Anteproyecto De Carreteras
Un anteproyecto estudia, a un nivel más detallado que un estudio de factibilidad, las soluciones posibles posibles aun problema planteado o previsto, y las evalúa de forma que se pueda concretar forma óptima. Su nivel de definición es más rápido que el de un proyecto destinado a servir de base a un contrato de obras, cuya relación es un proceso que consume un largo tiempo y bastantes recursos. Es el caso, por ejemplo, de que la construcción de la infraestructura viaria o de una parte de ella (en especial, los puentes o los túneles) se pueda llevar a cabo por distintos procedimientos, todos ellos admisibles desde un punto de vista funcional, pero con diferentes ventajas e inconvenientes desde un punto de vista técnico o económico.
En el caso normal de que la construcción sea objeto de una licitación, el autor del proyecto no puede saber a priori (a no ser que lo imponga) el procedimiento constructivo elegido por el cliente (lo cual influirá en su oferta económica); ni suele estar en condiciones de juzgar las ventajas e inconvenientes técnicos de los distintos procedimientos ofertados, con independencia del coste y del plazo que entraña.
Sobre un trazado es que se va a elaborar el anteproyecto de la carretera, el cual consiste en fijar en los planos la línea que mejor cumpla los requisitos planimétricos y altimétricos que se hayan impuestos a la vía, de acuerdo a la clasificación que se ha hecho de la misma.
Después de haber hecho en la etapa de estudio del trazado un reconocimiento en el campo de cada una de las rutas seleccionadas, seleccionadas, y luego de hacer una evaluación de cada una de las alternativas y seleccionar la que reúna mejores condiciones llegamos a la etapa del anteproyecto donde se debe fijar en los planos la línea que represente la ruta seleccionada y para tal fin hay que realizar un estudio topográfico de
la
misma
a
través
de
una
poligonal
base,
haciendo
un
levantamiento Terrestre para anteproyectar. Para obtener información topográfica que sea precisa para realizar un ante proyecto de carreteras, es necesario efectuar un levantamiento topográfico de la faja de terreno que fue seleccionada como la las ventajosa durante los reconocimientos preliminares.
Desde hace mucho tiempo, la base de los levantamientos topográficos ha sido la poligonal de estudio, de estadía o de precisión. A lo largo de la localización prevista para el eje de la carretera. Esta poligonal sirve para apoyar el levantamiento topográfico del terreno que se encuentra a los lados del eje y referida a ella, dibujar los planos. Las técnicas utilizadas para la obtención de esta topografía han sido considerablemente mejoradas mediante el uso de la fotogrametría y de los computadores electrónicos. Por ellos es muy común que hoy en día los planos se realicen a través de fotografías de la faja de estudio, tomadas en vuelo a baja altura.
Levantamiento terrestre para anteproyectar carretera (Poligonal base)
La poligonal base recibe este nombre debido a que servirá de apoyo para el futuro replanteo de la obra. El levantamiento de esta poligonal consiste en la medición de los ángulos y los lados, en la nivelación de todos sus vértices y en la toma de las secciones transversales. Estas poligonales son abiertas, por que comienzan y terminan en puntos diferentes, pero deben tener controles en su trayectoria, según esto se pueden presentar dos casos: a) Poligonales que comienzan y terminan en puntos de coordenadas conocidas, las cuales tendrán control azimutal y métrico. b) Poligonales que comienzan y terminan en puntos de coordenadas desconocidas, las cuales tendrán control azimutal a través de azimutes determinados por medio de observaciones solares y que se aconsejan realizar cada 5 kilómetros. Los instrumentos utilizados en el levantamiento de esta poligonal deben garantizar la precisión exigida, los mismos deben ser tales como teodolitos, niveles automáticos, cinta métricas, estadía invar, etc.
Levantamiento línea Estadía
Son las más empleadas en los trabajos topográficos, en especial aquellas que derivan del anteojo topográfico y estas mediciones pueden ser de distancias horizontales y verticales con estadía, palabra que deriva del latín “stadium” medida equivalente a un largo o doble, de 180 metros de longitud y es un término que aplicamos hoy a la medición hecha por un telescopio de teodolito o taquímetro. Levantar la línea de estadía, consiste en trazar sobre el terreno una serie de alineamientos sucesivos, en los cuales hay que medir los lados y los ángulos que estos forman entre sí, nivelarlos y acotar la zona adyacente. Cuando el terreno está bastante despejado, a menudo el método de trazar preliminares con transito y estadía es satisfactorio. El procedimiento usual es hacer la poligonal, medir los ángulos verticales y las distancias con estadía, tomando visuales laterales al mismo tiempo; de esta manera se traza el control horizontal y vertical y los detalles, al mismo tiempo. Generalmente, la brigada consiste de un jefe de la misma, que puede ser el registrador; un trazador, y dos o más estadaleros, y algunas veces un registrador. Se ponen trompos en las estaciones de transito, pero no se ponen estacas intermedias. En los levantamientos extensos el control vertical se puede obtener por nivelación directa y las distancias entre las estaciones de tránsito se pueden medir con la cinta.
Levantamiento secciones transversales
A fin de tener la información del terreno que se encuentra a los lados de la poligonal, se toman secciones transversales a éstas. Los datos obtenidos deben anotarse en la libreta de campo y para ello se utiliza la columna que se encabeza con la denominación de “Topografía”. Se adopta la línea roja de la poligonal de la libreta
como eje de la poligonal, y se escribe a derecha e izquierda de esa línea lo que en el terreno está a derecha e izquierda de la poligonal. En consecuencia, al iniciarse la toma de una sección transversal habrá que dar su alineamiento, lo cual podrá hacerse a vista, con los brazos en cruz o con una escuadra de agrimensor.
Existen muchas maneras de tomar secciones transversales. La que se adopte dependerá de la topografía, de la precisión y de la rapidez requerida en el trabajo que se esté realizando. Entre las formas más usuales para tomar secciones transversales se pueden citar las siguientes:
Método del clisímetro, mira y cinta métrica
El trabajo de la toma de secciones transversales se inicia orientando la sección, tal como se indico antes, y colocando estacas o jalones que señalen el alineamiento.
Método de nivel anteojo y cinta métrica
Este es un método que se emplea con características de buena precisión en terrenos planos o casi planos. Inicialmente, el proceso es igual que el anterior, solo que en vez de clisímetro se utiliza un nivel de anteojo.
Anotación de los datos de las secciones transversales Así como hay diversas formas de tomar las secciones transversales, hay distintas maneras de anotar sus datos. Entre estas maneras se puede señalar: 1. Refiriendo todos los datos al vértice de la poligonal 2. Anotado cotas en vez de desniveles.
Levantamiento del eje
El eje de una poligonal está constituido por una serie de trazos rectos, siempre que las curvas que se requieran para enlazarlos no se alejen notablemente de ellos. En el caso de poligonales que encierran curvas con grandes externas, será preferible replantear las curvas de una vez, a fin de evitar la toma de topografía demasiado distante de la que será cubierta por el trazado. En el campo, el levantamiento del eje poligonal de estadía puede realizarse con equipos topográficos convencionales o con aparatos de alta precisión. Un aparato que ha demostrado reunir condiciones excepcionales para el levantamiento de la poligonal por saltos es llamado teodolito brújula.
Secciones transversales típicas usadas en tramos montañosos, a media ladera, llanos u ondulados
Según la topografía, predominara un tipo de sección transversal que será típica para este tramo. Así, hay carreteras cuya sección transversal va toda en corte y el tramo se dice entonces que es de trinchera. Otras veces, el tramo es de terraplén y la sección transversal es de relleno. Cuando se combinan transversalmente el corte y el relleno la sección es de media ladera, y si esta toda en corte, con el borde exterior de la plataforma en el talud del terreno, la sección es en ladera. Las características de estas secciones transversales pueden variar; la inclinación de los taludes también es variable dependiendo del tipo de suelos, altura que los cortes o relleno entre otros. La sección en ladera se adapta muy bien a los tramos de carreteras que van por faldas de montanas.la sección en media ladera es muy conveniente en los tramos que van por faldas tendidas de menor inclinación. La sección en terraplén se emplea mucho en terrenos planos. De acuerdo con el tipo de sección transversal predominante, se puede clasificar la carretera, y ella indicara la condición topográfica de la región. Se puede decir entonces que hay carreteras en montaña, y en ellas predominara la sección de lo ladera; hay carreteras o tramos en falda o media ladera, cuando la sección mas empleada es en media ladera y hay tramos en llanos o en terrenos ondulados, con el consiguiente uso de secciones en terraplén o en trinchera.
Carretera típica en terreno plano
Permite obtener alineamientos, horizontal y vertical, de modo que los vehículos pesados circulen a una velocidad aproximadamente igual a la de los vehículos ligeros. Las distancias de visibilidad que dependen tanto de las restricciones horizontales como las verticales, son generalmente largas o puede obtenerse, sin dificultades constructivas o sin mayores costos.
La pendiente general, en el sentido de avance de la vía, es considerablemente inferior a la pendiente máxima estipulada y en donde el trazo de línea recta puede constituir la solución de enlace entre dos puntos. Si se trata de una vía considerablemente extensa es necesario fijar la orientación general que habrá de seguir la línea y los puntos de control. Los sobrevuelos sobre el área son muy útiles en esta actividad. Una vez determinados los puntos de control y ubicados en el terreno, el trabajo se reduce a enlazarlos con el mejor alineamiento posible. En el campo esta actividad se puede llevar a cabo de una manera rápida y segura dado la existencia de equipos de gran alcance y precisión como el distanciometro, estación total o inclusive el GPS. Cuando se trata de una topografía muy plana el estudio de rutas se puede reducir de manera considerable. Es fácil determinar cuál es la mejor alternativa por lo cual los estudios de línea de ceros y del trazado de la línea preliminar, no requieran ser realizados, siendo posible definir de forma directa en el terreno el trazado de la línea preliminar. La localización directa es una metodología aún muy usada principalmente en terrenos planos o en proyectos muy cortos donde no da lugar a estudio de rutas y es fácil orientar el proyecto en el terreno. La localización directa consiste básicamente en definir el eje del proyecto en el terreno a partir de los diferentes controles que se puedan presentar y sin necesidad de definir previamente en un plano o mapa topográfico la localización de este. Aunque la línea recta perece ser la mejor solución en terrenos planos, las exigencias técnicas, de seguridad y estéticas desaprueban el uso de tangentes demasiado largas. Aún en terrenos planos los alineamientos curvilíneos y semicurvilíneos son los más apropiados, idea que está emparentada en la arquitectura paisajista. El diseño horizontal está condicionado principalmente por la presencia de zonas muy bajas que en temporadas lluviosas se pueden inundar transformándose en lagunas o pantanos. Otro control puede ser el de las construcciones existentes, cultivos, carreteras o líneas férreas existentes, bosques, ciénagas.
Carretera típica de terreno ondulado
Su alineamiento horizontal y vertical ocasiona que los vehículos pesados reduzcan sus velocidades significativamente por debajo de las de los vehículos livianos, pero sin ocasionar que aquellos operen a velocidades sostenidas en rampa por un intervalo de tiempo largo. Se pueden obtener sin mucha dificultad un alineamiento horizontal con tangentes relativamente largas y radios de curvatura amplios que permiten distancias de visibilidad apropiadas para la velocidad que se desarrolla. Las pendientes transversales son moderadas (del orden del 7 al 13%); los cauces son amplios y poco profundos. El terreno presenta oscilaciones suaves y amplias pero ocasionalmente pendientes altas restringen los alineamientos horizontal y vertical. En el terreno ondulado el diseño se orienta a buscar una compensación entre los volúmenes de corte y terraplén. Esta compensación contribuye a que las magnitudes de los cortes y los llenos se mantengan en niveles razonables, con lo cual se incrementa su estabilidad. Al lograr esto se alcanza también una disminución en los costos del movimiento ya que la magnitud de los cortes disminuye y parte de este material puede ser usado en la construcción de muchos terraplenes. Esta solución no solamente favorece la parte económica sino también la ambiental y de igual manera se requiere una menor disponibilidad de sitios para depositar el material de corte. La compensación entre los volúmenes de corte y lleno es posible siempre y cuando la pendiente transversal permita la construcción de terraplenes. Se debe tener especial cuidado con las corrientes de agua y las vías existentes que sean atravesadas por el proyecto.
La compensación del movimiento de tierra se presenta también en el sentido transversal generando secciones mixtas, es decir con excavación y con terraplén
Carretera típica de terreno montañoso
El diseño geométrico en este tipo de terreno obliga a que los vehículos pesados circulen a una velocidad sostenida en rampa durante distancias considerables o a intervalos frecuentes. Terreno montañoso es aquel en el cual los cambios de altura tanto longitudinal como transversal del terreno con respecto a la carretera son abruptos y donde se requieren frecuentemente los banqueos y el corte de laderas para obtener unos alineamientos horizontales y verticales aceptables. La pendiente transversal varía entre 13 y 40%, permitiendo eventualmente la construcción de terraplenes en algunos casos. En muchos casos se busca obtener un diseño con sección en ladera que consiste en hacer coincidir el borde de la banca con el perfil transversal del terreno de modo que aunque predomine la excavación esta no sea excesiva. El alineamiento horizontal presenta restricciones para la visibilidad ya que es difícil obtener tangentes largas y radios de curvatura amplios. Es importante además evaluar la composición vehicular que pueda tener la vía ya que si el porcentaje de vehículos pesados es alto el proyecto puede ser poco funcional ya que su nivel de servicio inicial es muy bajo.
El factor determinante en terrenos montañosos y escarpados y aún en los ondulados es el de la pendiente longitudinal. El reconocimiento de este tipo de terrenos es más complejo que en los terrenos planos y con un mayor número de puntos de control secundarios creando la necesidad de apartarse de la dirección rectilínea entre los sitios que van a comunicarse. El uso del avión, o mejor aún el helicóptero, en la exploración de terrenos accidentados es mucho más útil que en los planos ya que se obtiene un panorama topográfico más amplio y completo sobre el cual se puede determinar la ruta o rutas posibles para el trazado y demás referenciar de una manera más clara los diferentes puntos de control secundario.
Carretera típica de media ladera
Cuando la pendiente transversal de un tramo es menor que 1 1/2/1, la sección que mejor se adapta es la de media ladera ya que resulta más económica por ser la que obliga a menos acarreo longitudinal de tierra. En consecuencia, conocido el nivel de carretera interesara determinar la posición del eje de la vía de manera que para la sección tipo elegida, se establezca un equilibrio transversal entre las áreas de la sección. El anteproyecto de estos tramos no es más que una aplicación de la manera general de anteproyectar y podrá dividirse también en varias etapas Primera etapa: Fijación de la rasante Segunda etapa: Fijación de la posición del eje en las secciones transversales Tercera etapa: Fijación del eje en la planta Cuarta etapa: Modificación de la rasante en las secciones transversales Quinta etapa: Fijación de una nueva rasante en el perfil longitudinal
Líneas C y T
Las rectas (tangentes) de la L se fijaran en el plano por rumbos trazándola siempre con rumbos redondos hasta el medio grado a partir de los rumbos podrán obtenerse las de flexiones entre las tangentes y estas se entrelazaran con curvas circulares. En las secciones transversales es posible indicar los puntos correspondientes a las estacas de talud, es decir, los puntos en que los taludes ya sean de corte o terraplén, encuentran al terreno natural. Midiendo tanto a derecha o izquierda del eje quedan esas estacas y llevando esas distancias en las correspondientes secciones transversales en planta, se obtienen los llamados puntos C (corte) y puntos T (terraplén). La unión de estos puntos constituyen las líneas de C y de T, las cuales limita la faja del terreno que se ocupara la construcción de la carretera A cada lado de la carretera, las secciones transversales serán del mismo tipo; es decir, de corte o de terraplén. En cambio, cuando de un mismo lado de la carretera halla secciones transversales distintas las líneas de c y t se encontraran en el borde de la plataforma y la cruzaran para comunicarse del otro lado.
Puntos de Paso
La determinación de estos puntos, puntos de paso, es importante, ya que indican los lugares donde habrá que levantarse nuevas secciones transversales, imprescindible para el cálculo del movimiento de tierras. En el eje de la vía, el método para determinar los puntos donde la rasante encuentra al terreno es el siguiente: Suponiendo que el corte en A es d1, y el relleno B es d2, si el terreno baja uniformemente entre A y B, el cambio total de elevación será d1+ d2. Por B se traza BG, paralela a la rasante CF. Por triángulos semejantes (AFD y AGB) se obtiene.
La determinación de los puntos cero, c y t de las correspondientes líneas puede hacerse también directamente en los planos con curvas de nivel.
Método General para anteproyectar la Línea L
Una vez que se dispone de los planos plantas, perfil longitudinal, y secciones transversales de la faja de estudio, el ingeniero puede estudiar gráficamente un número variable de trazados. Mediante un proceso de aproximaciones sucesivas situará en los planos una línea, llamada línea L, que se considerará como tentativa del eje y que constituirá el anteproyecto de la carretera.
En el primer caso, uno de los principales objetivos del anteproyecto será el lograr la combinación de alineamientos y pendientes que reduzca al mínimo el movimiento de tierras y que proporcione la mejor compensación entre los volúmenes de excavación y relleno; en el segundo, la guía principal será la dirección de los alineamientos, según los controles que se haya establecido. Cada una de las líneas anteproyectadas requerirá una evaluación razonablemente exacta de la geometría del trazado, sin hacer falta una exactitud minuciosa, ya que al final serán desechados cuantos cálculos se hayan hecho para cada uno de los trazados, excepto para aquél que se juzgue el mejor.
Levantamiento terrestre para proyectar
Cuando el levantamiento de la faja de estudio se va a realizar por los métodos de la topografía convencional, en el terreno se lleva una poligonal que se supone se aproximara considerablemente a la línea que habrá de resultar como eje definitivo de la carretera. De acuerdo a las exigencias del trabajo, las poligonales pueden ser de estadía o de precisión, las cuales solo se diferencian entre si por el grado de exactitud requerido. Ambos tipos de poligonales pueden servir de base para el proyecto de la vía.
Según la manera como se llevan, las poligonales pueden ser libres o enlazadas. Libres son aquellas cuyos puntos extremos no son puntos de posición conocida; es el tipo de poligonal que se emplea cuando no existen referencias geodésicas. Poligonales enlazadas son aquellas que se unen a punto de posición conocido, sea por el enlace a una red trigonométrica previa del país, sea por medición y calculo de otra poligonal anterior. En la actualidad no resulta económico ejecutar los levantamientos topográficos basándose en sistemas de coordenada convencionales y con el objetivo de servir únicamente a los requerimientos inmediatos de un proyecto o construcción. Los levantamientos para carreteras, cuando se llevan a cabo bajo normas de precisión y se dejan debidamente referenciados, pueden constituir adecuados elementos de control para reconstrucciones y mejoras futuras.
Replanteo del eje de proyecto
Con base en las referencias topográficas establecidas en el proyecto geométrico, se replantea el eje de proyecto de la carretera, indicando con estacas, las estaciones cerradas cada vente (20) metros y mediante trompos con tachuela los puntos singulares, como los de inflexión (PI), principio de la curva (PC), termino de la curva (PT), así como los puntos sobre tangentes (PST), entre otros, en una longitud mínima de trescientos (300) metros a cada lado de los probables apoyos extremos del puente. En caso del cruce de barrancas profundas, el replanteo se limita a una distancia de cien (100) metros mas allá de las intersecciones de la subrasante del proyecto geométrico con el terreno natural o líneas e paso. Cuando se trate de causes con llanuras de inundación extensas, de más de un (1) kilometro de ancho, el replanteo se realiza en una longitud mínima que abarque el o los causes principales y que se extienda dentro de la zona de inundación por lo menos (200) metros a cada lado de los probables apoyos extremos del puente. Los cadenamientos se miden al centímetro y las deflexiones al minuto. Adicionalmente, se construyen dos monumentos en cada una de las márgenes del cauce, si es posible fuera del nivel alcanzado por el agua durante la creciente máxima de que se tenga nociones, bien referidos y alineados sobre la tangente del eje de proyecto.
Nivelación del eje de proyecto
Para obtener los datos que se permitan elaborar los planos de perfil de construcción y perfil detallado, una vez reemplazado el eje de proyecto de la carretera y a partir de los bancos de nivel considerados en el proyecto geo métrico se nivela obteniendo las nivelaciones, con aproximación al centímetro y comprobación de ida y vuelta, de todos los quiebres del terreno natural, de las estaciones cerradas cada vente(20) metros y de los puntos singulares como los de infl exión (PI), principio de la curva (PC), termino de curva (PT), así como de los puntos sobre tangenciales(PST), entre otros, cubriendo el ancho del cause hasta treinta(30) metros como mínimo, mas allá de las trazas con el terreno natural del nivel alcanzado por el agua durante la creciente máxima de que se tanga noticia o en una longitud igual a la estimada para el puente si está resuelta mayor, o en el caso de viaductos, hasta sesenta (60) metros mas allá de las líneas de paso. En el resto del eje replanteado, solo se nivelan las estaciones cerradas cada veinte (20) metros.
Levantamiento de las Secciones Transversales
A fin de tener la información del terreno que se encuentra a los lados de la poligonal, se toman secciones transversales a éstas. Los datos obtenidos deben anotarse en la libreta de campo y para ello se utiliza la columna que se encabeza con la denominación de “Topografía”. Se adopta la línea roja de la poligonal de la libreta
como eje de la poligonal, y se escribe a derecha e izquierda de esa línea lo que en el terreno está a derecha e izquierda de la poligonal. En consecuencia, al iniciarse la toma de una sección transversal habrá que dar su alineamiento, lo cual podrá hacerse a vista, con los brazos en cruz o con una escuadra de agrimensor. Existen muchas maneras de tomar secciones transversales. La que se adopte dependerá de la topografía, de la precisión y de la rapidez requerida en el trabajo que se esté realizando. Entre las formas más usuales para tomar secciones transversales se pueden citar las siguientes: Método del clisímetro, mira y cinta métrica. El trabajo de la toma de secciones transversales se inicia orientando la sección, tal como se indico antes, y colocando estacas o jalones que señalen el alineamiento.
Levantamiento del Eje de la línea
Es el conjunto de trabajos necesarios para levantar y nivelar en el campo, todos los quiebres notables del terreno, transversalmente a los ejes preliminares y definidos de la carretera, de las obras menores de drenaje y de los diversos elementos de las obras especiales, ubicar los caminos, carreteras y vías férreas; cableados, torres de alta tensión y postes; ductos superficiales y subterráneos; colindancias y cercas; construcciones y obras existentes; ríos, arroyos, canales y otros cuerpos de agua, o cualquier otro elemento que sea de interés, con el propósito de determinar su configuración vertical en cada sección transversal y de hacer el modelo tridimensional del terreno.
Precisión de los levantamientos de la línea P
La poligonal de precisión o línea p es una línea similar a la estadía pero la que requiere a su levantamiento una precisión, usándose para ello instrumentos tales como; teodolito, niveles, cintas mecánicas, estadía invar, miras, entre otros o cualquier otro equipo que garantice la precisión exigida. El levantamiento de esta poligonal consiste en la medición de los ángulos y de los lado, en la nivelación de todos sus vértices y en la toma de las secciones transversales, después de haber determinado el rumbo del alineamiento por observación solar, el levantamiento de dicho lado se realiza de la siguiente manera; con el teodolito colocado en la estación numero 1 se visa la número 2, la distancia se mide con precisión de centímetro empleando la estadía invar y verificando el valor por las lecturas de doble estadía o empleando cinta métrica desde el vértice 1 se hace una nivelación de precisión del vértice 2 leyendo milímetros con control taquimétricos. Los puntos intermedios entre vértices se nivelan taquimétricamente y se colocan con las cotas de precisión de los vértices. Finalizando el levantamiento de las líneas se muda el aparato en el vértice 2 donde se produce de igual manera, pues el teodolito debe estacionarse en todos los vértices.
