dos millones de años. Relieve.- conjunto de formas complejas que accidentan la superficie del globo terráqueo. Subperennifolia.- que tiene hojas durante todo el año. Terciario.- se dice del primer período de la era cenozoica, que abarca desde hace 65 millones

de años hasta hace dos millones de años, caracterizado por la aparición y diversificación de los mamíferos

Topografía.- conjunto de particularidades que representa detalladamente la superficie un

terreno en su configuración superficial.

Bibliografía

Mecánica de Suelos Tomo I “Fundamentos de la Mecánica de Suelos”. Juárez Badillo – Rico Rodríguez, Editorial Limusa S.A. de C.V. 1992

Mecánica de Suelos Tomo II “Teoría y Aplicaciones de la Mecánica de Suelos”. Juárez Badillo – Rico Rodríguez, Editorial Limusa S.A. de C.V. 2001

Mecánica de Suelos Tomo III “Flujo de agua en suelos”. Juárez Badillo – Rico Rodríguez, Editorial Limusa S.A. de C.V. 2001

La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres “Carreteras, Ferrocarriles y Aeropistas” Alfonso Rico y Hermilio Del Castillo

Ingeniería de Cimentaciones “ Fundamentos e introducción al Análisis Geotécnico” Manuel Delgado Vargas Segunda Edición.

Manual de Cimentaciones Profundas. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos A.C. 2001

Normas Técnicas Complementarias de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes.

Nuevo Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal. Arnal Simon Luis y Betancourt Suarez Max.

Protección contra la Socavación producida al pie de las pilas de puente Autor: Enzo Levi y Humberto Luna.

Manual de Diseño de Obras Civiles. Tomo B.2.4 1981 Comisión Federal de Electricidad (CFE).

Principios de Ingeniería de Cimentaciones. 2001 Braja M. Das

Pile Foundations. Theory – Design – Practice, 1951 Chellis B.S., Robert D.