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INFORME DE TRABAJO Nº 01 TRAZADO DE UNA GRADIENTE I. INTRODUCCIÓN El diseño geométrico es la parte más importante del proyecto de una carretera, estableciendo, con base en los condicionantes o factores existentes, la configuración geométrica definitiva del conjunto tridimensional que supone, para satisfacer al máximo los objetivos fundamentales, es decir, la funcionalidad, la seguridad, la comodidad, la integración en su entorno, la armonía o estética, la economía y la elasticidad. Un aspecto fundamental del diseño es el trazado de carreteras, sobre todo en el trazo de la gradiente, ya que es en esta etapa donde se elegirá la pendiente que llevará la carretera, siguiendo la concepción de que esta sea segura y sin que produzca sensación de peligro en los que transitan por la vía, además de llegar con cierta rapidez al destino, es por esto que esta etapa es una de las más importantes ya que hay que emplear técnicas apropiadas para el trazado, así como un buen criterio para combinar adecuadamente todos los factores y variables para obtener carreteras con buen desempeño y así aportar con el desarrollo d esarrollo regional y nacional.
II. OBJETIVOS
Determinar los criterios adecuados para el trazado de la gradiente.
Trazar la gradiente de pendiente entre 4% y 7% para 2 rutas, uniendo 3 puntos: Queshca – Purucuto – Carayoc, situados en la provincia de Huaraz – Ancash.
Establecer diferencias entre las 2 rutas trazadas y determinar la mejor ruta por donde se trazará el eje de la carretera.
En la carta nacional prestar atención a los diferentes accidentes geográficos, ríos, lagunas, ciudades, carreteras hechas, etc.; con el fin de mostrar las diferencias entre las rutas trazadas.
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III. CONCEPTOS PREVIOS CARRETERA Una carretera es una infraestructura de transporte especialmente acondicionada dentro de toda una franja de terreno denominada derecho de vía, con el propósito de permitir la circulación de vehículos de manera continua en el espacio y en el tiempo con niveles adecuados de seguridad y comodidad. En el proyecto integral de una carretera, el diseño geométrico es la parte más importante ya que a través de él se establece la configuración geométrica tridimensional, con el propósito de que la vía sea funcional, segura, cómoda, estética, económica y compatible con el medio ambiente.
RUTA Es aquella franja de terreno, de ancho variable, comprendida entre dos puntos obligados extremos y que pasa a lo largo de dos puntos obligados intermedios dentro de la cual es factible realizar la localización del trazado de una vía. Los puntos obligados son aquellos sitios extremos o intermedios por los que necesariamente deberá pasar la vía, ya sea por razones técnicas, económicas, sociales o políticas.
ESTUDIO SOBRE CARTAS GEOGRÁFICAS Al estudiar en cartas geográficas, se puede formar una idea de las características más importantes de la región, sobre todo en lo que respecta a su topografía, hidrología y a la ubicación de poblaciones.
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De este modo, es posible señalar sobre la carta varias rutas posibles, es decir, diversas franjas para el estudio. Al definir las posibles rutas se debe considerar los desniveles entre puntos obligados, así como las distancias entre ellos, para conocer la pendiente que regirá en su trazo. Con el auxilio de cartas geológicas y mapas que indiquen la potencialidad económica de la región, se dibujara las rutas que puedan satisfacer el objetivo de la comunicación deseada. TOPOGRAFÍA La topografía es la ciencia que estudia el conjunto de procedimientos para determinar las posiciones de puntos, sobre la superficie de la tierra, por medio de medidas según los tres elementos del espacio que son el largo, alto y ancho. La topografía generalmente afecta a los alineamientos, pendientes, secciones transversales, etc., por lo cual las colinas, valles, ríos, lagos y zonas de terreno inestables imponen limitaciones en el trazado y son, por consiguiente, determinantes durante el estudio de rutas. El trazado, diseño y localización de una carretera están altamente influenciados por la topografía, características geológicas, y uso de las tierras atravesadas, factores que intervienen de una manera predominante en la selección de las rutas. Tipos de Terreno Desde el punto de vista topográfico los terrenos pueden clasificarse en tres tipos: plano, ondulado y escarpado. 1. Terrenos Planos. Son aquellos cuya pendiente general en el sentido de avance es inferior a la pendiente máxima estipulada por la vía y está referida a lugares donde no hay problemas en la pendiente longitudinal. 2. Terreno Ondulado. Se considera así al terreno cuyo perfil longitudinal presenta una sucesión de cimas y depresiones de cierta magnitud con pendiente transversal no mayor a 20°. 3. Terreno accidentado. Es aquel terreno que ofrece pendientes transversales mayores a 20° y se caracteriza por accidentes topográficos notables.
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IV. PROYECTO Y CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS La construcción de carreteras requiere la creación de una superficie continua, que atraviese obstáculos geográficos y tome una pendiente suficiente para permitir a los vehículos o a los peatones circular y cuando la ley lo establezca deben cumplir una serie de normativas y leyes o guías oficiales que no son de obligado cumplimiento.
V. SELECCIÓN DE RUTAS El diseño de una vía se inicia con el establecimiento de rutas o corredores favorables que conecten los extremos del proyecto y unan puntos de paso obligado intermedios. Teniendo en cuenta los factores externos que afectan el diseño, en esta primera etapa predominan los criterios económicos vinculados a las longitudes de las soluciones y el costo de las obras de explanación, de arte y túneles. La identificación de una ruta a través de los puntos obligados o de control primario y su paso por otros puntos intermedios de menor importancia o de control secundario, hace que aparezcan varias rutas alternas. Para todas las rutas alternas, es necesario llevar a cabo la actividad denominada selección de ruta, la cual comprende una serie de trabajos preliminares que tienen que ver con acopio de datos, estudio de planos, reconocimientos aéreos y terrestres, poligonales de estudio, etc. La determinación de la mejor ruta se logra en base a los siguientes factores de comparación:
Adaptación de la carretera a la topografía. Alineamientos curvaturas y pendientes. Volúmenes estimados de excavación y relleno. Características geológicas de las zona atravesada Tipo de suelo. Zonas susceptibles a erosión. Obras de arte y obras complementarias. Condiciones de drenaje Fuentes de materiales para la construcción. Sistemas de transportes existentes (caminos de acceso). Zonas potenciales de desarrollo. Posibilidad de mejoras futuras debido al incremento de transito. Costo de expropiación del derecho de vía. Costo de prejuicio a las zonas aledañas.
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Una vez seleccionada la ruta más favorable, se inicia propiamente la fase de diseño geométrico, que le da la forma física más apropiada a la carretera, adaptada a todos los requisitos, intentando satisfacer al máximo los distintos objetivos del diseño.
VI. EVALUACIÓN DEL TRAZADO DE RUTAS La mejor ruta entre varias alternas, que permita enlazar dos puntos extremos o terminales, será aquella que de acuerdo a las condiciones topográficas, geológicas, hidrológicas y de drenaje, ofrezca el menor costo con el mayor índice de utilidad económica, social y estética. Por lo tanto para cada ruta será necesario determinar, en forma aproximada, los costos de construcción, operación y conservación de la futura vía a proyectar; para así compararlos con los beneficios probables esperados.
VII. TRAZADO DE GRADIENTE En la isometría del terreno natural con curvas de nivel cada cinco (5) metros, ilustrada en la siguiente Figura, considérese los puntos A y B sobre las curvas de nivel sucesivas 205 y 210. La pendiente de la línea recta AB, que los une, es: Pendiente de AB
tan
BC AC
F igur a 01: Con cepto de la línea Gradiente
Luego, si se quiere mantener una l ínea de pendiente uniforme igual a tanα, la distancia horizontal necesaria para pasar de una curva de nivel a otra será: AC
BC tan
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Donde: AC = Distancia horizontal entre curvas de nivel sucesivas, o abertura del compás. (L) BC = Diferencia de nivel entre curvas o equidistancia. ( E ) tanα = Pendiente de la línea recta AB. Pendiente de la línea de ceros. Para nuestro caso, la pendiente será medido en porcentaje (i %)
AC
BC
L
E
i%
i%
Y la abertura del compás viene dado por la expresión: LC
Donde
E
i%
1 D
D = escala del plano
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VIII.
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DATOS GEOGRÁFICOS HUARAZ Ubicación: Norte
:
221885.24 m
Este
:
8945164.65 m
Elevación
:
3037 m
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La carretera pasará por los poblados de Queshca - Purucuta – Carayoc
QUESHCA Ubicación: Norte
:
8943141.66 m S
Este
:
221234.51 m E
Elevación
:
3065 m
Norte
:
8939828.57 m S
Este
:
219057.60 m E
Elevación
:
3687 m
PURUCUTA Ubicación:
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CARAYOC Ubicación: Norte
:
8940039.74 m S
Este
:
215013.33 m E
Elevación
:
4110 m
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IX. EQUIPOS Y MATERIALES Carta Nacional
Escalímetro
Compás
Lápiz
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X. PROCEDIMIENTO Establecidos los puntos extremos o terminales por el docente del curso se procederá con el trazo de la gradiente con el rango de pendientes establecidas.
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Elegimos la pendiente con la que se trazará la línea gradiente, para nuestro caso es en un rango de 4% a 7%. De acuerdo al tipo de terreno se aplicará un coeficiente de seguridad. Para la zona a estudiar se consideró el terreno entre topografía ondulada y accidentada; por lo que el coeficiente de seguridad a utilizar será 1%. Para el trazado de la línea de gradiente se escogió entre el rango de pendientes los valores de 5% y 6% por la topografía. Aplicando los coeficientes de seguridad estos valores serán 4% y 5%. Determinamos la longitud de la gradiente en el terreno entre 2 curvas de nivel y la abertura del compás con la que se trazará la gradiente teniendo como datos la diferencia de cotas de la carta nacional que es E=25 m. y las pendientes escogidas.
Determinación de la longitud en el terreno:
Para i = 4 % L
E
i
L4%
100
25
4
100
625 m
Para i = 5 % L
E
i
100
L5%
25 5
100
500 m
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Cálculo de la abertura del compás (L C) Es la distancia horizontal que se necesita para ascender o descender saltando de curva en curva contiguas.
LC
E
i%
1
donde:
D
D
es la escala del plano
Para i = 4 % LC
E
i%
LC
1
25
0.025 m
1
4%
D
4%
1
25000
2.5 cm
Para i = 5 % LC
E
i%
LC
4%
1 D
25 5%
0.020 m
1
25000
2.0 cm
Se empieza a trazar la gradiente de la primera opción de ruta, considerando los aspectos estudiados en clase.
Se ajusta la abertura del compás según los valores antes hallados (si i = 4% entonces , y para i = 5% entonces ).
Se traza la gradiente entre dos curvas de nivel, una de cota inferior (ejemplo: 2000 msnm) y la otra con cota inmediatamente superior (ejemplo: 2025 msnm) o viceversa, esto es para mantener la pendiente.
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En terreno accidentado, no es conveniente hacer los desarrollos muy seguidos, ya que se realizará mucho movimiento de tierra, además de dificultar el trazo del eje definitivo por la cercanía entre gradiente.
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Para evitar lo antes mencionado, es preferible hacer los desarrollos un poco más largos
Evitar que la gradiente pase por ríos de importancia, ya que será necesario la colocación de puentes, ocasionando un enorme gasto, si no es posible realizarlo, buscar la mejor zona por donde se construirá el puente.
La gradiente también deberá pasar por una ciudad importante que se encuentra cercana, para así conectarla con carreteras de mayor importancia. Entre otras consideraciones aprendidas.
Luego, se traza la gradiente de la segunda opción de ruta, al final se comparara con la primera y se elegirá a la ruta más viable.
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XI. DESARROLLO DE LOS RESULTADOS LONGITUD DE LAS RUTAS RUTA 1:
Perfil Longitudinal de la Gradiente para la RUTA 1 (Vista completa en la siguiente página)
Como se ve en la figura, hay un tramo de pendiente i = 5%, esto se realizó para poder “ganar” altura, pero teniendo en cuenta las consecuencias.
Determinaremos la longitud total aproximada de la carretera (RU TA 1):
TRAMO AB: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 4%
TRAMO BC: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 4%
TRAMO CD: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 5%
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RUTA 1
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TRAMO DE: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 4%
TRAMO FG: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 4%
TRAMO GH: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 4%
TRAMO EF: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 5%
TRAMO HI: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 4%
Entonces, la longitud total de la carretera será:
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L Ruta1 24.50
Km
RUTA 2:
Perfil Longitudinal de la Gradiente para la RUTA 2 (Vista completa en la siguiente página)
Determinaremos la longitud total aproximada de la carretera (RU TA 2):
TRAMO AB: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 4%
TRAMO BC: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 4%
TRAMO CD: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 5%
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RUTA 2
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TRAMO DE: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 5%
TRAMO EF: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 4%
TRAMO FG: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 4%
TRAMO GH: Cuyo trazo fue hecho con una pendiente de i = 4%
Entonces, la longitud total de la carretera será:
L Ruta2
32.875 Km
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DESCRIPCIÓN DE RUTAS RUTA 1: El trazo de la gradiente comenzó en el pueblo de Queshca con una pendiente de 4% pasando por el poblado de Quechca, bajando y luego subiendo debido a la topografía del terreno, y aplicando una pendiente de 5% para no hacer mucho movimiento de tierra (tramo CD), luego se continuó con una pendiente de 4% ascendiendo el cerro haciendo desarrollos convenientes hasta llegar a la quebrada de Purucuta de donde ascendemos con una pendiente de 5% debido a que el poblado de Purucuta se encuentra ubicado entre 3 quebradas y no se requiere bordear dichas quebradas y no hacer mucho movimiento de tierra, luego seguiremos ascendiendo bordeando la quebrada Ultapampa donde se descendió un poco con una pendiente de 4% debido a que si seguíamos subiendo exigía mayos movimiento de tierras en la curva de volteo. Bordeando la quebrada seguimos ascendiendo en donde encontramos una topografía más plana donde se pudo seguir subiendo haciendo desarrollos ya que en el terreno con cuervas más separadas se puede hacer fácilmente curvas de volteo sin demasiado movimiento de tierra hasta llegar al pequeño poblado de Carayoc . RUTA 2: Debido a la topografía que conducía a trazos semejantes o con muchos desarrollos hacia el sur, se trazó esta ruta que sería más larga, compensado el defecto con el sustento de que esta carretera unirá varios poblados de la zona. El trazo de la gradiente fue casi en su totalidad con una pendiente de 4%; ascendiendo con dicha pendiente hacia el norte pasando cerca de los poblados de Chocllac , Mitucro, Cashan, luego se descendió para llegar al poblado de Purucuta, que como al encontrarse entre quebradas se aplicó una pendiente de 5 % para no hacer demasiado movimiento de tierra, se siguió ascendiendo mediante desarrollos los cuales por la topografía del terreno se podía hacer un poco sinuosas para ganar terreno en subida ya que en las zonas de mayor altura el terreno no es accidentado lo que nos permitió avanzar pasando por el poblado de Huacrache, para luego llegar sin problemas al pequeño poblado de Carayoc .
Para las dos rutas no se consideró hacer ningún puente debido a que al estar la zona en la Cordillera Negra no existe ningún río o torrente importante, lo que se previó es hacer badenes por donde pasará el agua que suele correr por estas quebradas en época de lluvias.
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COSTO APROXIMADO DE LAS RUTAS Costo aproximado de carretera afirmada por Km = S/. 41898.76* RUTA 1:
L Ruta1 24.50
Km
Entonces el costo aproximado de la RUTA 1 será:
24.50 Km x S/. 41898.76/Km
COSTO DE LA RUTA 1 : S / . 1026516.620 RUTA 2:
L Ruta2 32.875
Km
Entonces el costo aproximado de la RUTA 1 será:
32.875 Km x S/. 41898.76/Km
COSTO DE LA RUTA 2 : S / . 1377421.735
* Dato calculado de expediente técnico carretera vecinal de Huánuco de costo S/. 923867.65 para una carretera afirmada de 22.05 Km aproximadamente
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XII. CUADRO DE COMPARACIÓN Y SELECCIÓN DE LA MEJOR RUTA
RUTAS CRITERIOS Longitud (Km) Pendiente Media (%) Costo de Construcción (S/.) Nº de Alcantarillas Alineamiento Suma de Pesos
Nº 1
Nº 2
Valor
Peso
Valor
Peso
24.5 4.5 1026516.62 8
1 1 1 1 1
32.875 4.5 1377421.735 16
2 1 2 2 2
5
9
Por lo que, se concluye que la mejor Ruta es la RUTA
1
XIII. CONCLUSIONES
El diseño geométrico es la parte más importante del proyecto de una carretera ya que de esta dependerá la longitud final de la carretera, así como los desarrollos que se realizarán en esta.
Existen diversos factores a considerar al hacer el trazado de la gradiente como la topografía y el tipo de suelo del lugar; para esto es necesario tener un buen criterio para poder relacionar las variables de modo efectivo.
Se debe de realizar 2 o más rutas, ya que dependiendo de las variables antes mencionadas, se compararán entre ellas para así elegir la mejor opción.
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Las 2 rutas trazadas tuvieron las siguientes longitudes:
Al realizar el cuadro de comparación, se determinó que la opción más viable es la de la RUTA 1, esta comparación se realizó con el método de los métodos absolutos.
XIV. RECOMENDACIONES
Antes de realizar todo diseño geométrico de carreteras, se tiene que obtener la información suficiente del terreno por donde se trazará la gradiente, no sólo con la ayuda de la carta nacional, sino también vistas panorámicas, vistas satelitales de la zona de trabajo y lo más importante el recorrido a pie.
Se debe de tener bien calibrados los instrumentos que se usarán para el trazado, tales como escalímetros y compás primordialmente, así se reducirán errores al mínimo por tratarse de una carta nacional de escala 1/25000.
Tener mucho cuidado al hacer el trazo ya que si nos pasamos de curva de nivel aumentaremos al doble la pendiente.
Evitar hacer los desarrollos muy continuos, conlleva mayor movimiento de tierra, curvas muy cerradas que causan incomodidad e inseguridad al público que transitará por la carretera.
Hacer las cuervas de volteo en terrenos no muy accidentados, para no hacer demasiado movimiento de tierra.
Tener en cuenta los puntos de control, tanto positivos como negativos, para el trazo de la gradiente.
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XV. BIBLIOGRAFIA
Páginas de Internet
TRAZADO DE CARRETERAS
JAMES CÁRDENAS GRISALES. ECOE EDICIONES, 2004 - 409 páginas
Apuntes de CAMINOS I
ALVA VILLACORTA FREDY UNASAM 2010 - II
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