UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE ARQUITECTURA E INGENIERIA CIVIL
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
DISEÑO DE CARRETERAS CON EL SOFTWARE AIDC
CURSO
: Caminos II
DOCENTE
: Ing. Juan Pablo Escobar Masías
ALUMNO
: Pompilla Yábar, Alexis
SEMESTRE
: 2016 – 2V
CUSCO – PERU 2017
COD: 140959
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INDICE
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1. OBJETIVO
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2. INTRODUCCION
El ingeniero civil debe estar en la capacidad de hacer y verificar planos de carreteras para lo cual se dispone de Softwares para el diseño de carreteras, sin embargo hoy en día se realizan “Diseños de Carreteras” sin tener experiencia y sin respetar las normas, motivo por el cual el siguiente trabajo muestra detalladamente el procedimiento para diseñar una carretera con el Software AIDC y paralelamente realizando los cálculos necesarios como son radios que satisfacen, sobreanchos, longitud de transición de peralte, longitud de curvas verticales, coeficiente de variabilidad volumétrica, etc. Concluyendo con la presentación de los planos de PLANTA, PERFIL LONGITUDINAL, SECCIONES TRANVERSALES, DIAGRAMA DE MASA Y HOJA DE METRADOS que nos servirán posteriormente para realizar el presupuesto de la carretera.
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3. MARCO TEORICO 1.1.
LINEA DE GRADIENTE
Es la línea que une los puntos que siguen una determinada pendiente denominada pendiente de trabajo, la línea de gradiente se traza en el campo como también en gabinete pero también puede trazarse con el software usando círculos que intercepten a las curvas de nivel con una abertura que se hallara de la siguiente manera: 𝐴=
𝑒𝑞𝑢𝑖𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑐. 𝑛. 𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒
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3.2 TRAZO PRELIMINAR
Luego de decidir cuál de las alternativas en estudio presenta las mejores condiciones se procede a definir sobre esta el trazo preliminar. El trazo definitivo del proyecto corresponde prácticamente al trazo preliminar, o a esta última con algunos cambios mínimos que se requieran en el momento de realizar el diseño geométrico o de materializar el eje de la vía. El trazo preliminar se obtiene a partir de la línea de gradiente siguiendo algunas pautas y criterios que se mencionan a continuación:
Se debe seguir la misma dirección de la línea de gradiente pero obteniendo lados tan largos como sea posible. Evitar dos curvas continuas del mismo sentido, izquierda – izquierda o derecha - derecha. Esta consideración se hace desde el punto de vista estético, geométrico y de la seguridad. Cuando la línea de gradiente es demasiado quebrada y se deben reemplazar varias rectas por una sola se debe buscar que esta última no se aleje demasiado de las demás. Se debe tener en cuenta que a mayor ángulo de deflexión se requiere una mayor tangente y por lo tanto una mayor distancia entre vértices del trazo preliminar. Debemos tratar de pegarnos lo más que se puede a la línea de gradiente debido a que esta controla la pendiente que deseamos y de esta manera se evitaran muchas curvas verticales.
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Antes de realizar el trazo preliminar debemos recordar la distancia mínima que debe de haber entre un PI y otro PI en curvas del mismo sentido y en curvas reversas así como la distancia máxima en tangencia, todas están en función de la velocidad directriz:
𝐿𝑚𝑖𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑜 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑖𝑑𝑜 = 2.78 ∗ 𝑉𝑑 𝐿𝑚𝑖𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑠
= 1.39 ∗ 𝑉𝑑
𝐿𝑚𝑎𝑥 𝑒𝑛 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
= 16.70 ∗ 𝑉𝑑
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3.2 CARACTERISTICAS GEOMETRICAS VELOCIDAD DIRECTRIZ La eleccion de la velocida directriz depende de la demanda o IMDA (Indice medio Diario Anual) expresada en Vehiculos/Dia y del tipo de topografia que esta funcion del valor de la pendientre tranversal al eje de la via: CLASIFICACION POR OROGRAFIA TERRENO PLANO (1) TERRENO ONDULADO (2) TERRENO ACCIDENTADO (3) TERRENO ECARPADO (4)
PENDIENTE TRANVERSAL <10% 11-50% 51-100% >100%
Cuando usamos la anterior tabla de doble entrada tenemos varias opciones para escoger la velocidad directriz, desde el punto de vista económico se debería elegir la menor ya que resultaría más económico, sim embargo desde el punto de vista técnico se recomienda usar la máxima en topografía 1 porque el conductor desarrollara velocidades altas en zona plana y la mínima en topografía 4 debido a que es accidentado y puede ser peligroso. En topografías 2 y 3 depende del conocimiento que se tenga del terreno.
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DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA Distancia total recorrida por un vehículo obligado a detenerse tan rápidamente como le sea posible, medida desde su situación en el momento de aparecer el objeto u obstáculo que motiva la detención. Comprende la distancia recorrida durante los tiempos de percepción, reacción y frenado.
RADIOS MINIMOS La siguiente formula solo es válida para curvas simples y está en función de la velocidad directriz, peralte máximo y coeficiente transversal máximo asociado a la velocidad directriz.
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VELOCIDAD 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
fmax 0.17 0.17 0.16 0.15 0.14 0.14 0.13 0.12 0.11 0.09 0.08
En curvas simples verificar que las longitudes de curva sean mayores que la distancia de visibilidad de parada para garantizar el peralte.
𝑃𝐼 ∆ 𝑃𝐶 𝑃𝑇 𝑅 𝑅
𝐿𝑐 =
𝜋∗𝑅 ∗∆ 180
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𝐿𝑐 ≥ 𝐷. 𝑉. 𝑃 En caso no cumpla se tendrá que multiplicar el Radio Mínimo por la constante: 𝑐𝑡𝑒 =
𝐷. 𝑉. 𝑃 𝐿𝑐
𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑡𝑖𝑠𝑓𝑎𝑐𝑒 = 𝑐𝑡𝑒 ∗ 𝑅𝑚𝑖𝑛 SOBREANCHOS Es el espacio adicional que pueden requerir las curvas para compensar el aumento de espacio lateral que experimentan los vehículos al describir la curva. El sobreancho para curvas simples está dado por:
𝑆. 𝐴 = 𝑁 ∗ (𝑅 − √𝑅 2 − 𝐿2 ) +
𝑉𝑑 10 ∗ √𝑅
𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝑁 = 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙𝑒𝑠
𝐿 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑗𝑒 𝑝𝑜𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑦 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒 𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑜 𝑉𝑑 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐷𝑖𝑟𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑧 En el caso de curvas circulares simples, por razones de apariencia, el sobreancho se debe desarrollar linealmente a lo largo del lado interno de la calzada, en la misma longitud utilizada para la transición del peralte. El sobreancho debe ser como minimo 0.5m.
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LONGITUD DE TRANSICION DE PERALTE
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𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑙𝑧𝑎𝑑𝑎/2 𝑃𝑒𝑟𝑎𝑙𝑡𝑒 = (
𝑅𝑚𝑖𝑛 ) ∗ 𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑅𝑠𝑎𝑡𝑖𝑠𝑓𝑎𝑐𝑒
𝑁 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝐴𝑝𝑙𝑎𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐿𝑇𝑃𝑡𝑎𝑛 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑃𝑒𝑟𝑎𝑙𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐿𝑇𝑃𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑃𝑒𝑟𝑎𝑙𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎
VELOCIDAD ( Km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
PENDIENTE m (%) 1.25 0.96 0.77 0.64 0.55 0.5 0.48 0.45 0.42 0.4 0.4 0.4 0.4
La zona con peralte completo debe tener una longitud mínima de 7.30m y/o la tercera parte de la longitud de la curva.
BOMBEO
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ANCHO DE CALZADA
ANCHO DE BERMAS
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PERFIL LONGITUDINAL
Los tramos consecutivos de la subrasante son unidos con curvas verticales parabólicas. La longitud de la curva vertical debe ser múltiplo de 20 y debe ser mayor que la velocidad directriz: 𝐿𝑐 ≥ 𝑉𝑑 𝐴 = |𝑚 − 𝑛| (𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐴𝑙𝑔𝑒𝑏𝑟𝑎𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠) 𝐴 = |𝑚 − 𝑛| ≥ 1% 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑝𝑎𝑣𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝐴 = |𝑚 − 𝑛| ≥ 2% 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 La distancia mínima que debe tener la sub rasante antes de cambiar de pendiente debe garantizar que el vehículo recorra mínimo 30” con la velocidad directriz.
𝐿𝑚𝑖𝑛 =
30𝑠𝑒𝑔 ∗ 𝑉𝑑(𝑘𝑚/ℎ) ∗ 1000(𝑚/𝑘𝑚) 𝑠𝑒𝑔 𝑚𝑖𝑛 60( ) ∗ 60( ) 𝑚𝑖𝑛 ℎ
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Longitud de curva vertical 𝐾= 𝐿𝑚𝑖𝑛
𝐿𝑐 𝑚/% (𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟) 𝐴
𝑃𝐼𝑉 𝒏
𝒎
𝑃𝐶𝑉
𝑃𝑇𝑉 𝐶𝑜𝑛𝑣𝑒𝑥𝑎 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑎𝑣𝑎 𝐿𝑐
𝐶𝐴𝑆𝑂 1: 𝐷𝑝 > 𝐿𝑐
𝐿𝑐 = 2 ∗ 𝐷𝑝 −
485 𝐴
𝑆𝑖: 𝐿𝑐 < 0 → 𝐿𝑐 = 0,6 ∗ 𝑉𝑑
𝐶𝐴𝑆𝑂 2: 𝐷𝑝 < 𝐿𝑐 𝐴 ∗ 𝐷𝑝2 𝐿𝑐 = 485 VELOCIDAD Curvas CONVEXAS Curvas CONCAVAS
50 7m/% 9m/%
VALORES DE Kmin 65 80 14m/% 28m/% 15m/% 23m/%
95 50m/% 33m/%
110 78m/% 43m/%
130 120m/% 55m/%
Material Suelto Roca Suelta Roca Fija
TIPO DE MATERIAL CORTE 100:300 100:500 100:1000
TALUD RELLENO 200:-200 200:-500 200:-800
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SECCIONES TRANSVERSALES
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Debido al alto costo para cortar roca fija es recomendable reemplazar la sección triangular de la cuneta por una sección rectangular con la misma área hidráulica.
En caso de elegir la sección triangular, las profundidades mínimas de estas cunetas será de 0.20 m para regiones secas, de 0.30 m para regiones lluviosas y de 0.50 m para regiones muy lluviosas.
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CURVAS DE VOLTEO
En el caso de que no se cumpla la distancia mínima entre curvas del mismo sentido es mejor reemplazarlas por una sola curva o en el caso que se requiera curvas de volteo en lo posible tratar de que las dos curvas tengan el mismo radio para que tengan el mismo peralte. (R1=R2)
𝑃𝐼 1 ∆1 𝑃𝐶 𝑅1 𝑃𝐼 2 𝑅2 ∆2
En
curvas de volteo no existe fórmula para calcular radio mínimo, peralte sobreancho por lo que solo se cuenta con recomendaciones para calcular dichos valores.
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𝑃𝑒𝑟𝑎𝑙𝑡𝑒 = 6% 𝑆. 𝐴. = 3𝑚 𝑇𝑜𝑝𝑜𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑎 𝑎𝑐𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎: 𝑅 ≈ 10𝑚 𝑇𝑜𝑝𝑜𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑎 𝑜𝑛𝑑𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎:
𝑅 ≈ 20𝑚
𝑇𝑜𝑝𝑜𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑎:
𝑅 ≈ 50𝑚
No existe una regla general para estimar los radios en curvas de volteo DIAGRAMA DE MASAS Y HOJA DE METRADOS Al diseñar una carretera no solo basta hacer un buen diseño en planta, perfil, drenaje, etc. Para obtener un resultado satisfactorio es necesario conseguir la mayor economía posible en el movimiento de tierras, este análisis se puede hacer con el diagrama de masas y la hoja de metrados. La hoja de metrados contiene los volúmenes de corte y relleno así como también los volúmenes de corte parcial correspondiente a cada tipo de material (R.F, R.S, M.S.) para ello se tiene que hacer un estudio in-situ a lo largo de la carretera para determinar en qué cantidades se encuentra cada material y así poder calcular el presupuesto real de la obra ya que cortar roca fija cuesta mucho más que cortar material suelto. Debido a que el material de préstamo experimenta un cambio de volumen al pasar de su estado natural a formar parte del terraplén es necesario afectar el VR (Volumen de relleno bruto) para obtener el Volumen de Relleno corregido (Vo) por un coeficiente llamado coeficiente de variabilidad volumétrica el cual es la relación del peso volumétrico seco del material y el peso volumétrico seco que ese mismo material tiene al formar parte del terraplén.
𝛾𝑑 𝐶𝑣𝑣 = 𝛾 𝑑𝑚𝑎𝑥 𝐺𝐶
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𝛾𝑑 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑁𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝛾𝑑𝑚𝑎𝑥 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝐿𝑎𝑏. 𝐺𝐶 =
𝛾𝑑𝑜𝑏𝑟𝑎 ∗ 100% → 𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝛾𝑑𝑚𝑎𝑥
El grado de compactación depende del peso de vehículos, cuando son muy pesados se requiere 100% y como mínimo 95%.
𝑉𝑅𝑜 =
𝑉𝑅 𝐶𝑣𝑣
𝑆𝑖: 𝐶𝑣𝑣 = 0.8 → 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑐𝑎 20: 𝑉𝑅𝑜 =
104.2 = 130.3 0.8
Las cuatro columnas vacías se llenan con el Diagrama de Masas, el cual es la gráfica de la ordenada masa en las ordenadas y la progresiva de la carretera en las abscisas, el procedimiento para calcular la ordenada masa se muestra a continuación: 𝑂𝑚𝑖 + 𝑉𝑐𝑜𝑖+1 − 𝑉𝑅𝑜𝑖+1 = 𝑂𝑚𝑖+1
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𝐸𝑠𝑡𝑎𝑐𝑎 20: 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑐𝑎 180:
0 + 130.3 − 0 = 130.3 𝑚3 2650.76 + 47.2 − 22.75 = 2650.76 𝑚3
Obtenido todas las ordenadas masa se procede a dibujar el diagrama de masa: 1) Se obtiene la ordenada máxima + 2) Se obtiene la ordenada máxima – 3) Se elige la escala
𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑒𝑟𝑜𝑠
𝐶𝑜𝑚𝑝𝑒𝑛𝑠𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑅𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜
𝐶𝑜𝑟𝑡𝑒
PROPIEDADES DEL DIAGRAMA DE MASAS 1) Si la curva baja significa relleno. 1) Si la curva sube significa corte.
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1) Si una línea paralela a la línea de los ceros corta al diagrama en 2 o más puntos entonces se puede decir que existirán compensaciones entre corte y relleno.
Para completar las columnas que faltan es necesario establecer la distancia libre de transporte (D.L.T), es aquella distancia fijada en la que metro cubico de material puede ser movido sin que genere un costo adicional, en países desarrollados esta distancia es alta, pero en nuestro medio está fijada en 20 m.
20 𝑚 𝑉𝑝1
𝐷. 𝐿. 𝑇 𝑉𝑝2 𝑉𝑡1
𝐷. 𝐿. 𝑇
𝑉𝑡2 𝑉𝑡3
𝑅 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎 𝐷. 𝐿. 𝑇
𝑉𝑝3
El volumen de relleno propio será:
𝑅. 𝑃𝑟𝑜𝑝 = 𝑉𝑝1 + 𝑉𝑝2 + 𝑉𝑝3
El volumen de relleno transportado será: 𝑅. 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠 = 𝑉𝑡1 + 𝑉𝑡2 + 𝑉𝑡3
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El volumen de Botadero se obtiene de manera similar como se obtuvo el volumen de cantera en la figura anterior. No todo es geometría en el análisis de movimiento de tierras ya que tenemos que tomar en cuenta la calidad del suelo y la aptitud que tienen para formar parte de la subrasante.
Los suelos que están por encima de la subrasante deben ser llevados al laboratorio para determinar si son aptos para efectuar rellenos, deben tener un C.B.R.>15% y los suelos que están por debajo de la subrasante deben tener un C.B.R>8% caso contrario tendremos que cortar y botar porque si no tendríamos un diagrama de masas sin aplicación.
La Distancia Media de Transporte (D.M.T.) influye bastante en los costos de operación, se debe tratar de que estas distancias sean lo más pequeñas
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posibles y de preferencia cuenta abajo. En algunos casos estas distancias son grandes y conviene traer material de préstamo.
𝐷. 𝑀. 𝑇. = 𝐷. 𝑀. 𝑇 ′ − 20 𝑚
ℎ
𝐷. 𝑀. 𝑇′
ℎ
𝐷. 𝑀. 𝑇′ 𝐷. 𝑀. 𝑇’
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4. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE CARRETERAS CON EL SOFTWARE AIDC 𝐶𝑜𝑚𝑎𝑛𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝐼𝐷𝐶
1. Click en Proyecto / Listado. 2. Click en Crear y digitar el nombre de proyecto. 3. Click en Crear, luego en Salir.
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4. Se importa los puntos levantados en campo, debemos verificar en que formato se encuentra: N Y Desc
X
Z
Des
5. Click en Terreno / Puntos / Importar, examinar y buscar el archivo. 6. Click en Formato de Puntos, elegir el formato y Aceptar.
7. Click en Aceptar y aparecerán los puntos en la pantalla.
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8. Click en Terreno / T.i.n / Crear. 9. Click en Seleccionar (Seleccionamos todos los puntos con el mouse). 10. Luego Enter / Ok
11. En el cuadro “Desea importar el Tin” Click en Si y aparecerá la triangulación. 12. Click en Planta / C.nivel. 13. En el cuadro Cambiar: -Equidistancia de curvas simples = 1m -Equidistancia de curvas maestras=5m (dependerá el proyecto) 14. Click en Ok y aparecerán las curvas de nivel sin cotas. 15. Click en Planta / Útiles / Cotas. (Se acotan siempre curvas maestras) 16. Click en Ok y aparece el acotamiento. 17. Planta / Útiles / Coordenadas -Ancho de cuadricula = 100m (dependerá del tamaño de proyecto)
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-Tipo de cuadricula: Líneas (Check) -Cambiar la Altura de texto a 7 o 10 (opcional) 18. Click en Seleccionar 2 vértices opuestos y clicar en 2 vértices opuestos de la pantalla.
19. Click en Ok y aparecerá la cuadricula. 20. Click en Multiline Text y luego sobre la cuadricula digitamos “19L”
𝑃𝑜𝑙𝑦𝑙𝑖𝑛𝑒 𝑅𝑒𝑐𝑡𝑎𝑛𝑔𝑙𝑒
𝑀𝑢𝑙𝑡𝑖𝑙𝑖𝑛𝑒 𝑇𝑒𝑥𝑡
21. Click en Planta / Útiles / Coordenadas.
𝐸𝑥𝑝𝑙𝑜𝑑𝑒
30
22. Check en el norte deseado (Magnético), poner en factor de escala 1 y click en Punto de Ubicación, ubicar el norte en el lugar que deseemos y click en Ok.
DISEÑO EN PLANTA Se procede a trazar la línea de gradiente teniendo en cuenta los puntos obligados de paso como ciudades, futuros puentes, etc. Debemos elegir la velocidad directriz y al mismo tiempo la velocidad de reducción para que ninguna longitud sea critica, en este trabajo se usara una pendiente del 5%.
Demanda (IMDA)
300 veh/día
Clasificación
Carretera de tercera clase
Orografía
TIPO 2 (ondulado)
Velocidad Directriz
50 km/h
Pendiente
5%
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23. Creamos nuevas capas para representar las ciudades o puntos de paso, para esto click en Layers / New.
24. Digitar el nombre de la capa (ciudad, punto de paso, etc.), elegir el color y click en Ok. 25. Elegir la capa a la derecha de Layers, click en rectangle y trazar en la zona deseada. 26. Desactivar todos los layers haciendo click en el foquito excepto: -Ciudades, puntos de paso -C.nivel Maestras -C.nivel Secundarias
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27. Click en Planta / Útiles / Lgrad -Gradiente = 5% -Equidistancia =1m 28. Click en Primer Punto y luego clicamos en el punto inicial de la carretera. 29. Click en Ok y aparecerá un circulo. 30. Se clica en la intersección del circulo y la siguiente curva de nivel, así sucesivamente hasta llegar al punto obligado o ciudades, etc. 31. Click en Polyline y unir esos puntos. 32. Crear una nueva capa con el nombre de “TRAZO PRELIMINAR”
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33. Click en Polyline y trazar la poligonal abierta, siempre interceptando la línea de gradiente, pues ella controla la pendiente.
34. Apagar todas las capas menos TRAZO PRELIMINAR 35. Click en el comando Explode luego enter, click en la polilínea y enter. 36. Click en Ejes / Definir, click en Crear. 37. Ingresar el nombre del eje y enter. 38. Aparece cuadro “¿Desea Ud. Definir parámetros del eje?”. click en Sí. 39. Hacer doble click en el cuadro ubicando la intersección de la velocidad y la clasificación.
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40. Aparece el siguiente cuadro, hacer click en “Editar Valores Otra Norma” y modificar las caracteristicas geometricas, luego click en Ok / Aceptar y Salir:
41. Click en Ejes / ExpEje luego en Seleccionar y seleccionar la poligonal. Pendiente 5% Peralte Maximo 10% 42. Anticlick y luego click en Picar Bombeo 3% Punto Inicial, picar en el punto inicial de nuestro trazo.
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43. Click en Ok e ingresar el número del primer P.I. (0, 1, 2, etc.), click en Aceptar. 44. Aparece el siguiente cuadro donde tenemos que ingresar los radios para curvas simples (Radio Mínimo) y para curvas de volteo (no existe fórmula para calcular el radio mínimo), en este caso que la topografía es tipo 2 utilizaremos un radio alrededor de 20m para las curvas de volteo, si la topografía fuese más accidentada tendríamos que reducir el radio de la curva de volteo (R<10m). 45. Debemos verificar en Tabla que la longitud de las curvas simples sea mayor que la Distancia de Visibilidad de Parada, solo así se garantiza el peralte :
𝐿𝑐 ≥ 𝐷. 𝑉. 𝑃
Sacando la D.V.P. de la norma tenemos para este caso: 60 m
CURVA 1
Longitud de Curva 45.048
Condición NO CUMPLE
36
8
43.930
NO CUMPLE
En caso no cumpla se tendrá que multiplicar el Radio Mínimo por la constante: 𝐷. 𝑉. 𝑃 𝑐𝑡𝑒 = 𝐿𝑐 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑡𝑖𝑠𝑓𝑎𝑐𝑒 = 𝑐𝑡𝑒 ∗ 𝑅𝑚𝑖𝑛 𝑐𝑡𝑒 =
60 = 1.333 45
𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑡𝑖𝑠𝑓𝑎𝑐𝑒 = 1.333 ∗ 85 ≈ 115𝑚 46. Modificamos los radios que no cumplen y click en Salir. 47. Click en Ejes / ImpEje, poner check en “Dibujar Elementos de Curva”. 48. Click en Procesar y aparecerá el eje de la carretera estacado. 49. Prender las capas de coordenadas y curvas de nivel maestra y acotamiento, cambiar de color si es necesario. 50. Click en Ejes / ImpCuadr, click en Picar Punto, picar al costado del plano y dar Ok.
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51. Aparecerá el CUADRO DE COORDENADAS Y ELEMETOS DE CURVA, en este cuadro falta peralte, sobreancho y longitudes de transición de peralte. PERALTE El peralte de curvas simples se calcula de la siguiente manera: 𝑅𝑚𝑖𝑛 𝑆=( ) ∗ 𝑆𝑚𝑎𝑥 𝑅𝑠𝑎𝑡𝑖𝑠𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑆=(
85 ) ∗ 10 = 7.39 115 𝑆 = 7%
El peralte para curvas de volteo no está normado, para este trabajo se considerara 6%
SOBREANCHO El sobreancho para curvas simples está dado por: 𝑆. 𝐴 = 𝑁 ∗ (𝑅 − √𝑅 2 − 𝐿2 ) +
𝑉𝑑 10 ∗ √𝑅
𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝑁 = 2 (𝑐𝑎𝑙𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 2 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙𝑒𝑠) 𝐿 = 7.30𝑚 (𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑣𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑜 𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑜) 𝑉𝑑 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐷𝑖𝑟𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑧 𝑆. 𝐴 = 2 ∗ (115 − √1152 − 7.32 ) +
50 10 ∗ √115
≈ 0.9 𝑚
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El sobreancho para curvas de volteo no tiene formula y se hace al otro lado de la carretera, se dice que la curva está bien hecha si el conductor da la vuelta sin hacer maniobras, para este trabajo se considerara 3m de sobreancho en curvas de volteo.
LONGITUD DE TRANSICION DE PERALTE
Se calcula de la siguiente manera: 𝐿. 𝑇. 𝑃. = (
𝐶𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙 ∗ 𝑃𝑒𝑟𝑎𝑙𝑡𝑒 ) 𝑚
𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑙𝑧𝑎𝑑𝑎/2 𝑚 = 0.77% (𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑛𝑎 𝑉𝑑 = 50 𝑘/ℎ) Para Curvas Simples: 𝐿. 𝑇. 𝑃. = (
3.3 ∗ 0.07 ) = 30 𝑚 0.0077
Para curvas de volteo: 𝐿. 𝑇. 𝑃. = (
3.3 ∗ 0.06 ) ≈ 25 𝑚 0.0077
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52. Click en Salida / SecFinal / PerSEdicion y digitar los peraltes y sobreanchos, luego nuevamente clicar en Ejes / ImpCuadr y aparecerá el cuadro completo, al final se coloca manualmente las L.T.P.
PERFIL LONGITUDINAL 53. Apagar todas las capas menos T.i.n (Triangulación). 54. Click en Salida / Met.Indirec / correr y click en Ok. 55. Abrir Hoja nueva: click en New / Create Drawings / Wizards / Quick Setup / Siguiente / Finalizar. 56. Click en Salida / Perfilt /Import. 57. Click en Proceso, Anotar la cota mínima (Ejm: 3250, nos va a servir más adelante) y Aceptar. 58. Activar la capa RASANTE creada automáticamente y dibujar la SUB RASANTE con el comando Polyline, la distancia mínima que debe tener la sub rasante antes de cambiar de pendiente debe garantizar que el vehículo recorra mínimo 30” con la velocidad directriz. Para este caso: 30" ∗ 50 ∗ 1000 𝐿𝑚𝑖𝑛 = ≈ 417𝑚 60 ∗ 60 En lo posible no deben coincidir las curvas horizontales con las curvas verticales.
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59. Explotar la Rasante con el comando Explode. 60. Click en Salida / Rasante / Editar, Aceptar sale un cuadro, click en salir. 61. Click en Salida / Rasante / Export, digitar la cota de referencia (En este caso 3250m). 62. Click en Seleccionar Línea Rasante y clicar sobre todas las rasantes existentes, Enter y Ok. 63. Aparece “Existen Datos Rasante. Desea reemplazarlo” ,click en Ok. 64. Aparece un cuadro en el cual nos da las pendientes (redondear) y tenemos que digitar la longitud de la curva vertical. La longitud de la curva debe ser multiplo de 20.
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LONGITUD DE CURVA VERTICAL 𝐴 = |𝑚 − 𝑛| = |2.78 − (−4.7)| = 7.48 𝐻𝑎𝑙𝑙𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑙 𝐶𝐴𝑆𝑂 1: 𝐷𝑝 > 𝐿𝑐 𝐿𝑐 = 2 ∗ 𝐷𝑝 −
485 𝐴
→
𝐿𝑐 = 2 ∗ 60 −
485 = 55.16𝑚 7.48
60 > 55.16 → 𝐶𝑈𝑀𝑃𝐿𝐸 𝐻𝑎𝑙𝑙𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑙 𝐶𝐴𝑆𝑂 2: 𝐷𝑝 < 𝐿𝑐 𝐴 ∗ 𝐷𝑝2 𝐿𝑐 = 485
→
7.48 ∗ 602 𝐿𝑐 = = 55.52𝑚 485
60 < 55.52 → 𝑁𝑂 𝐶𝑈𝑀𝑃𝐿𝐸
∴
𝐾=
𝐿𝑐 = 55.16𝑚 𝐿𝑐 55.16 = = 7.68 𝑚/% 𝐴 7.18
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𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑉𝑑 =
50𝑘 7𝑚 𝑦 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑥𝑎 𝐾𝑚𝑖𝑛 = ℎ %
→ 𝐶𝑈𝑀𝑃𝐿𝐸
65. Luego de digitar la longitud de la curva vertical (en este caso 60m) click en Salir. 66. Click en Salida / Rasante / Import. 67. Click en Proceso. Si hubiera el caso de que apareciera una ventana indicando “¿desea borrar la rasante existente?” Click en Sí. 68. Aceptar la cota de referencia (3250m). 69. Aparece la cota rasante, cota terreno, pendientes pero falta alturas de corte y/o relleno. 70. Abrir Hoja nueva como se señaló anteriormente. 71. Click en Salida / Perfilt / Import y check en INCLUIR RASANTE, INCLUIR DIFERENCIA DE ALTURA, INCLUIR ALINEAMIENTO HORIZONTAL. Luego click en Proceso y aparecerá el perfil longitudinal completo. Digitar con el comando MultilineText el valor del coeficiente angular K (m/%)
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Ancho de calzada 6.6 m Ancho de bermas 0.9 m Bombeo 3% SECCIONES TRANVERSALES DE Ancho de Cunetas 1 mDISEÑO Profundidad de cunetas 0.5 m Para esta parte tenemos que recordar lo siguiente:
Las dimensiones de la cuneta se calculan en función de la hidrología, pero empezaremos con unas medidas de predimensionamiento.
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TALUD
TIPO DE MATERIAL
CORTE 100:300 100:500 100:1000
Material Suelto Roca Suelta Roca Fija
RELLENO 200:-200 200:-500 200:-800
−0.126 𝑚 −0.5 𝑚 0.03 ∗ 4.2 3.3 𝑚
0.9 𝑚 1 𝑚
72. Crear Hoja Nueva. 73. Click en Salida / Sec.Final / Sec.Tipo. En el cuadro que aparece click en Nuevo y Aceptar. 74. Crearemos 3 tipos de secciones : Código 1: Material Suelto Código 2: Roca Suelta Código 3: Roca Fija
75. Se llenan los datos según corresponda, ejemplo para material suelto:
𝐶𝑜𝑑𝑖𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑎𝑟𝑟𝑒𝑡𝑒𝑟𝑎, 𝑛𝑜 𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑑𝑖𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛.
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76. Click en Simétricos a las Izquierda /Si / Salir 77. Después de haber creado las 3 secciones click en Salidas/ Sec.Final / Ubicar / Aceptar. 78. Nos aparecerá el siguiente cuadro donde tendremos que ubicar las secciones en la progresiva de la carretera.
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Del estudio en el campo a lo largo del eje de la carretera se debe obtener la siguiente información: PROGRESIVA 0-180 200-610 620-820
TIPO DE SECCION 2 1 3
MATERIAL PREDOMINANTE Roca Suelta Material Suelto Roca Fija
%M.S
%R.S
%R.F
85 70 60
10 10 30
5 20 10
Seleccionamos los tramos y le asignamos su respectiva sección. 79. Click en Salir 80. Click en Salidas / Sec.Final / SecProces / Aceptar. 81. En esta etapa tenemos que revisar sección por sección para verificar que todas las secciones transversales estén bien y no haya errores como:
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82. Luego de procesar todas las secciones Click en Salir. 83. Click en Salidas / Vol.Clasifica / Aceptar y aparecerá el siguiente cuadro:
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84. Se procede a llenar de la misma manera que se llenó el cuadro anterior. %Clasificación / Ok.
85. Luego de llenar todo Click en Salir. 86. Click en Salida / Volumen. 87. Sale un cuadro de volúmenes en el cual debemos modificar el volumen de relleno bruto por el coeficiente de variabilidad volumétrica (Cvv).
𝛾𝑑
𝐶𝑣𝑣 = 𝛾 𝑑𝑚𝑎𝑥 𝐺𝐶 𝛾𝑑 = 2000 𝑇𝑛/𝑚3 (𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑁𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙) 𝛾𝑑𝑚𝑎𝑥 = 2300 𝑇𝑛/𝑚3 (𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝐿𝑎𝑏. ) 𝐺𝐶 = 100% (𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛)
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𝐶𝑣𝑣 =
2000 = 0.87 23000 1.00
𝑅𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 =
𝑅𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑜 0.87
Este coeficiente nos sirve para corregir el volumen, pero para ingresarlo al AIDC se debe convertir a porcentaje extra: 100 ≈ 115% 0.87 Por lo que se debe pedir 15 % más de material. 88. Corregir el % Ajuste Vol. Relleno, check en “Programa”/Excel /Procesar.
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89. En la Hoja de Excel aperturas las 4 columnas que faltan y se llenaran posteriormente: -Volumen de Relleno Propio -Volumen de Relleno Transportado -Volumen de Relleno de Cantera -Botadero 90. Click en Salida / Sec.Final / Sec.Import. 91. Click en Aceptar / Procesar. (ver donde se guarda)
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92. Click en File / Open / sec1 (buscar donde se guardó)
93. Abrir Hoja Nueva, click en Salida / Diagr.Masa 94. Click en Procesar 95. Colocar el perfil longitudinal debajo del diagrama de masa.
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5. CONCLUSIONES
Cuando se tiene una sección de tipo ROCA FIRME es preferible hacer las cunetas de forma rectangular con una misma área hidráulica que la sección triangular para evitar corte, ya que es muy caro realizar corte en roca firme. La longitud de las curvas deben ser mayores que la distancia de visibilidad de parada para garantizar el peralte Si se sigue la línea de gradiente no serán necesarias muchas curvas verticales. No se debe cambiar la pendiente de la subrasante constantemente ya que debe cumplir con la longitud mínima para que el vehículo recorra 30” con la velocidad directriz antes de cambiar de pendiente. En curvas de volteo no existen fórmulas para calcular radio mínimo, sobre anchos y peraltes por lo que es necesario la observación de carreteras existentes y tener experiencia para realizar un buen diseño y garantizar que el conductor no haga maniobras en la curva. El diagrama de masas es muy importante porque nos permite saber si el trazo de la subrasante de nuestra carretera está bien o debemos corregir, así como también si la carretera resultara económica o no. El estudio in-situ de los tipos de secciones y el porcentaje de material que se encuentra en cada zona es necesario para sacar un correcto presupuesto de la obra, ya que no es lo mismo cortar roca firme que cortar material suelto. El ingeniero debe verificar las secciones transversales uno por uno y verificar que no hayan errores para evitar problemas en obra. El coeficiente de variabilidad es muy importante porque nos permite estimar cuanto de material de más tenemos que pedir y así evitar retrasos en obra o aumento de presupuesto. Las dimensiones de la cuneta se calculan con un análisis hidrológico en la zona, lo que se coloca en el AIDC solo es un predimensionamiento.
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