Problemas Geotecnicos Tipicos en Carreteras

8/13/2019 Problemas Geotecnicos Tipicos en Carreteras

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TEMARIO

1. Introduccin2. Terraceras3. Terreno de apoyo del pavimento.

4. Clasificacin de los problemas geotcnicos5. Caractersticas de los materiales para

terraplenes.6. Drenaje y Subdrenaje.

7. Caso practico : Procedimiento de construccinde terraplenes en suelos blandos ; CarreteraMinatitln- Coatzacoalcos


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1.- INTRODUCCION

Los problemas geotcnicos ms comunesen las carreteras, que principalmenteafectan el pavimento, esta relacionadocon el comportamiento de las estructurasterreas, como son los cortes y losterraplenes, el terreno donde se apoyar,

as como la construccin de muros y obrasde drenaje y subdrenaje.


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Es por ello muy importante conocer lascaractersticas de los geomateriales quecruzara el eje de la carretera para definir losprocedimientos y especificaciones deconstruccin de las estructuras de la

infraestructura donde se apoyan lospavimentos.

Tambin se darn a conocer las

especificaciones que establece la normativade la infraestructura carretera de la SCT en laconstruccin de los terraplenes paramateriales compactables y no compactables.


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Finalmente se presenta el procedimiento de laconstruccin de terraplenes en suelos blandosque han tenido un comportamiento satisfactorio.


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CORTES

TERRAPLENES

MUROS PUENTES

VIADUCTOS

TUNELES

OBRAS DE DRENAJE

INFRAESTRUCTURACARRETERA


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VIADUCTO

TUNEL

OBRA DE DRENAJE


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IMPORTANCIA

PROPORCIONAR UN APOYO ADECUADO A LASUBESTRUCTURA,COMPUESTA POR LASCAPAS DEL PAVIMENTO,SEALIZACIN Y

OBRAS VARIAS.


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Sealamiento verticalSealamiento horizontalBarrera separadora

Barrera metlicaMalla antideslumbranteAcotamientos


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OBJETIVO DE LOS ESTUDIOS GEOTCNICOS

I. Conocer los materiales existentes de la carretera dela manera ms precisa posible previendo evitarsesu mera estimacin.

II. Determinacin de las caractersticas del materialdonde se construirn las obras para proporcionar

las especificaciones de construccin.


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APROVECHAMIENTO DE LOS MATERIALESEXISTENTES EN EL TRAZO DEL CAMINO

EVOLUCIN

Aprovechamiento de los materiales existentes en eltrazo del camino, debido a la falta de una metodologa

para el estudio de las obras y de la disposicin de losmedios para el movimiento de tierras.

Posteriormente con el desarrollo carretero surgi lanecesidad de infraestructuras de mayor estabilidad,

marcando la tendencia de utilizar nicamente losmejores materiales, desechando el resto. Esto seacentu con el desarrollo de la maquinaria pesada quepermita grandes movimientos de tierra a bajos costos.


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APROVECHAMIENTO DE LOS MATERIALESEXISTENTES EN EL TRAZO DEL CAMINO

Actualmente han surgido otros factores como son:

El desarrollo de nuevos proyectos territoriales con nuevascarreteras y otras obras de tierra.

Exigencia social de caminos rpidos y seguros, lo queimplica mayor movimientos de tierra, principalmente enzonas montaosas.

Preocupacin por el medio ambiente que conduce a la

aplicacin de tcnicas para minimizar el impacto producido. Finalmente razones econmicas han conducido al

desarrollo de tcnicas de mejora y aprovechamientos desuelos de baja calidad .


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Es necesario estudiar los materiales existentes enel eje del camino para aprovecharlos a lo mximo,

tratando de evitar el transporte a de materiales atiraderos y limitando a lo mximo la extraccin demateriales de prestamos laterales o de bancos dematerial.

Referente a los materiales donde se alojaran lasestructuras los estudios geotcnicos deben deabordar las caractersticas de los materiales y deacuerdo con ellas definir su comportamiento, ascomo los tratamientos a emplear y lascaractersticas finales obtenidas con estostratamientos.


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2.- Terraceras

Las terraceras u obras de tierra son las accionesde remodelacin del terreno natural mediante laadicin o retirada de materiales de forma que se

consiga una superficie de geometra y capacidadadecuada para el apoyo de pavimento y el restode la superestructura. Se clasifican en :

Cortes

Terraplenes

Secciones en balcn.


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PROBLEMAS GEOTCNICOS EN LAS

TERRACERIAS


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IMPORTANCIALas terraceras consumen una parte apreciable depresupuesto con la parte mas difcil del tratamiento yrecuperacin durante su operacin, debido entreotras razones por la necesidad de efectuar desvos

de transito. Siempre resulta mucho

mas costoso reparar

las terraceras quesi se construyenbien inicialmente


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3.- Terreno de apoyo del pavimento.

La superficie obtenida con las terraceras sobrelas cuales se apoyar la superestructura , sedenomina subrasante. Constituye el soportedirecto del pavimento , por lo que debe tener una

resistencia y una regularidad geomtricaadecuadas.

El comportamiento de un pavimento depende degran medida de las caractersticas de los sueloslos que se apoya, por lo que su calidad influyedirectamente en las caractersticas y en losespesores de las capas del pavimento


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. La capacidad de soporte del cimiento del

pavimento es la resistencia a la deformacin bajolas cargas del trfico. Los factores principales queintervienen en esta capacidad de soporte son:

La resistencia al esfuerzo cortante de losmateriales que lo constituyen , que dependen a suvez de la densidad alcanzada y de su contenidode agua de la compactacin.

El contenido de agua existente en cada momento.Los suelos saturados tienen una capacidad inferiora los suelos no saturados.


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4.-CLASIFICACIN DE LOSPROBLEMAS GEOTCNICOS

1. Los producidas por las caractersticas del terrenonatural.

2. Derivadas de una construccin defectuosa oinadecuada.

3. Provocados por accin del agua sobre lainfraestructura.


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1.PRODUCIDAS POR CARACTERSTICASDEL TERRENO NATURAL.

- Deformaciones por la baja resistencia y altacompresibilidad del terreno de cimentacin.(zona lacustre, pantanosa, arcillas expansivas)

- Inestabilidad de laderas (deslizamientos)


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TERRAPLENES SOBRE SUELOSBLANDOS


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Afectaciones en pavimento por la presenciade suelos expansivos en el terreno de

cimentacin.


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INESTABILIDAD DE TALUDES


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INESTABILIDAD DE CORTE POR CONTACTOGEOLOGICO


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FALLA

ENTALUD


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PRESENCIA DE DISCONTINUIDADES


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2. DERIVADAS DE UNA CONSTRUCCINDEFECTUOSA O INADECUADA.

Deslizamientos entre cortes y rellenos


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Deslizamiento entre corte y terrapln


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Asentamientos en terrapln


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ASENTAMIENTOS EN LOS TERRAPLENES DEACCESO A PUENTES


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Asentamientos en terraplenes


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- Erosin

- Socavacin- Obstruccin de drenaje superficial osubterrneo

- Arrastre de finos, causandohundimientos sbitos

3. PROVOCADOS POR ACCIN DEL

AGUA SOBRE LA INFRAESTRUCTURA.


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EFECTOS DE LA EROSIN


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Cuneta que

presenta efectosde socavacin


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Obstruccin de

drenaje por causade la erosin


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HUNDIMIENTOS SUBITOS

5 CARACTERISTICAS DE LOS


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5.- CARACTERISTICAS DE LOSMATERIALES PARA TERRAPLENES


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CARACTERISTICAS DE LOSMATERIALES PARA TERRACERIAS

Los materiales para terrapln son suelos y

fragmentos , producto de los cortes o de laextraccin en bancos, que se utilizan para formar elcuerpo de un terrapln hasta el nivel de desplante

de la capa subyacente.


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Los materiales que se utilicen para la formacin de

terraplenes cumplirn con los requisitos de calidad que seestablecen en la siguiente tabla segn la norma queestablece la SCT (N-CMT-1-01/02), a menos que laSecretara apruebe el empleo de materiales distintos. En

ningn caso se emplearan materiales orgnicos comoturba (Pt), ni materiales producto de despalmes.

CUERPO DE TERRAPLEN

CARACTERISTICAS VALOR

Lmite lquido; %, mximo 50

Valor Soporte de California (CBR); %, mnimo 5

Expansin; %, mxima 5

Grado de compactacin; % 90 2


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SUBYACENTELos materiales para esta capa son suelos o fragmentos de roca,producto de los cortes o de la extraccin en banco, que seutilizan para formar dicha capa inmediatamente encima delcuerpo del terrapln. Los materiales que se utilizan para estacapa, estn en funcin de sus caractersticas y de la intensidaddel transito esperada en trminos del nmero de ejes

equivalentes de 8.2 ton, acumulados durante la vida til delpavimento (L), en ningn caso debe utilizarse materialesaltamente orgnicos como turba (Pt).


Tamao mx. y granulometra Que sea compactable


Valor Soporte de California (CBR); %, mnimo 10

Expansin; %, mxima 3

Grado de compactacin; % 952


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SUBRASANTELos materiales para esta capa son los suelos naturales, seleccionados o

cribados, producto de los cortes o de la extraccin en bancos, que seutilizan para formar dicha capa inmediatamente encima de la cama delos cortes, de la capa subyacente o del cuerpo del terrapln, cuandosta ltima no se construya, para servir de desplante de un pavimento.Los materiales que se utilicen para la formacin de esta capa esta en

funcin del transito.

Espesores Mnimos

Trnsito EspesorL 1 Mill. 20 cm

1 Mill. L 10 Mill. 30 cm1 Mill. L > 10 Mill. Diseo Esp.


Tamao mximo; mm 76


ndice plstico; %, mximo 12

Valor Soporte de California (CBR);%, mnimo

20

Expansin mxima; % 2

Grado de Compactacin; % 100 2


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GRADO DE COMPACTACIN

El grado de compactacin en suelos compactables serrespecto a la masa volumtrica seca mxima obtenidadurante la prueba AASHTO estndar, del materialcompactado con el contenido de agua optimo de la prueba.

Cuando el material no sea compactable de acuerdo con loindicado en el manual M-MMP.1.02 Clasificacin defragmentos de roca y suelos, se colocara en capas del

espesor mnimo que permita el tamao mximo de materialy se bandeara, previa aplicacin de un riego de agua arazn de 150 l/m3 dando como mnimo 3 pasadas en todala superficie de capa con un tractor de 36.7 t con orugas


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PEDRAPLENES

Los pedraplenes son rellenos construidoscon fragmentos de roca de gran tamao.Consecuentemente se requiere cuando enel trazo existe una abundancia de corte enroca de buena calidad para que laexcavacin sea econmica y no seanecesario triturar la roca hasta conseguir

una granulometra tal, que el material puedaconsiderarse como suelo.


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VENTAJAS

Los taludes pueden ser ms verticales al sermayor el ngulo de rozamiento interno. Estoreduce la superficie ocupada y el volumen de losmateriales.

Los rellenos de pedrapln resisten la inundacinprolongada y la erosin superficial mucho mejorque los terraplenes.

El plazo de construccin de un relleno de lamisma altura es menor con un pedraplen que conun terrapln.


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MATERIALES

Las rocas mas adecuadas son las rocas resistentes, sinalteracin apreciable, compactas y estables frente la accinde los agentes externos y en particular, frente al agua.

En cuanto a la granulometra se suelen limitar las partculas

menores de 20 mm (30%), los finos menos del 10% y eltamao mximo entre 100 y 900 mm.

La forma de las partculas influye especialmente en su

evolucin granulomtrica, se suele limitar el contenido enpeso de partculas con forma inadecuada, por ejemplomenos del 30%.


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EL EXCESO DE AGUA EN EL PAVIMENTO Y EN LASUBRASANTE, PUEDE CAUSAR DAOS DE

VARIAS MANERAS:

1.- Debilitando los materiales de la estructura: Cuando la capade la estructura del pavimento es saturada o parcialmentesaturada, la aplicacin de cargas dinmicas incrementa lapresin de poro, y esto reduce la friccin interna y baja laresistencia al corte.

2.- Causando Flotacin: El efecto de flotacin reduce el peso delas partculas y, en consecuencia, baja la presin entre ellas.

3.- Causando Expansin de Suelos: El volumen de algunossuelos es generalmente incrementado por la adicin de agua,causando elevaciones diferenciales y debilitando la estructuradel pavimento.


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DIFERENTES MANERAS EN QUE EL AGUAPUEDE PENETRAR A LAS CAPAS DEL

PAVIMENTO

1.- Drenaje Superficial

2.- Subdrenaje


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1. Tipos de Drenaje Superficial

Periodo de retorno de 10 a 50 aos.

Cunetas

Lavaderos

Bordillos

Canales


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CUNETA Y SUB DREN TIPO


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Colocacin de dren


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Los efectos adversos del agua subterrnea se pueden

clasificar en dos categoras:

1.- Estabilidad de taludes2.- Deterioros en el pavimento, que se manifiestan

como prematuras roderas, agrietamiento y bachesque disminuyen el nivel de servicio.


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LAS FUNCIONES DE LOS SISTEMAS

DE SUBDRENAJE1.- Abatir el nivel fretico en el rea de lacarretera.

2.- Eliminar veneros, fuentes o corrientessubterrnea bajo el pavimento interceptando

el flujo antes de que llegue al pavimento.


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l f l f l


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3.- Drenar el agua superficial que se infiltradentro de la seccin estructural.

a)A travs de un pavimento permeableb)A travs de grietas juntas y otras fracturas en

la continuidad del pavimento y de la superficie

de los acotamientos.c)De un rea vecina inapropiadamente drenada.d)De las cunetas.

4.- Colectar la descarga de otros sistemas dedrenaje.

REQUERIMIENTOS BSICOS DE CUALQUIER


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REQUERIMIENTOS BSICOS DE CUALQUIERSISTEMA DE SUBDRENAJE

- Capacidad adecuada para remover rpidamentecualquier infiltracin de agua subterrnea que pudierainfiltrarse en la seccin estructural del pavimento.

- Mantener esta capacidad drenarte durante la vida del

pavimento.


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7.- Caso prctico

Construccin de la carreteraCoatzacoalcos- Minatitln.

UBICACIN DE LA CARRETERA MINATITLAN


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UBICACIN DE LA CARRETERA MINATITLAN -COATZACOALCOS


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GENERALIDADES

La carretera Minatitln- Coatzacoalcos estaconstituida por dos cuerpos separados, con unTDPA del orden de 7810 vehculos , cada cuerpoconsta de dos carriles con acotamientos de unmetro el interior y de 2.50 m el exterior, laseccin de construccin esta en terrapln delorden de 2 a 3m. El terreno de cimentacin estaconstituido por turbas del orden de 6 m., deespesor a la cual le subyace arcillas arenosas deconsistencia poco a firme.


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Durante su construccin se estuvomonitoreando los movimientos verticales

mediante puntos de control topogrfico, ascomo la evolucin de la resistencia de lossuelos , mediante sondeos con cono elctrico.

Esto permito verificar el comportamiento delterrapln durante su construccin.


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CARRETERA MINATITLAN-COATZACOALCOS


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1) El procedimiento consiste en la consolidacin ymejoramiento de los suelos del pantano.

2) El procedimiento se fundamenta en cargar el suelolentamente por etapas, dando a cada incremento decarga el tiempo necesario para lograr suconsolidacin, ganando con ello resistencia, lo que

permite hacer un nuevo incremento de carga encondiciones razonables de seguridad.

PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIONESPARA ZONA DE SUELOS BLANDOS


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3) La metodologa contempla la colocacin directasobre la turba, de una primer capa de arena

cuyo requisito es el de ser muy permeable parafacilitar la consolidacin de los suelossubyacentes. Para su colocacin deberemplearse un mtodo de desplazamiento del

frente del terrapln, logrando con ello lacolocacin masiva del suelo prcticamente enseco y firmemente compactada con la cuchillade un tractor, deber evitarse vaciarlo

directamente sobre el agua en el pantano yaque esto propicia que su acomodo resultaratotalmente suelto.


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4) Esta capa colocada ligeramente por encima delespejo de agua cargara los suelos del desplante einiciara su consolidacin debiendo para ello dartiempo suficiente, que es del orden de un mes. Almismo tiempo esta capa servir para dar acceso alequipo de transporte de la arena hasta el frente dela construccin. El programa de trabajo debeconsiderar que, la colocacin de la primera caparequerir como mnimo de 30 das, en toda lalongitud del terrapln por construir.

Durante este tiempo, la superficie de la caparequerir de un mantenimiento mediante recarguesy rastreos as como la incorporacin de agua en lasuperficie para facilitar el trnsito del equipo detransporte.

5) Transcurridos 30 das como mnimo de iniciada la


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5) Transcurridos 30 das como mnimo de iniciada lacolocacin de la primera capa, tiempo en que habrterminado su colocacin en toda la longitud del tramo,podr iniciarse la colocacin de una segunda capa

ahora de 0.30m. compactos. Se har la compactacincon rodillo liso vibratorio aadiendo para ello el aguanecesaria segn el proyecto.

Ni el tiempo, ni el espesor, podrn variarse, de manera

que el material acarreado podr colocarse sobre lacapa anterior, solo en el tramo que tenga un mnimo de30 das de haberse colocado. De esa manera el equipode carga, transporte, colocacin y compactacin deberser el adecuado para colocar esta segunda capa a todolo largo del tramo en 30 das mnimo.

De esa manera el equipo de carga, transporte,colocacin y compactacin deber ser el adecuadopara colocar esta segunda capa a todo lo largo deltramo.


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8) Terminando el terrapln con la seccin con pendiente


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8) Terminando el terrapln con la seccin con pendientehacia el centro y por capas, se proceder a permitir suconsolidacin durante sesenta das, este plazo deberutilizarse para el arrope de taludes, tomando turba y

materia orgnica del pantano.9) Transcurridos los sesenta das de concluido el terrapln,

en cada tramo, se proceder al recorte, afine ycompactacin de la subrasante segn niveles de

proyecto, el material excedente si lo hay, se colocarsobre los taludes, si se requiere se complementar elfaltante acarrendolo de los mismos bancos.

10) Posteriormente se proceder a la construccin de lascapas de pavimento, no debiendo transcurrir ms de

dos das de concluida la subrasante, lapso en quedeber conservarse hmeda, agregando agua si fueranecesario.


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La construccin de las terraceras en lascarreteras consumen una parte importante

del presupuesto, por lo que hay que sercuidadosos en realizar un buen proyecto,que contengan las especificaciones,tratamientos y procedimientos de

construccin, obtenidos de estudiosgeotcnicos e hidrulicos, para evitar quese presenten o se reduzca el riesgo deproblemas geotcnicos durante laoperacin de la carretera, ya que generancostos de operacin adicionales por eldesvi y tiempos de demora en el transito.


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INFORMACIN CONSULTADA

Normativa SCT para la infraestructura carretera.

Ingeniera de Carreteras, Carlos Kraemer, Jos Mara Pardillo,Sandro Rocci, Manuel G. Romana.

La Ingeniera de Suelos en las Vas Terrestres, vol. I-II, Alfonso Ricoy Hermilo Del Castillo.

Presentacin Curso Taller Diseo de Pavimentos Flexibles de la

Asociacin Mexicana de Ingeniera de las Vas Terrestres, A.C.

Agradecimientos. al P.I Francisco Gonzlez Rangel

Por su colaboracin en la presentacin de la ponencia


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MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCIN

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