Curso_caminos_i_-_parete_1-a.pdf
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CURSO : CAMINOS I UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA - FIC ING. GONZALO BRAZZINI SILVA
INTRODUCCION
El transporte ha sido siempre uno de los principales factores del avance de una civilización. En esta época de globalización y modernizacion, la construcción de un sistema de transporte eficaz y convenientemente conservado es uno de los factores mas significativos del desarrollo de un país.
La vida moderna y la globalización exige el rápido transporte de personas y mercancías de un punto a otro en condiciones de seguridad y economía. Este transporte se puede lograr mediante vías de comunicación coherentemente vinculadas entre si (caminos, ferrocarriles, puertos, aeropuertos, gaseoductos etc.)
Es un axioma bien conocido que el desarrollo de un país esta en función de la rapidez que le permite su Red de Caminos.
TRANSPORTE VIAL
CARRETERAS.- En la historia de los medios
de transporte la carretera ocupa un lugar importante desde la época primitiva, cuando el hombre busca los lugares más difíciles para trasladarse entre caverna y caverna, formando sendas o veredas para posteriormente unir familias que vivían aisladas.
Estas sendas o veredas tuvieron que mejorar sus condiciones a medida que ya no se trataba de ir a pie por ellas, sino que comenzaron a utilizarse los animales para carga y después con el descubrimiento de la rueda se sentó la base para el progreso de la humanidad.
A manera que progresaban los vehículos de tiro y se veía su creciente necesidad, fue necesario mejorar las características de los caminos (dotarlas de una capa de rodadura que tuviera resistencia suficiente para soportar las cargas). Por otra parte al pasar el camino por obstáculos naturales requería la implementación de obras de arte, tales como puentes, así como también reducir sus pendientes, cambiando la configuración del terreno y así se inicia la ejecución de movimiento de tierras
CARRETERA
Esta evolución nos conduce en forma natural a lo que hoy conocemos con el nombre de “camino”, que se puede definir como “ Una faja de terreno convenientemente preparada, de acuerdo con características técnicas y dotadas de obras tales, que por ella puedan transitar los vehículos a velocidades determinadas, en las mejores condiciones de seguridad y economía”
Carpeta asfaltica
Nivel de afirmado
Ventajas de contar con una buena red de caminos
1.- Aumento de la producción agrícola, ganadera, minera y de otras riquezas naturales.
2.- Colonización de regiones apartadas en especial cuando la vía pasa por zonas productivas
3.- Aumento del poder de compra de toda la población para gran variedad de mercancías (productos manufacturados) 4.- Conversión de cultivos (productos de pan llevar) a otros mas productivos y rentables (café, cacao etc.) 5.- Equilibrio de la mano de obra, teniendo en cuenta las industrias fijas y temporales.
6.- Desarrollo de la instrucción publica y privada por hacerse mas accesibles los centros educativos y mejora de la calidad educativa. 7.- Mejora de las condiciones sanitarias por ser mas fácil la asistencia medica.
Concepto económico en el proyecto de un camino
Un camino debe ser proyectado bajo un punto de vista estrictamente económico, aplicando el concepto del costo mínimo tanto para su construcción, explotación y mantenimiento, sin tener que sacrificar las especificaciones técnicas de construcción.
ETAPAS DE UNA CARRETERA
Para poder estudiar una carretera, es necesario separarla en etapas como lo son: planeación, proyecto y construcción.
1.- Planeación En la planeación, se buscan los factores geográfico físicos, económico - sociales y políticos que caracterizan a la región. El estudio socio - económico busca valorar las características de la población, el aprovechamiento de los recursos naturales, rendimiento de actividades y niveles de consumo. En lo que se refiere a la población se busca su crecimiento y distribución.
2.- Proyecto A partir de los datos de la planeación, se hace el proyecto en base a estudios topográficos, estudio de mecánica de suelos, geotécnicos, hidrológicos, impacto ambiental, arqueológicos, estudio de estructuras y obras de arte Se lleva a cabo el reconocimiento y se fijan puntos obligados para hacer el trazo preliminar. Es una poligonal abierta donde se clavan estacas a cada 20 metros. Este sirve de base para el trazo definitivo y para un presupuesto preliminar. La ruta escogida debe satisfacer los siguientes requisitos:
1.- Que sirva a mayor numero de poblaciones. 2.- Que fomente el desarrollo de una mayor zona de influencia. 3.- Que permita posteriores mejoramientos en función de las necesidades de trafico. 4.- Que sea la mas corta y pendientes moderadas. 5.- La mas económica. 6.- Que ofrezca condiciones favorables para su construcción, explotación y mantenimiento
Definiciones elementales
Tiene como objetivo definir los términos principales utilizados en el diseño geométrico de carreteras, con el fin de hacer viable y facilitar las relaciones entre las distintas partes que intervienen en el proyecto, así como unificar la terminología utilizada a nivel nacional e internacional
DEFINICIONES ELEMENTALES
Alineamiento ò eje de la vía
ESTACA.-
Son puntos situados sobre una alineación dada, y separados unos de otros por una distancia determinada (20 mt en tramos en tangente, 10 mt en tramos de curva o donde algún accidente topográfico lo justifique. La costumbre en carreteras es representar las estacas por números pares, así por ejemplo las estacas 02+00, 04+00, 10+4.45, indican distancias a partir del inicio del trazo de 20, 40, 104.45 metros respectivamente.
N
10+4.45 04+00
02+00 (X,Y)
Estaca
Inicio – Km. 0+000
Calzada.- Es la zona del
camino dedicada al transito de vehículos y comprende un numero entero de vías de circulación.
Vía de Circulación.-
Cada una de las fajas elementales en que se considera dividida la calzada.
Calzada
Vía de circulación -----------------------------------------
Bom beo.- Diferencia
de nivel entre el eje de la calzada y sus bordes , se presenta en tramos rectos ò tangente y se da en %. Su función es drenar el agua que cae sobre la calzada
Tramo en tangente ò recta Calzada
------------------------Bombeo (%)
Eje de la vía
Berm a (Paseo).- Parte
de la vía que se construye a ambos lados de la calzada, cuyo objetivo es servir de contención lateral de la misma y como zona de estacionamiento a los vehículos que eventualmente sufren algún desperfecto.
Calzada
Berma
Berma
Calzada
BERMA
Cuneta.- Canal que se ubica
donde la sección pasa en corte, contiguo a los bordes de la vía, cuya función es la de evacuar el agua que discurre por la calzada, la berma y el talud.
Cuneta
Calzada
Cuneta
Talud.- Son obras normalmente de tierra que se construyen a ambos lados de la vía (tanto en corte como en relleno), con una inclinación tal que garanticen su estabilidad.
Talud de corte
Talud de relleno
TALUD DE CORTE
TALUD DE RELLENO
Fenómenos geodinámicas
Derecho de Vía.- zona que comprende,
además de la vía y sus obras complementarias una franja de terreno a ambos lados de la misma, en la cual no se permitirá la construcción de servidumbre de ninguna especie. Su objetivos tener suficiente terreno para futuros ensanches de la carretera.
Derecho de Vía - variable
Eje de la vía Calzada Talud de corte
Talud de relleno Corona Cuneta
Derecho de Vía
VELOCIDAD DIRECTRIZ O DISEÑO
La velocidad directriz o diseño del proyecto se define como aquella velocidad máxima a la cual el conductor de un vehículo, de habilidad media, manejando con razonable atención pueda circular con entera seguridad sobre un tramo de carretera. La velocidad directriz es el parámetro principal para el diseño geométrico de la vía. La velocidad de diseño a adoptar esta en relación directa con las características topográficas del terreno, del volumen de transito que circulara por ella y de la importancia de la vía. Los demás elementos que gobiernan el diseño de la vía están en función de la velocidad directriz.
En el Perú los valores de las Vd están supeditados a la clase de carretera y la topografía TO
PO
GRAFIA
Clase de carretera 1er. Orden
Plana
Ondulada
Accidentada
100 k/h
60 k/h
45 /k/h
2do. orden
80 k/h
45 k/h
30 k/h
3er. orden
50 k/h
35 k/h
25 k/h
4to. orden
30 k/h
25 k/h
20 k/h
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO DE UNA CARRETERA Además de la velocidad directriz como parámetro principal de diseño mencionaremos los siguientes: 1-. Trafico.- Conocer el trafico que ha de servir una vía es dato fundamental para el proyecto. Es necesario conocer el numero de vehículos, su tipo, cargas y su distribución en el tiempo, para determinar no solo las características de la sección transversal mas adecuada, sino también la longitud de sus pendientes máximas, su longitud y la calidad que debe tener su cimiento y el diseño de pavimento. Para lograr un buen parámetro de calculo se recurre a los estudios de origen y destino, así como también al conteo manuales o electrónicos de los vehículos y control de cargas.
Tránsito (Tráfico): Los vehículos de todo tipo, con sus respectivas cargas, considerados aisladamente o en conjunto, mientras utilizan cualquier vía. ° Volumen de Tránsito: Número de vehículos que pasan por una sección dada de una vía, durante un período determinado Índice Medio Diario Anual (IMD): volumen promedio de tránsito en veinticuatro (24) horas, obtenido al dividir el volumen total durante un determinado tiempo, generalmente un (1) año, por el número de días del mismo período °
Proyección de Tránsito: El volumen de tránsito para un año cualquiera se determina empleando la siguiente ecuación: IMD(n) = IMDo * (1+ TC) n en donde: IMD(n) = Volumen diario de vehículos para el año "n" IMDo = Volumen diario de vehículos para el año inicial del período considerado. TC = Tasa de Crecimiento para el período de años en análisis (%), expresada en forma decimal n = Número de años del período considerado
La Norma establece: peso bruto máximo total por vehículo < 48,000Kg
2.- Topografía.- El éxito económico de una carretera consiste en que una los punto del proyecto en forma tal, que su recorrido y movimiento de tierras sea el mínimo necesario, tratando en lo posible que la vía se acomode por los lugares del terreno donde la topografía sea mas suave y cumpla con las especificaciones técnicas del proyecto. La topografía es el primer factor que debe analizarse antes de elegir la alternativa definitiva.
3.- Suelos.- Conocer las propiedades físico-mecánicas de los suelos por los que atravesara la vía y los utilizados para la construcción de terraplenes es tema muy importante en todo proyecto vial, ya que de ello depende el diseño de pavimento y la inclinación de los taludes de corte y relleno.
Para determinar las características físicomecánicas de los suelos encontrados y realizar el perfil estratigráfico se deberá realizar los siguientes ensayos de laboratorio: • • • • • •
Análisis Granulométrico Limites de Consistencia Clasificación SUCS y AASHTO Contenido de humedad. Ensayo de Proctor Modificado. Ensayo de CBR
Prospecciones de campo
P ERFI L ESTATI GRAFI CO
CANTERAS
Proceso de lastrado y compactacion
4.- Drenaje.- El agua es el elemento mas destructivo de la naturaleza, es por eso que el drenaje es uno de los elementos fundamentales que garantiza que la vía dure el tiempo previsto en el diseño. Los elementos básicos en una vía son el bombeo, las alcantarillas y cunetas y eventualmente los subdrenes.
5.- Estética.- En las carreteras antiguas se
daba poca importancia a la proyección del paisajismo que circundaba la vía, ya que su función era netamente comercial, sin embargo en los momentos actuales las carreteras no solo cumplen su función comercial, sino también son fuentes de cultura y turismo.
CLASIFICACION VIAL
El primer paso para la realización de un proyecto de carretera es establecer una clasificación que permita reunir en grupo de carreteras de características similares. Esta clasificación debe hacerse en base de la función y el servicio prestado por las mismas.
En el Perú hace dos décadas los volúmenes de transito no eran muy altos, no obstante, en los momentos actuales y debido al desarrollo alcanzado en los diferentes sectores de la economía del país, estos volúmenes de transito han ido aumentando progresivamente.
Según las nuevas Normas Peruanas la clasificación vial es la siguiente: 1.- Clasificación por importancia de la vía * Carreteras de primer orden.- Son aquellas cuyo IMD es mayor a 4,000 vehículos/día * Carreteras de segundo orden.- Son aquellas cuyo IMD esta entre 2,001 y 4,000 vehículos/día.
* Carreteras de tercer orden.- Son aquellas con un IMD esta entre 201 – 2,000 veh/dia * Carreteras de cuarto orden.- Son aquellas cuyo IMD es menor a 200 veh/dia. IMD = INDICE MEDIO DIARIO
2.- Clasificación según sus características * Autopistas (AP).- vía de calzadas separadas, cada una con dos o mas carriles, soportan el mas alto volumen de trafico, con un control total de sus accesos (ingresos y salidas) que permite un flujo vehicular continuo. * Carreteras Multicarril (MC).- vía de calzadas separadas, cada una con dos o mas carriles, con control parcial de los accesos. * Carreteras de dos carriles (DC).- Vía de calzada única, con dos vías, uno por cada sentido de circulación.
ETAPAS DE UNA CARRETERA
Para poder estudiar una carretera, es necesario separarla en etapas como lo son: planeación, proyecto y construcción.
1.- Planeación En la planeación, se buscan los factores geográfico físicos, económico - sociales y políticos que caracterizan a la región. El estudio socio - económico busca valorar las características de la población, el aprovechamiento de los recursos naturales, rendimiento de actividades y niveles de consumo. En lo que se refiere a la población se busca su crecimiento y distribución.
2.- Proyecto A partir de los datos de la planeación, se hace el proyecto en base a estudios topográficos, estudio de mecánica de suelos, hidrológicos, impacto ambiental, arqueológicos y estudio de estructuras. Se lleva a cabo el reconocimiento y se fijan puntos obligados para hacer el trazo preliminar. Es una poligonal abierta donde se ubica el estacado respectivo, el cual sirve de base para el trazo definitivo y para elaborar un presupuesto preliminar. El procedimiento es el siguiente
• Marcar el punto de partida mediante un hito de concreto permanente. • Establecer la orientación y cota en el punto de partida a partir del cual se inicia el trazado en planta y perfil de la vía. • Determinar las secciones transversales en el eje de la vía en base al estacado y sus cotas. • En base a las secciones transversales , se calcula los volúmenes de tierra a ejecutar y determinar el presupuesto de obra.
EL MOVIMIENTO DE LOS VEHICULOS – ADHERENCIA Y ROZAMIENTO
Todo vehiculo se mueve debido a un esfuerzo de tracción. Del esfuerzo total del motor, una parte es absorbida por las resistencias internas del vehiculo, el que resta se aplica a las ruedas motrices y produce el movimiento. En el movimiento intervienen tres factores importantes para que sea posible determinar la relación entre el vehiculo y el camino, que son:
A) El coeficiente de adherencia µa .- Si tenemos dos cuerpos A y B en contacto, según una superficie horizontal y entre ambos actúa una fuerza vertical P y una fuerza horizontal F, los cuerpos no se separaran hasta que F alcance un valor limite F = µa x P Para valores de F > µa x P, los cuerpos se desplazaran horizontalmente.
P
A µa
F B
B) Coeficiente de rozamiento por rotación µr.-Es la relación, en el memento de iniciarse el desplazamiento, entre el esfuerzo que determina el movimiento y el vertical que aplica la rueda sobre el camino, fenómeno que hace avanzar el vehículo
Si: F = µr x P (se inicia el movimiento) Si : F > µr x P ( patinará)
F
µt P
El coeficiente de rotación (µr ) varia con la velocidad, con la naturaleza y estado de los neumáticos, presión de inflado, con la naturaleza del pavimento de la carretera y su estado de sequedad ó humedad y su análisis matemático es muy complejo. C) Resistencias a la Rodadura.- Las resistencias a la rodadura son aquellas debido a las resistencias internas del vehículo mismo (resistencias internas), y se mide en kilos por cada mil kilos de peso sobre las ruedas. Tenemos también las resistencia externas que son: * Resistencia debido a las curvas (Radios pequeños) * Resistencia debido a la pendiente (Peso y pendiente) * Residencia debido al aire. (velocidad y área frontal)
PROYECTO DE UN CAMINO
Todo camino debe ser proyectado sobre la base de una directriz dada : “La Velocidad directriz del Camino”. En esta fase los trabajos son de carácter interdisciplinarios, ya que intervienen profesionales de diferentes ramas de la ingeniería. Para realizar el proyecto se efectúa primeramente un recopilación de datos de la zona por comunicar mediante mapas, planos a curvas de nivel, mapas de climas, geológicos fotografías aéreas etc.
DISEÑO GEOMETRICO DE UN CAMINO
Los criterios que se refieren específicamente al trazado geométrico del camino, en armonía con la topografía el terreno establecen por separado las siguientes etapas, bajo los criterios de Especificaciones Técnicas establecidas y son: 1.- Trazado en Planta 2.- Trazado en perfil longitudinal y rasante 2.- Secciones Transversales (áreas y volúmenes)
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS GENERALES PARA CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS (EG 2000)
EG-2000
ESPECIFICACIONES TECNICAS.
TRAZADO EN PLANTA
El trazado en planta o alineamiento horizontal es la proyección del eje del camino sobre un plano horizontal, dicho eje horizontal esta constituido por una serie de tramos rectos denominados tangentes, enlazados entre si por curvas horizontales. Cuando el vehículo marcha en tangente las fuerzas que actúan sobre él son el peso P del mismo y la reacción que el rozamiento por la rotación de las ruedas produce en el pavimento y que es causa de que el vehículo avance con relativa seguridad.
Vista en planta de un camino
Curva horizontal
Recta o tangente
Elementos de la curva horizontal
PM
Elementos de una curva horizontal
Los elementos principales de una curva horizontal son: PI=punto de intersección de dos alineamientos consecutivos. = Angulo de deflexión en el PI R= Radio de la curva horizontal PC= punto donde comienza la curva PT= punto donde termina la curva y empieza la tangente Lc= longitud de la curva horizontal T= tangente de la curva E= externa, distancia del PI a la mitad de la curva (bisectriz)
Donde: T = Tangente de la curva (sub tangente) T = R x Tang. Δ/2 CL= Cuerda larga CL= 2 x R x Sen Δ/2 E = Externa E = R(Sec. Δ/2 - 1) M = Ordenada Media M = R(1- Cos Δ/2) L = Longitud de la curva L = (π x R x Δ) / 180 tambien (L =20 x Δ /Gc ) Δ =Angulo de deflexión en el PI R = Radio de la curva horizontal
Curva PC
Curva PI
PT
Calcular el estacado los elementos de las curvas circular simple cuyos datos son: - distancia Km- 0+00 – PI1 = 486.50 m 1 = 32º20’42” (derecha) Distancia PI1 – PI2 = 184.20 m Rc1 = 70 m. 2 = 61º14`10” (izquierda) Rc2 = 189.75 m
Criterios para el trazado en planta
1.- Para el trazado en planta se ha demostrado que curvas excesivas por Km, generan accidentes. 2.- La alineación debe ser lo mas directa posible , pero debe de estar en concordancia con la topografía, que siga los contornos naturales del terreno estéticamente, preferible a tangentes grandes. 3.- En lo posible se debe evitar curvas horizontales con radios pequeños
4.- En las curvas circulares compuestas y las curvas de volteo, el radio de la curva mas suave no debe ser mayor en un 50% del radio de la curva circular de menor curvatura. 5.- Debe evitarse cualquier curva reversa en la alineación, debiendo en todo caso diseñar un tramo recto entre las dos curvas por efecto de cambio de peralte (longitud de transición de peralte)
4.-Evitar curvas de radio pequeño por < 60º R> R mínimo especificado por las normas de Diseño
5.- Evitarse curvas reversas sin tangente de transición
Curva de volteo PI1 Δ1
Pc1
R1 > R2
R1
Pt1 = Pc2
Pt2
R2<50 % R1
Δ2
PI2
Pt2 PI2
Pc1 Pt1 Pc2
PI1
En zonas de topografía accidentada las curvas de volteo generan grandes cortes, rellenos y/o muros de contención
6.- Debe evitarse las curvas de “lomo roto” en dos curvas de la misma dirección intercalando una pequeña tangente entre ellas (menores a 200 m.) , debiendo diseñar en todo caso una curva compuesta Lomo Roto
PI
Pc
Pt
PI
Pc R2
R1
Pt
PROYECTO DE UNA CURVA
Las curvas deben ser proyectadas con el mayor radio posible. Al proyectar la curva de un trazado se debe tener en cuenta lo siguiente: 1.- La combinación de radios mínimos y peraltes, para evitar los peligros de deslizamiento y vuelco. 2.-El paso de la alineación recta a la curva, intercalando curvas de transición que eviten la brusca aparición de la fuerza centrifuga. 3.- El sobreancho en las zonas de la curva que permita conservar la misma capacidad de trafico que en los tramos en tangente. 4.- La debida visibilidad asegurada por el radio mínimo de la curva o por las obras de corte necesarios.
INTRODUCCION
El transporte ha sido siempre uno de los principales factores del avance de una civilización. En esta época de globalización y modernizacion, la construcción de un sistema de transporte eficaz y convenientemente conservado es uno de los factores mas significativos del desarrollo de un país.
La vida moderna y la globalización exige el rápido transporte de personas y mercancías de un punto a otro en condiciones de seguridad y economía. Este transporte se puede lograr mediante vías de comunicación coherentemente vinculadas entre si (caminos, ferrocarriles, puertos, aeropuertos, gaseoductos etc.)
Es un axioma bien conocido que el desarrollo de un país esta en función de la rapidez que le permite su Red de Caminos.
TRANSPORTE VIAL
CARRETERAS.- En la historia de los medios
de transporte la carretera ocupa un lugar importante desde la época primitiva, cuando el hombre busca los lugares más difíciles para trasladarse entre caverna y caverna, formando sendas o veredas para posteriormente unir familias que vivían aisladas.
Estas sendas o veredas tuvieron que mejorar sus condiciones a medida que ya no se trataba de ir a pie por ellas, sino que comenzaron a utilizarse los animales para carga y después con el descubrimiento de la rueda se sentó la base para el progreso de la humanidad.
A manera que progresaban los vehículos de tiro y se veía su creciente necesidad, fue necesario mejorar las características de los caminos (dotarlas de una capa de rodadura que tuviera resistencia suficiente para soportar las cargas). Por otra parte al pasar el camino por obstáculos naturales requería la implementación de obras de arte, tales como puentes, así como también reducir sus pendientes, cambiando la configuración del terreno y así se inicia la ejecución de movimiento de tierras
CARRETERA
Esta evolución nos conduce en forma natural a lo que hoy conocemos con el nombre de “camino”, que se puede definir como “ Una faja de terreno convenientemente preparada, de acuerdo con características técnicas y dotadas de obras tales, que por ella puedan transitar los vehículos a velocidades determinadas, en las mejores condiciones de seguridad y economía”
Carpeta asfaltica
Nivel de afirmado
Ventajas de contar con una buena red de caminos
1.- Aumento de la producción agrícola, ganadera, minera y de otras riquezas naturales.
2.- Colonización de regiones apartadas en especial cuando la vía pasa por zonas productivas
3.- Aumento del poder de compra de toda la población para gran variedad de mercancías (productos manufacturados) 4.- Conversión de cultivos (productos de pan llevar) a otros mas productivos y rentables (café, cacao etc.) 5.- Equilibrio de la mano de obra, teniendo en cuenta las industrias fijas y temporales.
6.- Desarrollo de la instrucción publica y privada por hacerse mas accesibles los centros educativos y mejora de la calidad educativa. 7.- Mejora de las condiciones sanitarias por ser mas fácil la asistencia medica.
Concepto económico en el proyecto de un camino
Un camino debe ser proyectado bajo un punto de vista estrictamente económico, aplicando el concepto del costo mínimo tanto para su construcción, explotación y mantenimiento, sin tener que sacrificar las especificaciones técnicas de construcción.
ETAPAS DE UNA CARRETERA
Para poder estudiar una carretera, es necesario separarla en etapas como lo son: planeación, proyecto y construcción.
1.- Planeación En la planeación, se buscan los factores geográfico físicos, económico - sociales y políticos que caracterizan a la región. El estudio socio - económico busca valorar las características de la población, el aprovechamiento de los recursos naturales, rendimiento de actividades y niveles de consumo. En lo que se refiere a la población se busca su crecimiento y distribución.
2.- Proyecto A partir de los datos de la planeación, se hace el proyecto en base a estudios topográficos, estudio de mecánica de suelos, geotécnicos, hidrológicos, impacto ambiental, arqueológicos, estudio de estructuras y obras de arte Se lleva a cabo el reconocimiento y se fijan puntos obligados para hacer el trazo preliminar. Es una poligonal abierta donde se clavan estacas a cada 20 metros. Este sirve de base para el trazo definitivo y para un presupuesto preliminar. La ruta escogida debe satisfacer los siguientes requisitos:
1.- Que sirva a mayor numero de poblaciones. 2.- Que fomente el desarrollo de una mayor zona de influencia. 3.- Que permita posteriores mejoramientos en función de las necesidades de trafico. 4.- Que sea la mas corta y pendientes moderadas. 5.- La mas económica. 6.- Que ofrezca condiciones favorables para su construcción, explotación y mantenimiento
Definiciones elementales
Tiene como objetivo definir los términos principales utilizados en el diseño geométrico de carreteras, con el fin de hacer viable y facilitar las relaciones entre las distintas partes que intervienen en el proyecto, así como unificar la terminología utilizada a nivel nacional e internacional
DEFINICIONES ELEMENTALES
Alineamiento ò eje de la vía
ESTACA.-
Son puntos situados sobre una alineación dada, y separados unos de otros por una distancia determinada (20 mt en tramos en tangente, 10 mt en tramos de curva o donde algún accidente topográfico lo justifique. La costumbre en carreteras es representar las estacas por números pares, así por ejemplo las estacas 02+00, 04+00, 10+4.45, indican distancias a partir del inicio del trazo de 20, 40, 104.45 metros respectivamente.
N
10+4.45 04+00
02+00 (X,Y)
Estaca
Inicio – Km. 0+000
Calzada.- Es la zona del
camino dedicada al transito de vehículos y comprende un numero entero de vías de circulación.
Vía de Circulación.-
Cada una de las fajas elementales en que se considera dividida la calzada.
Calzada
Vía de circulación -----------------------------------------
Bom beo.- Diferencia
de nivel entre el eje de la calzada y sus bordes , se presenta en tramos rectos ò tangente y se da en %. Su función es drenar el agua que cae sobre la calzada
Tramo en tangente ò recta Calzada
------------------------Bombeo (%)
Eje de la vía
Berm a (Paseo).- Parte
de la vía que se construye a ambos lados de la calzada, cuyo objetivo es servir de contención lateral de la misma y como zona de estacionamiento a los vehículos que eventualmente sufren algún desperfecto.
Calzada
Berma
Berma
Calzada
BERMA
Cuneta.- Canal que se ubica
donde la sección pasa en corte, contiguo a los bordes de la vía, cuya función es la de evacuar el agua que discurre por la calzada, la berma y el talud.
Cuneta
Calzada
Cuneta
Talud.- Son obras normalmente de tierra que se construyen a ambos lados de la vía (tanto en corte como en relleno), con una inclinación tal que garanticen su estabilidad.
Talud de corte
Talud de relleno
TALUD DE CORTE
TALUD DE RELLENO
Fenómenos geodinámicas
Derecho de Vía.- zona que comprende,
además de la vía y sus obras complementarias una franja de terreno a ambos lados de la misma, en la cual no se permitirá la construcción de servidumbre de ninguna especie. Su objetivos tener suficiente terreno para futuros ensanches de la carretera.
Derecho de Vía - variable
Eje de la vía Calzada Talud de corte
Talud de relleno Corona Cuneta
Derecho de Vía
VELOCIDAD DIRECTRIZ O DISEÑO
La velocidad directriz o diseño del proyecto se define como aquella velocidad máxima a la cual el conductor de un vehículo, de habilidad media, manejando con razonable atención pueda circular con entera seguridad sobre un tramo de carretera. La velocidad directriz es el parámetro principal para el diseño geométrico de la vía. La velocidad de diseño a adoptar esta en relación directa con las características topográficas del terreno, del volumen de transito que circulara por ella y de la importancia de la vía. Los demás elementos que gobiernan el diseño de la vía están en función de la velocidad directriz.
En el Perú los valores de las Vd están supeditados a la clase de carretera y la topografía TO
PO
GRAFIA
Clase de carretera 1er. Orden
Plana
Ondulada
Accidentada
100 k/h
60 k/h
45 /k/h
2do. orden
80 k/h
45 k/h
30 k/h
3er. orden
50 k/h
35 k/h
25 k/h
4to. orden
30 k/h
25 k/h
20 k/h
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO DE UNA CARRETERA Además de la velocidad directriz como parámetro principal de diseño mencionaremos los siguientes: 1-. Trafico.- Conocer el trafico que ha de servir una vía es dato fundamental para el proyecto. Es necesario conocer el numero de vehículos, su tipo, cargas y su distribución en el tiempo, para determinar no solo las características de la sección transversal mas adecuada, sino también la longitud de sus pendientes máximas, su longitud y la calidad que debe tener su cimiento y el diseño de pavimento. Para lograr un buen parámetro de calculo se recurre a los estudios de origen y destino, así como también al conteo manuales o electrónicos de los vehículos y control de cargas.
Tránsito (Tráfico): Los vehículos de todo tipo, con sus respectivas cargas, considerados aisladamente o en conjunto, mientras utilizan cualquier vía. ° Volumen de Tránsito: Número de vehículos que pasan por una sección dada de una vía, durante un período determinado Índice Medio Diario Anual (IMD): volumen promedio de tránsito en veinticuatro (24) horas, obtenido al dividir el volumen total durante un determinado tiempo, generalmente un (1) año, por el número de días del mismo período °
Proyección de Tránsito: El volumen de tránsito para un año cualquiera se determina empleando la siguiente ecuación: IMD(n) = IMDo * (1+ TC) n en donde: IMD(n) = Volumen diario de vehículos para el año "n" IMDo = Volumen diario de vehículos para el año inicial del período considerado. TC = Tasa de Crecimiento para el período de años en análisis (%), expresada en forma decimal n = Número de años del período considerado
La Norma establece: peso bruto máximo total por vehículo < 48,000Kg
2.- Topografía.- El éxito económico de una carretera consiste en que una los punto del proyecto en forma tal, que su recorrido y movimiento de tierras sea el mínimo necesario, tratando en lo posible que la vía se acomode por los lugares del terreno donde la topografía sea mas suave y cumpla con las especificaciones técnicas del proyecto. La topografía es el primer factor que debe analizarse antes de elegir la alternativa definitiva.
3.- Suelos.- Conocer las propiedades físico-mecánicas de los suelos por los que atravesara la vía y los utilizados para la construcción de terraplenes es tema muy importante en todo proyecto vial, ya que de ello depende el diseño de pavimento y la inclinación de los taludes de corte y relleno.
Para determinar las características físicomecánicas de los suelos encontrados y realizar el perfil estratigráfico se deberá realizar los siguientes ensayos de laboratorio: • • • • • •
Análisis Granulométrico Limites de Consistencia Clasificación SUCS y AASHTO Contenido de humedad. Ensayo de Proctor Modificado. Ensayo de CBR
Prospecciones de campo
P ERFI L ESTATI GRAFI CO
CANTERAS
Proceso de lastrado y compactacion
4.- Drenaje.- El agua es el elemento mas destructivo de la naturaleza, es por eso que el drenaje es uno de los elementos fundamentales que garantiza que la vía dure el tiempo previsto en el diseño. Los elementos básicos en una vía son el bombeo, las alcantarillas y cunetas y eventualmente los subdrenes.
5.- Estética.- En las carreteras antiguas se
daba poca importancia a la proyección del paisajismo que circundaba la vía, ya que su función era netamente comercial, sin embargo en los momentos actuales las carreteras no solo cumplen su función comercial, sino también son fuentes de cultura y turismo.
CLASIFICACION VIAL
El primer paso para la realización de un proyecto de carretera es establecer una clasificación que permita reunir en grupo de carreteras de características similares. Esta clasificación debe hacerse en base de la función y el servicio prestado por las mismas.
En el Perú hace dos décadas los volúmenes de transito no eran muy altos, no obstante, en los momentos actuales y debido al desarrollo alcanzado en los diferentes sectores de la economía del país, estos volúmenes de transito han ido aumentando progresivamente.
Según las nuevas Normas Peruanas la clasificación vial es la siguiente: 1.- Clasificación por importancia de la vía * Carreteras de primer orden.- Son aquellas cuyo IMD es mayor a 4,000 vehículos/día * Carreteras de segundo orden.- Son aquellas cuyo IMD esta entre 2,001 y 4,000 vehículos/día.
* Carreteras de tercer orden.- Son aquellas con un IMD esta entre 201 – 2,000 veh/dia * Carreteras de cuarto orden.- Son aquellas cuyo IMD es menor a 200 veh/dia. IMD = INDICE MEDIO DIARIO
2.- Clasificación según sus características * Autopistas (AP).- vía de calzadas separadas, cada una con dos o mas carriles, soportan el mas alto volumen de trafico, con un control total de sus accesos (ingresos y salidas) que permite un flujo vehicular continuo. * Carreteras Multicarril (MC).- vía de calzadas separadas, cada una con dos o mas carriles, con control parcial de los accesos. * Carreteras de dos carriles (DC).- Vía de calzada única, con dos vías, uno por cada sentido de circulación.
ETAPAS DE UNA CARRETERA
Para poder estudiar una carretera, es necesario separarla en etapas como lo son: planeación, proyecto y construcción.
1.- Planeación En la planeación, se buscan los factores geográfico físicos, económico - sociales y políticos que caracterizan a la región. El estudio socio - económico busca valorar las características de la población, el aprovechamiento de los recursos naturales, rendimiento de actividades y niveles de consumo. En lo que se refiere a la población se busca su crecimiento y distribución.
2.- Proyecto A partir de los datos de la planeación, se hace el proyecto en base a estudios topográficos, estudio de mecánica de suelos, hidrológicos, impacto ambiental, arqueológicos y estudio de estructuras. Se lleva a cabo el reconocimiento y se fijan puntos obligados para hacer el trazo preliminar. Es una poligonal abierta donde se ubica el estacado respectivo, el cual sirve de base para el trazo definitivo y para elaborar un presupuesto preliminar. El procedimiento es el siguiente
• Marcar el punto de partida mediante un hito de concreto permanente. • Establecer la orientación y cota en el punto de partida a partir del cual se inicia el trazado en planta y perfil de la vía. • Determinar las secciones transversales en el eje de la vía en base al estacado y sus cotas. • En base a las secciones transversales , se calcula los volúmenes de tierra a ejecutar y determinar el presupuesto de obra.
EL MOVIMIENTO DE LOS VEHICULOS – ADHERENCIA Y ROZAMIENTO
Todo vehiculo se mueve debido a un esfuerzo de tracción. Del esfuerzo total del motor, una parte es absorbida por las resistencias internas del vehiculo, el que resta se aplica a las ruedas motrices y produce el movimiento. En el movimiento intervienen tres factores importantes para que sea posible determinar la relación entre el vehiculo y el camino, que son:
A) El coeficiente de adherencia µa .- Si tenemos dos cuerpos A y B en contacto, según una superficie horizontal y entre ambos actúa una fuerza vertical P y una fuerza horizontal F, los cuerpos no se separaran hasta que F alcance un valor limite F = µa x P Para valores de F > µa x P, los cuerpos se desplazaran horizontalmente.
P
A µa
F B
B) Coeficiente de rozamiento por rotación µr.-Es la relación, en el memento de iniciarse el desplazamiento, entre el esfuerzo que determina el movimiento y el vertical que aplica la rueda sobre el camino, fenómeno que hace avanzar el vehículo
Si: F = µr x P (se inicia el movimiento) Si : F > µr x P ( patinará)
F
µt P
El coeficiente de rotación (µr ) varia con la velocidad, con la naturaleza y estado de los neumáticos, presión de inflado, con la naturaleza del pavimento de la carretera y su estado de sequedad ó humedad y su análisis matemático es muy complejo. C) Resistencias a la Rodadura.- Las resistencias a la rodadura son aquellas debido a las resistencias internas del vehículo mismo (resistencias internas), y se mide en kilos por cada mil kilos de peso sobre las ruedas. Tenemos también las resistencia externas que son: * Resistencia debido a las curvas (Radios pequeños) * Resistencia debido a la pendiente (Peso y pendiente) * Residencia debido al aire. (velocidad y área frontal)
PROYECTO DE UN CAMINO
Todo camino debe ser proyectado sobre la base de una directriz dada : “La Velocidad directriz del Camino”. En esta fase los trabajos son de carácter interdisciplinarios, ya que intervienen profesionales de diferentes ramas de la ingeniería. Para realizar el proyecto se efectúa primeramente un recopilación de datos de la zona por comunicar mediante mapas, planos a curvas de nivel, mapas de climas, geológicos fotografías aéreas etc.
DISEÑO GEOMETRICO DE UN CAMINO
Los criterios que se refieren específicamente al trazado geométrico del camino, en armonía con la topografía el terreno establecen por separado las siguientes etapas, bajo los criterios de Especificaciones Técnicas establecidas y son: 1.- Trazado en Planta 2.- Trazado en perfil longitudinal y rasante 2.- Secciones Transversales (áreas y volúmenes)
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS GENERALES PARA CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS (EG 2000)
EG-2000
ESPECIFICACIONES TECNICAS.
TRAZADO EN PLANTA
El trazado en planta o alineamiento horizontal es la proyección del eje del camino sobre un plano horizontal, dicho eje horizontal esta constituido por una serie de tramos rectos denominados tangentes, enlazados entre si por curvas horizontales. Cuando el vehículo marcha en tangente las fuerzas que actúan sobre él son el peso P del mismo y la reacción que el rozamiento por la rotación de las ruedas produce en el pavimento y que es causa de que el vehículo avance con relativa seguridad.
Vista en planta de un camino
Curva horizontal
Recta o tangente
Elementos de la curva horizontal
PM
Elementos de una curva horizontal
Los elementos principales de una curva horizontal son: PI=punto de intersección de dos alineamientos consecutivos. = Angulo de deflexión en el PI R= Radio de la curva horizontal PC= punto donde comienza la curva PT= punto donde termina la curva y empieza la tangente Lc= longitud de la curva horizontal T= tangente de la curva E= externa, distancia del PI a la mitad de la curva (bisectriz)
Donde: T = Tangente de la curva (sub tangente) T = R x Tang. Δ/2 CL= Cuerda larga CL= 2 x R x Sen Δ/2 E = Externa E = R(Sec. Δ/2 - 1) M = Ordenada Media M = R(1- Cos Δ/2) L = Longitud de la curva L = (π x R x Δ) / 180 tambien (L =20 x Δ /Gc ) Δ =Angulo de deflexión en el PI R = Radio de la curva horizontal
Curva PC
Curva PI
PT
Calcular el estacado los elementos de las curvas circular simple cuyos datos son: - distancia Km- 0+00 – PI1 = 486.50 m 1 = 32º20’42” (derecha) Distancia PI1 – PI2 = 184.20 m Rc1 = 70 m. 2 = 61º14`10” (izquierda) Rc2 = 189.75 m
Criterios para el trazado en planta
1.- Para el trazado en planta se ha demostrado que curvas excesivas por Km, generan accidentes. 2.- La alineación debe ser lo mas directa posible , pero debe de estar en concordancia con la topografía, que siga los contornos naturales del terreno estéticamente, preferible a tangentes grandes. 3.- En lo posible se debe evitar curvas horizontales con radios pequeños
4.- En las curvas circulares compuestas y las curvas de volteo, el radio de la curva mas suave no debe ser mayor en un 50% del radio de la curva circular de menor curvatura. 5.- Debe evitarse cualquier curva reversa en la alineación, debiendo en todo caso diseñar un tramo recto entre las dos curvas por efecto de cambio de peralte (longitud de transición de peralte)
4.-Evitar curvas de radio pequeño por < 60º R> R mínimo especificado por las normas de Diseño
5.- Evitarse curvas reversas sin tangente de transición
Curva de volteo PI1 Δ1
Pc1
R1 > R2
R1
Pt1 = Pc2
Pt2
R2<50 % R1
Δ2
PI2
Pt2 PI2
Pc1 Pt1 Pc2
PI1
En zonas de topografía accidentada las curvas de volteo generan grandes cortes, rellenos y/o muros de contención
6.- Debe evitarse las curvas de “lomo roto” en dos curvas de la misma dirección intercalando una pequeña tangente entre ellas (menores a 200 m.) , debiendo diseñar en todo caso una curva compuesta Lomo Roto
PI
Pc
Pt
PI
Pc R2
R1
Pt
PROYECTO DE UNA CURVA
Las curvas deben ser proyectadas con el mayor radio posible. Al proyectar la curva de un trazado se debe tener en cuenta lo siguiente: 1.- La combinación de radios mínimos y peraltes, para evitar los peligros de deslizamiento y vuelco. 2.-El paso de la alineación recta a la curva, intercalando curvas de transición que eviten la brusca aparición de la fuerza centrifuga. 3.- El sobreancho en las zonas de la curva que permita conservar la misma capacidad de trafico que en los tramos en tangente. 4.- La debida visibilidad asegurada por el radio mínimo de la curva o por las obras de corte necesarios.
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