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Clasificación según su Función Clasificación de acuerdo a la Demanda Clasificación según sus Condiciones Orográficas
Plano Guía Plano de Rutas Plano de Alineamiento en Planta y Perfil Longitudinal Plano de Secciones Típicas Plano de secciones transversales
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La asignatura Diseño y Cálculo Geométricos de Viales tiene como objetivo fundamental desarrollar habilidades para el Diseño Geométrico de una carretera. Se trata de correlacionar los elementos físicos (número y ancho de carriles, radio de curvatura, visibilidad entre otros) con un vehículo tipo a través de la física, la geometría analítica y las matemáticas. Para ello se deberán identificar los pasos que deben seguirse para la confección de un proyecto vial así como dominar aspectos fundamentales referidos a localización y replanteo de una vía, diseño y cálculo longitudinal y transversal, movimiento de tierra y drenaje vial. El diseño geométrico es la parte más importante dentro de un proyecto de construcción o mejoramiento de una vía, pues allí se determina su configuración tridimensional, es decir, la ubicación y la forma geométrica definida para los elementos de la carretera; de manera que ésta sea funcional, segura, cómoda, estética, económica y compatible con el medio ambiente. En ese sentido el trazado debe reunir determinadas características en sus alineamientos y pendientes, y para ello deberán establecerse desde un principio los radios de curvatura mínimo y las pendientes máximas que pueden emplearse. Para el ingeniero de carretera, una de las principales metas durante la elaboración de un proyecto es lograr la combinación del alineación horizontal y vertical (pendientes) que, cumpliendo con las normas del trazado, y permita la construcción de la carretera con el menor movimiento de tierras posibles y el mejor balance entre los volúmenes de excavación y relleno. El proyecto geométrico tiene como objetivo establecer las características óptimas del alineamiento horizontal y vertical de una carretera, en función de los parámetros indicados a continuación:
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1.1.-
Evaluar las tres rutas alternativas, para elegir la que mejor satisfaga las necesidades requeridas y que demande la más económica para su posible construcción.
Comparar las pendientes con sus respectivas distancias y las pendientes transversales de las rutas posibles.
Elegir la ruta que tenga menores curvas y que tenga el tramo más recto.
Analizar y comparar las características del terreno por donde pasan ambas rutas.
Comparar los impactos ambientales que generarían ambas rutas en dicha zona.
Dibujar los planos de planta y perfil.
La primera etapa en la elaboración de un proyecto vial consiste en el Estudio de las Rutas. Por Ruta se entiende la faja de terreno, de ancho variable, que se extiende entre los puntos terminales e intermedios por donde la carretera debe obligatoriamente pasar, y dentro de la cual podrá localizarse el trazado de la vía. Como quiera que las rutas puedan ser numerosas, el estudio de las mismas tiene como finalidad seleccionar aquella que reúna las condiciones óptimas para el desenvolvimiento del trazado. El estudio es por consiguiente un proceso altamente influenciado por los mismos factores que afectan el trazado, y abarca actividades que van desde la obtención de la información relativa a dichos factores hasta la evaluación de la ruta, pasando por los reconocimientos preliminares.
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De las actividades que abarcan el estudio de las rutas y donde de una u otra manera se aplica la Topografía, se encuentran la elaboración de los croquis y los reconocimientos preliminares.
Las etapas del proyecto geométrico de carreteras son: Estudio Preliminar Anteproyecto. Proyecto Definitivo. Todo inicia con la selección de la nueva ruta o eje de camino, para la cual Debemos hacer trazados preliminares hasta alcanzar el proyecto definitivo. Esquemáticamente la selección de esta implica.
En el estudio o proyecto definitivo se estiman los volúmenes de movimiento de tierra así como la ubicación definitiva de las alcantarillas.
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Una vez seleccionada la ruta y fijados los puntos obligados del alineamiento horizontal, se procede al trazo de la línea preliminar entre dichos puntos. La línea preliminar es una poligonal abierta que se traza entre puntos obligados, siguiendo la topografía del terreno con una pendiente ligeramente menor a la pendiente gobernadora que haya sido especificada para cada uno de los tramos del camino. La línea preliminar también nos permite conocer la topografía de una faja del terreno, la cual es información esencial para proyectar el eje definitivo del camino.
Una vez trazada la línea preliminar, se procede a su nivelación, la cual se hace por tramos, fijando bancos de nivel a distancias máximas de 500 metros. Como resultado de esta actividad se calculan las cotas de todas las estaciones del trazo preliminar. Con el fin de conocer la configuración topográfica del terreno a ambos lados de la línea preliminar, se levantan secciones de topografía, generalmente a cada 20 metros y normales a la línea preliminar, abarcando usualmente de 100 a 200 metros a cada lado del trazo. A partir de la información de las secciones de topografía se obtienen las curvas de nivel, con una equidistancia vertical de 1 a 2 metros. El proceso de estudio del trazado de una carretera implica una búsqueda continua, una evaluación y selección de las posibles líneas que se pueden localizar en cada una de las fajas de terreno que han quedado como merecedoras de un estudio más detallado después de haber practicado los reconocimientos preliminares y la evaluación de las rutas. La finalidad de este estudio es establecer en dichas fajas la línea o líneas correspondientes a posibles trazados de la carretera. Para ello es necesario llevar a efecto un minucioso reconocimiento topográfico de campo, que permita obtener información adicional sobre las rutas seleccionadas.
Se elabora un cuadro comparativo de las características fundamentales de las rutas trazadas, las características a considerar son: longitud, pendiente media
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y máxima, longitud de puentes, número de alcantarillas, numero de curvas de vuelta, badenes, comunidades que se logran unir u otras características que nos darán mayor y mejor elementos de juicio en el proceso de calificación.
Entre las obras de drenaje se tienen: Obras de drenaje mayor: Puentes. 2. Obras de drenaje menor: cunetas, contra-cunetas, alcantarillas. 1.
III.Una carretera es un sistema que logra integrar beneficios, conveniencia, satisfacción y seguridad a sus usuarios, que conserva, aumenta y mejora los recursos naturales de la tierra, el agua y el aire y que colabora con el logro de los objetivos del desarrollo regional, industrial, comercial, residencial, recreacional y de salud pública. El Diseño geométrico de carreteras es el proceso de correlación entre sus elementos físicos y las características de operación de los vehículos, mediante el uso de las matemáticas, la física y la geometría. En ese sentido, la carretera que geométricamente definida por el trazado de su eje en planta y en perfil y por el trazado de su sección transversal.
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El diseño geométrico en planta, o alineamiento horizontal, es la proyección sobre un plano horizontal del eje real o espacial de la carretera constituido por una serie de tramos rectos llamados tangentes enlazados entre sí por curvas.
La carretera de la ruta escogida pertenece a la red vial terciaria o local (Sistema Vecinal). GENERICA
DENOMINACION EN EL PERU SISTEMA VECINAL
RED VIAL TERCIARIA O LOCAL
Compuesta por: Caminos troncales vecinales que unen pequeñas poblaciones. Caminos rurales alimentadores, uniendo aldeas y pequeños asentamientos poblacionales.
La carretera a diseñar es de primera clase debido que a su tráfico será entre 2001 a los 4000 veh/día.
Son aquellas con un IMDA entre 4000-2001 veh/día de una calzada de dos carriles (DC).
En este caso nos encontramos con una carretera tipo 3 según condiciones orográficas.
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Permite a los vehículos pesados mantener aproximadamente la misma velocidad que la de los vehículos ligeros. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, es menor o igual a 10%.
La velocidad directriz o de diseño es la escogida para el diseño, entendiéndose que será la máxima que se podrá mantener con seguridad sobre una sección determinada de la carretera, cuando las circunstancias sean favorables para que prevalezcan las condiciones de diseño. Para obtener la velocidad de diseño tenemos que contar primero con el tipo de terreno que fue un tipo 3 y con la demanda que fue menor a 400 veh/día, siendo además una carretera de tercera clase y se procedió mediante el siguiente cuadro a hallar la velocidad de diseño. Que nos resulta 30 km/Hora.
Las características de los vehículos de diseño condicionan los distintos aspectos del dimensionamiento geométrico y estructural de una carretera. Así, por ejemplo: - El ancho del vehículo adoptado incide en el ancho del carril de las bermas y de los ramales. - La distancia entre los ejes influyen en el ancho y los radios
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mínimos internos y externos de los carriles en los ramales. Nuestro vehículo de diseño fue un T2S2 por tratarse de una carreta de volumen de transito de 2001 a 4000 veh/día. DATOS BASICOS DE LOS VEHICULOS DE DISEÑO (medidas en metros) TIPO MDE VEHICULO
SEMIREMOLQUE TANDEM
NOMENCLATURA
ALTO TOTAL
ANCHO TOTAL
LARGO TOTAL
LONGITUD ENTRE EJES
T2S2
4.10
2.60
15.20
4.00/7.00
RADIO MMINIMO RUEDA EXTERNA DELANTERA
RADIO MINIMO RUEDA INTERNA TRASERA
12.20
5.80
La sección transversal de una carretera en un punto de ésta, es un corte vertical normal al alineamiento horizontal, el cual permite definir la disposición y dimensiones de los elementos que forman la carretera en el punto correspondiente a cada sección y su relación con el terreno natural. Para agrupar los tipos de carreteras se acude a normalizar las secciones transversales, teniendo en cuenta la importancia de la vía, el tipo de tránsito, las condiciones del terreno, los materiales por emplear en las diferentes capas de la estructura de pavimento u otros, de tal manera que la sección típica adoptada influye en la capacidad de la carretera, en los costos de adquisición de zonas, en la construcción, mejoramiento, rehabilitación, mantenimiento y en la seguridad de la circulación.
Es la faja de terreno destinada a la construcción, mantenimiento, futuras ampliaciones de la Vía si la demanda de tránsito así lo exige, servicios de seguridad, servicios auxiliares y desarrollo paisajístico.
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En las carreteras ejerce dominio sobre el derecho de Vía, el MTC a través de la Dirección General de Caminos quien normará, regulará y autorizará el uso debido del mismo. La faja de dominio o derecho de Vía, dentro de la que se encuentra la carretera y sus obras complementarias, se extenderá más allá del borde de los cortes, del pie de los terraplenes, o del borde más alejado de las obras de drenaje que eventualmente se construyen El ancho de la faja de dominio optado fue de 20 m, como se observa en el cuadro nuestra carretera cumple con la norma.
ANCHO DE FAJA DE DOMINIO= 20m
El ancho de la calzada para nuestra carretera siguiendo la norma en el siguiente cuadro.
fue de 6.60m que tomada
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ANCHO DE CALZADA= 7.20m
Las bermas son un elemento importante de la sección transversal. Además de contribuir a la resistencia estructural del pavimento de la calzada en su borde, mejoran las condiciones de funcionamiento del tráfico de la calzada y su seguridad: para ello, las bermas pueden desempeñar, por separado o conjuntamente, varias funciones que determinan su ancho mínimo y otras características, que se enumeran a continuación. Consideraciones de costos (sobre todo en terreno muy accidentado) pueden inclinar a prescindir de alguna de estas funciones En el manual de Diseño geométrico de bajo volumen de transito se indican los valores apropiados del ancho de las bermas. El dimensionamiento entre los valores indicados, para cada velocidad directriz se hará teniendo en cuenta los volúmenes de tráfico y el costo de construcción. El ancho de las bermas tomado para nuestra carretera fue de 0.50m como se indica en el siguiente cuadro de la norma. En los tramos en tangentes, las bermas tendrán una pendiente de 4% hacia el exterior de la plataforma. La berma situada en el lado inferior del peralte, seguirá la inclinación de éste cuando su valor sea superior a 4%. En caso contrario, la inclinación de la berma será igual al 4%.
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BERMA =1.5m
El drenaje de un pavimento depende tanto de la pendiente transversal o bombeo, como de su pendiente longitudinal. En rasantes a nivel o casi a nivel, tales como los que se encuentran en trazos en las planicies de la costa, así como en las curvas verticales cóncavas, el agua que cae sobre el pavimento se esparce en ángulo recto con respecto al eje central del camino, hacia los taludes y cunetas. Cuando exista una gradiente longitudinal, el agua fluirá diagonalmente hacia el lado exterior del pavimento, siguiendo la gradiente negativa. Si la pendiente fuera pronunciada y no tuviera bombeo, el agua permanecerá sobre el pavimento una distancia considerable antes de salir hacia las bermas El bombeo para nuestra zona como es una zona que carece en temporadas de lluvia con menos de 500 mm/ año y la carretera es de tratamiento este bombeo es de 2%.
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El peralte máximo tomado fue 6%.
Cuando no se requiera drenaje profundo, los distintos elementos de las cunetas deben combinarse adecuadamente para resolver los problemas hidráulicos y de mecánica de suelos que las motivan, a la vez que para lograr una sección transversal de la carretera que tenga costo mínimo. Los elementos constitutivos de una cuneta son su talud interior y su fondo, ya incluidos en la plataforma de subrasante, y su talud exterior. Este último, por lo general, se confunde con el del corte, pero se limita, con el propósito de completar la definición de la cuneta, a una altura que resulta de proyectar horizontalmente el borde exterior de la corona sobre dicho talud.
Las cunetas preferentemente serán de sección triangular y se proyectarán para todos los tramos al pie de los taludes de corte. Sus dimensiones serán fijadas de acuerdo a las condiciones pluviales, siendo las dimensiones mínimas aquellas indicadas en el cuadro 4.1.3.a.
ANCHO DE CUNETA 0.25m PROFUNDIDAD 0.50m
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a. EN TANGENTE
b. EN CURVA
Los radios mínimos que se usarán en las diferentes carreteras serán función de la velocidad directriz y del peralte, de acuerdo a los valores que se indican en la siguiente Tabla.
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El camino a trazar tendrá un radio mínimo de 150 m.
Según el texto de carreteras no pavimentadas de bajo volumen de transito La calzada aumenta su ancho en las curvas para conseguir condiciones de operación vehicular comparable a la de las tangentes. En las curvas, el vehículo de diseño ocupa un mayor ancho que en los tramos rectos. Así mismo, a los conductores les resulta más difícil mantener el vehículo en el centro del carril Según el DG 2001
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Sobre ancho tomado es 0.9m
En los tramos en corte se evitará preferiblemente el empleo de pendientes menores a 0.3%. ya que es un terreno llano. Podrá hacerse uso de rasantes horizontales en los casos en que las cunetas adyacentes puedan ser dotadas de la pendiente necesaria para garantizar el drenaje y la calzada cuente con un bombeo de2%.
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En general, se considera deseable no sobrepasar los límites máximos de pendiente que están indicados en el cuadro 3.3.3.a.
Los límites máximos de pendiente se establecerán teniendo en cuenta la seguridad de la circulación de los vehículos más pesados, en las condiciones más desfavorables de la superficie de rodadura. En el caso de ascenso continuo y cuando la pendiente sea mayor del 5%, se proyectará, más o menos cada tres kilómetros, un tramo de descanso de una longitud no menor de 500 m con pendiente no mayor de 2%. Se determinará la frecuencia y la ubicación de estos tramos de descanso de manera que se consigan las mayores ventajas y los menores incrementos del costo de construcción. En general, cuando en la construcción de carreteras se emplee pendientes mayores a 10%, se recomienda que el tramo con esta pendiente no exceda 180 m. Distancias mayores requieren un análisis en conformidad con el tipo de tráfico que circulará por la vía. Es deseable que la máxima pendiente promedio en tramos de longitud mayor a
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2000 m no supere el 6%. Las pendientes máximas que se indican en el cuadro 3.3.3.a son aplicables. En nuestro caso la pendiente máxima será 6%
IV.-BIBLIOGRAFIA
Normas peruanas para el Diseño geométrico DG- 2001 MTC 2001/2008
Diseño de caminos pavimentados de bajo volumen de transito MTC 2001
Caminos 1, Ing. Alfonso fuentes.
Reglamento Nacional De Vehículos.
Reglamento de Jerarquización Vial MTC-2007
Flexibilidad en el Diseño Vial
F. Serna - AASHTO, 1995
Proyectos de Inversión
Simón Andrade - Lima,2000
Normas y Manuales SNIP
MEF-DGPM, 2011
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V.-PLANOS
