Manual de Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito

MANUAL DE DISEÑO DE CARRETERAS NO PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO

Ministerio de Transportes y Comunicacio Comunicaciones nes

Dirección General de Caminos y Ferrocarriles

MANUAL PARA EL DISEÑO DE CARRETERAS NO PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO

Lima - Perú, marzo de 2008.

MANUAL PARA EL DISEÑO DE CARRETERAS NO PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO CONTENIDO Presentación

..............................................................................

11

Marco del manual a) Introducción

................... ......... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ................. ....... 15

b) Objetivos

................... ......... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ................. ....... 15

c)

Alcances del manual .......... .................... .................... ..................... ..................... .................... ..................... ........... 16

CAPÍTULO 1: FUNDAMENTOS DEL MANUAL 1.1 Clasicación de carreteras y tipos de obra considerados en el manual

................... ......... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ................. ....... 21

1.2 Derecho de vía o faja de dominio ........... ..................... .................... .................... .................... .......... 22 CAPÍTULO 2: PARÁMETROS Y ELEMENTOS BÁSICOS DEL DISEÑO 2.1 Parámetros básicos para el diseño diseño......... .................... ..................... .................... .................... .......... 27 2.1.1

Metodología para el estudio de la demanda de tránsito tránsito.... ...... .. 27 2.1.1.1 Índice Medio Diario Anual de Tránsito (IMDA) ...... 27 2.1.1.2 Volum Volumen en y composición o clasicación de los vehículos ......... ................... ..................... ..................... .................... .................... ............. ... 28 2.1.1.3 Variaciones horarias de la demanda........... ..................... .......... 29 2.1.1.4 Variaciones diarias de la demanda ......... .................... .............. ... 29 2.1.1.5 Variaciones estacionales (mensuales)......... .................. ......... 29 2.1.1.6 Metodología para establecer el peso de los vehículos de carga, que es importante para el diseño de los pavimentos, pontones y puentes puentes.... .... 29 2.1.1.7 Información mínima necesaria .......... .................... .................... .......... 30

2.1.2

La velocidad de diseño y su relación con el costo de la carretera ......... ................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ................. ....... 30

El marco del manual

2.1.3

La sección transversal de diseño ........................................ 31

2.1.4

Tipos de supercie de rodadura ......................................... 32

2.2 Elementos del diseño geométrico .................................................... 32 CAPÍTULO 3: DISEÑO GEOMÉTRICO 3.1 Distancia de visibilidad ..................................................................... 37 3.1.1

Visibilidad de parada ........................................................... 37

3.1.2

Visibilidad de adelantamiento .............................................. 38

3.2 Alineamiento horizontal .................................................................... 39 3.2.1

Consideraciones para el alineamiento horizontal ................ 39

3.2.2

Curvas horizontales ............................................................. 41

3.2.3

Curvas de transición ............................................................ 41

3.2.4

Distancia de visibilidad en curvas horizontales ................... 43

3.2.5

Curvas compuestas............................................................. 43

3.2.4

Peralte de la carretera ........................................................ 44

3.2.5

Sobre ancho de la calzada en curvas horizontales ............. 53

3.3 Alineamiento vertical ........................................................................ 54 3.3.1

Consideraciones para el alineamiento vertical .................... 54

3.3.2

Curvas verticales ................................................................. 55

3.3.3

Pendiente............................................................................. 56

3.4 Coordinación entre el diseño horizontal y del diseño vertical .......... 57 3.5 Sección transversal .......................................................................... 60

6

3.5.1

Calzada .............................................................................. 60

3.5.2

Bermas .............................................................................. 60

3.5.3

Ancho de la plataforma ....................................................... 61

3.5.4

Plazoletas ........................................................................... 61

3.5.5

Dimensiones en los pasos inferiores ................................... 61

3.5.6

Taludes .............................................................................. 62

3.5.7

Sección transversal típica.................................................... 62

Manual para el Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito

CAPÍTULO 4: HIDROLOGÍA Y DRENAJE 4.1 Drenaje Supercial........................................................................... 68 4.1.1

Consideraciones generales ................................................. 68

4.1.2

Hidrología y cálculos hidráulicos ......................................... 73

4.1.3

Elementos físicos del drenaje supercial............................. 77

4.2 Drenaje Subterráneo........................................................................ 93 4.2.1

Condiciones generales ........................................................ 93

4.2.2

Drenes subterráneos ........................................................... 94 4.2.2.1 La tubería .............................................................. 95

4.2.3

Relleno de zanjas ................................................................ 98

4.2.4

Cajas de registro y buzones ................................................ 100

4.2.5

Investigación del agua freática ............................................ 102

4.2.6

Drenes de intercepción ........................................................ 103 4.2.6.1 Objeto y clasicación ............................................ 103 4.2.6.2 Drenes longitudinales ........................................... 103 4.2.6.3 Drenes transversales ............................................ 104

4.2.7

Drenaje del pavimento ......................................................... 108

4.2.8

Casos especiales................................................................. 108 4.2.8.1 Protección del suelo de la explanación contra el agua libre en terreno de elevado nivel freático, llano y sin desagüe ......................... 108 4.2.8.2 Protección del suelo de explanación situado bajo la calzada contra los movimientos capilares del agua................................................. 109 4.2.8.3 Capa drenante ...................................................... 109

CAPÍTULO 5: GEOLOGÍA, SUELOS Y CAPAS DE REVESTIMIENTO GRANULAR 5.1 Geología........................................................................................... 113 5.2 Estabilidad de taludes ...................................................................... 114 5.3 Suelos y capas de revestimiento granular ....................................... 126

7

El marco del manual

5.3.1 Tráco .................................................................................... 127 5.3.2 Subrasante............................................................................. 130 5.4 Catálogo estructural de supercie de rodadura ............................... 139 5.5 Materiales y partidas especícas de la capa granular de rodadura. 145 5.5.1

Capa de armado ................................................................ 145

5.5.2

Macadam granular ............................................................... 150

5.5.3

Estabilizadores .................................................................... 155 5.5.3.1 Capa supercial del armado ................................. 156 5.5.3.2 Estabilización granulométrica................................. 157 5.5.3.3 Estabilización con cal ............................................. 158 5.5.3.4 Estabilización con cemento .................................... 160 5.5.3.5 Imprimación reforzada bituminosa.......................... 162

5.5.4

Partidas especícas para la capa de rodadura ................... 167

5.6 Fuente de materiales - Canteras...................................................... 168 CAPÍTULO 6: TOPOGRAFÍA 6.1 Consideraciones generales del trazo ............................................... 173 6.2 Topografía y trazado ........................................................................ 174 6.3 El trazo directo .............................................................................. 175 6.4 El trazado indirecto .......................................................................... 177 6.5 Sistema de unidades........................................................................ 177 6.6 Sistemas de referencia .................................................................... 178 6.7 Tolerancias en la ubicación de puntos ............................................. 179 6.8 Trabajos topográcos ....................................................................... 179 6.9 Geometría de la carretera ................................................................ 182 6.10 Geometría del alineamiento vertical................................................. 187 6.11 Alineamiento vertical ........................................................................ 188 6.12 Diseño y cómputo de curvas verticales............................................ 189 6.13 Coordinación entre el trazo en planta y el trazo en elevación ........ 191 6.14 Planos básicos del proyecto ............................................................ 191 6.15 Replanteo de una curva circular con PI accesible ........................... 195

8


CAPÍTULO 7: IMPACTO AMBIENTAL 7.1 Preservación del ambiente y mitigación del impacto causado por los trabajos de obras viales en carreteras de bajo volumen de tránsito

.............................................................................. 199

7.1.1

Introducción ......................................................................... 199

7.1.2

Objetivos .............................................................................. 199

7.2 Las siguientes actividades preliminares deben estar consideradas en el programa del estudio de las obras por ejecutar según corresponda al tamaño y naturaleza de cada proyecto especíco. . 199 7.2.1

Identicación de las condiciones de base ........................... 199

7.2.2

Programación de obras temporales y de acciones sociales con la comunidad................................................... 200

7.2.3

Acciones necesarias a considerar según el tamaño y tipo de proyecto ................................................................... 200

7.2.4

Utilización de recursos de la zona del proyecto .................. 200

7.2.5

Señalización del Derecho de Vía......................................... 201

7.2.6

Identicación de Infraestructura y predios a ser afectados por el proyecto .................................................... 201

7.3 Actividades del proyecto que deben ser consideradas en el programa del estudio de las obras por ejecutar, según corresponda al tamaño y naturaleza de cada proyecto especíco .. 201 7.3.1

Canteras de materiales........................................................ 201

7.3.2

Fuentes de agua .................................................................. 202

7.3.3

Estabilización y tratamiento de taludes ............................... 203

7.3.4

Depósitos para materiales excedentes originados por la obra 203

7.3.5

Tratamiento de residuos líquidos originados por la obra ..... 204

7.3.6

Tratamiento de residuos sólidos originados por la obra ...... 204

7.3.7

Campamentos y patios de maquinarias .............................. 205

7.3.8

Monitoreo ambiental ............................................................ 205

7.3.9

Costos de mitigación ........................................................... 205

9

El marco del manual

El Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú-Ecuador fue constituido por los gobiernos del Perú y del Ecuador, con el propósito de impulsar y canalizar esfuerzos orientados a promover el desarrollo y elevar el nivel de vida de sus respectivas poblaciones. La infraestructura vial es uno de los principales soportes para el desarrollo del ámbito de la región fronteriza con el Ecuador, en especial las carreteras de bajo volumen de tránsito que interconectan poblaciones rurales, muchas veces localizadas en zonas lejanas fronterizas. Por ello, ha sido muy grato para el Capítulo Perú del Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú – Ecuador colaborar con el Ministerio de Transportes y Comunicaciones en el objetivo de difundir normas para la conservación, diseño y especicaciones técnicas de carreteras de bajo volumen de tránsito y, en particular, apoyar en la publicación del “Manual para el Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Bolumen de Tránsito”, con un nanciamiento fruto de una cooperación que le fue otorgada por la Corporación Andina de Fomento – CAF.

Consolidando la paz con desarrollo.

10


Presentación Existe la necesidad de formular el Manual para el Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito, vías que conforman el mayor porcentaje del Sistema Nacional de Carreteras (SINAC), caracterizadas por tener una superfcie de rodadura de material granular y son recorridas generalmente por un volumen menor de 50 vehículos por día y que muy pocas veces llegan hasta 200 vehículos por día. Por ello, se requiere proporcionar criterios técnicos, sólidos y coherentes de gran utilidad para el diseño de este tipo de carreteras. Las entidades de la gestión vial contarán con un documento técnico desarrollado para su uso simple y masivo por la comunidad nacional a través de los estamentos políticos, sociales y técnicos, a fn de optimizar el uso de recursos adecuadamente. El manual organiza y recopila las técnicas de diseño vial y pone al alcance del usuario tecnologías apropiadas que propician el uso intensivo de mano de obra y de recursos locales. La normatividad vial es dinámica con los avances de la ingeniería vial, por lo que el Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC) acogerá e introducirá los reajustes, correcciones y actualizaciones debidamente justifcadas para la vigencia del presente manual. En ese sentido, el MTC ha elaborado el Manual para el Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito, cuya publicación es muy satisfactorio presentar. La presente publicación es el producto de un esfuerzo conjunto del Ministerio de Transporte y Comunicaciones y el Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú – Ecuador.

Verónica Zavala Lombardi Ministra de Transportes y Comunicaciones

11

El marco del manual

12


EL MARCO DEL MANUAL

13

Fundamentos del manual

14


EL MARCO DEL MANUAL a)

Introducción

Dentro de su rol normativo y scalizador, el Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú (MTC) a través de la Dirección General de Caminos y Ferrocarriles, tiene como función formular las normas sobre el uso y desarrollo de la infraestruc tura de carreteras y ferrocarriles, así como emitir los manuales de diseño y especicaciones técnicas para la ejecución de los proyectos viales. En este contexto, el MTC ha elaborado el Manual de Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito, teniendo en consideración que estas carreteras son de gran importancia en el desarrollo local, regional y nacional, por cuanto el mayor porcentaje de la vialidad se encuentra en esta categoría. Esta norma es de aplicación obligatoria por las autoridades competentes en todo el territorio nacional para los proyectos de vialidad de uso público, según corresponda. Por razones de seguridad vial, todos los proyectos viales de carácter privado deberán ceñirse como mínimo a esta norma. Complementariamente el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras (DG-2001) del MTC rige en todo aquello, aplicable, que no es considerado en el Manual para el Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito.

b)

Objetivos

Por la naturaleza del manual, requerido mayormente en territorios con acceso limi tado a aspectos tecnológicos especializados, se han incorporado normas de diseño de supercie de rodadura, de estudios de hidrología y drenaje, así como guías para el diseño de elementos de protección que otorguen estabilidad a la plataforma de la carretera y a su estructura de rodadura. De esta manera se brinda a los usuarios del manual, una visión amplia del conjunto de temas tratados y de la forma funcional en que se integran. El objetivo de esta norma es brindar a la comunidad técnica nacional un manual de alcance amplio, pero de uso simple que proporcione criterios técnicos sólidos y coherentes para posibilitar el diseño y construcción de carreteras ecientes, optimizadas en su costo. De manera que las limitaciones económicas del Sector Público, no sea un obstáculo insalvable para lograr mejorar y ampliar la red de carreteras. Para este efecto, en el manual se pone al alcance del usuario, tecnologías apropia das que propician el uso de los recursos locales y el uso intensivo de la mano de

15

El marco del manual

obra y, en especial, el cuidado de los aspectos de seguridad vial y de preservación del medio ambiente. Los valores de diseño que se indican en este volumen son los mínimos normales, es decir, representan el límite inferior de tolerancia en el diseño. Por lo tanto, las especicaciones del manual constituyen una norma de carácter mandataria. Sin embargo, los casos especiales en los que exista la necesidad in salvable de reducir de estos valores, además de una justicación técnica econó mica así como de las medidas paliativas para compensar la disminución de estas características, deberán tenerla autorización expresa del MTC o de la autoridad competente correspondiente.

c)

Alcances del manual

Magnitud y Justificación de los Proyectos El hecho de que en este documento se presentan determinados criterios para el di seño de carreteras, no implica necesariamente que las carreteras existentes sean inseguras o de construcción deciente, ni obliga a modicarlos, ni se pretende im poner políticas que obliguen a la modicación de los alineamientos o de la sección transversal de las carreteras de bajo volumen de tránsito. El elevado costo de una reconstrucción total de una carretera, incluyendo ajustes en el trazado, generalmente es injusticable. Las referencias de pérdidas del patrimo nio vial por causas del mal estado de las carreteras y la existencia de lugares donde ocurren accidentes, son normalmente aisladas. Frecuentemente las características de diseño de las carreteras existentes se comportan de modo satisfactorio y suciente en la mayor parte de la ruta y sólo requieren de obras de mantenimiento periódico oportuno. Para ello es necesario, en cada caso, analizar el grado de problema y la cantidad de recursos que se justica gastar para superar cualquier deciencia. En este pro ceso, se tienen normalmente alternativas que, debidamente evaluadas, permitirán seleccionar el proyecto óptimo a ejecutar. En este análisis, la magnitud de la demanda de usuarios de la carretera es muy importante para poder valorar los benecios que la comunidad obtendrá y su relación entre el monto de los benecios frente a los costos de las obras. Relación entre demanda y características de la carretera La aplicación de este manual en relación a los volúmenes de la demanda del trán sito, se extiende hasta los límites que justicarían el cambio de supercie granular

16


a rodadura pavimentada. El límite real es especíco de cada caso y dependerá de la cantidad y tipo de los vehículos. Y puede calcularse mediante un análisis técnico económico en cada caso especíco. El cuadro 1 sintetiza las características de la supercie de rodadura que la experiencia peruana ha denido como la práctica adecuada en términos técnico-económico, para las carreteras no pavimentadas de bajo volumen de tránsito. Actualización

del manual

Si en la aplicación de esta norma, los usuarios encuentran la necesidad de intro ducir reajustes o correcciones que permitan su actualización y perfeccionamiento, sin perjuicio de su aplicación justicada en el campo de forma inmediata, deberán remitir la correspondiente nota a manera de propuesta y con la debida justicación del caso a la Dirección de Normatividad Vial del MTC para que sea tomada en consideración. Cuadro 1: Características básicas para la supercie de rodadura de las Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito Carretera de BVT

T3

T2

T1

T0

Trocha carrozable

Ancho de Calzada (M)

Estructuras y Superficie de Rodadura Alternativas (**)

101-200

2 carriles 5.50-6.00

Armado (material granular, grava de tamaño máximo 5 cm homogenizado por zarandeado o por chancado) con supercie de rodadura adicional (min. 15 cm), estabilizada con nos ligantes u otros; perlado y compactado

51-100

2 carriles 5.50-6.00

Armado (material granular natural, grava, seleccionada por zarandeo o por chancado (tamaño máximo 5 cm); perlado y compactado, min. 15 cm.

IMD Proyectado

16-50

<15

IMD Indenido

1 carril(*) o 2 carriles 3.50-6.00

1 carril(*) 3.50-4.50

1 sendero(*)

Armado (material granular natural, grava, seleccionada por zarandeo o por chancado (tamaño máximo 5 cm); perlado y compactado, min. 15 cm. Armado (tierra) En lo posible mejorada con grava seleccionada por zarandeo, perlado y compactado, min. 15 cm Suelo natural (tierra) en lo posible mejorado con grava natural seleccionada; perlado y compactado.

(*) Con plazoletas de cruce, adelantamiento o volteo cada 500 – 1000 m; mediante regulación de horas o días, por sentido de uso. (**) En caso de no disponer gravas en distancia cercana las carreteras puede ser estabilizado mediante técnicas de estabilización suelo-cemento o cal o productos químicos u otros.

17

Capítulo 1 FUNDAMENTOS DEL MANUAL


20


FUNDAMENTOS DEL MANUAL 1.1

Clasicación de carreteras y tipos de obra, considerados en el manual

Las presentes especicaciones se aplican para el diseño de carreteras con supercie de rodadura de material granular, según correspondan a la clasicación que se establece en el Manual de Diseño Geométrico DG-2001 del MTC del Perú, como sigue: 1.1.1 Clasicación por su función a) b) c)

Carreteras de la Red Vial Nacional. Carreteras de la Red Vial Departamental o Regional. Carreteras de la Red Vial Vecinal o Rural.

1.1.2 Clasicación por el tipo de relieve y clima Carreteras en terrenos planos, ondulados, accidentados y muy accidentados. Se ubican indistintamente en la costa (poca lluvia), sierra (lluvia moderada) y selva (muy lluviosa). 1.1.3 Tipo de obra por ejecutarse El manual es de aplicación para el diseño de proyectos de carreteras no pavimen tadas de tierra y armadas. Para obras que conguran la siguiente clasicación de trabajos: a)

Mantenimiento rutinario. Conjunto de actividades que se realizan en las vías con carácter permanente para conservar sus niveles de servicio. Estas actividades pueden ser manuales o mecánicas y están referidas principalmente a labores de limpieza, bacheo, perlado, roce, eliminación de derrumbes de pequeña magnitud.

b)

Mantenimiento periódico. Conjunto de actividades programables cada cierto período que se realizan en las vías para conservar sus niveles de servicio. Estas actividades pueden ser manuales o mecánicas y están referidas principalmente a labores de desencalaminado, perlado, nivelación, reposición de material granular, así como reparación o reconstrucción puntual de los puentes y obras de arte.

21


c)

Rehabilitación. Ejecución de las obras necesarias para devolver a la vía, cuando menos, sus características originales, teniendo en cuenta su nuevo período de servicio.

d)

Mejoramiento. Ejecución de las obras necesarias para elevar el estándar de la vía, mediante actividades que implican la modicación sustancial de la geometría y la transformación de una carretera de tierra a una carretera armada.

e)

Nueva construcción. Ejecución de obras de una vía nueva con características geométricas acorde a las normas de diseño y construcción vigentes.

1.2

Derecho de vía o faja de dominio

El Derecho de Vía es la faja de terreno de ancho variable dentro del cual se encuentra comprendida la carretera, sus obras complementarias, servicios, áreas previstas para futuras obras de ensanche o mejoramiento, y zonas de seguridad para el usuario. Dentro del ámbito del Derecho de Vía, se prohíbe la colocación de publicidad co mercial exterior, en preservación de la seguridad vial y del medio ambiente. 1.2.2 Dimensionamiento del ancho mínimo del derecho de vía para carreteras de bajo volumen de tránsito. El ancho mínimo debe considerar la clasicación funcional de la carretera, en concordancia con las especicaciones establecidas por el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras DG-2001 del MTC del Perú, que jan las siguientes dimensiones: Cuadro 1.2.1: Ancho

del derecho de vía par A CBVT

Descripción

Ancho mínimo absoluto *

Carreteras de la Red Vial Nacional

15 m

Carreteras de la Red Vial Departamentales o Regional

15 m

Carreteras de la Red Vial Vecinal o Rural

15 m

* 7.50 m a cada lado del eje

La faja de dominio dentro de la que se encuentra la carretera y sus obras comple mentarias, se extenderá como mínimo, para carreteras de bajo volumen de tránsito

22


un (1.00) metro, 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 construyan. La distancia mínima absoluta entre pie de taludes o de obras de contención y un elemento exterior será de 2.00 m. La mínima deseable será de 5.00 m 1.2.3 Faja de propiedad restringida A cada lado del Derecho de Vía habrá una faja de propiedad restringida. La restricción impide ejecutar construcciones permanentes que afecten la seguridad o la visibilidad y que diculten ensanches futuros de la carretera. La norma DG-2001, ja esta zona restringida para carreteras de 3ra. clase en diez (10) metros a cada lado del Derecho de Vía. De modo similar para las carreteras de bajo volumen de tránsito el ancho de la zona restringida será de 10 m. 1.2.4 Procedimientos de adquisiciones de propiedad para el derecho de vía público por parte del estado El área del Derecho de Vía pasa a propiedad pública por donación del propietario o por adquisición del Estado, como parte de la gestión que realiza la autoridad com petente en el caso de un proyecto vial. La Ley General de Expropiación N° 27117, concordada con la Ley 27628, que facilita la adquisición, vigentes a la fecha de la elaboración de este manual, regulan la forma de adquirir la propiedad para constituir el Derecho de Vía público, necesario para que los carreteras puedan ser construidos. 1.2.4.1 Valuación La ley establece los procedimientos y parámetros de valuación de los predios que son adquiridos, total o parcialmente, por el Estado, según sea necesario. 1.2.4.2 Registro Nacional de la Propiedad Las adquisiciones deberán ser inscritas en el Registro de Propiedad correspondiente, en concordancia con la legislación vigente. 1.2.4.3 Materialización del Derecho de Vía El límite del Derecho de Vía será marcado por la autoridad competente.

23


1.2.5

Mantenimiento

d el derecho de vía

Los presupuestos de ejecución y de mantenimiento de las obras viales, incluirán acciones de terminación y limpieza de las áreas laterales a la plataforma de la ca rretera, dentro del derecho de vía público, que comprenden, terrenos de pendientes laterales variadas.

24


Capítulo 2 PARÁMETROS Y ELEMENTOS BÁSICOS DEL DISEÑO

25


26


PARÁMETROS Y ELEMENTO BÁSICOS DEL DISEÑO El diseño de una carretera responde a una necesidad justicada social y econó micamente. Ambos conceptos se correlacionan para establecer las características técnicas y físicas que debe tener la carretera que se proyecta a n de que los resultados buscados sean óptimos, en benecio de la comunidad que requiere del servicio, normalmente en situación de limitaciones muy estrechas de recursos locales y nacionales.

2.1

Parámetros básicos para el diseño

Para alcanzar el objetivo buscado deben evaluarse y seleccionarse los siguientes parámetros que denirán las características del proyecto. Según se explica a continuación en el siguiente orden: 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4

Estudio de la demanda. La velocidad de diseño en relación al costo de la carretera. La sección transversal de diseño. El tipo de supercie de rodadura.

2.1.1 Metodología para el estudio de la demanda de tránsito 2.1.1.1 Índice Medio Diario Anual de Tránsito (IMDA) En los estudios del tránsito se puede tratar de dos situaciones: el caso de los estudios para carreteras existentes, y el caso para carreteras nuevas, es decir que no existen actualmente. En el primer caso, el tránsito existente podrá proyectarse mediante los sistemas convencionales que se indican a continuación. El segundo caso requiere de un estudio de desarrollo económico zonal o regional que lo justique. La carretera se diseña para un volumen de tránsito que se determina por la deman da diaria que cubrirá, calculado como el número de vehículos promedio que utilizan la vía por día actualmente y que se incrementa con una tasa de crecimiento anual, normalmente determinada por el MTC para las diversas zonas del país.

27

Parámetros y elementos básicos del diseño

Cálculo de tasas de crecimiento y la proyección Se puede calcular el crecimiento de tránsito utilizando una fórmula simple: Tn = To (1+i)n-1 En la que: Tn = Tránsito proyectado al año “n” en veh/día. To = Tránsito actual (año base o) en veh/día. n = Años del período de diseño. i =

Tasa anual de crecimiento del tránsito que se dene en correlación con la dinámica de crecimiento socio-económico1(*) normalmente entre 2% y 6% a criterio del equipo del estudio.

Estas tasas pueden variar sustancialmente si existieran proyectos de desarrollo especícos por implementarse con certeza a corto plazo en la zona de la carretera. La proyección puede también dividirse en dos partes. Una proyección para vehículos de pasajeros que crecerá aproximadamente al ritmo de la tasa de crecimiento de la población. Y una proyección de vehículos de carga que crecerá aproximadamente con la tasa de crecimiento de la economía. Ambos datos sobre índices de crecimiento normalmente obran en poder de la región. 2.1.1.2 Volumen y composición o clasicación de los vehículos i)

Se denen tramos del proyecto en los que se estima una demanda homogénea en cada uno de ellos.

ii)

Se establece una estación de estudio o conteo en un punto central del tramo, en un lugar que se considere seguro y con suciente seguridad social.

iii)

Se toma nota en una cartilla del número y tipo de vehículos que circulan en una y en la otra dirección, señalándose la hora aproximada en que pasó el vehículo por la estación.

Se utiliza en el campo una cartilla previamente elaborada, que facilite el conteo, según la información que se recopila y las horas en que se realiza el conteo. De esta manera se totalizan los conteos por horas, por volúmenes, por clase de vehículos, por sentidos, etc.

(*) Social: Tasa anual de crecimiento de la población económica: Tasa anual de crecimiento de la economía (PBI)

28


2.1.1.3 Variaciones horarias de la demanda De conformidad con los conteos, se establece las variaciones horarios de la demanda por sentido de tránsito y también de la suma de ambos sentidos. También se determina la hora de máxima demanda. Se realizarán conteos para las 24 horas corridas. Pero si se conoce la hora de ma yor demanda, se contará por un período menor. 2.1.1.4 Variaciones diarias de la demanda Si los conteos se realizan por varios días, se pueden establecer las variaciones relativas del tránsito diario (total del día o del período menor observado) para los días de la semana. 2.1.1.5 Variaciones estacionales (mensuales) Si la información que se recopila es elaborada en forma de muestreo sistemático durante días claves a lo largo de los meses del año, se obtendrán índices de va riación mensual que permitan establecer que hay meses con mayor demanda que otros. Ese sería el caso en zonas agrícolas durante los meses de cosecha. Con la información obtenida mediante los estudios descritos o previamente ya co nocida por estudios anteriores, podrá establecerse, mediante la proyección de esa demanda para el período de diseño, la sección (ancho) transversal necesaria de la carretera a mejorar y los elementos del diseño de esta sección, como son ancho de la calzada y de las bermas de la carretera. 2.1.1.6 Metodología para establecer el peso de los vehículos de carga, que es importante para el diseño de los pavimentos, pontones y puentes Estos estudios se concentran sólo en los vehículos pesados que son los que le hacen daño a la carretera y, por tanto, son importantes para denir el diseño de los pavimentos, de la supercie de rodadura y la resistencia de los pontones y puentes. Peso vehicular y por eje de los vehículos pesados Para el caso de carreteras de bajo volumen de tránsito, en el capítulo 5 se presenta la guía para el diseño de pavimentos con la metodología que permite establecer el efecto destructivo que tendrá el tránsito sobre el pavimento y cómo diseñar el pavi mento, dándose alternativas en función de los materiales a utilizarse.

29


2.1.1.7 Información mínima necesaria Para los casos en que no se dispone de la información sobre la variación diaria y estacional (mensual) de la demanda (en general esa información debe ser propor cionada por la autoridad competente), se requerirá realizar estudios que permitan localmente establecer los volúmenes y características del tránsito diario, en por lo menos tres (3) días típicos, es decir, normales, de la actividad local. Para este efecto, no se contará el tránsito en días feriados, nacionales o patronales, o en días en que la carretera estuviera dañada y, en consecuencia, interrumpida. De conformidad a la experiencia anual de las personas de la localidad, los conteos e inventarios de tránsito en general pueden realizarse prescindiéndose de las horas en que se tiene nulo o poco tránsito. El estudio debe tomar días que en opinión general reejen razonablemente bien el volumen de la demanda diaria y la composición o clasicación del tránsito. Finalmente, el efecto destructivo de los vehículos de carga, será estimado según las especicaciones mínimas indicadas en el capítulo sobre pavimentos. 2.1.2 La velocidad de diseño y su relación con el costo de la carretera la velocidad de diseño es muy importante para establecer las características del trazado en planta, elevación y sección transversal de la carretera. Denida la velocidad del diseño para la circulación del tránsito automotor, se pro cederá al diseño del eje de la carretera, siguiendo el trazado en planta compuesto por tramos rectos (en tangente) y por tramos de curvas circulares y espirales. Y similarmente del trazado vertical, con tramos en pendiente rectas y con pendientes curvilíneas, normalmente parabólicas. La velocidad de diseño está igualmente relacionada con el ancho de los carriles de circulación y, por ende, con la sección transversal por adoptarse. La velocidad de diseño es la que establecerá las exigencias de distancias de visi bilidad en la circulación y, consecuentemente, de la seguridad de los usuarios de la carretera a lo largo del trazado. Denición de la velocidad de diseño La selección de la velocidad de diseño será una consecuencia de un análisis técnico-económico de alternativas de trazado que deberán tener en cuenta la orografía del territorio. En territorios planos, el trazado puede aceptar altas velocidades a bajo

30


costo de construcción, pero en territorios muy accidentados será muy costoso mantener una velocidad alta de diseño, porque habría que realizar obras muy costosas para mantener un trazo seguro. Ello solo podría justicarse si los volúmenes de la demanda de tránsito fueran muy altos. En el particular caso de este manual destinado al diseño de carreteras de bajo volumen del tránsito, es natural que el diseño se adapte en lo posible a las inexiones del terreno y, particularmente, la velocidad de diseño deberá ser bastante baja cuando se trate de sectores o tramos de orografía más accidentada. Para efectos de este Manual, la velocidad máxima de diseño considerada es de 60Km/h. Para velocidades mayores a estas, adoptarán los parámetros establecidos en el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras DG-2001 o en el Manual para el Diseño de Carreteras Pavimentas de Bajo Volumen de Tránsito. Velocidad de circulación La velocidad de circulación corresponderá a la norma que se dicte para señalizar la carretera y limitar la velocidad máxima a la que debe circular el usuario, que se indicará mediante la señalización correspondiente. 2.1.3 La sección transversal de diseño Este acápite se reere a la selección de las dimensiones que debe tener la sección transversal de la carretera, en las secciones rectas (tangente) y en los diversos tramos a lo largo de la carretera proyectada. Para dimensionar la sección transversal, se tendrá en cuenta que los carreteras de bajo volumen de tránsito, solo requerirán: a) Una calzada de circulación vehicular con dos carriles, una para cada sentido; y b) Para las carreteras de menor volumen, un solo carril de circulación, con plazoletas de cruce y/o de volteo cada cierta distancia, según se estipula más adelante. El ancho de la carretera, en la parte superior de la plataforma o corona, podrá contener además de la calzada, un espacio lateral a cada lado para bermas y para la ubicación de guardavías, muros o muretes de seguridad, señales y cunetas de drenaje. La sección transversal resultante será más amplia en territorios planos en concor dancia con la mayor velocidad del diseño. En territorios ondulados y accidentados, tendrá que restringirse lo máximo posible para evitar los altos costos de construcción, particularmente más altos en los trazados a lo largo de cañones anqueados por farallones de roca o de taludes inestables.

31


2.1.4 Tipos de superf icie de rodadura En este Manual de Diseño para Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito, se ha considerado que básicamente se utilizarán los siguientes materiales y tipos de pavimentos: •

Carreteras de tierra y carreteras de grava.

•

Carreteras armadas con material granular y/o estabilizados.

La metodología de diseño de las supercies de rodaduras o calzadas de circulación está desarrollada en el capítulo 5. Es importante indicar que los criterios más importantes a n de seleccionar la su percie de rodadura para una carretera armada, establecen que a mayor tránsito pesado, medido en ejes equivalentes destructivos, se justicará utilizar armados de mayor rendimiento y que el alto costo de la construcción debe impulsar el uso de materiales locales para abaratar la obra, lo que en muchos casos podrá justicar el uso de armados estabilizados. También es importante establecer que la presión de las llantas de los vehículos, deben mantenerse bajo las 80 (psi) libras por pulg 2 de presión para evitar daños graves a la estructura de los armados.

2.2

Elementos del diseño geométrico

Los elementos que denen la geometría de la carretera son: a)

La velocidad de diseño seleccionada.

b)

La distancia de visibilidad necesaria.

c)

La estabilidad de la plataforma de la carretera, de las supercies de rodadura, de puentes, de obras de arte y de los taludes.

d)

La preservación del medio ambiente.

En la aplicación de los requerimientos geométricos que imponen los elementos mencionados, se tiene como resultante el diseño nal de un proyecto de carretera estable y protegida contra las inclemencias del clima y del tránsito. Para este efecto, este manual incluye la manera en que debe resolverse los aspectos de diseño de la plataforma de la carretera; estabilidad de la carretera y de los taludes inestables; preservación del ambiente; seguridad vial; y diseño propiamente, incluyendo los estudios básicos necesarios, tales como topografía, geología, suelos, canteras e hidrología, que permiten dar sustento al proyecto. Para el buen diseño de una carretera de bajo volumen de tránsito se consideran cla ves las siguientes prácticas:

32


•

Limitar al mínimo indispensable el ancho de la carretera para restringir el área alterada.

•

Evitar la alteración de los patrones naturales de drenaje.

•

Proporcionar drenaje supercial adecuado.

•

Evitar terrenos escarpados con taludes de más de 60%.

•

Evitar problemas tales como zonas inundadas o inestables.

•

Mantener una distancia de separación adecuada con los riachuelos y optimizar el número de cruces de cursos de agua.

•

Minimizar el número de contactos entre la carretera y las corrientes de agua.

•

Diseñar los cruces de quebradas y ríos con la suciente capacidad y protección de las márgenes contra la erosión, permitiendo, de ser el caso, el paso de peces en todas las etapas de su vida.

•

Evitar la constricción del ancho activo de los riachuelos, ríos y cursos de agua (ancho con el caudal máximo).

•

Conseguir una supercie de rodadura de la carretera estable y con materiales físicamente sanos.

•

Instalar obras de subdrenaje donde se necesite, identicando los lugares activos durante la estación de lluvias.

•

Reducir la erosión colocando cubiertas vegetales o físicas sobre el terreno en cortes, terraplenes, salidas de drenajes y cualquier zona expuesta a corrientes de agua.

•

Usar ángulos de talud estables en cortes y rellenos.

•

Usar medidas de estabilización de taludes, de estructuras y de obras de drenaje conforme se necesiten y sea económicamente seleccionada.

•

Aplicar técnicas especiales al cruzar terrenos agrícolas, zonas ribereñas, y cuando se tienen que controlar las quebradas.

•

Proporcionar un mantenimiento debidamente planeado y programado.

•

Cerrar o poner fuera de servicio a las carreteras cuando no se usen o cuando ya no se necesiten.

33

Diseño geométrico

34


Capítulo 3 DISEÑO GEOMÉTRICO

35

Diseño geométrico

36


DISEÑO GEOMÉTRICO 3.1

Distancia de visibilidad

Distancia de visibilidad es la longitud continua hacia delante de la carretera que es visible al conductor del vehículo. En diseño, se consideran tres distancias: la de visibilidad suciente para detener el vehículo; la necesaria para que un vehículo adelante a otro que viaja a velocidad inferior en el mismo sentido; y la distancia requerida para cruzar o ingresar a una carretera de mayor importancia. 3.1.1 Visibilidad de parada Distancia de visibilidad de parada es la longitud mínima requerida para que se de tenga un vehículo que viaja a la velocidad directriz, antes de que alcance un objeto que se encuentra en su trayectoria. Para efecto de la determinación de la visibilidad de parada se considera que el obje tivo inmóvil tiene una altura de 0.60 m y que los ojos del conductor se ubican a 1.10 m por encima de la rasante de la carretera. Cuadro 3.1.1: Distancia de visibilidad de parada (metros) Velocidad directriz (Km./h)

Pendiente nula o en bajada

Pendiente en subida

0%

3%

6%

9%

3%

6%

9%

20

20

20

20

20

19

18

18

30

35

35

35

35

31

30

29

40

50

50

50

53

45

44

43

50

65

66

70

74

61

59

58

60

85

87

92

97

80

77

75

La pendiente ejerce inuencia sobre la distancia de parada. Esta inuencia tiene importancia práctica para valores de la pendiente de subida o bajada iguales o mayores a 6%. En todos los puntos de una carretera, la distancia de visibilidad será igual o superior a la distancia de visibilidad de parada. En el cuadro 3.1.1 se muestran las distancias de visibilidad de parada, en función de la velocidad directriz y de la pendiente. En carreteras de muy bajo volumen de tránsito, de un solo carril y tráco en dos

37

Diseño geométrico

direcciones, la distancia de visibilidad deberá ser por lo menos dos veces la correspondencia a la visibilidad de parada. Para el caso de la distancia de visibilidad de cruce, se aplicarán los mismos criterios que los de visibilidad de parada. 3.1.2 Visibilidad de adelantamiento Distancia de visibilidad de adelantamiento (paso) es la mínima distancia que debe ser visible para facultar al conductor del vehículo a sobrepasar a otro que viaja a velocidad 15 km/h menor, con comodidad y seguridad, sin causar alteración en la velocidad de un tercer vehículo que viaja en sentido contrario a la velocidad directriz y que se hace visible cuando se ha iniciado la maniobra de sobrepaso. Para efecto de la determinación de la distancia de visibilidad de adelantamiento, se considera que la altura del vehículo que viaja en sentido contrario es de 1.10 m y que la del ojo del conductor del vehículo que realiza la maniobra de adelantamiento es 1.10 m.

38


La visibilidad de adelantamiento debe asegurarse para la mayor longitud posible de la carretera cuando no existen impedimentos impuestos por el terreno y que se reejan, por lo tanto, en el costo de construcción. La distancia de visibilidad de adelantamiento a adoptarse varía con la velocidad directriz tal como se muestra en el cuadro 3.1.2. Cuadro 3.1.2: Distancia de visibilidad de adelantamiento

3.2

Velocidad directriz Km./h

Distancia de visibilidad de adelantamiento (m)

30

200

40

270

50

345

60

410

Alineamiento horizontal

3.2.1 Consideraciones para el alineamiento horizontal El alineamiento horizontal deberá permitir la circulación ininterrumpida de los vehí culos, tratando de conservar la misma velocidad directriz en la mayor longitud de carretera que sea posible. El alineamiento carretero se hará tan directo como sea conveniente adecuándose a las condiciones del relieve y minimizando dentro de lo razonable el número de cam bios de dirección. El trazado en planta de un tramo carretero está compuesto de la adecuada sucesión de rectas (tangentes), curvas circulares y curvas de transición. En general, el relieve del terreno es el elemento de control del radio de las curvas horizontales y el de la velocidad directriz. La velocidad directriz, a su vez, controla la distancia de visibilidad. Los radios mínimos, calculados bajo el criterio de seguridad ante el deslizamiento transversal del vehículo, están dados en función a la velocidad directriz, a la fricción transversal y al peralte máximo aceptable. En el alineamiento horizontal desarrollado para una velocidad directriz determinada, debe evitarse el empleo de curvas con radio mínimo. En general, se tratará de usar curvas de radio amplio reservándose el empleo de radios mínimos para las condi ciones más críticas.

39

Diseño geométrico

Deberá buscarse un alineamiento horizontal homogéneo, en el cual tangentes y curvas se suceden armónicamente. Se restringirá, en lo posible, el empleo de tangentes excesivamente largas con el n de evitar el encandilamiento nocturno pro longado y la fatiga de los conductores durante el día. Al término de tangentes largas donde es muy probable que las velocidades de aproximación de los vehículos sean mayores que la velocidad directriz, las curvas horizontales tendrán radios de curvatura razonablemente amplios. Se evitará pasar bruscamente de una zona de curvas de grandes radios a otra de marcadamente menores. Deberá pasarse en forma gradual, intercalando entre una zona y otra, curvas de radio de valor decreciente, antes de alcanzar el radio mínimo. Los cambios repentinos en la velocidad de diseño a lo largo de una carretera serán evitados. Estos cambios se efectuarán en decrementos o incrementos de 15 km/h. No se requiere curva horizontal para pequeños ángulos de deexión. En el cuadro 3.2.1 se muestran los ángulos de inexión máximos para los cuales no es requerida la curva horizontal. Cuadro 3.2.1: Ángulos de deexión máximos para los que no se requiere curva horizontal Velocidad directriz Km./h

Deflexión máxima aceptable sin curva circular

30

2º 30’

40

2º 15’

50

1º 50’

60

1º 30

Para evitar la apariencia de alineamiento quebrado o irregular, es deseable que, para ángulos de deexión mayores a los indicados en el cuadro 3.2.1, la longitud de la curva sea por lo menos de 150 m. Si la velocidad directriz es menor a 50 km/h y el ángulo de deexión es mayor que 5 º, se considera como longitud de curva mínima deseada la longitud obtenida con la siguiente expresión L = 3V (L = longitud de curva en metros y V = velocidad en km/hora). Es preferible no diseñar longitudes de curvas horizontales mayores a 800 metros.

40


Se evitará, en lo posible, los desarrollos articiales. Cuando las condiciones del relieve del terreno hagan indispensable su empleo, el proyectista hará una justicación de ello. Las ramas de los desarrollos tendrán la máxima longitud posible y la máxima pendiente admisible, evitando la superposición de varias de ellas sobre la misma ladera. Al proyectar una sección de carretera en desarrollo, será, probablemente, necesario reducir la velocidad directriz. Las curvas horizontales permitirán, cuando menos, la visibilidad igual a la distancia de parada según se muestra en el cuadro 3.1.1. Deben evitarse los alineamientos reversos abruptos. Estos cambios de dirección en el alineamiento hacen que sea difícil para los conductores mantenerse en su carril. También es difícil peraltar adecuadamente las curvas. La distancia entre dos curvas reversas deberá ser, por lo menos, la necesaria para el desarrollo de las transiciones de peralte. No son deseables dos curvas sucesivas del mismo sentido cuando entre ellas existe un tramo corto en tangente. En lo posible, se sustituirán por una sola curva o se intercalará una transición en espiral dotada de peralte. El alineamiento en planta satisfacerá las condiciones necesarias de visibilidad de adelantamiento en tramos sucientemente largos y con una frecuencia razonable a n de dar oportunidad a que un vehículo adelante a otro. 3.2.2 Curvas horizontales El mínimo radio de curvatura es un valor límite que está dado en función del valor máximo del peralte y del factor máximo de fricción para una velocidad directriz determinada. En el cuadro 3.2.6.1 b se muestran los radios mínimos y los peraltes máximos elegibles para cada velocidad directriz. En el alineamiento horizontal de un tramo carretero diseñado para una velocidad directriz, un radio mínimo y un peralte máximo, como parámetros básicos, debe evitarse el empleo de curvas de radio mínimo. En general, se tratará de usar curvas de radio amplio, reservando el empleo de radios mínimos para las condiciones más críticas. 3.2.3 Curvas de trans ició n Todo vehículo automotor sigue un recorrido de transición al entrar o salir de una curva horizontal. El cambio de dirección y la consecuente ganancia o pérdida de las fuerzas laterales no pueden tener efecto instantáneamente.

41

Diseño geométrico

Con el n de pasar de la sección transversal con bombeo, correspondiente a los tramos en tangente a la sección de los tramos en curva provistos de peralte y so bre ancho, es necesario intercalar un elemento de diseño con una longitud en la que se realice el cambio gradual, a la que se conoce con el nombre de longitud de transición. Cuando el radio de las curvas horizontales sea inferior al señalado en el cuadro 3.2.3a, se usarán curvas de transición. Cuando se usen curvas de transición, se recomienda el empleo de espirales que se aproximen a la curva de Euler o Clotoide.

Cuadro 3.2.3.a: Necesidad de curvas de transición Velocidad directriz Km./h

Radio m

20

24

30

55

40

95

50

150

60

210

Cuando se use curva de transición, la longitud de la curva de transición no será menor que Lmin ni mayor que Lmax, según las siguientes expresiones:

L min. =

0.0178

V3 R

L máx. = (24R)0.5 R

= Radio de la curvatura circular horizontal.

L min. = Longitud mínima de la curva de transición. L máx. = Longitud máxima de la curva de transición en metros. V

= Velocidad directriz en Km. /h.

La longitud deseable de la curva de transición, en función del radio de la curva circular, se presenta en el cuadro 3.2.2b.

42


Cuadro 3.2.3.B: Longitud Deseable de la Curva Transición Radio de curva circular (m)

Longitud deseable de la curva transición (m)

20

11

30

17

40

22

50

28

60

33

3.2.4 Distancia de visibilidad en curvas horizontales La distancia de visibilidad en el interior de las curvas horizontales es un elemento del diseño del alineamiento horizontal. Cuando hay obstrucciones a la visibilidad en el lado interno de una curva horizontal (tales como taludes de corte, paredes o barreras longitudinales), se requiere un ajuste en el diseño de la sección transversal normal o en el alineamiento, cuando la obstrucción no puede ser removida. De modo general, en el diseño de una curva horizontal, la línea de visibilidad será, por lo menos, igual a la distancia de parada correspondiente y se mide a lo largo del eje central del carril interior de la curva. El mínimo ancho que deberá quedar libre de obstrucciones a la visibilidad, será calculado por la expresión siguiente:

M = R 1– Cos

28.65S R

M =

Ordenada media o ancho mínimo libre.

R =

Radio de la curva horizontal.

S =

Distancia de visibilidad.

3.2.5 Curvas compuestas En general, se evitará el empleo de curvas compuestas, tratando de reemplazarlas por una sola curva. En casos excepcionales podrán usarse curvas compuestas o curvas policéntricas

43

Diseño geométrico

de tres centros. En tal caso, el radio de una no será mayor que 1.5 veces el radio de la otra. 3.2.6 Peralte de la carretera Se denomina peralte a la sobre elevación de la parte exterior de un tramo de la ca rretera en curva con relación a la parte interior del mismo con el n de contrarrestar la acción de la fuerza centrífuga. Las curvas horizontales deben ser peraltadas. El peralte máximo tendrá como valor máximo normal 8% y como valor excepcional 10%. En carreteras armadas bien drenadas en casos extremos, podría justicarse un peralte máximo alrededor de 12%. El mínimo radio (R min) de curvatura es un valor límite que está dado en función del valor máximo del peralte (e max) y el factor máximo de fricción (f max ) seleccionados para una velocidad directriz (V). El valor del radio mínimo puede ser calculado por la expresión: V2

Rmin =

127 (0.01 emax + f max)

Los valores máximos de la fricción lateral a emplearse son los que se señalan en el cuadro 3.2.6.1a. Cuadro 3.2.6.1.a: Fricción transversal máxima en curvas Velocidad directriz Km./h

f máx

20

0.18

30

0.17

40

0.17

20

0.16

60

0.15

En el cuadro 3.2.6.1b se muestran los valores de radios mínimos y peraltes máxi mos elegibles para cada velocidad directriz. En este mismo cuadro se muestran los valores de la fricción transversal máxima.

44


Cuadro 3.2.6.1b: Radios mínimos y peraltes máximos Velocidad directriz (km/h)

Peralte máximo e (%)

Valor límite de fricción f max

Calculado radio mínimo (m)

Redondeo radio mínimo (m)

20

4.0

0.18

14.3

15

30

4.0

0.17

33.7

35

40

4.0

0.17

60.0

60

50

4.0

0.16

98.4

100

60

4.0

0.15

149.1

150

20

6.0

0.18

13.1

15

30

6.0

0.17

30.8

30

40

6.0

0.17

54.7

55

50

6.0

0.16

89.4

90

60

6.0

0.15

134.9

135

20

8.0

0.18

12.1

10

30

8.0

0.17

28.3

30

40

8.0

0.17

50.4

50

50

8.0

0.16

82.0

80

60

8.0

0.15

123.2

125

20

10.0

0.18

11.2

10

30

10.0

0.17

26.2

25

40

10.0

0.17

46.6

45

50

10.0

0.16

75.7

75

60

10.0

0.15

113.3

115

20

12.0

0.18

10.5

10

30

12.0

0.17

24.4

25

40

12.0

0.17

43.4

45

50

12.0

0.16

70.3

70

60

12.0

0.15

104.9

105

En carreteras cuyo IMDA de diseño sea inferior a 200 vehículos por día y la velocidad directriz igual o menor a 30 km/h, el peralte de todas las curvas podrá ser igual al 2.5% La variación de la inclinación de la sección transversal desde la sección con bombeo normal en el tramo recto hasta la sección con el peralte pleno, se desarrolla en una longitud de vía denominada transición. La longitud de transición del bombeo en aquella en la que gradualmente, se desvanece el bombeo adverso. Se denomina longitud de transición de peralte a aquella longitud en la que la inclinación de la

45

Diseño geométrico

sección gradualmente varía desde el punto en que se ha desvanecido totalmente el bombeo adverso hasta que la inclinación corresponde a la del peralte. En el cuadro 3.2.6.1c se muestran las longitudes mínimas de transición de bombeo y de transición peralte en función de velocidad directriz y del valor del peralte. Cuadro 3.2.6.1.c: Longitudes mínimas de transición de bombeo y transición de peralte (m)

Velocidad directriz (Km./h)

Valor del peralte 2%

4% 6% 8% 10% Longitud de transición de peralte ( M)*

12%

Transición de bombeo

20

9

18

27

36

45

54

9

30

10

19

29

38

48

57

10

40

10

21

31

41

51

62

10

50

11

22

32

43

54

65

11

60

12

24

36

48

60

72

12

* Longitud de transición basada en la rotación de un carril.

El giro del peralte se hará, en general, alrededor del eje de la calzada. En los casos especiales, como, por ejemplo, en terreno muy llano, puede realizarse el giro alre dedor del borde interior cuando se desea resaltar la curva. En los cuadros 3.2.6.1 d 1, 3.2.6.1 d2, 3.2.6.1 d3, 3.2.6.1 d4 y 3.2.6.1 d5, se indican los valores de los peraltes requeridos y sus correspondientes longitudes de transición para cada velocidad directriz en función de los radios adoptados. Para los casos en que se haya previsto el empleo de curvas espirales de transición, se vericará que la longitud de estas curvas espirales permita la variación del peralte en los límites indicados, es decir, que la longitud resulte mayor o igual a la que se indica en los cuadros 3.2.6.1d1, 3.2.6.1d2, 3.2.6.1d3, 3.2.6.1d4 y 3.2.6.1 d5.

46


Cuadro 3.2.6.1.d1: Valores de peralte y longitud de transición de peralte peralte máximo = 4% V=30km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN

V=40km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN

V=50km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN

V=60 km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN

BH

BH

BH

250

V=20km/h (%) (m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN

200

BH

175

R (m) 7000 5000 3000 2500 2000 1500 1400

BH

0

BH

0

BH

12

0

BH

12

BH

11

BH

12

BH

11

2.1

13

0

BH

11

2.3

14

BH

10

2.1

12

2.5

15

BH

10

2.3

13

2.7

16

2.1

11

2.5

14

3.0

18

BH

2.4

12

2.8

16

3.3

20

BH

10

2.6

13

3.0

17

3.6

22

0

2.3

11

2.8

14

3.3

18

3.8

23

BH

0

2.4

12

2.9

15

3.5

19

3.9

23

150

BH

9

2.5

12

3.1

15

3.7

20

4.0

24

140

BH

9

2.5

12

3.2

16

3.8

21

Rmin= 150

130

BH

9

2.6

12

3.3

17

3.8

21

120

BH

9

2.7

13

3.4

17

3.9

22

110

BH

9

2.8

13

3.5

18

4.0

22

100

2.1

9

2.9

14

3.6

19

4.0

22

90

2.2

10

3.0

14

3.7

19

80

2.4

11

3.2

15

3.8

20

70

2.5

11

3.3

16

3.9

20

60

2.6

12

3.5

17

4.0

21

50

2.8

13

3.7

18

40

3.0

14

3.9

19

30

3.3

15

20

3.8

17

1300 1200 1000 900 800 700 600 500 400 300

Rmin = 15

Rmin= 35

Rmin= 60

Rmin= 100 e =peralte % R =radio V =velocidad BN= Sección con bombeo normal BH = Sección con bombeo adverso horizontalizado L = Longitud de transición de peralte emax = 4%

47

Diseño geométrico

Cuadro 3.2.6.1.d2: Valores de peralte y longitud de transición de peralte peralte máximo = 6% R (m) 7000 5000 3000 2500 2000 1500 1400 1300 1200 1000 900 800 700 600 500 400 300 250 200 175 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20

V=20km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN BH BH BH 2.1 2.2 2.4 2.6 2.7 3.0 3.2 3.5 3.8 4.2 4.7 5.5

Rmin = 15

48

9 9 9 9 10 11 11 12 14 14 15 17 19 21 25

V=30km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN BH BH 2.3 2.8 3.0 3.3 3.5 3.6 3.8 3.9 4.1 4.2 4.5 4.7 5.0 5.4 5.8 6.0

Rmin= 30

10 10 11 13 14 16 17 17 18 19 20 20 22 23 24 26 28 29

V=40km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN

V=50km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN

V=60 km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN

BH

BH

2.1 2.4 2.8 3.3 3.9 4.2 4.7 5.0 5.3 5.4 5.5 5.7 5.8 6.0 6.0

2.1 2.3 2.5 2.8 3.1 3.6 4.0 4.6 5 5.5 5.8 6.0 6.0

RC 2.1 2.5 3.1 3.5 3.9 4.1 4.4 4.5 4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.5 5.8 6.0

Rmin= 55

10 10 11 13 15 16 18 20 21 23 24 25 26 27 28 29 30 31

RC RC

Rmin= 90

11 11 11 12 13 16 18 22 23 26 28 29 30 31 32 32 33 33

BH

RC RC

Rmin= 135

12 12 12 13 14 15 17 19 21 24 28 30 33 35 36 36

e =peralte % R =radio V =velocidad BN= Sección con bombeo normal BH = Sección con bombeo adverso horizontalizado L = Longitud de transición de peralte emax = 6%



V=20km/h (%) BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BH BH BH 2.2 2.3 2.5 2.7 3.0 3.3 3.6 4.1 4.6 5.2 5.9 7.1

Rmin = 10

L(m) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 9 9 10 10 11 12 14 15 16 18 21 23 27 32

V=30km/h (%) BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BH 2.1 2.5 3.0 3.4 3.8 4.0 4.2 4.4 4.7 5.0 5.2 5.5 5.9 6.4 6.9 7.5 8.0

Rmin= 30

L(m) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 10 12 14 16 18 19 20 21 23 24 25 26 28 31 33 36 38

V=40km/h (%) BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BH BH 2.2 2.7 3.4 4.0 4.6 5.0 5.4 5.5 5.8 6.0 6.3 6.6 6.9 7.2 7.6 7.8 8.0

L(m) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 10 11 14 17 21 24 25 26 29 30 31 32 34 35 37 39 40 41

Rmin= 45

V=50km/h (%) BN BN BN BN BN BN BN BN BN BH BH BH 2.2 2.8 3.0 3.8 4.5 5.1 5.8 6.2 6.7 6.9 7.1 7.4 7.6 7.8 7.9 8.0

Rmin= 80

L(m) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11 11 11 12 14 17 20 25 28 32 34 37 38 39 41 42 43 44 44

V=60 km/h (%) BN BN BN BN BN BN BH BH BH 2.2 2.4 2.7 3.0 3.4 3.9 4.7 5.6 6.2 7.0 7.4 7.8 7.9 8.0

Rmin= 125

L(m) 0 0 0 0 0 0 12 12 12 13 14 16 18 20 23 28 34 37 42 44 47 47 48


49

Diseño geométrico


V=20 km/h (%) BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BH BH 2.1 2.2 2.4 2.6 2.8 3.1 3.4 3.8 4.4 5.0 5.9 7.0 8.5

Rmin = 10

50

L(m) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 9 9 10 11 12 13 14 15 17 20 23 27 31 38

V=30 km/h (%) BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BH 2.2 2.6 3.1 3.5 4.0 4.3 4.5 4.8 5.1 5.5 5.9 6.4 6.9 7.5 8.2 9.1 9.9

Rmin = 25

L(m) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 11 12 15 17 19 21 22 23 24 26 28 31 33 36 39 44 48

V=40 km/h (%) BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BN BH BH 2.3 2.8 3.5 4.2 5.0 5.6 6.2 6.4 6.7 7.0 7.4 7.7 8.2 8.8 9.1 9.6 10.0

Rmin = 45

L(m) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 10 12 14 19 22 26 29 32 33 34 36 38 40 42 44 47 49 51

V=50 km/h (%) BN BN BN BN BN BN BN BN BN BH BH BH 2.3 2.7 3.1 3.8 4.6 5.6 6.5 7.1 7.8 8.1 8.5 8.8 9.1 9.5 9.8 10.0

Rmin = 75

L(m) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11 11 12 13 15 17 21 27 31 37 39 43 45 47 49 50 53 54 55

V=60 km/h (%) BN BN BN BN BN BN BH BH BH 2.2 2.6 2.7 3.1 3.6 4.2 5.0 5.3 7.1 8.2 8.8 9.4 9.7 9.8 10.0

Rmin = 115

L(m) 0 0 0 0 0 0 12 12 12 13 15 16 19 22 25 30 38 43 49 53 56 58 59 60




V=20 km/h (%) L(%) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN BH BH 2.1 2.3 2.5 2.7 2.8 3.2 3.5 4.0 4.6 5.3 6.3 7.7 9.7

Rmin = 10

9 9 9 10 11 12 13 14 16 18 21 24 28 35 44

V=30 km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN BH 2.2 2.6 3.2 3.6 4.2 4.4 4.7 5.1 5.4 5.9 6.4 6.9 7.6 6.4 9.3 10.4 11.5

Rmin = 25

10 11 12 15 17 20 21 23 24 26 28 31 33 36 40 45 50 56

V=40 km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN BH BH 2.4 2.9 3.8 4.4 6.3 6.9 6.7 7.0 7.4 7.8 8.2 8.7 9.3 9.9 10.5 11.2 11.8

Rmin = 45

10 10 12 15 20 23 27 30 34 38 39 40 42 45 48 51 54 58 61

V=50 km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN BH BH 2.1 2.4 2.7 3.2 3.9 5.1 6.9 7.1 7.8 8.7 9.1 9.5 10.0 10.5 11.0 11.4 11.8 12.0

11 11 12 13 15 18 22 28 33 39 43 48 50 53 55 58 61 63 65 66

V=60 km/h (%) L(m) 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN 0 BN BH BH BH 2.3 2.5 2.8 3.2 3.3 4.3 5.3 6.7 7.7 9.1 10.0 10.9 11.2 11.5 11.8 12.0

12 12 12 14 15 17 19 22 26 62 40 46 55 60 65 67 59 71 72

Rmin = 105

Rmin = 70 e =peralte % R =radio V =velocidad BN= Sección con bombeo normal BH = Sección con bombeo adverso horizontalizado L = Longitud de transición de peralte emax = 12%

51

Diseño geométrico

) m ( s e r a l u c r i c ) n s ó i a c v r l a u u c c r n i e c a e d d a z s l e a l c i r r a l a e c d s o o d h e c n d a a d e r a z b l o a S C : ( 7 . 2 . 3 o r d a u C

) m ( a v r u c e d o i d a R

0 0 0 1

4 1 . 0

8 1 . 0

1 2 . 0

4 2 . 0

7 2 . 0

0 5 7

8 1 . 0

2 2 . 0

5 2 . 0

9 2 . 0

3 3 . 0

0 0 5

5 2 . 0

0 3 . 0

4 3 . 0

9 3 . 0

3 4 . 0

0 0 4

0 3 . 0

5 3 . 0

0 4 . 0

5 4 . 0

0 5 . 0

0 0 3

9 3 . 0

4 4 . 0

0 5 . 0

6 5 . 0

2 6 . 0

0 0 2

5 5 . 0

2 6 . 0

9 6 . 0

6 7 . 0

3 8 . 0

0 5 1

0 7 . 0

9 7 . 0

7 8 . 0

5 9 . 0

3 0 . 1

5 2 1

3 8 . 0

2 9 . 0

1 0 . 1

0 1 . 1

9 1 . 1

0 0 1

1 0 . 1

1 1 . 1

1 2 . 1

1 3 . 1

1 4 . 1

0 8

4 2 . 1

5 3 . 1

6 4 . 1

7 5 . 1

0 6

2 6 . 1

4 7 . 1

7 8 . 1

0 5

2 9 . 1

6 0 . 2

0 2 . 2

0 4

7 3 . 2

3 5 . 2

8 6 . 2

0 3

3 1 . 3

1 3 . 3

0 2

3 7 . 4

5 9 . 4

5 1

2 5 . 6

0 1

*

d z a i r h d i t / c c m e o r l i k e d V

52

0 2

0 3

0 4

0 5

0 6


3.2.7 Sobre ancho de la calzada en curvas circulares 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. Asimismo, a los conductores les resulta más difícil mantener el vehículo en el centro del carril. En el cuadro 3.2.7 se presentan los sobre anchos requeridos para calzadas de doble carril. Para velocidades de diseño menores a 50 Km/h no se requerirá sobre ancho cuando el radio de curvatura sea mayor a 500 m. Tampoco se requerirá sobre ancho cuando las velocidades de diseño estén comprendidas entre 50 y 60 Km/h y el radio de curvatura sea mayor a 800 m.

53

Diseño geométrico

3.3

Alineamiento vertical

3.3.1 Consideraciones para el alineamiento vertical En el diseño vertical, el perl longitudinal conforma la rasante, la misma que está constituida por una serie de rectas enlazadas por arcos verticales parabólicos a los cuales dichas rectas son tangentes. Para nes de proyecto, el sentido de las pendientes se dene según el avance del kilometraje, siendo positivas aquellas que implican un aumento de cota y negativas las que producen una pérdida de cota. Las curvas verticales entre dos pendientes sucesivas permiten conformar una transición entre pendientes de distinta magnitud, eliminando el quiebre brusco de la rasante. El diseño de estas curvas asegurará distancias de visibilidad adecuadas. El sistema de cotas del proyecto se referirá en lo posible al nivel medio del mar, para lo cual se enlazarán los puntos de referencia del estudio con los B.M. de nivelación del Instituto Geográco Nacional. A efectos de denir el perl longitudinal, se considerarán como muy importantes las características funcionales de seguridad y comodidad que se deriven de la visibilidad disponible, de la deseable ausencia de pérdidas de trazado y de una transición gradual continua entre tramos con pendientes diferentes. Para la denición del perl longitudinal se adoptarán los siguientes criterios, salvo casos sucientemente justicados:

54

•

En carreteras de calzada única, el eje que dene el perl coincidirá con el eje central de la calzada.

•

Salvo casos especiales en terreno llano, la rasante estará por encima del terreno a n de favorecer el drenaje.

•

En terreno ondulado, por razones de economía, la rasante se acomodará a las inexiones del terreno, de acuerdo con los criterios de seguridad, visibilidad y estética.

•

En terreno montañoso y en terreno escarpado, también se acomodará la rasante al relieve del terreno evitando los tramos en contra pendiente cuando debe vencerse un desnivel considerable, ya que ello conduciría a un alargamiento innecesario del recorrido de la carretera.

•

Es deseable lograr una rasante compuesta por pendientes moderadas que presente variaciones graduales entre los alineamientos, de modo compatible con la categoría de la carretera y la topografía del terreno.


•

Los valores especicados para pendiente máxima y longitud crítica podrán emplearse en el trazado cuando resulte indispensable. El modo y oportuni dad de la aplicación de las pendientes determinarán la calidad y apariencia de la carretera.

•

Rasantes de lomo quebrado (dos curvas verticales de mismo sentido, unidas por una alineación corta), deberán ser evitadas siempre que sea posible. En casos de curvas convexas, se generan largos sectores con visibilidad restringida y cuando son cóncavas, la visibilidad del conjunto resulta antiestética y se generan confusiones en la apreciación de las distancias y curvaturas.

3.3.2 Curvas verticales Los tramos consecutivos de rasante serán enlazados con curvas verticales parabólicas cuando la diferencia algebraica de sus pendientes sea mayor a 1%, para carreteras pavimentadas y mayor a 2% para las armadas. Las curvas verticales serán proyectadas de modo que permitan, cuando menos, la visibilidad en una distancia igual a la de visibilidad mínima de parada y cuando sea razonable una visibilidad mayor a la distancia de visibilidad de paso. Para la determinación de la longitud de las curvas verticales se seleccionará el índice de curvatura K. La longitud de la curva vertical será igual al índice K multiplicado por el valor absoluto de la diferencia algebraica de las pendientes (A). L = KA Los valores de los índices K se muestran en el cuadro 3.3.2a para curvas convexas y en el cuadro 3.3.1 b para curvas cóncavas. Cuadro 3.3.2.a: Índice K para el cálculo de la longitud de curva vertical convexa Longitud controlada por visibilidad de frenado Velocidad directriz Km./h Distancia de visibilidad de Índice de curvatura K frenado m.

Longitud controlada por visibilidad de adelantamiento Distancia de visibilidad Índice de de adelantamiento curvatura K

20

20

0.6

-.-

-.-

30

35

1.9

200

46

40

50

3.8

270

84

50

65

6.4

345

138

60

85

11

410

195

El índice de curvatura es la longitud (L) de la curva de las pendientes (A) K = L/A por el porcentaje de la diferencia algebraica.

55

Diseño geométrico

Cuadro 3.3.2.b: Índice para el cálculo de la longitud de curva vertical cóncava Índice de curvatura

Velocidad directriz KM /H

Distancia de visibilidad de frenado M.

20

20

2.1

30

35

5.1

40

50

8.5

50

65

12.2

60

85

17.3

K

El índice de curvatura es la longitud (L) de la curva de las pendientes (A) K = L/A por el porcentaje de la diferencia algebraica.

3.3.3 Pendiente En los tramos en corte, se evitará preferiblemente el empleo de pendientes meno res a 0.5%. 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 igual o superior a 2%. En general, se considera deseable no sobrepasar los límites máximos de pendiente que están indicados en el cuadro 3.3.3.a. En tramos carreteros con altitudes superiores a los 3,000 msnm, los valores máxi mos del cuadro 3.3.3.a para terreno montañoso o terreno escarpados se reducirán en 1%. 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 supercie de rodadura. En el caso de ascenso continuo y cuando la pendiente sea mayor del 5%, se pro yectará, 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%, el tramo con esta pendiente no debe exceder a 180 m.

56


Cuadro 3.3.3.a: Pendientes máximas Orografía tipo

Terreno plano

Terreno ondulado

Terreno montañoso

Terreno escarpado

20

8

9

10

12

30

8

9

10

12

40

8

9

10

10

50

8

8

8

8

60

8

8

8

8

Velocidad de diseño:

Es deseable que la máxima pendiente promedio en tramos de longitud mayor a 2000 m no supere el 6%, las pendientes máximas que se indican en el cuadro 3.3.3a son aplicables. En curvas con radios menores a 50 debe evitarse pendientes en exceso a 8%, debido a que la pendiente en el lado interior de la curva se incrementa muy signi cativamente.

3.4

Coordinación entre el diseño horizontal y del diseño vertical

El diseño de los alineamientos horizontal y vertical no debe realizarse indepen dientemente. Para obtener seguridad, velocidad uniforme, apariencia agradable y eciente servicio al tráco, es necesario coordinar estos alineamientos. (Figura 3.4.1). La superposición (coincidencia de ubicación) de la curvatura vertical y horizontal generalmente da como resultado una carretera más segura y agradable. Cambios sucesivos en el perl longitudinal no combinados con la curvatura horizontal, pueden conllevar una serie de depresiones no visibles al conductor del vehículo. No es conveniente comenzar o terminar una curva horizontal cerca de la cresta de una curva vertical. Esta condición puede resultar insegura especialmente en la noche, si el conductor no reconoce el inicio o nal de la curva horizontal. Se mejora la seguridad si la curva horizontal guía a la curva vertical. La curva horizontal debe ser más larga que la curva vertical en ambas direcciones. Para efectos del drenaje, deben diseñarse las curvas horizontal y vertical de modo que éstas no sean cercanas a la inclinación transversal nula en la transición del peralte.

57

Diseño geométrico

El diseño horizontal y vertical de una carretera deberá estar coordinado de forma que el usuario pueda circular por ella de manera cómoda y segura. Concretamente, se evitará que circulando a la velocidad de diseño, se produzcan pérdidas visuales de trazado, denida ésta como el efecto que sucede cuando el conductor puede ver, en un determinado instante, dos tramos de carretera, pero no puede ver otro situado entre los dos anteriores. Para conseguir una adecuada coordinación de los diseños, se tendrán en cuenta las siguientes condiciones:

58

•

Los puntos de tangencia de toda curva vertical, en coincidencia con una curva circular, estarán situados dentro de la zona de curvas de transición (Clotoide) en planta y lo más alejados del punto de radio innito o punto de tangencia de la curva de transición con el tramo en recta.

•

En tramos donde sea previsible la aparición de hielo, la línea de máxima pendiente (longitudinal, transversal o la de la plataforma) será igual o menor que el diez por ciento (10%).


Figura 3.4.1: Coordinación de los alineamientos horizontal y vertical

59

Diseño geométrico

3.5

Sección transversal

3.5.1 Calzada En el diseño de carreteras de muy bajo volumen de tráco IMDA < 50, la calzada podrá estar dimensionada para un solo carril. En los demás casos, la calzada se dimensionará para dos carriles. En el cuadro 3.5.1a, se indican los valores apropiados del ancho de la calzada en tramos rectos para cada velocidad directriz en relación al tráco previsto y a la im portancia de la carretera. Cuadro 3.5.1.a: Ancho mínimo deseable de la calzada en tangente (en metros) Tráfico IMDA Velocidad Km./h

<15 *

*

**

*

**

*

**

25

3.50

3.50

5.00

5.50

5.50

5.50

6.00

30

3.50

4.00

5.50

5.50

5.50

5.50

6.00

40

3.50

5.50

5.50

5.50

6.00

6.00

6.00

50

3.50

5.50

6.00

5.50

6.00

6.00

6.00

5.50

6.00

5.50

6.00

6.00

6.00

60

16 á 50

51 á 100

101 á 200

* Calzada de un sólo carril, con plazoleta de cruce y/o adelantamento ** Carreteras con predominio de tráco pesado.

En los tramos en recta, la sección transversal de la calzada presentará inclinaciones transversales (bombeo) desde el centro hacia cada uno de los bordes para facilitar el drenaje supercial y evitar el empozamiento del agua. Las carreteras no pavimentadas estarán provistas de bombeo con valores entre 2% y 3%. En los tramos en curva, el bombeo será sustituido por el peralte. En las carreteras de bajo volumen de tránsito con IMDA inferior a 200 veh/día, se puede sustituir el bombeo por una inclinación transversal de la supercie de rodadura de 2.5% a 3% hacia uno de los lados de la calzada. Para determinar el ancho de la calzada en un tramo en curva, deberán considerarse las secciones indicadas en el cuadro 3.5.1ª. Estarán provistas de sobre anchos, en los tramos en curva, de acuerdo a lo indicado en el cuadro 3.2.7. 3.5.2 Bermas A cada lado de la calzada, se proveerán bermas con un ancho mínimo de 0.50 m. Este ancho deberá permanecer libre de todo obstáculo incluyendo señales y guarda vías. Cuando se coloque guardavías se construirá un sobre ancho de min. 0.50 m.

60


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 este cuando su valor sea superior a 4%. En caso contrario, la inclinación de la berma será igual al 4%. La berma situada en la parte superior del peralte tendrá en lo posible una inclinación en sentido contrario al peralte igual a 4%, de modo que escurra hacia la cuneta. La diferencia algebraica entre las pendientes transversales de la berma superior y la calzada será siempre igual o menor a 7%. Esto signica que cuando la inclinación del peralte es igual a 7%, la sección transversal de la berma será horizontal y cuando el peralte sea mayor a 7%, la berma superior quedará inclinada hacia la calzada con una inclinación igual a la inclinación del peralte menos 7%. 3.5.3 Ancho de la plataforma El ancho de la plataforma a rasante terminada resulta de la suma del ancho en calzada y del ancho de las bermas. La plataforma a nivel de la subrasante tendrá un ancho necesario para recibir sobre ella la capa o capas integrantes del armado y la cuneta de drenaje. 3.5.4 Plazoletas En carreteras de un solo carril con dos sentidos de tránsito, se c onstruirán ensanches en la plataforma, cada 500 m como mínimo para que puedan cruzarse los vehículos opuestos o adelantarse aquellos del mismo sentido. La ubicación de las plazoletas se jará de preferencia en los puntos que combinen mejor la visibilidad a lo largo de la carretera con la facilidad de ensanchar la plata forma. 3.5.5 Dimensiones en los pasos inferiores La altura libre deseable sobre la carretera será de por lo menos 5.00 m. En los tú neles, la altura libre no será menor de 5.50. (Ver gura 3.5.5.1) Cuando la carretera pasa debajo de una obra de arte vial, su sección transversal permanece inalterada y los estribos o pilares de la obra debajo de la cual pasa de ben encontrarse fuera de las bermas o de las cunetas eventuales agregándose una sobre berma no menor a 0.50 (1.50 deseable).

61

Diseño geométrico

3.5.6 Taludes Los taludes para las secciones en corte y relleno variarán de acuerdo a la estabili dad de los terrenos en que están practicados. Las alturas admisibles del talud y su in clinación se determinarán en lo posible, por medio de ensayos y cálculos o tomando en cuenta la experiencia del comportamiento de los taludes de corte ejecutados en rocas o suelos de naturaleza y características geotécnicas similares que se mantienen estables ante condiciones ambientales semejantes. Los valores de la inclinación de los taludes en corte y relleno serán de un modo referencial los indicados en el acápite 5.2 del capítulo 5. 3.5.7 Sección transversal típica La gura 3.5.7.1 ilustra una sección transversal típica de la carretera, a media lade ra, que permite observar hacia el lado derecho la estabilización del talud de corte y hacia el lado izquierdo, el talud estable de relleno. Ambos detalles por separado, gracan en el caso de presentarse en ambos lados, la situación denominada, en el primer caso carreteras en cortes cerrados, y en el segundo caso carreteras en relleno.

62


Figura 3.5.5.1

63

Diseño geométrico

1 . 7 . 5 . 3 a r u g i F

64


Capítulo 4 HIDROLOGÍA Y DRENAJE

65

Hidrología y drenaje

66


HIDROLOGÍA Y DRENAJE El sistema de drenaje de una carretera tiene esencialmente dos nalidades: a) preservar la estabilidad de la supercie y del cuerpo de la plataforma de la carretera y b) restituir las características de los sistemas de drenaje y/o de conducción de aguas, natural del terreno o articial, de estructuras, construidas previamente, que serían dañadas o modicadas por la construcción de carretera que, sin un debido cuidado, resultarían causando daños en el medio ambiente, algunos posiblemente irreparables. Desde estos puntos de vista y de una manera práctica, debe considerarse: a)

En la etapa del planeamiento Debe aplicarse los siguientes criterios para la localización del eje de la carretera:

b)

1)

Evitar en lo posible localizar la carretera en territorios, húmedos o pantanosos; zonas de huaicos mayores; zonas con torrentes de aguas intermitentes; zonas con corrientes de aguas subterráneas y las zonas inestables y/o con taludes pronunciadas.

2)

Evitar en lo posibles la cercanía a reservorios y cursos de agua existentes, naturales o articiales, especialmente si son causa de posi bles erosiones de la plataforma de la carretera.

En la etapa de diseño del sistema de drenaje 1)

Mantener al máximo en los taludes, la vegetación natural existente.

2)

No afectar o reconstruir, perfeccionándolo, el drenaje natural del territorio (cursos de agua).

3)

Canalizar el agua supercial proveniente de lluvias sobre la explanación de la carretera hacia cursos de agua existentes fuera de la carretera evitando que tenga velocidad erosiva.

4)

Bajar la napa freática de aguas subterráneas a niveles que no afecten la carretera.

5)

Proteger la carretera contra la erosión de las aguas.

La aplicación de estos criterios lleva al diseño de soluciones de ingeniería que, por su naturaleza, se agrupan en la forma siguiente: • •

Drenaje supercial. Drenaje subterráneo.

67


4.1

Drenaje

4.1.1 a)

supercial

Consideraciones generales Finalidad del drenaje supercial El drenaje supercial tiene como nalidad alejar las aguas de la carretera para evitar el impacto negativo de las mismas sobre su estabilidad, durabilidad y transitabilidad. El adecuado drenaje es esencial para evitar la destrucción total o parcial de una carretera y reducir los impactos indeseables al ambiente debido a la modicación de la escorrentía a lo largo de éste. El drenaje supercial comprende:

b)

•

La recolección de las aguas procedentes de la plataforma y sus talu talu-des.

•

La evacuación de las aguas recolectadas hacia cauces naturales.

•

La restitución de la continuidad de los cauces naturales interceptados por la carretera.

Criterios funcionales Los elementos del drenaje supercial se elegirán teniendo en cuenta criterios funcionales, según se menciona a continuación: •

Las soluciones técnicas disponibles.

•

La facilidad de su obtención y así como los costos de construcción y mantenimiento.

•

Los daños que, eventualmente, producirían los caudales de agua co co-rrespondientes al período de retorno, es decir, los máximos del períoperío do de diseño.

Al paso del caudal caudal de diseño, elegido de acuerdo acuerdo al período de retorno retorno y con con-siderando el riesgo de obstrucción de los elementos del drenaje, se deberá cumplir las siguientes condiciones:

68

•

En los elementos de drenaje supercial la velocidad del agua será tal que no produzca daños por erosión ni por sedimentación.

•

El máximo nivel de la lámina de agua será tal que siempre se manten manten-ga un borde libre no menor de 0.10 m.


•

c)

No alcanzará la condición de catastrócos los daños materiales a ter ceros producibles por una eventual inundación de zonas aledañas a la carretera, debido a la sobre elevación del nivel de la corriente en un cauce, provocada por la presencia de una obra de drenaje trans versal.

Período de retorno La selección del caudal de diseño para el cual debe proyectarse un drenaje supercial, está relacionada con la probabilidad o riesgo que ese caudal sea excedido durante el período para el cual se diseña la carretera. En general, se aceptan riesgos más altos cuando los daños probables que se produzcan, en caso de que discurra un caudal mayor al de diseño, sean menores y los riesgos aceptables deberán ser muy pequeños cuando los daños probables sean mayores. El riesgo o probabilidad de excedencia de una caudal en un intervalo de años, está relacionado con la frecuencia histórica de su aparición o con el período de retorno. En el cuadro 4.1.1a se muestran los valores del riesgo de excedencia, del caudal de diseño, durante la vida útil del elemento de drenaje para diversos períodos de retorno. Cuadro 4.1.1.a: Riesgo de excedencia (%) durante la vida útil para diversos períodos de retorno Período de retorno (años) 10 15 20 25 50 100 500 1000 10000

10 6 5 .1 3 % 4 9 .8 4 % 4 0 .1 3 % 3 3 .5 2 % 1 8 .2 9 % 9 .5 6 % 1 .9 8 % 1 .0 0 % 0 .1 0 %

20 8 7 .8 4 % 7 4 .8 4 % 6 4 .1 5 % 5 5 .8 0 % 3 3 .2 4 % 1 8 .2 1 % 3 .9 2 % 1 .9 8 % 0 .2 0 %

Años de vida útil 25 9 2 .8 2 % 8 2 .1 8 % 7 2 .2 6 % 6 3 .9 6 % 3 9 .6 5 % 2 2 .2 2 % 4 .8 8 % 2 .4 7 % 0 .2 5 %

50 9 9 .4 8 % 9 6 .8 2 % 9 2 .3 1 % 8 7 .0 1 % 6 3 .5 8 % 3 9 .5 0 % 9 .3 % 4 .8 8 % 0 .5 0 %

100 9 9 .9 9 % 9 9 .9 0 % 9 9 .4 1 % 9 8 .3 1 % 8 6 .7 4 % 6 3 .4 0 % 1 8 .1 4 % 9 .5 2 % 0 .7 5 %

Se recomienda adoptar períodos de retorno no inferiores a 10 años para las cunetas y para las alcantarillas de alivio. Para las alcantarillas de paso, el período de retorno aconsejable es de 50 años. Para los pontones y puentes, el período de retorno no será menor a 100 años. Cuando sea previsible que

69


se produzcan daños catastrócos en caso de que se excedan los caudales de diseño, el período de retorno podrá ser hasta de 500 años o más. En el cuadro 4.1.1 b, se indican períodos de retorno aconsejables, según el tipo de obra de drenaje. Cuadro 4.1.1.b: Períodos de retorno para diseño de obras de drenaje en carreteras de bajo volumen de tránsito Tipo de obra Pu e n t e s y p o n to n e s Alcantarillas de paso y badenes Alcantarilla de alivio Drenaje de la plataforma

d)

Período de retorno en años 100 (mínimo) 50 10 – 20 10

Riesgo de obstrucción Las condiciones de funcionamiento de los elementos de drenaje supercial, pueden verses alteradas por su obstrucción debida a cuerpos arrastrados por la corriente. Entre los elementos del drenaje supercial de la plataforma, el riesgo es eses pecialmente importante en los sumideros y colectores enterrados debido a la presencia de basura o sedimentación del material transportado por el agua. Para evitarlo, se necesita un adecuado diseño, un cierto sobre dimensiona miento y una ecaz conservación o mantenimiento. El riesgo de obstrucción de las obras de drenaje transversal (alcantarillas de paso y cursos naturales), fundamentalmente fundamentalmente por vegetación arrastrada por la corriente dependerá de las características de los cauces y zonas inundables y puede clasicarse en las categorías siguientes: •

Riesgo alto: Existe peligro de que la corriente arrastre árboles u obje obje-tos de tamaño parecido.

•

Riesgo medio: Pueden ser arrastradas cañas, arbustos, ramas y ob objetos de dimensiones similares, similares, en cantidades importantes. importantes.

•

Riesgo bajo: No es previsible el arrastre de objetos de tamaño en cantidad suciente como para obstruir el desagüe.

Si el riesgo fuera alto, se procurará que las obras de drenaje transversal no funcionen a sección llena, dejando entre el nivel superior de la supercie del

70


agua y el techo del elemento un borde libre, para el nivel máximo del agua, con un resguardo mínimo de 1.5 m, mantenido en una anchura no inferior a 12 m. Si el riesgo fuera medio, las cifras anteriores podrán reducirse a la mitad. Si estas condiciones no se cumplen, se tendrá en cuenta la sobre ele vación del nivel del agua que pueda causar una obstrucción, aplicando en los cálculos una reducción a la sección teórica de desagüe. También se podrá recurrir al diseño de dispositivos para retener al material otante, aguas arriarri ba y a distancia suciente. Esto siempre que se garantice el mantenimiento adecuado. Deberá comprobarse que la carretera no constituya un obstáculo que retenreten ga las aguas desbordadas de un cauce o conducto de agua y prolongue de forma apreciable la inundación después de una crecida. e)

Daños debidos a la escorrentía A efectos del presente manual, únicamente se considerarán como daños a aquellos que no se hubieran producido sin la presencia de la carretera. Es decir a las diferencias entre los efectos producidos por el caudal debido a la carretera y de sus elementos de drenaje supercial y aquellos que se origiorigi naban antes de la construcción. Estos daños pueden clasicarse en las categorías siguientes: •

Los producidos en el propio elemento de drenaje o en su entorno inmediato (sedimentaciones, erosiones, roturas).

•

Las interrupciones en el funcionamiento de la carretera o de vías con con-tiguas, debidas a inundación de su plataforma.

•

Los daños a la estructura del armado, a la plataforma de la carretera o a las estructuras y obras de arte.

Los daños materiales a terceros por inundación de las zonas aledañas po drán considerarse catastrócos o no. No dependen del tipo de carretera ni de la circulación que esta soporte, sino de su emplazamiento. e.1) Daños en el elemento de drenaje supercial Se podrá considerar que la corriente no producirá daños importantes por erosión de la supercie del cauce o conducto si su velocidad media no exex cede de los límites jados en el cuadro 4.1.1c en función de la naturaleza de dicha supercie:

71


Cuadro 4.1.1.c: Velocidad máxima del agua Tipo de superficie Arena na o limo (poca o ninguna arcilla) Arena arcillosa dura, margas duras Terreno parcialmente cubierto de vegetación Arcilla, grava, pizarras blandas con cubierta vegetal Hierba Conglomerado, pizarras duras, rocas blandas Mampostería, rocas duras Concreto

Máxima velocidad admisible (m/s) 0.20 – 0.60 0.60 – 0.90 0.60 – 1.20 1.20 – 1.50 1.20 – 1.80 1.40 – 2.40 3.00 – 4.50 * 4.50 – 6.00 *

* Para ujos de muy corta duración

Si la corriente pudiera conducir materiales en suspensión (limo, arena, etc.), se cuidará que una reducción de la velocidad del agua no provoque su sedimentación o se dispondrán depósitos de sedimentación para recogerlas, los cuales deberán ser de fácil limpieza y conservarse de forma ecaz. e.2) Daños no catastrócos a terceros Donde existan zonas rurales en las que eventualmente terceros sufren daños por inundaciones o similares, deberá cuidarse y comprobarse que la carretera no constituya un obstáculo que retenga las aguas desbordadas y prolongue de forma apreciable la inundación después del paso de una crecida. Especial atención se prestará a este problema en cauces con márgenes más altos que los terrenos circundantes y en Ilanuras de inundación. e.3) Daños catastrócos Los daños a terceros se considerarán catastrócos cuando ocurra alguna de las circunstancias siguientes: • •

Riesgo de pérdida de vidas humanas o graves daños personales. Afectaciones a núcleos poblados o industriales.

En los casos en que resulte evidente la ocurrencia de daños, se deberá realizar un detallado análisis de la situación. Si de dicho análisis se dedujera riesgo de daños catastrócos se adoptarán las medidas oportunas para evitarlos. e.4) Benecios Todo análisis de las afectaciones a terceros causadas por la presencia de una carretera incluirá, además de los daños, también eventuales benecios, debi das a la reducción de niveles de inundación en algunas zonas aguas abajo, o a otras razones.

72


4.1.2

Hidrológica y cálculos hidráulicos

Las dimensiones de los elementos del drenaje supercial serán establecidas me diante métodos teóricos conocidos de acuerdo a las características hidrológicas de la zona por donde pasa la carretera tomando en cuenta la información pluviométrica disponible. El método de estimación de los caudales asociados a un período de retorno depende del tamaño y naturaleza de la cuenca tributaria. Por su naturaleza, representan casos especiales la presencia de lagos, embalses y zonas inundables que retengan o desvíen la escorrentía. Cuando las cuencas son pequeñas, se considera apropiado el método de la fórmula racional para la determinación de los caudales Se consideran cuencas pequeñas a aquellas en que el tiempo de concentración es igual o menor a 6 horas. El tiempo de recorrido del ujo en el sistema de cauces de una cuenca o tiempo de concen tración relacionado con la intensidad media de precipitación se puede deducir por la fórmula: T = 0.3 (L/J¼) ¾ Siendo: T = Tiempo de concentración en horas. L = Longitud del cauce principal en km. J = Pendiente media. Esta fórmula no es aplicable al ujo sobre la plataforma de la carretera dado que este ujo es difuso y lento. Cuando se disponga de información directa sobre niveles o cualidades de la ave nida, se recomienda comparar los resultados obtenidos del análisis con esta infor mación directa. El caudal de diseño en el que desagua una cuenca pequeña o supercie se obtendrá mediante la fórmula racional: Q = C I A / 3.6 Q =

Caudal m3/seg. (Para cuencas pequeñas) en la sección en estudio.

I =

Intensidad de la precipitación pluvial máxima, previsible, correspondiente a una duración igual al tiempo de concentración y a un período de retorno dado, en mm/h.

A =

Área de la cuenca en km2.

73


C =

Coeciente de escorrentía.

Para el pronóstico de los caudales, el procedimiento racional requiere contar con la familia de curvas Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF). En nuestro país, debido a la escasa cantidad de información pluviográca que se tiene, difícilmente pueden elaborarse estas curvas. Ordinariamente solo se cuenta c on lluvias máximas en 24 horas por lo que el valor de la intensidad de la precipitación pluvial máxima generalmente se estima a partir de la precipitación máxima en 24 horas, multiplicada por un coeciente de duración. En el cuadro 4.1.2.c se muestran coecientes de duración, entre 1 hora y 48 horas, los mismos que podrán usarse, con criterio y cautela, para el cálculo de la intensidad cuando no se disponga de mejor información. Cuadro 4.1.2.a: Coecientes de duración lluvias entre 48 horas y una hora Duración de la precipitación en horas

Coeficiente

1

0.25

2

0.31

3

0.38

4

0.44

5

0.50

6

0.56

8

0.64

10

0.73

12

0.79

14

0.83

16

0.87

18

0.90

20

0.93

22

0.97

24

1.00

48

1.32

El coeciente de C, de la fórmula racional, puede determinarse con la ayuda de los valores mostrados en los cuadros 4.1.2.b y 4.1.2.c

74


Cuadro 4.1.2.b: Valores para la determinación del coeciente de escorrentía Condición

Valores

1. Relieve del terreno

2. Permeabilidad del suelo

3. Vegetación

4. Capacidad de retención

K1 = 40

K1 = 30

Muy accidentado pendiente superior al 30%

Accidentado Ondulado pendiente entre 10% pendiente entre y 30% 5% y 10%

Llano pendiente inferior al 5%

K2 = 20

K2 = 15

K2 = 10

K2 = 5

Muy impermeable roca sana

Bastante impermeable arcilla

Permeable

Muy permeable

K3 = 20

K3 = 15

K3 = 10

K3 = 5

Sin vegetación

Poca Menos del 10% de la supercie

Bastante Mucha Hasta el 50% de la Hasta el 90% de la supercie supercie

K4 = 20

K4 = 15

K4 = 10

Ninguna

Poca

K1 = 20

K1 = 10

K4 = 5

Bastante

Mucha

Cuadro 4.1.2.c: Coeciente de escorrentía K = K1 + K2 + K3 + K4 *

C

100

0.80

75

0.65

50

0.50

30

0.35

25

0.20

* Ver cuadro 4.1.2.b

Para la determinación del coeciente de escorrentía también podrán tomarse como referencia, cuando sea pertinente, los valores mostrados en el cuadro 4.1.2.d Cuadro 4.1.2.d: Coeciente de escorrentía Tipo de superficie

Coeficiente de escorrentía

Pavimento asfáltico y concreto

0.70 – 0.95

Adoquines

0.50 – 0.70

Supercie de grava

0.15 – 0.30

Bosques Zonas de vegetación densa • Terrenos granulares • Terrenos arcillosos Tierra sin vegetación Zonas cultivadas

0.10 – 0.20 0.10 – 0.50 0.30 – 0.75 0.20 – 0.80 0.20 – 0.40

75


Para el cálculo de la velocidad y del caudal en un canal con régimen hidráulico uni forme, se puede emplear la fórmula de Manning. V

=

R2/3 S1/2 / n

Q

=

VA

R

=

A/P

Donde: Q

=

Caudal m3/s

V

=

Velocidad media m/s

A

=

Área de la sección transversal ocupada por el agua m2

P

=

Perímetro mojado m

R

=

A/P; Radio hidráulico m

S

=

Pendiente del fondo m/m

n

=

Coeciente de rugosidad de Manning (cuadro 4.1.2.e)

Cuadro 4.1.2.e: Valores del coeciente de Manning Tipo de canal

76

Mínimo

Normal

Máximo

Tubo metálico corrugado

0.021

0.024

0.030

Tubo de concreto

0.010

0.015

0.020

Canal revestido en concreto alisado

0.011

0.015

0.017

Canal revestido en concreto sin alisar

0.014

0.017

0.020

Canal revestido albañilería de piedra

0.017

0.025

0.030

Canal sin revestir en tierra o grava

0.018

0.027

0.030

Canal sin revestir en roca uniforme

0.025

0.035

0.040

Canal sin revestir en roca irregular

0.035

0.040

0.050

Canal sin revestir con maleza tupida

0.050

0.080

0.120

Río en planicies de cauce recto sin zonas con piedras y malezas

0.025

0.030

0.035

Ríos sinuosos o torrentosos con piedras

0.035

0.040

0.600


4.1.3

Elementos físicos del drenaje supercial

a)

Drenaje del agua que escurre supercialmente •

Función del bombeo y del peralte La eliminación del agua de la supercie de rodadura se efectúa por medio del bombeo en las secciones en tangente y del peralte en las curvas horizontales, provocando el escurrimiento de las aguas hacia las cunetas (gura 4.1.3.1). Los valores del bombeo se señalan en el ítem 3.5.1.

•

Pendiente longitudinal de la rasante De modo general, la rasante será proyectada con pendiente longitudinal no menor de 0.5 %, evitándose los tramos horizontales con el n de facilitar el movimiento del agua de las cunetas hacia sus aliviaderos o alcantarillas. Solo en el caso que la rasante de la cuneta pueda proyectarse con la pendiente conveniente independientemente de la calzada, se admitirá la horizontalidad de ésta. En carreteras no pavimentadas deberán evitarse, en lo posible, pendientes mayores al 10%, salvo que se construyan camellones que desvíen las aguas lateralmente antes que adquieran velocidad de erosión.

•

Desagüe sobre los taludes en relleno o terraplén Si la plataforma de la carretera está en un terraplén o relleno y el talud es erosionable, las aguas que escurren sobre la calzada deberán ser encausadas por los dos lados de la misma en forma que el desagüe se efectúe en sitios preparados especialmente protegidas y se evite la erosión de los taludes (gura 4.1.3.2). Para encausar las aguas, cuando el talud es erosionable, se podrá prever la construcción de un bordillo al costado de la berma. Éste será cortado con frecuencia impuesto por la intensidad de las lluvias, encausando el agua en zanjas fabricadas con descarga al pie del talud.

b)

Cunetas Las cunetas tendrán, en general, sección triangular y se proyectarán para todos los tramos al pie de los taludes de corte. Sus dimensiones serán jadas de acuerdo a las condiciones pluviométricas, siendo las dimensiones mínimas aquellas indicadas en el cuadro 4.1.3a. El ancho es medido desde el borde de la subrasante hasta la vertical que pasa por el vértice inferior. La profundidad es medida verticalmente desde el nivel del borde de la subrasante el fondo o vértice de la cuneta.

77


s o d a t n e m i v a p s o n i m a c n e l a i c f r e p u s e j a n e r D : 1 . 2 . 1 . 4 a r u g i F

78


a d i t s e v e r a t e n u C : a 3 . 3 . 1 . 4 a r u g i F

o n e l l e r n e s e d u l a t s o l e r b o s e ü g a s e D : 2 . 3 . 1 . 4 a r u g i F

79


Cuadro 4.1.3.a: Dimensiones mínimas de las cunetas Región

•

Profundidad(m)

Ancho(m)

Seca

0.20

0.50

Lluviosa

0.30

0.75

Muy Lluviosa

0.50

1.00

Revestimiento de las cunetas Cuando el suelo es deleznable (arenas, limos, arenas limosas, arena limo arcillosos, suelos francos, arcillas, etc.) y la pendiente de la cuneta es igual o mayor de 4%, ésta deberá revestirse con piedra y lechada de cemento u otro revestimiento adecuado (gura 4.1.3.3a).

•

Desagüe de las cunetas El desagüe del agua de las cunetas se efectuará por medio de alcantarillas de alivio (gura 4.1.3.3.b). La longitud de las cunetas entre alcantarillas de alivio será de 250 m como máximo para suelos no erosionables o poco erosionables. Para otro tipo de suelos susceptibles a erosión, la distancia podrá disminuir de acuerdo a los resultados de la evaluación técnica de las condiciones de pluviosidad, cobertura vegetal de los suelos, taludes naturales y otras características de la zona.

c)

Zanjas de coronación •

Ubicación de las zanjas de coronación Cuando se prevea que el talud de corte está expuesto a efecto erosivo del agua de escorrentía, se diseñará zanjas de coronación (gura 4.1.3.4)

d)

Zanjas de recolección La zanja de recolección será necesaria para llevar las aguas de las alcantarillas de alivio hacia los cursos de agua existente. (Figura 4.1.3.4) •

Dimensiones de las zanjas Las dimensiones se jarán de acuerdo a las condiciones pluviométricas de la zona y características del terreno.

•

80

Revestimiento de las zanjas de coronación


Se deberá revestir las zanjas en el caso que estén previstas ltraciones que pueden poner en peligro la estabilidad del talud de corte. •

Desagüe de las zanjas La ubicación de los puntos de desagüe será jada por el proyectista teniendo en cuenta la ubicación de las alcantarillas y la longitud máxima que puede alcanzar la zanja con relación a sus dimensiones y a la lluviosidad de la zona (gura 4.1.3.5).

e)

Canal de bajada Cuando la carretera, en media ladera o en corte cerrado, cruza un curso de agua que no es posible desviar, es necesario encauzar las aguas en un ca nal de bajada con el n también de preservar la estabilidad del talud (gura 4.1.3.5 y 4.1.3.6).

f)

Alcantarillas de paso y alcantarillas de alivio •

Tipo y ubicación El tipo de alcantarilla deberá de ser elegido en cada caso teniendo en cuenta el caudal a eliminarse, la naturaleza, la pendiente del cauce y el costo en relación con la disponibilidad de los materiales. La cantidad y la ubicación serán jadas para garantizar el drenaje, evitando la acumulación excesiva de aguas. Además, en los puntos bajos del perl debe proyectarse una alcantarilla de alivio, salvo solución alternativa.

•

Dimensiones mínimas La dimensión mínima interna de las alcantarillas deberá ser la que permite su limpieza y conservación. Para el caso de las alcantarillas de paso, es deseable que la dimensión mínima de la alcantarilla sea por lo menos 1.00 m. Para las alcantarillas de alivio pueden ser acep tables diámetros no menores a 0.40 m., pero lo más común es usar un diámetro mínimo de 0.60 m en el caso de tubos y ancho, alto 0.60 m en el caso rectangular. (guras 4.1.3.7 y 4.1.3.9).

81


Figura 4.1.3.4: Zanjas de coronación y de recolección

82


Figura 4.1.3.5: Canal de bajada

83


Figura 4.3.1.6: Canal de bajada - Elevación de corte

84


Figura 4.1.3.7: Detalles de alcantarillas

85


Figura 4.1.3.8: Ejemplos de localización y de tipos de alcantarillas

86


Figura 4.1.3.8a: Alcantarilla de paso y protección de piedra

87


Figura 4.1.3.9a: Diseños típicos de cunetas

88


Figura 4.1.3.9b: Tipos de alcantarillas económicas

89


g)

Badenes Los badenes (gura 4.1.3.10) son una solución satisfactoria para los cursos de agua que descienden por pequeñas quebradas, descargando esporádicamente caudales con fuerza durante algunas horas, en épocas de lluvia y arrastrando materiales sólidos. Los badenes tienen como supercie de rodadura una capa de empedrado de protección o tienen una supercie mejorada formada por una losa de concreto. Evitar la colocación de badenes sobre depósitos de suelos de grano no suceptibles a la socavación o adopción de diseños que no prevean protección contra la socavación. También pueden usarse badenes combinados con alcantarillas, tanto de tubos como del tipo cajón. Los badenes presentan la ventaja de que son estructuras menos costosas que las alcantarillas grandes, pontones o puentes. Asimismo, en general, no son suceptibles de obstruirse. En su mayoría, los badenes no son muy sensibles con respecto al caudal de diseño debido a que un pequeño incremento del tirante de agua incrementa de modo importante la capacidad hidráulica. Para el diseño de badenes se recomienda lo siguiente:

90

•

Usar una estructura o una losa sucientemente larga para proteger el perímetro mojado del cauce natural del curso de agua. Agregar protección por arriba del nivel esperado de aguas máximas. Mantener un borde libre, entre 0.3 y 0.5 metros, entre la parte superior de la supercie reforzada de rodadura (losa) y el nivel de aguas máximas esperado.

•

Proteger toda la estructura con pantallas impermeables, enrocamiento, gaviones, losas de concreto u otro tipo de protección contra la socavación. El nivel del agua debajo de un vado es un punto particularmente crítico para efectos de socavación y necesita disipadores de energía o enrocados de protección debido al abatimiento típico del nivel del agua al salir de la estructura y a la aceleración del ujo a lo largo de la losa.

•

Construir las cimentaciones sobre material resistente a la socavación (roca sana o enrocado) o por debajo de la profundidad esperada de socavación. Evitar la socavación de la cimentación o del cauce mediante el uso de empedrado pesado colocado localmente, jaulas de gaviones o refuerzo de concreto.


Figura 4.1.3.10: Badenes

91


h)

Vados El cruce a nivel de una carretera a través de un río pequeño se denomina vado. Idealmente debe construirse en lugares donde el cruce natural tiene poca altura. Los vados y badenes implican ciertas demoras al tránsito, ocasionales o periódicas en las épocas de lluvia por lo que, generalmente, no son aconse jables en carreteras de alto volumen de tránsito. Los vados combinados con alcantarillas pueden represar a los materiales de arrastre en el cauce y ocasionar el taponamiento de la alcantarilla, poniendo en riesgo la estabilidad de la estructura.

Para el diseño de vados se recomienda: •

Para el caso de vados simples de piedra, es conveniente usar grandes fragmentos de roca o piedra bien graduados en la base de la quebrada a través de la quebrada que tengan la resistencia suciente para resistir el ujo del agua. Rellenar los huecos con fragmentos pequeños de roca limpia o con grava para proporcionar una supercie de rodadura tersa. A estas rocas pequeñas se les deberá dar mantenimiento periódico y se remplazarán even tualmente.

•

Usar vados para el cruce de cauces secos o con caudales pequeños durante la mayor parte del año. Emplear vados mejorados (con alcantarillas) con tubos o cajones de concreto para alcantarillas a n de dejar pasar caudales del estiaje.

•

Ubicar los vados donde las márgenes del curso de agua sean bajas y donde el cauce esté bien connado. En el caso de desagües de profundidad moderada usar vados mejorados con alcantarillas de tubo o de cajón.

•

Usar marcadores de profundidad resistentes y bien colocados en los vados para advertir al tránsito de alturas peligrosas del agua.

•

Evitar la construcción de curvas verticales pronunciadas en vados en las que puedan quedar atrapados camiones largos o remolques.

4.2

Drenaje subterráneo

4.2.1 Condiciones generales El drenaje subterráneo se proyectará para controlar y/o limitar la humedad de la plataforma y de los diversos elementos del pavimento de una carretera.

92


Sus funciones serán alguna o varias de las siguientes: a)

Interceptar y desviar corrientes subsuperciales y/o subterráneas antes de que lleguen al lecho de la carretera.

b)

Hacer descender el nivel freático.

c)

Sanear las capas del pavimento.

Las guras 4.2.1a y 4.2.1b muestran la disposición general que deben tener los drenes subterráneos. Figura 4.2.1a: Drenaje subterráneo

Figura 4.2.1b: Drenaje subterráneo

93


4.2.2 Drenes subterráneos El dren subterráneo estará constituido por una zanja en la que se colocará un tubo con oricios perforados, juntas abiertas, o de material poroso. Se rodeará de un material permeable, material ltro, compactado adecuadamente, y se aislará de las aguas superciales por una capa impermeable que ocupe y cierre la parte superior de la zanja (gura 4.2.2a). Figura 4.2.2a: Drenes subterráneos

Las paredes de la zanja serán verticales o ligeramente inclinadas, salvo en drenes transversales o en espina de pez, en que serán admisibles, incluso convenientes, pendientes más fuertes. En casos normales, el talud máximo no superará el valor 1/5. (H/V) Si se proyectan colectores longitudinales, puede aprovecharse la zanja del dren para la ubicación de aquellos. En tal caso, se aconseja una disposición similar a la que se señala en la gura 4.2.2b.

94


Figura 4.2.2b: Drenes subterráneos

4.2.2.1 La tubería Condiciones generales Los tubos serán de material de buena calidad. Los tubos de cerámica o concreto podrán proyectarse con juntas abiertas o perforaciones que permitan la entrada de agua en su interior. Los de plástico, de material corrugado o de bras bituminosas, deberán ir provistos de ranuras u oricios para el mismo n que el señalado anteriormente. Los de concreto poroso permitirán la entrada del agua a través de sus paredes. En las tuberías con juntas abiertas, el ancho de estas juntas oscilará entre 1 cm y 2 cm. Los oricios de las tuberías perforadas se dispondrán, preferentemente, en la mitad inferior de la supercie del tubo y tendrán un diámetro entre 8 mm y 10 mm. En la gura 4.2.2.1, se indica la disposición que deben satisfacer los oricios de tuberías perforadas en la mitad inferior de la supercie del tubo.

95


Figura 4.2.2.1

Los tubos de concreto poroso tendrán una supercie de absorción mínima del 20 % de la supercie total del tubo y una capacidad de absorción mínima de 50 litros/ minuto por decímetro cuadrado de supercie, bajo una carga hidrostática de 1 Kg./ cm2. Condiciones mecánicas Los tubos cerámicos o de concreto tendrán una resistencia mínima, medida en el ensayo de los tres puntos de carga, de 1000 Kg./m. Cuando los tubos hayan de instalarse en la vertical de las cargas del tráco, se si tuarán, como mínimo, a las profundidades que se señalan en el cuadro 4.2.2.2.

96


Cuadro 4.2.2.2 Tipo de tubo Cerámica Plástico Concreto Concreto armado Acero corrugado: Espesor 1.37 mm Espesor 1.58 mm

Profundidad mínima Φ = 15 cm. Φ = 30 cm. 50

90

50

75

50

75 60

30

30

Φ = diámetro nominal del tubo

Condiciones hidráulicas Normalmente, la capacidad hidráulica del dren queda limitada por la posibilidad de ltración lateral del agua a través del material permeable hacia los tubos; la capa cidad hidráulica de estos, con los diámetros que se indican más adelante, normalmente resulta superior a la necesaria para las exigencias del drenaje. No obstante, si existe la posibilidad de conocer el caudal de desagüe, puede hacerse el cálculo hidráulico de los tubos utilizando la formula Manning u otra análoga de las que rigen el movimiento del agua en cauces abiertos. Se utilizará la tabla de coecientes de rugosidad que se incluye a continuación en el cuadro 4.2.2.3. Cuadro 4.2.2.3 Tipo de tubo

Coeficiente n de rugosidad

De concreto normal y cerámica Condiciones buenas Condiciones medias

0.013

De concreto poroso Condiciones buenas Condiciones medias

0.017

De plástico Condiciones buenas Condiciones medias

0.013

De metal Condiciones buenas Condiciones medias

0.017

0.015

0.021

0.015

0.021

97


Diámetros y pendientes Los diámetros de los tubos oscilarán entre 10 cm. y 30 cm. Los diámetros hasta 20 cm. serán sucientes para longitudes inferiores a 120 m. Para longitudes mayores, se aumentara la sección. Los diámetros menores, sin bajar de 10 cm., se utilizarán con caudales y pendientes pequeños. Las pendientes longitudinales no deben ser inferiores al 0.5% y habrá de justicarse debidamente la necesidad de pendientes menores, que nunca serán inferiores al 0.2%. En tales casos, la tubería se asentará sobre un solado de concreto que permita asegurar la perfecta situación del tubo. La velocidad del agua en las conducciones de drenaje estará comprendida entre 0.70 m/s y 4 m/s. 4.2.3 Relleno de zanjas Cuando el fondo de la zanja se encuentre en terreno impermeable, para evitar la acumulación de agua bajo la tubería se preverá la colocación de una capa de ma terial, perfectamente apisonado y que puede ser del mismo terreno, alrededor del tubo, sin que alcance el nivel de las perforaciones o se asentará sobre un solado de concreto. En caso de tuberías con juntas abiertas, estas pueden cerrarse en su tercio inferior y dar a la capa impermeable el espesor correspondiente. Si el fondo de la zanja se encuentra en terreno permeable, no son necesarias las anteriores precauciones. La composición granulométrica del material permeable, material ltro, con el que se rellene la zanja del dren requiere una atención especial, pues de ella depende su buen funcionamiento. Si dn es el diámetro del elemento de suelo o ltro tal que n % de sus elementos en peso son menores que dn deben cumplirse las siguientes condiciones: a)

Para impedir el movimiento de las partículas del suelo hacia el material ltrante. • d15 del ltro / d 85 del suelo < 5. • d50 del ltro / d 50 del suelo < 25. En el caso de terreno natural de granulometría uniforme, se sustituirá la primera relación por: • d15 del ltro / d 85 del suelo < 4.

98


b)

Para que el agua alcance fácilmente el dren: d15 del ltro / d 15 del suelo > 5

c)

Para evitar el peligro de colmatación de los tubos por el material ltro. • En los tubos con perforaciones circulares: d85 del ltro / diámetro del oricio del tubo > 1.0 • En los tubos con juntas abiertas: d85 del material ltro / ancho de la junta > 1.2 • En los tubos de concreto poroso, se debe respetar la siguiente condición: d85 del árido del dren poroso / d85 del ltro < 5.

En caso de terrenos cohesivos, el limite superior para d 15 del ltro se establecerá en 0.1mm. Cuando sea preciso, deberán utilizarse en el proyecto dos o más materiales de ltros. Ordenados estos desde el terreno natural a la tubería, deben satisfacer, cada uno con respecto al contiguo, las condiciones exigidas anteriormente entre el material ltro y el suelo a drenar. El último, que será el que rodea el tubo, deberá satisfacer, además, las condiciones que se han indicado en relación con el ancho de las juntas o diámetro de los oricios de dichos tubos. Para impedir cambios en la composición granulométrica o segregaciones del ma terial ltro por movimiento de sus nos, debe utilizarse material de coeciente de uniformidad (d60/d10) inferior a 20, cuidadosamente compactado. El dren subterráneo se proyectará cumpliendo las disposiciones que se detallan en la gura 4.2.3a y 4.2.3.b según se encuentre en terreno permeable o impermeable y sean necesarios uno o dos materiales ltro. Figura 4.2.3a: Drenaje subterraneo

99


Figura 4.2.3b: Subdren de aguas subterráneas con geotextil

4.2.4 Cajas de registro y buzones En los drenes longitudinales se proyectarán, a intervalos regulares, cajas de registro o buzones de registro que permitan controlar el buen funcionamiento del drenaje y sirvan para evacuar el agua recogida por la tubería del drena un c olector principal o a una cuneta situada, por ejemplo, al pie de un terraplén, a una vaguada natural o a otros dispositivos de desagüe. Con independencia de lo anterior, deberán colocarse cajas de registro o buzones en todos los cambios de alineación de la tubería de drenaje. La distancia entre dos cajas o buzones consecutivos oscilará en general entre 30 m y 100 m y dependerá de la pendiente longitudinal del tubo y de su capacidad de desagüe, de la disposición general del drenaje y de los elementos naturales exis tentes. Las guras 4.2.4a y 4.2.4b son esquemas de cajas y buzones de registro que pueden servir de orientación para el proyecto. En el caso de salida libre de la tubería de desagüe de la caja de registro o el buzón a una cuneta etc., se cuidará que el nivel de la salida quede lo sucientemente alto y con las protecciones necesarias para impedir su aterramiento, inundación, entrada de animales, etc.

100


Figura 4.2.4a: Cajas de registro

101


Figura 4.2.4b: Buzón de registro

4.2.5 Investigación del agua freática La presencia de un nivel freático elevado exigirá una investigación cuidadosa de sus causas y naturaleza. Deberán practicarse los pozos y/o exploraciones que se consideren precisos para jar la posición del nivel freático y, si es posible, la naturaleza, origen y movimientos del agua subterránea. El reconocimiento se debe efectuar nal de la época del año en la que, en condicio nes normales, alcanzará su máxima altura. Los casos que pueden presentarse en la práctica y su tratamiento adecuado son innumerables. Algunos de ellos se señalan en la gura 4.2.5

102


Figura 4.2.5: Agua freática

4.2.6 Drenes de intercepción 4.2.6.1 Objeto y clasicación Se proyectarán drenes de intersección para cortar corrientes subterráneas e impedir que alcancen las inmediaciones de la carretera. Por su posición, se clasican en longitudinales y transversales. 4.2.6.2 Drenes longitudinales El dren de intersección deberá proyectarse cumpliendo las condiciones generales expuestas anteriormente para los drenes enterrados.

103


El fondo del tubo debe quedar, por lo menos, 15 cm. por debajo del plano superior de la capa impermeable o relativamente impermeable que sirve de lecho a la corriente subterránea. En el caso de que esta capa sea roca, deben extremarse las precauciones para evitar que parte de la ltración cruce el dren por debajo de la tubería. El caudal a desaguar puede determinarse aforando la corriente subterránea. Para ello, se agotará el agua que auya a la zanja en que se situará el dren en una lon gitud y tiempo determinados. Para interceptar ltraciones laterales que procedan de uno de los lados de la carre tera, se dispondrá un solo dren longitudinal en el lado de la ltración. Sin embargo, en el fondo de un valle o quebrada, donde el agua pueda proceder de ambos lados, deberán disponerse dos drenes de intersección, uno a cada lado de la carretera. Las guras 4.2.6.2a y 4.2.6.2b son ejemplo de drenes longitudinales en carreteras a media ladera y en trinchera, respectivamente. 4.2.6.3 Drenes transversales En carreteras en pendiente, los drenes longitudinales pueden no ser sucientes para interceptar todo el agua de ltración. En estos casos, se instalarán drenes interceptores transversales normales al eje de la carretera o un drenaje en espina de pez. La distancia entre drenes interceptores transversales será, por término medio, de 20 m a 25 m. El drenaje en espina de pez se proyectará de acuerdo con las siguientes condiciones (gura 4.2.6.3a). a)

El eje de las espinas formará con el eje de la carretera un ángulo de 60 º.

b)

Las espinas estarán constituidas por una zanja situada bajo el nivel del plano superior de la explanada.

c)

Sus paredes serán inclinadas con talud aproximado de 1/2 para repartir el posible asiento diferencial al máximo.

d)

Las zanjas se rellenarán de material ltro.

e)

Las espinas llevarán una cuna de concreto de baja resistencia o arcilla unida al solado del dren longitudinal.

f)

Las espinas consecutivas se situarán a distancias variables que dependerán de la naturaleza del suelo que compone la explanada. Dichas distancias estarán comprendidas entre 6 m para suelos muy arcillosos y 28 m para suelos arenosos.

Con independencia de la pendiente longitudinal de la carretera, se recomienda utilizar drenes en espina de pez al pasar de corte cerrado (trinchera) a terraplén, como protección de este contra las aguas inltradas procedentes de la trinchera (corte cerrado) (Figura 4.2.6.3b).

104


s e l a n i d u t i g n o l n ó i c p e c r e t n i e d s e n e r D : a 2 . 6 . 2 . 4 a r u g i F

105


s e l a n i d u t i g n o l n ó i c p e c r e t n i e d s e n e r D : b 2 . 6 . 2 . 4 a r u g i F

106

a r e d a l a i d e m a o n e l l e r y e t r o c n e n ó i c c e S


Figura 4.2.6.3a: Drenes de intercepción transversales

A C O TA C I O N E S E N M E T R O S

107


Figura 4.2.6.3b: Drenes de intercepción transversales

4.2.7 Drenaje del armado Salvo en el caso de carreteras en terrenos permeables, el drenaje de la capa per meable constituida por el armado, puede proyectarse tanto mediante drenes enterrados como prolongando la capa permeable hasta los taludes de los terraplenes a cunetas. Además, deben darse pendientes transversales mínimas a la subrasante. 4.2.8 Casos especiales 4.2.8.1 Protección del suelo de la explanación contra el agua libre en terreno de elevado nivel freático, llano y sin desagüe Cuando haya que construir una carretera en terreno llano y con elevado nivel freático, se estudiará el rebajamiento de la napa freática, pudiéndose utilizar alternativamente métodos como zanjas laterales, drenes enterrados, etc. Si no existiera posi bilidad de desaguar el sistema de drenaje, se proyectará en terraplén más alto.

108


Para la elección del material del terraplén, se tendrá en cuenta que su humedad de equilibrio debe disminuir rápidamente con la distancia al nivel freático y que el terraplén ha de construirse sobre un terreno saturado de agua, sin capacidad para resistir esfuerzos de compactación elevados. La necesidad de proteger el terraplén mediante la colocación de membranas bi tuminosas u hojas de plástico, tratando su supercie con sustancias hidrófobas o utilizando geotextiles, geomembranas o adoptando disposiciones análogas a la indicada en las guras 4.2.8.1a y 4.2.8.1 b, dependerá de la naturaleza y estado del terreno y del material disponible para la construcción del terraplén. 4.2.8.2 Protección del suelo de explanación situado bajo la calzada contra los movimientos capilares del agua Las diferencias de humedad en el suelo bajo la calzada y bajo las bermas, facilitan los movimientos capilares y disminuyen su capacidad resistente al aumentar el contenido de humedad del suelo de la subrasante bajo la calzada. Para evitar esta disminución, las suraciones del suelo y los asientos diferenciales que con dicho aumento de humedad pueden producirse, deben utilizarse alguna de las siguientes técnicas: •

Impermeabilizar las calzadas y las bermas.

•

Establecer una membrana impermeable que impida el movimiento del agua capilar, situándola en un plano más o menos vertical bajo las bordes de la calzada.

•

Construir zanjas anticapilares bajo los bordes de la calzada.

Tanto la membrana impermeable coma las zanjas anticapilares deberán ejecutarse hasta una profundidad de 1,20 m bajo la supercie de las bermas. Pueden utilizarse como zanjas anticapilares las que se proyecten para el drenaje del armado, cuidando de que el material ltro rompa la continuidad en fase líquida entre el agua situada a un lado y otro de la misma. 4.2.8.3 Capa drenante Cuando se eleva el terraplén de la carretera sobre un terreno saturado con agua para evitar que por capilaridad el agua pueda subir a través del terraplén hasta la supercie de rodadura, debe colocarse una capa de material drenante constituida por gravas y/o arenas. La capa estará sobre el nivel de referencia más alto de la napa freática del terreno y servirá de anticontaminante para romper la capilaridad y drenar la plataforma lateralmente. Se recomienda un espesor mínimo de 0.30 m.

109


Figura 4.2.8.1a: Protección del terraplén

110


Capítulo 5 GEOLOGÍA, SUELOS Y CAPAS DE REVESTIMIENTO GRANULAR

111


112


GEOLOGÍA, SUELOS Y CAPAS DE REVESTIMIENTO GRANULAR 5.1

Geología

Las carreteras de bajo volumen de tránsito se estructuran como carreteras de bajo costo. Consecuentemente, tienen alineamientos de diseño que evitan excesivos movimientos de tierra, considerando estructuras y obras de arte, por lo general di señadas para períodos de vida útil, de corto y mediano plazo; con capas de revesti miento granular armados y, en general, con características que disturban lo menos posible la naturaleza del terreno. Con estos requerimientos básicos, los estudios de geología incluirán un diagnóstico que comprenda consultas a los pobladores, a la autoridad vial competente y a su personal técnico. Asimismo, un reconocimiento e inspección de campo siguiendo el trazo probable del eje de la carretera para detectar o certicar la presencia o total ausencia de problemas geológicos activos en la ruta y/o en el tramo vial materia de estudio, que pudieran en algún caso afectar en algo las características del proyecto. Éstos son inestabilidad de taludes, fallas localizadas por las que se ltra el agua de lluvias hacia el subsuelo, presencia de aoramientos de aguas subterráneas, erosiones por acción de los ríos, inclinación de los árboles en las laderas, zonas de caídas de rocas sobre la carretera existente, el sentido de las formaciones rocosas que podrían desestabilizarse y otros problemas de naturaleza geodinámica que ocasionen fallas en la plataforma y taludes de la carretera. El estudio determinará las características geológicas del terreno a lo largo del trazo denitivo y de las fuentes de materiales (canteras), deniendo las unidades estratigrácas considerando las características geológicas más destacadas tanto de rocas como de suelos y el grado de sensibilidad o la pérdida de estabilidad en relación a la obra a construir. Asimismo, se determinará la geomorfología regional y areal deniendo los aspectos principales de interés geotécnico: a)

Topografía (plana, ondulada, montañosa, etc.)

b)

Unidades geomorfológicas areales y locales (terraza uvial, conoide aluvional, terraza marina, duna, pantano, quebradas, taludes, laderas, etc.)

c)

Materiales componentes del talud de corte (Clasicación de materiales)

113


d)

Materiales constituyentes del suelo (grava, arena, arcilla, etc.) diferenciándolos entr e transportados y no transportados.

e)

Litología dominante de materiales transportados.

El estudio geológico debe ser de extensión y alcance local y será desarrollada fundamentalmente sobre la base del reconocimiento de campo y complementada con documentos de consulta, como información técnica general publicada por el INGEMET a nivel regional, mapas geológicos, topográcos o de restitución fotogramétrica. 5.2

Estabilidad de taludes

El proyectista realizará una evaluación general de la estabilidad de los taludes existentes sobre la base de un recorrido minucioso de la carretera e identicará los taludes críticos o susceptibles de inestabilidad. En este caso se determinará la in clinación de los taludes deniendo la relación H : V de diseño (se considerará los parámetros obtenidos de ensayos y cálculos o tomando en cuenta la experiencia del comportamiento de los taludes de corte in situ y/o ejecutados en rocas o suelos de naturaleza y características geológicas, geotécnicas similares que se mantienen estables ante condiciones ambientales semejantes). Los taludes de corte dependerán de la naturaleza del terreno y de su estabilidad, pudiendo utilizarse (a modo referencial) las relaciones de corte en talud siguientes los que son apropiados para los tipos de materiales (rocas y suelos) indicados en el cuadro 5.2.1 Cuadro 5.2.1: Taludes de

Clase de terreno

Talud (V: H) H<5

5 < H < 10

H >10

10 : 1

(*)

(**)

6:1-4:1

(*)

(**)

Conglomerados cementados

4:1

(*)

(**)

Suelos consolidados compactos

4:1

(*)

(**)

Conglomerados comunes

3:1

(*)

(**)

2:1-1:1

(*)

(**)

Tierra suelta

1:1

(*)

(**)

Arenas sueltas

1:2

(*)

(**)

1:2 hasta 1 : 3

(*)

(**)

Roca ja Roca suelta

Tierra compacta

Zonas blandas con abundante arcillas o zonas humedecidas por ltraciones (*) Requiere banqueta o análisis de estabilidad

114

corte


Los taludes de relleno, igualmente, estarán en función de los materiales empleados, pudiendo utilizarse (a modo de taludes de relleno referenciales) los siguientes taludes que son apropiados para los tipos de material incluidos en el siguiente cuadro: Cuadro 5.2.2 : Taludes de relleno Materiales

Talud ( V : H ) H<5

5 < H <10

H >10

Enrocado

1:1

(*)

(**)

Suelos diversos compactados (mayoría de suelos)

1 : 1.5

(*)

(**)

Arena compactada

1:2

(*)

(**)

(*) Requiere banqueta o análisis de estabilidad

Para controlar los sectores con taludes inestables en este tipo de casos, se diseñarán soluciones de bajo costo para lo cual el proyectista evaluará y denirá soluciones mediante: i)

Métodos físicos como zanjas de coronación (establecer el tipo y características, si es revestido o no tipo de revestimiento), subdrenaje (el tipo de estructura, si presenta geotextil se estaría en un caso que contraviene los principios del tipo de carretera materia de evaluación), muros (especicar el tipo de muros), gaviones (en que casos especícos debido a su elevado costo respectivo a otro tipo de estructuras), etc.

ii)

Métodos de revegetación empleando vegetación “natural” económica y estética, que generen la cobertura al terreno e incrementen la resistencia por la profundidad de las raíces. Es ideal que para la estabilización de taludes, se seleccione la vegetación, por sus propiedades de crecimiento, resistencia, cobertura densa del terreno y raíces profundas. Preferentemente, se deben usar las especies locales nativas que tengan las propiedades (debidamente demostradas con ejemplos palmarios en la zona o área de inuencia) antes mencionadas.

iii)

En caso necesario, (para sectores críticos o muy críticos, previa ejecución de un estudio geotécnico de extensión y alcance local) para lograr taludes estables, se propondrán medidas físicas y biotécnicas de estabilización de taludes (producto del estudio geotécnico) tales como estructuras de contención, contrafuertes, drenaje y subdrenaje, capas de vegetación, mantas con semillas (biomantas) y vegetación. Las estructuras de contención pueden estar formadas por enrocado suelto (muros secos), gaviones o muros de tierra estabilizada mecánicamente (sistema de tierra reforzada o tierra armada, este tipo de medidas no contravendría con lo establecido como bajo costo). A

115

Geología, suelos y capas de revestimiento granular

continuación se presentan secciones, perles y grácos típicos de muros de sostenimiento de mampostería de piedra, muros de concreto ciclópeo, etc. Las guras 5.2.1 á 5.2.9 ilustran diversas formas de tratamiento para la estabiliza ción de taludes y protección de la plataforma de la carretera.

116


a d a n i p m e a r e d a l a l n e o n e l l e r y e t r o C : 1 . 2 . 5 a r u g i F

117


Figura 5.2.2: Opciones de diseño de secciones típicas

118


s o c i p í t s e d u l a t y l a s r e v s n a r t n ó i c c e S : 3 . 2 . 5 a r u g i F

119


l a r e t a l s o m a t s é r p e d s a r e t n a C : 4 . 2 . 5 a r u g i F

120


a r d e i p e d a í r e t s o p m a m e d o t n e i m i n e t s o s e d s o r u M : 5 . 2 . 5 a r u g i F

121


Figura 5.2.6: Sección típica de terraplén en terreno plano

122


Figura 5.2.7: Muros de sostenimiento de concreto ciclopeo

123


Figura 5.2.8: Tipos de muros de sostenimiento usuales

124


Figura 5.2.9: Explanación de tierra armada

125


5.3

Suelos y capas de revestimiento granular

Las carreteras por sus capas superiores y supercie de rodadura pueden ser clasicados como sigue: i)

Con

supercie de rodadura no pavimentada

a)

Carreteras de tierra constituidas por suelo natural y mejorado con grava seleccionada por zarandeo.

b)

Carreteras gravosas constituidas por una capa de revestimiento con material natural pétreo sin procesar, seleccionado manualmente o por zarandeo, de tamaño máximo de 75 mm.

c)

Carreteras armadas constituidas por una capa de revestimiento con materiales de cantera, dosicadas naturalmente o por medios mecánicos (zarandeo), con una dosicación especicada, compuesta por una combinación apropiada de tres tamaños o tipos de material: pie dra, arena y nos o arcilla, siendo el tamaño máximo 25mm. c.1 armados con gravas naturales o zarandeadas. c.2 armados con gravas homogenizadas mediante chancado.

d)

Carreteras con supercie de rodadura estabilizada con materiales industriales: d.1 Armados con grava con supercie estabilizada con materiales como: asfalto (imprimación reforzada), cemento, cal, aditivos quími cos y otros. d.2 Suelos naturales estabilizados con: material granular y nos ligantes, asfalto (imprimación reforzada), cemento, cal, aditivos químicos y otros.

ii)

Con

supercie de rodadura pavimentada (No aplicable a este manual)

e)

Pavimentos de adoquines de concreto;

f)

Pavimentos exibles: f.1 Con capas granulares (sub base y base drenantes) y una supercie bituminosa de espesor de hasta 25mm (tratamiento supercial bicapa). f. 2 Con capas granulares (sub base y base drenantes) y una capa bituminosa de espesor variable > 25mm (carpetas asfálticas).

g)

Pavimentos semi rígidos, conformados con solo capas asfálticas (full depth).

h)

Pavimentos rígidos, conformado por losa de concreto hidráulico de cemento Portland.

Para los propósitos de éste manual, son aplicables a las carreteras de bajo v olumen de tránsito, no pavimentados, los tipos a, b, c y d.

126


El manual considera soluciones estructurales con materiales tradicionales cuyas propiedades mecánicas y comportamiento son conocidos y están considerados en las Especicaciones Técnicas Generales para la Construcción de Carreteras de Bajo Volumen de Tránsito. También forman parte de esta norma las estabilizaciones y mejoramientos de suelos de la subrasante o de las capas de revestimiento granular. Para la estabilización química de los suelos se utilizará la Norma Técnica de Esta bilizadores Químicos MTC E 1109-2004. En el funcionamiento estructural de las capas de revestimiento granular inuye el tipo de suelo de la subrasante, el número total de los vehículos pesados por día o durante el período de diseño, incluido las cargas por eje y la presión de los neu máticos. La demanda, medida en EE o por vehículos pesados, es particularmente importante para ciertos tipos de carreteras de bajo volumen pero que pudieran tener alto porcentaje de vehículos pesados, como los que se construyen para propósitos especiales como el minero y forestal (extracción de madera). 5.3.1 Tráco Desde el punto de vista del diseño de la capa de rodadura sólo tienen interés los vehículos pesados (buses y camiones), considerando como tales aquellos cuyo peso bruto excede de 2.5 tn. El resto de los vehículos que puedan circular con un peso inferior (motocicletas, automóviles y camionetas) provocan un efecto mínimo sobre la capa de rodadura, por lo que no se tienen en cuenta en su cálculo. El tráco proyectado al año horizonte, se clasicará según lo siguiente: CLASE

T0

T1

T2

T3

IMDA (Total vehículos ambos sentidos)

<15

16 - 50

51 - 100

101 - 200

Vehículos pesados (carril de diseño)

<6

6 - 15

16 - 28

29 - 56

N° Rep. EE (carril de diseño)

< 2.5 x 104

2.6x104 –7.8x104

7.9x104- 1.5x105

1.6x105 -3.1x105

Para la obtención de la clase de tráco que circula para el tramo en estudio, se realizará lo siguiente: a)

Identicación de sub tramos homogéneos de la demanda.

b)

Conteos de tráco en ubicaciones acordadas con la entidad y por un período mínimo de 3 días (1 día de semana+sábado+domingo), de una semana que

127


haya sido de circulación normal. Los conteos serán volumétricos y clasicados por tipo de vehículo. c)

El estudio podrá ser complementado con información de variaciones mensuales, proveniente de estaciones de conteo y/o pesaje del MTC cercanas al tramo en estudio que sea representativo de la variación de tránsito del proyecto.

d)

Con los datos obtenidos se determinará el número de vehículos (IMDA) y la cantidad de pesados (buses+camiones) para el carril de diseño, sucientes para denir la clase tipo de tráco. No obstante, será necesario obtener el número de repeticiones de Ejes Equivalentes (EE) para el período de dise ño.

e

El concepto de EE corresponde a la unidad normalizada por la AASHTO que representa el deterioro que causa en la capa de rodadura un eje simple cargado con 8,16 toneladas. Para el cálculo de los factores destructivos por eje equivalente calculados, se toma en cuenta el criterio simplicado de la metodología AASHTO, aplicando las siguientes relaciones: Tipo de eje

Eje equivalente EE 8.2tn

Eje simples de rueda simples

[P/6.6]4

Eje simple de rueda doble

[P/8.16]4

Eje tandem de rueda doble

[P/15.1]4

Eje tridem de rueda doble

[P/22.9]4

P = peso por eje en toneladas

También se considerará un factor de ajuste por presión de neumáticos, de tal manera de computar el efecto adicional de deterioro de los armados. Este efecto se incrementa más para el caso de las capas de revestimiento granular en altura donde la baja presión atmosférica genera un aumento de la presión interna del neumático, reduciendo su área de contacto y aumentando la presión sobre la capa de rodadura. Para evitar este efecto en el cálculo de los EE, las llantas deberían tener una pre sión máxima de 80 psi pulg 2. Para el cálculo de EE de 8.2 t, se usará las siguientes expresiones por tipo de vehí culo pesado. El resultado nal será la sumatoria de los tipos de vehículos pesados considerados: Nrep de EE 8.2t= Σ [EEdía-carril x 365 x (1+t)n-1] / (t) EEdía-carril = EE x Factor Direccional x factor carril EE = de vehículos según tipo x factor de carga x factor de presión de llantas

128


Donde: Nrep de EE 8.2t

= Número de repeticiones de ejes equivalentes de 8.2t.

EEdía-carril

= Ejes equivalentes por día para el carril de diseño.

365

= Número de días del año.

t

= tasa de proyección del tráco, en centésimas.

EE

= Ejes Equivalentes.

Factor direccional

= 0.5, corresponde a carreteras de dos direcciones por calzada.

Factor carril

= 1, corresponde a un carril por dirección o sentido.

Factor de presión de llantas= 1, este valor se estima para los CBVT y con capa de revestimiento granular. f)

Como referencia del cálculo se presenta la tabla siguiente, para períodos de 5 y 10 años:

129


5.3.2 Subrasante La subrasante es la capa supercial de terreno natural. Para construcción de carreteras se analizará hasta 0.45 m de espesor, y para rehabilitación los últimos 0.20 m. Su capacidad de soporte en condiciones de servicio, junto con el tránsito y las características de los materiales de construcción de la supercie de rodadura, constituyen las variables básicas para el diseño del armado, que se colocará encima. Se identicarán cinco categorías de subrasante: S0 : Subrasante muy pobre S1 : Subrasante pobre

CBR < 3% CBR = 3% - 5%

S2 : Subrasante regular

CBR = 6 - 10%

S3 : Subrasante buena S4 : Subrasante muy buena

CBR = 11 - 19% CBR > 20%

Se considerarán como materiales aptos para la coronación de la subrasante suelos con CBR igual o mayor de 6%. En caso de ser menor, se procederá a eliminar esa capa de material inadecuado y se colocará un material granular con CBR mayor a 6%; para su estabilización. La profundidad mínima especicada de esta capa gura en el catálogo de estructuras de capas granulares que se presenta más adelante. Igualmente se estabilizarán las zonas húmedas locales y áreas blandas. Sobre la subrasante natural se colocará una capa de arena de espesor 20cm mínimo y sobre ella, se añadirá una capa de espesor mínimo de 0.30m de material grueso rocoso o de piedras grandes. La supercie de la subrasante debe quedar encima del nivel de la napa freática como mínimo a 0.60 m cuando se trate de una subrasante muy buena y buena; a 0.80 m cuando se trate de una subrasante regular; a 1.00 m cuando se trate de una subrasante pobre y a 1.20 m cuando se trate de una subrasante muy pobre. En caso necesario, se colocarán subdrenes o capas anticontaminantes y/o drenantes o se elevará la rasante hasta el nivel necesario. Los subdrenes para proteger la capa del armado se proyectarán cuando la subrasante no esté constituida por material permeable y cuando las capas de rodadura no puedan drenar adecuadamente. Los subdrenes que se proyecten para interceptar ltraciones o para rebajar el nivel freático elevado, pueden utilizarse también para drenar el armado. En zonas sobre los 3 500 msnm, se evaluará la acción de las heladas en los suelos. En general, la acción de congelamiento está asociada con la profundidad de la napa

130


freática y la susceptibilidad del suelo al congelamiento. Sí la profundidad de la napa freática es mayor a la indicada anteriormente (1,20m), la acción de congelamiento no llegará a la capa superior de la subrasante. En el caso de presentarse en la capa superior de la subrasante (0,30m – 0,45m) suelos susceptibles al congelamiento, se reemplazará este suelo en el espesor indicado o se levantará la rasante con un relleno granular adecuado, hasta el nivel necesario. Son suelos susceptibles al congelamiento, los suelos limosos. Igualmente los suelos que contienen más del 3% de su peso de un material de tamaño inferior a 0,02mm, con excepción de las arenas nas uniformes que aunque contienen hasta el 10% de materiales de tamaño infe rior a los 0,02mm, no son susceptibles al congelamiento. En general, son suelos no susceptibles los que contienen menos del 3% de su peso de un material de tamaño inferior a 0,02mm. Para efectos del diseño del armado también se denirán sectores homogéneos a lo largo de cada uno de ellos, donde las características del material de subrasante se identican como uniforme. Dicha uniformidad se establecerá sobre la base del estudio del suelo y de ser necesario, la realización del muestreo. El proceso de sectorización requiere de análisis y criterio del especialista. Para la identicación de sectores homogéneos se analizará lo siguiente: i)

Reconocimiento:

En esta etapa se efectúa un proceso de inspección visual, se identican asenta mientos, deslizamientos, etc. que puedan ser atribuidos a factores geotécnicos y se establece, en primera aproximación, las causas que la motivaron. El reconocimiento visual de suelos y rocas debe complementarse con la observación de otras características del terreno y que ayudan a denir las propiedades de este, como topografía, geomorfología, vegetación, zonas húmedas o cursos natura les de agua y, sobre todo, los taludes de cortes existentes próximos al tramo. ii)

Diagnóstico:

Sí el reconocimiento del terreno permite su clasicación inmediata, pueden reali zarse algunas calicatas de comprobación cada 500 m y los ensayos conrmatorios. Caso contrario, sí en el terreno se detectara su naturaleza problemática, se deberá establecer un programa de muestreos y ensayos como se indica a continuación. iii)

Programa de prospecciones y ensayos a realizar:

Se establecerá una estrategia para efectuar el programa exploratorio y, a partir de ello, se ordenará la toma de las muestras necesarias de cada perforación, de mane ra de poder evaluar aquellas características que siendo determinantes en su com portamiento, resulten de sencilla e indiscutible determinación.

131


Las propiedades fundamentales a tomar en cuenta son: a)

Granulometría: A partir de la cual se puede estimar, con mayor o menor aproximación, las demás propiedades que pudieran interesar. El análisis granulométrico de un suelo tiene por nalidad determinar la proporción de sus diferentes elementos constituyentes, clasicados en función de su tamaño. De acuerdo al tamaño de las partículas de suelo, se denen los siguientes términos: Tipo de material

Tamaño de las partículas

Grava

75 mm – 2 mm

Arena

b)

Arena gruesa: 2 mm – 0.2 mm Arena na: 0.2 mm – 0.05 mm

Limo

0.05 mm – 0.005 mm

Arcilla

Menor a 0.005 mm

La plasticidad: no de los elementos gruesos que contiene, sino únicamente de sus elementos nos. El análisis granulométrico no permite apreciar esta característica por lo que es necesario determinar los Límites de Atterberg. A través de este método, se denen los límites correspondientes a los tres estados en los cuales puede presentarse un suelo: líquido, plástico o sólido. Estos límites, llamados límites de Atterberg, son: el límite líquido (LL) determinación según norma MTC E 110, el límite plástico (LP) determinación según norma MTC E 111 y el límite de contracción (LC) determinación norma MTC E 112. Además del LL y del LP, una característica a obtener es el Índice de plasticidad IP que se dene como la diferencia entre LL y LP: IP = LL – LP El índice de plasticidad permite clasicar bastante bien un suelo. Un IP grande corresponde a un suelo muy arcilloso. Por el contrario, un IP pequeño es característico de un suelo poco arcilloso.

132


Sobre todo esto se puede dar la clasicación siguiente: Índice de plasticidad

Característica

IP > 20

suelos muy arcillosos

20 > IP > 10

suelos arcillosos

10 > IP > 4

suelos poco arcillosos

IP = 0

suelos exentos de arcilla

Se debe tener en cuenta que, en un suelo el contenido de arcilla, es el elemento más peligroso de una carretera, debido sobre todo a su gran sensibilidad al agua. c)

Equivalente de arena: Es un ensayo que da resultados parecidos a los obtenidos mediante la determinación de los límites de Atterberg, aunque menos preciso. Tiene la ventaja de ser muy rápido y fácil de efectuar, según la norma MTC E 114. El valor de EA es un indicativo de la plasticidad del suelo: Equivalente de arena sí EA > 40 Sí 40 > EA > 20 sí EA < 20

d)

Característica El suelo no es plástico, es de arena El suelo es poco plástico y no heladizo El suelo es plástico y arcilloso

Índice de grupo: Es un índice adoptado por AASHTO de uso corriente para clasicar suelos, está basado en gran parte en los límites de Atterberg. El índice de grupo de un suelo se dene mediante la formula: IG = 0.2 (a) + 0.005 (ac) + 0.01(bd) Donde: a=

F-35 (F = Fracción del porcentaje que pasa el tamiz 200 -74 micras). Expresado por un número entero positivo comprendido entre 1 y 40.

b=

F-15 (F = Fracción del porcentaje que pasa el tamiz 200 -74 micras). Expresado por un número entero positivo comprendido entre 1 y 40.

c=

LL – 40 (LL = límite líquido). Expresado por un número entero comprendido entre 0 y 20.

133


d=

IP-10 (IP = índice plástico). Expresado por un número entero comprendido entre 0 y 20 o más. El índice de grupo es un valor entero positivo, comprendido entre 0 y 20 o más. Cuando el IG calculado es negativo, se reporta como cero. Un índice cero signica un suelo muy bueno y un índice igual o mayor a 20, un suelo no utilizable para carreteras. Si el suelo de subrasante tiene:

e)

Índice de grupo

Suelo de subrasante

IG > 9

Muy pobre

IG está entre 4 a 9

Pobre

IG está entre 2 a 4

Regular

IG está entre 1 – 2

Bueno

IG está entre 0 – 1

Muy bueno

Humedad natural: Otra característica importante de los suelos es su hu medad natural pues la resistencia de los suelos de subrasante, en especial de los nos, se encuentra directamente asociada con las condiciones de humedad y densidad que estos suelos presenten. Se determinará mediante la norma MTC E 108. La determinación de la humedad natural permitirá comparar con la humedad óptima que se obtendrá en los ensayos proctor para obtener el CBR del suelo. Sí la humedad natural resulta igual o inferior a la humedad óptima, el especialista propondrá la compactación normal del suelo y el aporte de la cantidad conveniente de agua. Si la humedad natural es superior a la humedad óptima y, según la saturación del suelo, se propondrá aumentar la energía de compactación, airear el suelo o reemplazar el material saturado.

f)

Clasicación de los suelos: Determinadas las características de los suelos, según los acápites anteriores, se podrá estimar con suciente aproximación el comportamiento de los suelos, especialmente con el conocimiento de la granulometría, plasticidad e índice de grupo y, luego clasicar los suelos. La clasicación de los suelos se efectuará bajo el sistema mostrado en el cuadro 5.3.2.1. Esta clasicación permite predecir el comportamiento aproximado de los suelos que contribuirá a delimitar los sectores homogéneos desde el punto de vista geotécnico.

134


A continuación se presenta una correlación de los dos sistemas de clasicación más difundido, AASHTO y ASTM: Clasificación de suelos AASHTO

Clasificación de suelos ASTM

A-1-a

GW, GP, GM, SW, SP, SM

A-1-b

GM, GP, SM, SP

A – 2

GM, GC, SM, SC

A – 3

SP

A – 4

CL, ML

A – 5

ML, MH, CH

A – 6

CL, CH

A – 7

OH, MH, CH

Fuente: US Army Corps of Engineers

g.

Ensayos CBR: Una vez que se hayan clasicado los suelos por el sistema AASHTO para carreteras con tránsito mayor a 100 vehículos por día, se elaborará un perl estratigráco para cada sector homogéneo a partir del cual se determinará los suelos que controlarán el diseño y se establecerá el programa de ensayos y/o correlaciones para establecer el CBR que es el valor soporte o resistencia del suelo, referido al 95% de la MDS (Máxima densidad seca) y a una penetración de carga de 2.54mm. Dada la variabilidad que presentan los suelos (aún dentro de un mismo grupo de suelos y en un sector homogéneo), así como los resultados de los ensayos de CBR (valor soporte del suelo), se efectuará un mínimo de 6 ensayos de CBR por sector homogéneo del suelo, con el n de aplicar un cri terio estadístico para la selección de un valor único de soporte del suelo. En caso de que en un determinado sector se presente una gran heterogeneidad en los suelos de subrasante que no permite denir uno como predominante, el diseño se basará en el suelo más débil que se encuentre. El valor del CBR de diseño por sector homogéneo, se determinará según lo siguiente: •

Si el sector homogéneo presenta para el período de diseño un número de repeticiones de EE 8.2 ton., menor de 1 x 10 5, el CBR de diseño será aquel que represente al percentil 60% de los valores de CBR.

•

Si el sector homogéneo presenta un número de repeticiones de EE 8.2 ton., entre 1 x 10 5 y 1 x 10 6: el CBR de diseño será aquel que represente al percentil 75% de los valores de CBR.

135


iv)

Una vez denido el valor del CBR de diseño para cada sector de características homogéneas, se clasicará a que categoría de subrasante pertenece el sector o subtramo.

En resumen:

136

1.

Deberá identicarse los tramos homogéneos con una longitud mínima de 1500m, clasicar el material de subrasante y denir el CBR de diseño. En los puntos críticos, si los hubiera, se efectuarán trabajos especiales necesarios para denir su solución.

2.

Se determinará el volumen de Ejes Equivalentes (EE) que soportará el ar mado, durante le período de diseño escogido.

3.

Se escogerá el diseño del armado, entre las alternativas del catálogo ad junto, que corresponda a una solución que, en razón de los materiales y la tecnología disponibles, signique un menor costo de construcción.


0 4 . n í m

0 0 1 3 . L L n í < m P I

5 3 . n í m

0 4 . n í m

0 0 1 3 . L L n í < m P I

0 2 . x á m

5 3 . n í m

0 4 . x á m

0 1 . n í m

6 1 . x á m

5 3 . n í m

0 4 . x á m

0 1 . x á m

2 1 . x á m

5 3 . n í m

0 4 . x á m

0 1 . x á m

8 . x á m

7 2 A

5 3 . x á m

0 4 . n í m

0 1 . n í m

4 . x á m

6 2 A

5 3 . x á m

0 4 . x á m

0 1 . n í m

4 . x á m

5 2 A

5 3 . x á M

0 4 . n í m

0 1 . x á m

0

4 2 A

5 3 . x á m

0 4 . x á m

0 1 . x á m

0

5 3 . n í m

6 7 A

O T H S A A o d o t é m – s o l e u s s o l e d n ó i c a c f i s a l C : 1 . 2 . 3 . 5 o r d a u C

m m 8 0 , 0 e d z i s m a o t n l i f e s r o o l e p u a S s a p % 5 3 e d s á m

7 A 5 7 A

6 A

5 A

4 A

m m 8 0 , 0 e d z s i o m s a o t l u r n o p a r a g s s a o p l e e u u S q o m i x á m % 5 3

2 A

0 0 5 1 . . x n á í m m

3 A

o p u r G

0

b 1 A

0 5 5 2 . . x x á á m m

6 . x á m

0

a 1 A

0 0 5 5 3 1 . . . x x x á á á m m m

6 . x á m

0

1 A

l a r e n e g n ó i c a c i f i s a l C

0 2 . x á m

o l o b m í S

o c i r t é m o l u n a r g s i s i l á n A

m m m z m m m i m 2 5 , 8 a 0 0 , t l 0 e r o p a s a p e u q : e % d

s o l l i c r a s o l e u S

s s o o l s e o u m i S l

s s a a s o n l l e r i c a r y a s o a s v a a s r o G m i l

a a n n e r i A F

s a v a r a g n , e s r a a r y d e i P

e c i d n Í g r e b r e t t A s e t i m í L

z e d i d u a q i l d i c e i d t s e a t i l p m e í L d

o p u r g e d e c i d n Í

o l a m a e l b a s a p e D

l a i r e t a m e d o p i T

o n e u b a e t n e d e c x e e D

l e d e t l n a a r e s n a r e b g u s n o ó i m c o a c o m l i t e s u E s

137


Cuadro 5.3.2.2: Signos convencionales para perl de calicatas

138

SUELOS

A – 1- a

A–5

A – 1- b

A–6

A – 3

A–7–5

A – 2 – 4

A–7–6

A – 2 – 5

MATERIA ORGÁNICA

A – 2 – 6

ROCA SANA

A – 2 – 7

ROCA DESINTEGRADA


5.4

Catálogo estructural de supercie de rodadura

Para el dimensionamiento de los espesores de la capa de armado se adoptó como representativa la siguiente ecuación del método NAASRA, (National Association of Australian State Road Authorities, hoy AUSTROADS) que relaciona el valor soporte del suelo (CBR) y la carga actuante sobre el armado, expresada en número de repeticiones de EE: e = [219 – 211 x (log10CBR) + 58 x (log10CBR)2] x log10 x (Nrep/120) Donde: e

= espesor de la capa de armado en mm.

CBR

= valor del CBR de la subrasante.

Nrep

= número de repeticiones de EE para el carril de diseño.

Fuente: Elaboración en base a la ecuación de diseño del método NAASRA.

Sin ser una limitación, en éste manual de diseño se incluye catálogos de secciones de capas granulares de rodadura para cada tipo de tráco y de subrasante. Estos han sido elaborados en función de la ecuación indicada. El espesor total determinado, está compuesto por una capa de armado (ver acápite 5.5.1), por la granulometría del material y aspectos constructivos, el espesor de la capa de armado no será menor de 150mm.

139


En todo caso, se podrán ajustar las secciones de armado en función de las condiciones y experiencias locales, para lo cual:

140

•

Se analizará las condiciones de la subrasante natural, la calidad de los materiales de las canteras, la demanda especíca de tráco en el tramo y se decidirá el espesor necesario de la nueva estructura de la capa granular de rodadura.

•

En caso de que el tramo tenga ya una capa de armado, se aprovechará el aporte estructural de la capa existente. Sólo se colocará el espesor de armado necesario para completar el espesor total obtenido según la metodología de diseño empleada. Este espesor complementario no será menor a 100 mm. El nuevo material de armado se mezclará con el existente hasta homogenizarlo y conformar la nueva capa de armado, debidamente perlada y compactada.

•

Para carreteras de muy bajo volumen de tránsito, menor a 50, se estudiarán y analizarán diferentes alternativas constructivas de capas granulares, incluyendo macadam granular, y estabilización con gravas.

•

En el caso de no haber disponibilidades de gravas de fácil uso a distancias económicamente razonables, se podrá recurrir a procedimientos de estabilización de los suelos naturales, analizando económicamente alternativa como estabilización con cal, estabilización con sal, estabilización con cemento, estabilización química (según norma MTC E 1109), según sea el caso.

•

En caso de que se requiriese proteger la supercie de los carreteras armadas para retardar su deterioro por razones de erosión y pérdidas de mate rial, debido al tránsito y/o para evitar la presencia de polvo levantado por el tránsito que crea riesgos y deteriora el ambiente agrícola, podrá colocarse una capa protectora que podría ser una imprimación reforzada bituminosa o una capa supercial de armado con mayor índice de plasticidad que reemplazaría un espesor similar del armado diseñado o una estabilización con cloruros de sodio, de magnesio, u otros estabilizadores químicos.


CATÁLOGO DE CAPAS DE REVESTIMIENTO GRANULAR TRÁFICO T0

Nota: En caso se requiriese proteger la supercie de las carreteras, podrá colocarse una capa protectora, que podría ser una imprimación reforzada bituminosa; o una estabilización con cloruro de sodio (sal), magnesio u otros estabilizadores químicos.

141




142




143




144


5.5

Materiales y partidas especicas de la capa granular de rodadura

5.5.1 Capa de armado El material a usarse varía según la región y las fuentes locales de agregados, cantera de cerro o de río, también se diferencia si se utilizará como una capa supercial o capa inferior, porque de ello depende el tamaño máximo de los agregados y el porcentaje de material no o arcilla, cuyo contenido es una característica obligatoria en la carretera de armado. El armado es una mezcla de tres tamaños o tipos de material: piedra, arena y nos o arcilla. Si no existe una buena combinación de estos tres tamaños, el armado será pobre. El armado requiere de un porcentaje de piedra para soportar las cargas. Asimismo necesita un porcentaje de arena clasicada, según tamaño, para llenar los vacíos entre las piedras y dar estabilidad a la capa y, obligatoriamente un porcentaje de nos plásticos para cohesionar los materiales de la capa de armado. Hay dos principales aplicaciones en el uso de armados: Su uso como supercie de rodadura en carreteras no pavimentados o su uso como capa inferior granular o como colchón anticontaminante. Como supercie de rodadura, un armado sin sucientes nos está expuesto a per derse porque es inestable. En construcción de carreteras, se requiere un porcentaje limitado pero suciente de materiales nos y plásticos que cumplan la función de aglutinar para estabilizar la mezcla de gravas. Un buen armado para capa inferior, tendrá mayor tamaño máximo de piedras que en el caso de la capa de supercie y muy poco porcentaje de arcillas y de mate riales nos en general. La razón de ello es que la capa inferior debe tener buena resistencia para soportar las cargas del tránsito y, además, debe tener la cualidad de ser drenante. Gradación de los materiales de la capa de afrmado

Existen pocos depósitos naturales de material que tiene una gradación ideal, donde el material sin procesar se puede utilizar directamente por lo que será necesario zarandear el material para obtener la granulometría especicada. En general, los materiales serán agregados naturales procedentes de excedentes de excavaciones o canteras o podrán provenir de la trituración de rocas y gravas o podrán estar constituidos por una mezcla de productos de ambas procedencias.

145


Es recomendable que las piedras tengan caras fracturadas o aristas y supercies rugosas. Su comportamiento es mucho mejor que la piedra lisa redondeada o canto rodado, dándole a la capa de armado resistencia y estabilidad bajo las cargas actuantes. Gravas procedentes de bancos que contienen piedras fracturadas naturalmente son consideradas como muy buenos materiales. En todo caso, se podrán obtener me jores resultados procesando el material por trituración. Esto signica que un buen porcentaje de las piedras tendrán caras fracturadas por proceso de la trituración, lográndose mejores propiedades de resistencia y estabilidad de la capa de armado. Es muy importante indicar que todas las gravas no son iguales, por lo que la calidad verdadera debe ser determinada efectuando ensayos y dosicaciones de los materiales que constituyen el armado. Esto asegurará que la dosicación puesta en obra sea la adecuada. Se distinguen cuatro tipos de armado y su espesor y aplicación estará en función del IMD, según el catálogo de revestimiento granular (Acápite 5.4) La capa del armado estará adecuadamente perlada y compactada, según los alineamientos, pendientes y dimensiones indicados en los planos del proyecto. Armado tipo 1: Corresponde a un material granular natural o grava seleccionada por zarandeo, con un índice de plasticidad hasta 9. Excepcionalmente se podrá incrementar la plasticidad hasta 12, previa justicación técnica. El espesor de la capa será el denido en el presente Manual para el Diseño de Carreteras de Bajo Volu men de Tránsito. Se utilizará en las carreteras de bajo volumen de tránsito, clases T0 y T1, con IMD proyectado menor a 50 vehículos día. Armado tipo 2: Corresponde a un material granular natural o de grava seleccionada por zarandeo, con un índice de plasticidad hasta 9. Excepcionalmente se podrá incrementar la plasticidad hasta 12, previa justicación técnica. Se utilizará en las carreteras de bajo volumen de tránsito, clase T2, con IMD proyectado entre 51 y 100 vehículos día. Armado tipo 3: Corresponde a un material granular natural o grava seleccionada por zarandeo o por chancado, con un índice de plasticidad hasta 9. Excepcionalmente se podrá incrementar la plasticidad hasta 12, previa justicación técnica. Se utilizará en las carreteras de bajo volumen de tránsito, clase T3, con IMD proyectado entre 101 y 200 vehículos día.

146


Para cada tipo de armado le corresponderá una granulometría:

Porcentaje que pasa del tamiz

Tráfico T0 y T1: Tipo 1 IMD<50 veh.

50 mm (2”)

100

37.5 mm (1 ½”) 25 mm (1”)

50 – 80

Tráfico T2:

Tipo 2 51 - 100 veh.

Tráfico T3: Tipo 3 101 – 200 veh.

100 95 – 100

100

75 – 95

90 – 100

19 mm (3/4”)

65 – 100

12.5 mm (1/2”) 9.5 mm (3/8”)

40 – 75

45 – 80

30 – 60

30 – 65

2.00 mm (Nº 10)

20 – 45

22 – 52

4.25 um (Nº 40)

15 – 30

15 – 35

4.75 mm (Nº 4)

20 – 50

2.36 mm (Nº 8)

75 um (Nº 200)

4 – 12

5 – 15

5 – 20

Índice de plasticidad

4-9

4-9

4-9

Para el caso del porcentaje que pasa el tamiz 75 µm (N º 200 ), se tendrá en cuenta las condiciones ambientales locales (temperatura y lluvia), especialmente para prevenir el daño por la acción de las heladas, en este caso será necesario tener porcentajes más bajos al porcentaje especicado que pasa el tamiz 75 µm (N º 200), por lo que el proyectista especicará los porcentajes apropiados. Además deberán satisfacer los siguientes requisitos de calidad: •

Desgaste Los Ángeles

: 50% máx. (MTC E 207)

•

Límite líquido

: 35% máx. (MTC E 110)

•

CBR

(1)

: 40% mín. (MTC E 132)

Referido al 100% de la Máxima Densidad Seca (MDS) y una penetración de carga de 0.1” (2.5 mm) Muy importante es el índice de plasticidad que podrá llegar hasta un máximo de 12 y no debe ser menor de 4. La razón es que la capa de rodadura en su supercie necesita un mayor porcentaje de material plástico y las arcillas naturales le darán la cohesión necesaria y por lo tanto una supercie cómoda para la conducción vehicular. Esto puede ser crítico durante el período seco, pues necesitará riego de agua.

147


En cambio, durante período húmedo, en la supercie pueden aparecer pequeñas huellas que después de la lluvia rápidamente se secarán y endurecerán, por efecto del sol y el viento. En cambio, si la capa de armado presenta una gran cantidad de nos plásticos, esta grava causará problemas si es que la humedad llega a este nivel pues esta capa inferior perderá resistencia y estabilidad, causando ahuellamiento profundo o la falla total de la capa granular de rodadura. En el caso de que se tuvieran materiales con índice de plasticidad fuera del rango 4-12%, se estudiará el empleo de un tratamiento supercial, como la imprimación reforzada bituminosa, estabilización con cal, cemento, cloruros de sodio (Sal) o magnesio u otros estabilizadores químicos con la nalidad de mantener y/o prolongar la vida útil de la carretera. Para la dosicación y mezcla del material para armado, se tendrá como referencia y punto de partida las gradaciones que recomienda la especicación técnica EGCBT 2005, sección 302B. Es a partir de esta especicación que se efectúan los ensayos y dosicaciones hasta conseguir un material de armado de buena calidad. De ser el caso, se establecerán las diferencias que sustenten una especicación especial, como variante de la EG-CBT 2005, sección 302B. Uso del material de la carpeta asfáltica fresada como capa de grava

Cuando en las obras de rehabilitación de los carreteras pavimentados se retiren car petas de concreto asfáltico, se podrá utilizar este material en las carreteras de bajo volumen de tránsito, reciclando este material como parte de la mezcla dosicada de la capa de grava, previo proceso de trituración o zarandeo para limitar el tamaño de las partículas; resultando una buena supercie, en la que la porción bituminosa de la mezcla actuará como ligante. Para un mejor resultado esta capa de grava con material asfáltico reciclado debe te ner como mínimo, un espesor compactado de 75 mm. Esta alternativa constructiva sólo se aplicará en carreteras cuya subrasante tenga un CBR > 10%. Una mejor opción será mezclar el material asfáltico reciclado en una proporción 50/50 con grava natural. Se logrará así un material con buenas características ligantes que podrá ser trabajable mediante operaciones de perlado. Sobre estas capas de material asfáltico reciclado se podrá colocar una capa de protección de imprimación bituminosa reforzada. Manipuleo y colocación del material de afrmado

En relación a la obtención y manipuleo de los materiales en las canteras o fuentes

148


de materiales es muy importante que, antes de comenzar a procesar el material, se retire la capa de tierra vegetal y la vegetación de la supercie pues ésta contiene materia orgánica que no es buena para la supercie de la carretera. Generalmente toda cantera o fuente de material tiene variaciones en las capas de revestimiento granular a explotar, pues se presentan capas aparentemente muy uniformes pero cambian repentinamente con bolsones de un material diferente y esto afecta la gradación total de la grava. Por eso es importante el conocimiento e investigación de las fuentes de materiales para conseguir una correcta explotación y una buena mezcla desde el comienzo del proceso. Otro de los problemas es la segregación del material durante el proceso. Cuan do ocurre esto, las partículas de gran tamaño tienden a juntarse hasta conseguir aislarse, en vez de mezclarse con el resto del material. Esta situación provocará la inconsistencia del material así como dicultad en su compactación. Las zonas superciales que contienen una cantidad inusual de partículas gruesas presentarán una condición suelta e inestable, mientras que otras zonas presentarán exceso de nos que provocarán ahuellamientos profundos durante el período de lluvias. Cuando un material apilado se segrega, una opción será utilizar la motoniveladora y volver a mezclar el material hasta homogenizarlo y luego extenderlo en capas unifor mes sobre la carretera, este procedimiento reducirá el problema de segregación. Cuando el armado tenga que ser colocada sobre la carretera, es importante que la supercie se encuentre en buenas condiciones, sin problemas de drenaje e imperfecciones sobre la supercie, como ahuellamientos, baches, desniveles, etc., Todos estos problemas deben ser eliminados hasta formar correctamente la sección transversal de la carretera. Entonces, el material de armado se puede colocar en un espesor uniforme y en el futuro será más fácil su mantenimiento. En caso de que la supercie de la carretera sea lisa y este endurecida, se deberá escaricar ligeramente la supercie para conseguir una buena adherencia con el nuevo material. Esta es la única manera que una capa uniforme de armado nueva puede ser colocada. El comportamiento de la capa de armado dependerá en gran parte de su ejecución, especialmente de la compactación que se le haya dado. La compactación reducirá los vacíos y aumentará el número de puntos de contacto entre partículas y el correspondiente rozamiento. La capa de armado debe ser compactada, por lo menos al 100% de la densidad máxima, determinada según el método AASHTO T180. Otro aspecto importante lo constituye el perlado. En cuanto a la conformación del bombeo y peraltes, cualquier defecto en el mismo constituye un impedimento para el drenaje supercial del agua de las lluvias.

149


No obstante, es necesario indicar que el comportamiento de una supercie de ar mado no tendrá en ningún caso un comportamiento similar a las supercies pavi mentadas. Siempre habrá algunas pérdidas de agregados en virtualmente todos las carreteras de armado, por lo que se debe evaluar la necesidad de colocar capas de protección o estabilizaciones, según lo permitan los presupuestos de construcción y/o mantenimiento y la disponibilidad de materiales en la zona. Durante el trabajo de colocación de la capa de armado, se colocarán los dispositivos de control de tránsito de acuerdo a lo establecido en el Manual de Dispositivos de Tránsito Automotor para Calles y Carreteras. 5.5.2 Macadam granular El macadam granular es la capa obtenida por compactación de agregados grue sos, distribuidos de manera uniforme, cuyos vacíos son rellenados con material de granulometría más na, primero en seco, y después con ayuda de agua. Se coloca sobre una cama de asiento conformada por arena y como capa supercial se coloca material de armado tipo 1. La estabilidad de la capa se obtiene a partir de la acción mecánica de la compactación. Los trabajos consisten en el suministro de materiales, carga, transporte, descarga de los materiales, agua, mano de obra y equipos adecuados para la correcta eje cución de los trabajos a n de tener un control de calidad del macadam granular de acuerdo con las normas y los detalles ejecutivos de proyecto. Capas del macadam granular 1)

Cama de asiento del macadam granular

El agregado para la cama de asiento debe presentar una de las granulometrías siguientes: Malla

150

% en peso que pasa I

II

19.0mm. (3/4”)

100

-

12.50mm. (1/2”)

80 – 100

-

9.5mm. (3/8”)

70 – 100

-

4.80mm. (Nº4)

45 – 100

100

2.0mm. (Nº10”)

25 – 65

55 – 100

0.42mm. (Nº40)

10 – 30

25 – 100

0.074mm. (Nº200)

0-8

0 - 12


Aparte de los requerimientos granulométricos, la cama de asiento debe estar for mada por fragmentos duros, limpios, durables, libres de exceso de partículas lami nares o alargadas de fácil desintegración cuando, al ser sometidos a las pruebas de durabilidad con solución de sulfato de sodio, en cinco ciclos, presenten pérdidas inferiores al 18%. El material retenido por la malla de 2.0mm. (No. 10) y sometido a la prueba de desgaste no deberá ser superior al 45%. Colocación de la cama de asiento

2)

a)

La supercie de la capa de subrasante, debe estar limpia y con un buen acabado para poder recibir la cama de asiento.

b)

Se colocará una cama de asiento cuya ejecución tiene por objeto evitar que el agregado grueso ingrese en la capa de subrasante y que los nos de la subrasante penetren y contaminen la capa macadam granular. El extendido de la cama de asiento debe hacerse con la utilización de la motoniveladora, su acomodo se efectuará por compresión del rodillo neumático o estático liso, en no más de dos pasadas de cada equipo.

Capa de agregados gruesos

El agregado grueso debe estar formado por piedra natural o triturada y que cumpla con una de las granulometrías indicadas en la tabla siguiente: Malla

% en peso que pasa I

II

III

100mm (4”)

100

-

-

90mm (3 1/2”)

90 – 100

-

-

76mm (3”)

-

100

-

64mm (2 ½”)

25 – 60

90 – 100

100

50mm (2”)

-

35 – 70

90 – 100

38mm (1 ½”)

0 – 15

0 – 15

35 – 70

25mm. (1”)

-

-

0 – 15

19mm (3/4”)

0–5

0–5

-

12.5mm (1/2”)

-

-

0–5

Los agregados gruesos deben cumplir las condiciones generales que se presentan a continuación: •

Los fragmentos deben ser duros, limpios, durables, libres de excesos de partículas laminares, alargadas o frágiles.

151


•

Cuando son sometidas a pruebas de durabilidad, presentar valores iguales o inferiores a 15%.

•

El diámetro máximo recomendado debe ser de entre 1/2 y 1/3 del espesor nal de la capa ejecutada.

•

El agregado retenido por la malla de 2.0 mm. (No. 10) no debe tener un desgaste superior al 40%.

•

Los agregados de forma laminar, obtenidos en la muestra, no pueden ser superiores al 20%.

Colocación de los agregados gruesos La ejecución de las capas de agregado grueso se inicia con la carga del material de las áreas de extracción, apilamiento o plantas de trituración. La operación de carga del material se debe hacer con criterio, evitando el material laminar o el exceso de nos. La colocación de los agregados gruesos debe efectuarse con una motoniveladora o distribuidor de agregados, evitando la segregación del material. Al terminar la colocación del agregado grueso, se deben retirar los fragmentos alargados, laminares o de tamaño excesivo, visibles en la supercie. También se debe corregir los puntos que presenten exceso o falta de material, veri car niveles y secciones transversales. Compactación La compactación inicial debe hacerse mediante el uso de rodillo liso con un peso de entre 10 y 12 toneladas o rodillo liso vibratorio. En los tramos en tangente, la compactación partirá siempre de los bordes hacia el eje y en las curvas del borde más bajo hacia el más alto. En cada pasada, el equipo utilizado debe cubrir, por lo menos, la mitad de la pasada de compactación anterior. Los puntos donde no es posible el acceso de los equipos de compactación, se recomienda la utilización de equipo manual o mecánico. El valor de la humedad y el grado de compactación seguirá las especicaciones del proyecto y exigencias propias. No se permite complementar espesores con la adición de nos en la capa.

152


Cuando se requieran capas con espesores superiores a 15 cm., la ejecución recomendada es en dos capas. 3)

Material de relleno de los vacíos

El material de relleno natural estará formado por los nos resultantes de la tritu ración de la piedra o por arena, conforme a la granulometría indicada en la tabla siguiente: Mallas

% en peso que pasa A

B

19 mm(3/4")

100

-

12.5 mm (1/2")

85 - 100

-

9.5 mm (3/8")

-

100

4.75 mm (No. 4)

-

85 - 100

0.15 mm (No. 100)

10 -30

10 -30

La granulometría tipo A, debe ser utilizada para el material de relleno de agregado grueso de granulometría tipo I. La granulometría tipo B del material de relleno, debe ser utilizada en conjunto con el material de agregado grueso tipo II y III. Los materiales de relleno que pasen la granulometría, estarán formados por frag mentos duros, limpios, durables, libres de exceso de partículas laminares, alarga das o de fácil desintegración y ausentes de materiales contaminantes. Cuando sean sometidos a la prueba de durabilidad con solución de sulfatos de sodio en cinco ciclos, no deben presentar pérdidas iguales o superiores al 18%. El material pasado por la malla de 2.0 mm. (No. 10) no debe exhibir desgaste en la prueba de abrasión Los Ángeles superior a 40%. El equivalente de arena debe ser igual o superior a 40%. Colocación del material de relleno El material de relleno, de acuerdo con las granulometrías especicadas de tipo A o B, debe ser extendido manualmente, lo más seco posible, por medio de carretillas manuales o mecánicas. Cuando ya no es posible la penetración de los materiales de relleno en seco, es necesario humedecer la capa, nivelar y compactar el material de relleno. La operación de humedecimiento y la aplicación de material, deben repetirse hasta que se forme una masa estable y compacta delante del rodillo.

153


Finalmente, la supercie humedecida quedará limpia y compactada con el rodillo liso vibratorio. 4.)

Capa de rodadura

Los requerimientos de construcción de la capa de rodadura estarán constituidos por el material correspondiente al armado tipo 1 y deben satisfacer los requisitos establecidos en la sección 302B. Armado. El espesor mínimo de la capa de rodadura será de 100 mm.

154


5.5.3 Estabilizaciones La capacidad portante o CBR de los materiales de las capas de subrasante y del armado, deberá estar de acuerdo a los valores de diseño, no se admitirán valores inferiores. En consecuencia, sí los materiales a utilizarse en la carretera no cumplen las características generales previamente descritas, se efectuará la estabilización correspondiente del suelo. La estabilización de un suelo, es un proceso que tiene por objeto mejorar su resistencia, su durabilidad, su insensibilidad al agua, etc. De esta forma, se podrán utilizar suelos de características marginales como subrasante o en capas inferiores de la capa de rodadura y suelos granulares de buenas características, pero de estabilidad insuciente (CBR menor al mínimo requerido) en la capa de armado. La estabilización puede ser granulométrica o mecánica, conformada por mezclas de dos o más suelos de diferentes características, de tal forma que se obtenga un suelo de mejor granulometría, plasticidad, permeabilidad o impermeabilidad, etc. También la estabilización se realiza mediante aditivos que actúan física o químicamente sobre las propiedades del suelo. Entre los más utilizados están la cal y el cemento, pero también se emplean cloruro de sodio (Sal), cloruro de magnesio, asfaltos líquidos, escorias y productos químicos. La aplicación de estos últimos estará de acuer do a la norma MTC 1109-2004 Norma Técnica de Estabilizadores Químicos. El grado de estabilización depende del tipo de suelo, del aditivo utilizado, de la can tidad añadida, y muy especialmente de la ejecución. La técnica de estabilización de suelos se aplicará utilizando materiales granulares locales y el material estabilizador que permita una solución más económica sobre otras alternativas. Se considera que dentro de los métodos más prácticos desde el punto de vista de su aplicación son los que a continuación se indican: 5.5.3.1 Capa supercial del armado. 5.5.3.2 Estabilización granulométrica. 5.5.3.3 Estabilización con cal. 5.5.3.4 Estabilización con cemento. 5.5.3.5 Imprimación reforzada bituminosa. A continuación se presenta una breve descripción no limitativa, de cada una de las estabilizaciones anteriormente mencionadas.

155


5.5.3.1 Capa supercial del armado La colocación de la capa supercial del armado es opcional, pero de colocarse el espesor de esta capa se deducirá del espesor total calculado para la capa de armado. El espesor de la capa supercial del armado, no será menor al mínimo constructivo de 100mm. Un buen material para capa supercial de armado deberá estar constituido principalmente de grava triturada y arena gruesa con partículas más nas para llenar los vacíos y una porción pequeña de arcilla para actuar como ligante. El material debe ser de buena estabilidad, resistente a la abrasión. No permitir el le vantamiento de polvo que provoque un mínimo desgaste de neumáticos, económico y de fácil mantenimiento. Diversos tipos de materiales son convenientes como capa supercial del armado, como los agregados triturados que al mezclarse con otros materiales locales pro porcionan una distribución y características de tamaño necesarias para la construcción apropiada de la capa supercial del armado. El CBR de la capa supercial debe ser mayor de 40%, siendo deseable que sea de 60% para los casos de excesivo tráco de vehículos pesados (omnibuses y camiones). Los agregados pueden clasicarse en tres categorías: 1) 2) 3)

Agregados con deciencia de nos. Agregados con suciente cantidad de nos. Agregados con exceso de nos.

Estas tres clases se pueden utilizar como materiales de la capa supercial del ar mado, pero necesitan ser modicados con la adición de otros materiales. Los agregados que son decientes en nos se les pueden añadir materiales nos de fuentes locales tales como arenas, limos o arcillas. Las arcillas pueden ser utiliza das con los agregados de la capa supercial del armado, especialmente en zonas particularmente secas, porque proporcionan una capa de rodadura excelente para el armado. Sin embargo, puede haber problemas por excesiva humedad. Los agregados con suciente cantidad de nos se deben utilizar directamente para la capa supercial del armado sin necesidad de modicación. Los agregados con exceso de nos pueden ser utilizados incorporando otros agregados con poco contenido de nos, se mezclan hasta homogenizar el producto y obtener la cantidad de nos necesarios. El material a incorporar debe ser deciente

156


en nos de modo que cuando se combine con el material original se obtenga la distribución granulométrica apropiada. Tal como se indicó, los agregados para la capa supercial del armado deben ser de alta resistencia y con una granulometría bien gradada, para que la mayoría de los vacíos sean llenados y la compactación requerida, 100% de la MDS, sea obtenida. Una capa supercial del armado correctamente diseñada con los materiales ade cuados, permitirá obtener una excelente supercie de rodadura en las carreteras de bajo volumen de tránsito. La siguiente tabla incluye cuatro alternativas de distribución granulométrica para la capa supercial del armado y los requisitos de plasticidad: Capa superficial del afirmado tamiz

Alternativa 1

19 mm (3/4”)

100

Porcentaje que pasa Alternativa 2

Alternativa 3

100

12.5 mm (1/2”) 9.5 mm (3/8”)

60 – 100

4.75 mm (Nº 4)

50 – 85

100 50 – 78

2.36 mm (Nº 8)

55 – 100

37 – 67

2.00 mm (Nº 10)

40 – 70

4.25 um (Nº 40)

25 – 45

13 – 35

25 – 45

75 um (Nº 200)

5 - 20

4 - 15

6 - 20

50 – 80

Nota 1. Los porcentajes del material que pasan el tamiz 75 µm (N º 200 ), deben estar en el extremo inferior de la escala, para los casos de climas fríos o agua subterránea alta o precipitación alta. Nota 2. Si la capa supercial del armado no recibirá un tratamiento supercial por varios años, el proyectis ta debe especicar un mínimo de 8 por ciento que pasa el tamiz 75 µm (N º 200), en lugar de los porcentajes mínimos indicados en la tabla anterior.

Clima

Características de la plasticidad para la capa superficial del afirmado Límite líquido Rango de plasticidad No debe exceder (%) (%)

Húmedo – lluvioso

35

4–9

Árido - Seco

55

15 – 30

5.5.3.2 Estabilización granulométrica La estabilización granulométrica consiste en mezclar dos o más suelos para obte ner un material de características admisibles para ser utilizado como subrasante o

157


como armado. En general, se deben utilizar materiales locales a n de optimizar los costos de preparación y de transporte. Normalmente uno de los suelos es el natural de la subrasante y el otro es el de apor te para mejorar sus propiedades. Por ejemplo, se puede añadir a un suelo granular sin nos, otro de grano no y cierta plasticidad, a n de obtener una mezcla de ma yor cohesión, más fácil de compactar, más impermeable y en suma más estable. En general, las propiedades de un suelo estabilizado granulométricamente se controlan con ensayos de laboratorio sencillos como son la determinación de la distribución granulométrica (tamizado) del límite líquido y del límite plástico. Para suelos granulares y nos, se utilizará el ensayo AASHTO T27 (ASTM C136), el ensayo AASHTO T11 para materiales nos obtenidos por lavado sobre la malla N°200 (ASTM C 117) y si se espera tener una mezcla con una apreciable cantidad de material que pasa la malla N° 200 se podrá utilizar el ensayo AASHTO T88 (ASTM D 422). 5.5.3.3 Estabilización con cal El suelo-cal se obtiene por mezcla íntima de suelo, cal y agua. La cal que se utiliza se compone fundamentalmente de óxido cálcico (cal viva), obtenido por calcinación de materiales calizos, o hidróxido cálcico (cal apagada). Estas cales se llaman tam bién aéreas por la propiedad que tienen de endurecerse en el aire, una vez mezcladas con agua, por acción del anhídrido carbónico. La experiencia demuestra que los productos de la hidratación del cemento pueden ser reproducidos combinando dos o más componentes primarios de este producto como: Ca 0, Si 02, Al2O3 y FC2O3 en las proporciones adecuadas y en presencia de agua. Como la mayoría de los suelos contienen sílice y aluminio silicatos, la incorporación de cal anhidra (Ca O) o de cal hidratada (Ca (OH) 2) y agua en cantidad apropiada se puede obtener la composición deseada. Al mezclar el suelo con la cal, se produce una reacción rápida de oculación e intercambio iónico, seguida de otra muy lenta de tipo puzolánico, con formación de nuevos productos químicos. La sílice y alúmina de las partículas del suelo se combinan con la cal en presencia de agua para formar silicatos y aluminatos cálcicos insolubles. Uno de los efectos más importantes de la cal en el suelo es el de cambiar aprecia blemente su plasticidad. Con suelos de baja plasticidad (IP < 15), aumentan tanto el LL como el LP, y también muy ligeramente su IP. En cambio, en los suelos de plasticidad media y elevada (IP > 15) disminuye el IP.

158


También aumenta la humedad óptima de compactación, lo que permite la densi cación de suelos de elevada humedad natural, que de otro modo no permitirían la construcción de la capa de rodadura sobre ellos. Los suelos más apropiados para estabilizar con cal son los de granulometría na de cierta plasticidad. En cortes e incluso en terraplenes, donde se evidencien suelos arcillosos, resulta conveniente mejorar el suelo con un pequeño porcentaje de cal para proteger la explanación y formar una plataforma para la construcción de la capa de rodadura. El suelo se vuelve más friable y granular. Al aumentar su límite plástico y humedad óptima de compactación permite su puesta en obra con mayor facilidad. Es frecuente que la mezcla se realice en dos fases, con un período intermedio de reacción de 1 - 2 días. La aplicación más usual de las estabilizaciones con cal es en subrasantes y como capa de rodadura, en zonas de suelos arcillosos y/o con canteras de materiales granulares lejanos. La National Lime Association resume las propiedades que se obtienen después de una estabilización o mejoramiento con cal, en lo siguiente: i)

Reducción del índice de plasticidad, debido a una reducción del límite líquido y a un incremento del límite plástico.

ii)

Reducción considerable del ligante natural del suelo por aglomeración de partículas.

iii)

Obtención de un material más trabajable y able como producto de la reducción del contenido de agua en los suelos (rotura fácil de grumos).

iv)

La cal ayuda a secar los suelos húmedos lo que acelera su compactación.

v)

Reducción importante del potencial de contracción y del potencial de hinchamiento.

vi)

Incremento de la resistencia a la comprensión simple de la mezcla posterior al tiempo de curado alcanzando en algunos casos hasta un 40% de incremento.

vii)

Incremento de la capacidad portante del suelo (CBR).

viii)

Incremento de la resistencia a la tracción del suelo.

ix)

Formación de barreras impermeables que impiden la penetración de aguas de lluvia o el ascenso capilar de aguas subterráneas.

La experiencia americana ha demostrado que una estabilización con cal tiene excelentes resultados, en los siguientes casos:

159


a) b)

Materiales compuestos por mezclas de grava y arcilla para su uso como capa granular supercial con una incorporación de 2 a 4% de Ca (OH1) 2 en peso. Suelos altamente arcillosos para usarlos como capa granular supercial (5 a 10% de cal en peso) o como capa inferior (1 a 3% de cal en peso).

5.5.3.4 Estabilización con cemento El material llamado suelo-cemento se obtiene por la mezcla íntima de un suelo su cientemente disgregado con cemento, agua y otras eventuales adiciones, seguida de una compactación y un curado adecuados. De esta forma, el material suelto se convierte en otro endurecido, mucho más resistente. A diferencia del concreto, sin embargo, los granos de los suelos no están envueltos en pasta de cemento endurecido, sino que están puntualmente unidos entre sí. Por ello, el suelo-cemento tiene una resistencia inferior y un módulo de elasticidad más bajo que el concreto. El contenido óptimo de agua se determina por el ensayo proctor como en la com pactación de suelos. Las propiedades del suelo-cemento dependen de: i) ii) iii)

Tipo y cantidad de suelo, cemento y agua. Ejecución. Edad de la mezcla compactada y tipo de curado.

Los suelos más adecuados para estabilizar con cemento son los granulares tipos A-1, A-2 y A-3, con nos de plasticidad baja o media (LL < 40, IP < 18). La resistencia del suelo-cemento aumenta con el contenido de cemento y la edad de la mezcla. Al añadir cemento a un suelo y antes de iniciarse el fraguado, su IP disminuye, su LL varía ligeramente y su densidad máxima y humedad-óptima au menta o disminuyen ligeramente, según el tipo de suelo. La dosicación de cemento puede jarse aproximadamente en función del tipo de suelo, según lo siguiente: Clasificación de suelos AASHTO

Rango usual de cemento requerido Porcentaje del peso de los suelos

A-1-a

3–5 5–8 5–9 7 – 11 7 – 12 8 – 13 9 – 15 10 - 16

A-1-b A – 2 A – 3 A – 4 A – 5 A – 6 A – 7

Fuente: Federal Highway Administration (FHWA).

160


Los suelos mejorados con cemento, constituyen un material semi endurecido, pues la proporción de cemento no suele ser superior al 3% en peso de los suelos. En este caso, sólo se pretende mejorar las propiedades de un suelo para que sea adecuado como subrasante de una capa de rodadura. Es conveniente que la compactación se inicie cuando la humedad in situ sea la prescrita y en todo caso, en menos de una hora a partir del mezclado, y se debe ter minar entre 2 y 4 horas, según las condiciones atmosféricas. A nivel de subrasante, se exige un grado de compactación mínimo 95% según AASHTO T180 en la capa de armado el mínimo es de 100%. Esquema de la ejecución de las estabilizaciones de suelos El suelo a estabilizar debe ser escaricado y pulverizado con anterioridad a la mezcla, la misma que se realizará in situ. Se distribuirá el aditivo y el agua sobre el suelo extendido de la forma más uniforme posible. La mezcla puede realizarse con motoniveladora y se darán las pasadas y vueltas necesarias hasta conseguir una mezcla intima de los materiales. También es posible realizar estabilizaciones con distribución manual y maquinaria agrícola. Una vez extendida la mezcla uniformemente se procede a su compactación a contenido óptimo de agua. Para la compactación de suelos, la elección del equipo es un problema de ecacia y de rendimiento. Con suelos nos de cierta cohesión, se utilizarán preferentemente rodillos de pata de cabra y de neumáticos, mientras que los granulares podrían compactarse con rodillos vibratorios, de neumáticos, lisos, etc. La compactación será enérgica hasta alcanzar las densidades especicadas, en general no inferiores al 95% ó 100% del proctor modicado. A continuación se procederá al curado para que el producto colocado adquiera sus propiedades denitivas y, en todo caso, se esperará a extender la capa superior o dar el tráco cuando el material haya alcanzado la suciente resistencia. Figura V.1: Esquema de la ejecución de una estabilización por mezcla in situ

161


5.5.3.5 Imprimación reforzada bituminosa Se denomina imprimación reforzada bituminosa, al tratamiento supercial a pene tración directa sobre la plataforma existente de una carretera de armado, la que previamente ha sido desagregada y acondicionada para facilitar un mayor descenso del líquido asfáltico de curado medio que se aplica en dos etapas, procediendo en tre ambos riegos a la compactación de la capa supercial con o sin humedecimiento previo, según se considere necesario. En el cuadro de la gura V.2, se ilustra las secuencias del progreso, así, se obtiene una capa de rodadura sumamente estable y donde el líquido asfáltico penetra más de media pulgada, resistiendo a las solicitaciones de tránsito y conformando una supercie altamente impermeable. La supercie asfáltica resulta altamente exible y, como tal, se acomoda mejor a las deformaciones de la plataforma que cubre. No obstante, es necesario que la carretera tenga adecuadas condiciones de drenaje supercial y subdrenaje, puesto que la inestabilidad que se origine también afectará a la supercie de rodadura. Esta técnica, también, se podrá usar en una carretera de tierra que reúna las con diciones de drenaje y un valor soporte adecuado, asegurando un mejoramiento de la transitabilidad. Independientemente a los efectos de las condiciones ambientales de cada región, la respuesta y duración de la imprimación reforzada estarán sujetas a los siguientes factores:

162

i)

Dureza, gradación y aporte friccional del material a tratar.

ii)

Anidad del agregado con el líquido asfáltico.

iii)

Espesor de la capa imprimada en relación con su estructura friccional.

iv)

Calidad del drenaje existente.

v)

Calidad de la ejecución, de manera que se respeten las dosicaciones, materiales, tiempos y utilización de equipos de acuerdo a las condiciones pre establecidas.


Figura V.2: Croquis Etapas de ejecución de la imprimación reforzada

Partesuperiordelacarreteradesagregada parcialmente por escaricado o por corresponder a un suelo incorporado.

Primera aplicación del asfalto diluido.

Riego de agua a las 48 horas.

Compactación con rodillo liso muy liviano de la capa superior con asfalto incorporado y de la inferior de contacto humedecida.

Segunda aplicación del asfalto diluido para rellenar los intersticios superciales y asegurar la impermeabilidad.

Aplicación de arena de sellado a las 24 y 48 horas de la segunda aplicación asfáltica para impedir la adherencia al paso del tránsito.

163


Procedimiento c onstructivo

La imprimación reforzada bituminosa se aplicará como supercie de rodadura, soso bre la capa de armado sin tratar o tratada con cal o cemento. No obstante, el mé todo tiende a aprovechar el material existente en la plataforma. Etapas

1ª

Esca ri rififica cado do y pe perf rfililad ado: o: Con la moto motoniv nivela elador dora a se proc procede ede a escar escaric icar ar los 4 ó 5 cm superiores conformando una caja sobre la que se aplica un riego de agua y luego se extiende el material removido al que se le da el perlado correspondiente. La gura V.3, esquematiza esta parte del proceso. Cuando se aproveche la capa superior de la plataforma existente y se pre pre-senten en la plataforma partículas de gran tamaño que dicultan el raspado con la motoniveladora, se recomienda proceder a la regularización del perl mediante la incorporación de material de granulometría y tamaño máximo adecuados, determinando éste último el espesor de la capa, el que en nin gún caso deberá ser inferior a la penetración que se prevé para el diluido. Cuando la plataforma se presente muy rme y compacta, se recomienda un humedecimiento previo para aojar la supercie.

2ª

Primer riego: Luego del perlado que será prolijo evitando la segregación, se hace una pasada de rodillo liso muy liviano para uniformizar la supercie y se procede a aplicar el primer riego con un asfalto líquido, como el MC-30 o el RC-250, calculando la velocidad del distribuidor de modo de estar en una dosicación de 1.7 a 2.0 lt por metro cuadrado para asegurar una penetra ción que exceda el centímetro (aprox. 13mm). Se sugiere, para ello, ensayar previamente en tramos cortos para comprobar hasta donde desciende el asfalto líquido.

3ª

Luego del primer riego, se dejarán transcurrir un mínimo de 48 horas sin tránsito para permitir la penetración asfáltica y luego se regará con agua, si es que se considera necesario, para humedecer la parte inferior de la capa suelta donde no llegó el asfalto líquido. Así se hace más eciente el posterior compactado con rodillo liso y luego con el neumático con los que se alcanzaalcanza ª rá la densidad nal (4 Etapa). Sí dentro de las 48 horas del primer riego se presentan lluvias, es recomen recomen-dable proceder a compactar la capa imprimada para cerrarla y con ello evitar un exceso de humedad que pueda afectar a la plataforma. Si no se logra esto, será necesario demorar el proceso hasta que esa humedad se evapore o sea absorbida por las capas inferiores, de modo que se restablezca la eses tabilidad.

164


Luego de las 48 horas se comprueba, al tacto, la adhesividad del riego, así como cuánto penetró el asfalto líquido y la humedad inferior de la capa. 4ª

De ser necesario, se aplica un riego adicional de agua y luego de una hora se procede a una compactación con rodillo vibratorio, siendo la primera pasada sin carga dinámica. Ello siempre que no haya adhesión con el rodillo o se disdis ponga de un equipo autopropulsado con barra rociadora para humedecer el rodillo. De lo contrario, se procederá de una de las dos maneras siguientes: a) Si se ha comprobado una efectiva penetración del diluido, se extenderá una na capa de arena natural o de trituración para impedir la adherencia del rodillo, procediendo luego a la compactación ligera con el rodillo vibratorio liso y luego con el neumático. b) Si la penetración es deciente, debe demorarse la entrada del equipo de compactación para dar tiempo a la penetración y luego se procede como en el caso a).

5ª

Completada la compactación, se aplicará el segundo riego de MC-30 o RC250, a razón de 0.5 a 0.6 lt./m2, (previa evaluación y análisis del requerimienrequerimien to) corrigiendo antes toda imperfección que se notase. Este riego nal tam bién se dejará curar 48 horas, tras lo cual se barrerá todo exceso de asfalto acumulado y procederá a la distribución de arena natural o friccional (2 a 3 lt/ m2), no mayor de 5mm, y cuya nalidad será absorber el asfalto aún fresco e impedir que se adhieran los neumáticos de los vehículos.

Finalmente, se procede al rodillado intenso con c on rodillo neumático hasta obtener una supercie sellada que se librará al tránsito. Recomendaciones

para el mantenimiento de la imprimación reforzada

La imprimación reforzada es una alternativa apta, eciente y económica para ca rreteras de bajo volumen de tránsito y para su mantenimiento se ejecutarán sellos cada 2 ó 3 años.

165


Figura V.3: Preparación de plataforma para la imprimación reforzada

166


5.5.4 Partidas especícas para la capa de rodadura Complementariamente a las partidas indicadas en los acápites anteriores en sus procedimientos constructivos especiales, son de aplicación el Manual de EspeciEspeci caciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito, en las siguientes partidas: • Para la preparación de la subrasante subrasante (capítulo 2b movimiento movimiento de tierras): Sección 201 B (2008)

:

Desbroce y limpieza.

Sección 202B (2008)

:

Demolición y remoción.


:

Excavación para explanaciones.


:

Remoción de derrumbes.


:

Terraplenes.

Sección 21 211 1 B (2008)

:

Pedraplenes.

Sección Secció n 220B (2008)

:

Preparación y mejoramient mejoramiento o de suelos a nivel de subrasante.

Sección 230B (2008) : Desquinche de taludes. • para las capas granulares granulares (capítulo 3b capas de armado, macadam granular granular,, suelos estabilizados y otras supercies de rodadura): Sección 300B (2008)

:

Disposiciones generales para la ejecución de armados, macadam granugranular, suelos estabilizados y otras super cies de rodadura.

Sección 301 B (2008)

:

Capa anticontaminante.


:

Armado.


:

Suelo estabilizado con cemento Portland.


:

Suelo estabilizado con cal.


:

Suelo estabilizado con productos quí quí-micos y compuestos multienzimáti multienzimáti-cos orgánicos.


:

Suelo estabilizado con sal (cloruro de sodio).


:

Suelo estabilizado con grava.


:

Imprimación reforzada.

167


5.6


:

Macadam granular.


:

Empedrados.


:

Adoquinados.


:

Separación de suelo de subrasante y capas granulares con geotextil.

Fuente de materiales - cantera

Se efectuará un estudio de canteras - fuentes de materiales para rellenos, capa de armado y para obras de concreto hidráulico. Para el caso de canteras que tengan estudios previos, se efectuarán solamente ensayos que conrmen la calidad y potencia de las mis mas. Las canteras serán evaluadas y seleccionadas por su calidad y cantidad (potencia), así como por su menor distancia a la obra. Las prospecciones que se realizarán en las canteras se efectuarán en base a calicatas de las que se obtendrán las muestras necesarias para los análisis y ensayos de laboratorio. El número mínimo de calicatas será de 6 de 3.0 m de profundidad o alternativamen te 12 calicatas de 1.5 m de profundidad por hectárea por medio de sondeos, calicatas y/o trincheras. Las muestras representativas de los materiales de cada cantera serán sometidas a los ensayos estándar, mínimo 06 pruebas por tipo de ensayo a n de determinar sus características y aptitudes para los diversos usos que sean necesarios (rellenos, armados, concreto, etc.). A todas las muestras se les practicarán ensayos de clasicación, en tanto que a un número representativo del total del muestreo se les efectuarán ensayos de compac tación, CBR y aquellos que permitan determinar las propiedades mecánicas y de resistencia. La exploración de las canteras o fuentes de materiales debe cubrir un área que asegure un volumen de material útil explotable del orden de 1.5 veces las necesidades del proyecto. Estos trabajos se efectuarán a criterio, experiencia y responsabilidad del proyec tista, los resultados y conclusiones que presente deben ser los representativos y con una conabilidad aceptada, de tal manera que los materiales procedentes de las canteras seleccionadas por el proyectista cumplan estrictamente el Manual de Especicaciones Técnicas para Construcción de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito. El informe geotécnico de canteras – fuentes de materiales deben incluir, al menos, la siguiente información:

168


•

Ubicación y potencia de la cantera.

•

Condiciones de explotación tales como nivel freático, accesos, pendientes, taludes, etc.

•

Características principales de los materiales que puedan obtenerse.

•

Características y propiedades de los materiales para denir su aptitud como agregados para rellenos, armado, macadam granular, grava, concreto, etc.

•

Rendimientos por tipo de uso, limitaciones o condicionantes constructivas que puedan restringir su uso (por ejemplo, condiciones de humedad, sobre tamaño, etc.)

•

Propiedad y disponibilidad de uso de la cantera o fuente de materiales.

•

Ubicación de las fuentes de agua y su calidad para ser usada en la obra.

169

Topografía

170


Capítulo 6 TOPOGRAFÍA

171

Topografía

172


TOPOGRAFÍA 6.1

Consideraciones generales del trazo

La localización de una ruta entre dos puntos, uno inicial y otro terminal, establecidos como condición previa, implica encontrar una franja de terreno c uyas características topográcas y factibilidad de uso, permita asentar en ella una carretera de condiciones operativas previamente determinadas. El procedimiento de localización empieza tradicionalmente, con la determinación de un trazado tentativo mediante la señalización de una línea de banderas a través del territorio, cuando éste es de topografía plana u ondulada, siguiendo en lo posible la ruta más directa entre los extremos jados para la carretera, con la condición de ir salvando los accidentes naturales y las edicaciones o instalaciones que revistan un carácter relativamente intangible por su importancia. En los puntos de inexión de la poligonal que se va formando, se señaliza el trazado con algún elemento tal como una bandera que permite identicar el recorrido seguido. Cuando el territorio es accidentado, el trazo resulta controlado por las inclinaciones del terreno. En estos casos, además de vencer los accidentes importantes, el trazo se enfrenta a la necesidad de salvar la diferencia de alturas en los tramos en que se requiere ascender o descender para pasar por puntos obligados de la ruta. Para estos casos, se traza en el terreno una línea de gradiente. Se trata de un alineamiento de dirección variable que tiene la particularidad de ascender o descender el terreno con una pendiente constante para el tramo, elegida o calculada previa mente en razón a dos parámetros principales: la altura por salvar y la pendiente máxima promedio, aceptable para la carretera. La pendiente seleccionada estará algunos puntos por debajo de esa pendiente máxima, como criterio previsor dado que hay que asegurar que en el trazo denitivo se requiere no sobrepasar las pendientes máximas permitidas. La materialización de este trazado tentativo o preliminar tradicionalmente se hace con la ayuda de un eclímetro. Este es un instrumento manual que permite señalar la horizontabilidad mediante un nivel y la pendiente deseada mediante un visor gra duado respecto a la horizontal. De esta manera, el operador señala a quien porta la mira, su ubicación en el terreno en una poligonal que asciende o desciende con la pendiente establecida. En cada punto, se estaca el terreno para no perder la referencia y se mide la distancia entre estacas y con una brújula el azimut de cada alineamiento. Este procedimiento es similar tanto para el trazado de la línea de ban deras, como de la línea de gradiente.

173

Topografía

En la actualidad, además de los métodos tradicionales para la localización de una ruta, se emplean la fotografía aérea y la modelación digital del terreno, así como los modelos de elevaciones. En estos casos, siempre es necesario un reconocimiento detallado previo. De lo contrario, se requerirán grandes franjas con recubrimiento aerofotográco y extensos modelos.

6.2

Topogr afía y traz ado

El plano topográco es la representación gráca del terreno, de sus accidentes, del sistema hidrográco, y de las instalaciones y edicaciones existentes, puestas por el hombre. El relevamiento topográco muestra las distancias horizontales y las diferentes cotas o elevaciones de los elementos representados en el plano mediante curvas de nivel a escalas convenientes para la interpretación del plano por el ingeniero y para la adecuada representación de la carretera y de las diversas estructu ras que lo componen. En los reconocimientos, se recomienda usar de preferencia planos a escala en el rango entre 1:2000 y 1:10000 con curvas de nivel, a intervalos de altura de 5 m. En terrenos muy empinados, no es posible el dibujo de curvas a este intervalo y será necesario elegir un intervalo mayor en que la distancia horizontal en el dibujo, entre dos curvas de nivel sea mayor a 1 mm. En los diseños denitivos, se recomienda utilizar planos en planta horizontales nor malmente en el rango de 1:500 y 1:1000 para áreas urbanas; y de 1:1000 y 1:2000 para áreas rurales. Y curvas a nivel a intervalos de 0.5 m. a 1.0 m. de altura en áreas rurales y a intervalos de 0.5 m. en áreas urbanas. Los planos topográcos para proyectos denitivos de gran magnitud deben estar referidos a los controles terrestres de la cartografía ocial, tanto en ubicación geográca como en elevación, para lo cual deberá señalarse en el plano el hito Datum o BM tomado como referencia. El trazado se referirá a las coordenadas señaladas en el plano, mostrando en las tangentes, el azimut geográco y las coordenadas referenciales de PIs, PCs y PTs, etc. El levantamiento topográco puede hacerse usualmente en dos formas alternativas. La más común resulta ser el levantamiento ejecutado en una estrecha franja del te rritorio, a lo largo de la localización proyectada para la carretera y su derecho de vía. La alternativa es hacer levantamientos topográcos sobre un área más amplia que permitirá el estudio en gabinete de variantes en el trazo para optimizar el diseño y minimizar los costos.

174


En el caso del levantamiento restringido a prácticamente el derecho de vía de la carretera, el trabajo se realizara simultáneamente con el estacado preliminar en el terreno y seguramente denitivo. Este trazado constituye lo que se denomina el trazado directo. El sistema alternativo se denomina trazado indirecto.

6.3

El

trazo direc to

Denida la ruta y jado el punto de partida y los puntos obligados de paso que denen tramos de la ruta, se ejecuta un estacado preliminar señalando la ruta y se calcula el nivel del terreno en cada estaca. Mediante el seccionamiento transversal del terreno, en cada estaca, midiendo longitudes con cinta métrica y elevaciones con el eclímetro (gura 6.1.3.1), el nivel o el teodolito, se realiza el levantamiento topográco de la sección transversal que cubrirá un área sucientemente amplia para diseñar la carretera, sus diversas estructuras y obras de arte y para acondicionar el derecho de vía. Los datos de cada sección transversal deberán ser sucientes para permitir la representación de las curvas de nivel en la franja que ocupara la carretera. En la actualidad, el levantamiento de la sección transversal también se realiza con la estación total. En los tramos en que la pendiente es condicionante principal, se necesita jar una pendiente en el trazo que garantice llegar al próximo punto obligado de paso. La llamada línea de gradiente corresponde a ese trazo. Para este efecto, se ja la pen diente promedio requerida para la distancia entre puntos de paso y se utiliza cuando menos un eclímetro para señalizar con banderas los puntos. La pendiente promedio de la línea de gradiente en tramos críticos debe ser previsoramente como máximo, un 60% de la pendiente máxima aceptable en la norma, de la rasante en tramo recto para la clase correspondiente de carretera. Conocida la ruta preliminar en el terreno, la brigada de trazo, ja el eje, mediante tangentes y un estacado y calcula y traza las curvas entre tangentes. En cada estaca, se levanta la sección transversal en un ancho que depende de la naturaleza del proyecto y del terreno. En el gabinete se reconstruye la planta de la franja de la carretera, el perl longitudinal del eje y las secciones transversales. El topógrafo debe levantar adicionalmente la referencia de toda edicación, instalación, propiedad, carreteras de acceso y accidente natural o articial, ubicado en la franja levantada, que se juzgue será necesario tomar en cuenta para el diseño del proyecto. O ampliará el área de levantamiento si el ingeniero lo juzga necesario. Deberá incluirse también el levantamiento detallado de todos los cursos de agua transversales a la carretera sean estos permanentes, estacionales y eventuales.

175

Topografía

Figura 6.1.3.1

176


El estacado seguido a lo largo del eje, corresponde así normalmente a la poligonal del levantamiento y salvo eventuales correcciones como consecuencia de posibles cambios. El trazado materializado (estacado) corresponde también al replanteo del proyecto. Se jan, entonces, en el terreno las referencias topográcas permanentes que per mitirán replantear el alineamiento del eje de la carretera y el estacado del proyecto en los casos en que el estacado desaparezca por cualquier causa. Estas referen cias o monumentos se construyen en lugares estables no sujetos a cambios.

6.4

El trazado indirecto

En el Perú, se ha denominado trazado indirecto al procedimiento de realizar levantamientos topográcos precisos, en una franja amplia del terreno. Y el trazo del eje se realiza en el gabinete sobre los planos de topografía o los modelos digitales producto del levantamiento. Denida la ruta y sus puntos obligados de paso, se hacen levantamientos topográcos de precisión en una franja de la carretera que cubra las mejores posibilidades de colocar el trazo y analizar sus variantes. La topografía puede levantarse por métodos terrestres con equipos de topografía convencional que resulten en un trabajo lento o con equipos electrónicos de mayor precisión y rapidez. También se utiliza y cada vez más frecuentemente levantamien tos por restitución aerofotogramétrica o imágenes satelitales. En todos estos casos, se puede automatizar la medición, los registros, la elabora ción de planos y el cómputo del movimiento de tierras mediante la organización de bases de datos y la digitalización de los planos del diseño. El proyecto se realiza en el gabinete, pudiéndose estudiar con facilidad las alternativas de trazo y variantes. El replanteo del trazo y su monumentación puede realizarse en cualquier oportunidad posterior e, incluso, solo al iniciarse las obras, para lo cual, durante la etapa del levantamiento topográco, monumentan convenientemente las referencias terrestres.

6.5

Sistema de unidades

En todos los trabajos topográcos se aplicará el sistema métrico decimal. Las medidas angulares se expresarán en grados, minutos y segundos sexagecimales. Las medidas de longitud se expresarán en kilómetros (km); metros (m); centímetros (cm) o milímetros (mm), según corresponda.

177

Topografía

6.6 Sistemas de referencia El sistema de referencia será único para cada proyecto y todos los trabajos topo grácos necesarios para ese proyecto estarán referidos a ese sistema. El sistema de referencia será plano, triortogonal, dos de sus ejes representan un plano horizontal (un eje en la dirección sur-norte y el otro en la dirección oeste-este, según la cuadricula UTM de IGN para el sitio del levantamiento) sobre el cual se proyectan ortogonalmente todos los detalles del terreno ya sea naturales o articiales. El tercer eje corresponde a la elevación, cuya representación del terreno se hará tanto por curvas de nivel, como por perles y secciones transversales. Por lo tanto, el sistema de coordenadas del levantamiento no es el U.T.M., sino un sistema de coordenadas planas ligado, en vértices de coordenadas U.T.M., lo que permitirá efectuar la transformación para una adecuada georeferenciación. Las cotas o elevaciones se referirán al nivel medio del mar. El método utilizado para orientar el sistema de referencia y para ligarlo al sistema UTM del IGN se describirán en la memoria descriptiva. Para efectos de la georeferenciación, debe tenerse en cuenta que el Perú está ubicado en las zonas 17, 18, 19 y en las bandas M, L, K, según la designación UTM. El elipsoide utilizado es el World Geodetic System 1984 (WGS-84) el cual es práctiprácticamente idéntico al sistema geodésico de 1980 (GRS80), y que es denido por los siguientes parámetros: Semi eje mayor

a

6 378 137 m

Velocidad angular de la tierra

w

7 292 115 x 10 -11 rad/seg.

GM

3 986 005 x 108 m 3/seg2

J2

C2.0 = 484.16685 x 10 -6

Constante gravitacional terrestre

Coeciente armónico zonal de 2º grado de geopotencial

Para enlazarse a la Red Geodésica Horizontal del IGN, bastará enlazarse a una estación si la estación del IGN es del orden B o superior y a dos estaciones en el caso que las estaciones del IGN pertenezcan orden C. Para el enlace vertical a la Red Vertical del IGN, se requiere enlazarse a dos estaciones del IGN como míni mo. Para carreteras de bajo volumen de tránsito se considera deseable contar con puntos de georeferenciación con coordenadas UTM, enlazados al Sistema Nacional del IGN, distanciados entre sí no más de 10 Km. y próximos al eje de la carretera a una distancia no mayor de 500 m.

178


6.7

Tolerancias en la ubicación de puntos

La tolerancia para errores relativos o posiciónales se presenta en el cuadro 6.7. Cuadro 6.7: Tolerancias para trabajos de levantamientos topográcos, replanteos y estacado Tolerancias Horizontal

Vertical

Distancias entre hitos

Georeferenciación

1:100 000

e = 5√K*

40 Km.

Puntos de control (Polígonos o triángulos)

1:10 000

e = 12√K*

0.5 Km.

Puntos del eje, (PC), (PT), puntos en curva y referencias

1:5 000

Otros puntos del eje

± 50 mm.

± 10 mm.

-.-

Alcantarillas, cunetas y estructuras menores

± 50 mm.

± 20 mm.

-.-

Muros de contención

± 20 mm.

± 10 mm.

-.-

Límites para roce y limpieza

± 500 mm.

--

-.-

Estacas de subrasante

± 50 mm.

±10 mm.

-.-

Estacas de rasante

± 50 mm.

± 10 mm.

-.-

Estacas de talud

± 50 mm.

± 100 mm.

-.-

Fase de trabajo

± 10 mm.

-.-

* e = Error relativo en milímetros K = Distancia en kilómetros

6.8

Trabajos topográcos

Los trabajos de topografía y georeferenciación comprenden los siguientes aspectos: a)

Georeferenciación: La georeferenciación se hará estableciendo puntos de control geográco mediante coordenadas UTM con una equidistancia aproximada de 10 Km. ubicados a lo largo de la carretera. Los puntos seleccionados estarán en lugares cercanos y accesibles que no sean afectados por las obras o por el tráco vehicular y peatonal. Los puntos serán monumentados en concreto con una placa de bronce en su parte superior en el que se denirá el punto por la intersección de dos líneas. Las placas de bronce tendrán una leyenda que permita reconocer el punto.

179

Topografía

Estos puntos servirán de base para todo el trabajo topográco y a ellos estarán referidos los puntos de control y los del replanteo de la vía. b)

Puntos de control: Los puntos de control horizontal y vertical que puedan ser afectados por las obras deben ser reubicados en áreas en que no sean disturbadas por las operaciones constructivas. Se establecerán las coordenadas y elevaciones para los puntos reubicados antes que los puntos iniciales sean disturbados. El ajuste de los trabajos topográcos será efectuado con relación a dos puntos de control geográco contiguos, ubicados a no más de 10 km.

c)

Sección transversal Las secciones transversales del terreno natural estarán referidas al eje de la carretera. El espaciamiento entre secciones no deberá ser mayor de 20 m en tramos en tangente y de 10 m en tramos de curvas con radios inferiores a 100 m. En caso de quiebres, en la topografía se tomarán secciones adicionales en los puntos de quiebre. Se asignarán puntos de la sección transversal con la suciente extensión para que puedan detallarse los taludes de corte y relleno y las obras de drenaje hasta los límites que se requieran. Las secciones, además, deben extenderse lo suciente para evidenciar la presencia de edicaciones, cultivos, línea férrea, canales, etc. que, por estar cercanas al trazo de la vía, podría ser afectada por las obras de la carretera así como por el desagüe de las alcantarillas.

d)

Estacas de talud y referencias Se establecerán estacas de talud de corte y relleno en los bordes de cada sección transversal. Las estacas de talud establecen en el campo el punto de intersección de los taludes de la sección transversal del diseño de la ca rretera con la traza del terreno natural. Las estacas de talud estarán ubicadas fuera de los límites de la limpieza del terreno y, en ellas, se inscribirán las referencias de cada punto e información del talud a construir conjuntamente con los datos de medición.

e)

Límites de limpieza y roce Los límites para los trabajos de limpieza y roce deben ser establecidos en ambos lados de la línea del eje en cada sección de la carretera, durante el replanteo previo a la construcción de la carretera.

180


f)

Restablecimiento de la línea del eje Para la construcción de la carretera a línea del eje, será restablecida a partir de los puntos de control. El espaciamiento entre puntos del eje no debe ex ceder de 20 m en tangente y de 10 m en curvas de radio menor a 100 m. El estacado se reestablecerá cuantas veces sea necesario para la ejecución de cada etapa de la obra, para lo cual se deben resguardar los puntos de referencia.

g)

Elementos de drenaje Los elementos de drenaje deberán ser estacados para jarlos a las condi ciones del terreno. Se considerará lo siguiente:

h)

(1)

Relevamiento del perl del terreno a lo largo del eje de la estructura de drenaje que permita apreciar el terreno natural, la línea de ujo, la sección de la carretera y el elemento de drenaje.

(2)

Ubicación de los puntos de los elementos de ingreso y salida de la estructura.

(3)

Determinar y denir los puntos que sean necesarios para determinar la longitud de los elementos de drenaje y del tratamiento de sus ingre sos y salidas.

Muros de contención Para la construcción de la carretera se relevará el perl longitudinal del terreno a lo largo de la cara del muro propuesto. Cada 5 m, y en donde exis tan quiebres del terreno, se deben tomar secciones transversales hasta los límites que indique el supervisor. Ubicar referencias adecuadas y puntos de control horizontal y vertical.

i)

Canteras Se debe establecer los trabajos topográcos esenciales referenciados en coordenadas UTM de las canteras de préstamo. Se colocará una línea de base referenciada, límites de la cantera y los límites de limpieza. También se efectuarán secciones transversales de toda el área de la cantera referida a la línea de base. Estas secciones se tomarán antes del inicio de la limpieza y explotación y después de concluida la obra y cuando hayan sido cumplidas las disposiciones de conservación de medio ambiente sobre el tratamiento de canteras.

181

Topografía

j)

Monumentación Todos lo hitos y monumentación permanente que se coloquen durante la ejecución de la vía deberán ser materia de levantamiento topográco y re ferenciación.

k)

Levantamientos misceláneos Se efectuarán levantamientos, estacado y obtención de datos esenciales para el replanteo, ubicación, control y medición, entre otros de los siguientes elementos: 1) 2) 3) 4) 5)

Zonas de depósitos de desperdicios. Vías que se aproximan a la carretera. Zanjas de coronación. Zanjas de drenaje. Canales disipadores de energía, etc.

Y cualquier elemento que esté relacionado a la construcción y funcionamiento de la carretera. (l)

Trabajos topográcos intermedios Todos los trabajos de replanteo, reposición de puntos de control y estacas referenciadas, registro de datos y cálculos necesarios que se efectúen du rante el paso de una fase a otra de los trabajos constructivos, se ejecutarán en forma constante a n de permitir el replanteo de las obras, la medición y vericación de cantidades de obra en cualquier momento.

6.9

Geometría

de la carretera

Se incorporan las siguientes descripciones para su uso por quienes se enfrenten a la necesidad de elaborar diseños de carreteras vecinales en territorios alejados de las tecnologías electrónicas de trazado vial. Elementos y cómputo de curvas horizontales circulares En el diseño de la curva se conoce la ubicación del punto de intersección del alinea miento o del PI, en relación al estacado progresivo del alineamiento de llegada. También se conoce el azimut de ambas tangentes y por tanto el ángulo del alinea miento. Se selecciona el radio de la curva correspondiente a la velocidad de diseño como mínimo. Pero, de ser posible, debe ser mayor al correspondiente a esa velocidad.

182


En la gura 6.9.1 se aprecian los siguientes elementos de la curva. Figura 6.9.1

Ejemplo numérico de cómputo de una curva para:

183

Topografía

El estacado de la curva resulta como sigue:

Uso de coordenadas de referencia al diseño

El uso de coordenadas de referencia en el levantamiento topográco del terreno resulta obligatorio para obtener un cómputo preciso de un alineamiento del eje de una carretera. Las coordenadas pueden ser geográcas si se tienen una referencia cercana, para enlazar el proyecto al sistema geográco. Pero cuando el proyecto es pequeño y no se tiene referencias cercanas se puede establecer un sistema arbitrario de coordenadas ortogonales Norte-Sur. (Ver gura 6.9.2) La referencia a un sistema de coordenadas debidamente monumentadas, según la importancia y/o características del proyecto, es necesaria, cualquiera sea el tipo de coordenadas a utilizarse. Las referencias coordenadas de los PI, PC y PT, así como el azimut de la tangente, permiten alcanzar precisión en el diseño y en los replanteos del proyecto, sobre el terreno y evita acumulación de errores por mínimos que sean.

184


Figura 6.9.2

Distancia de visibilidad en curvas horizontales La visibilidad es afectada por obstáculos laterales tales como, casas, paredes, ár boles, muros, o laderas. •

Banquetas de visibilidad

Cuando en una curva horizontal, sea esta circular o provista de espiral de transición, no se cumple con el requisito mínimo de visibilidad, es decir que en determinada sección no se puede establecer la existencia de distancia de visibilidad de parada en el eje de la vía interior de circulación (que es el caso más desfavorable), el procedimiento para hacer que ésta exigencia se cumpla, consiste en la construcción de una banqueta de visibilidad, que es simplemente un mayor corte del talud interior de la cura, que permitirá ampliar la visibilidad en la curva.

185

Topografía

Entonces la curva que dene la banqueta de visibilidad será la envolvente de las rectas que unen los puntos del eje de la vía interior, que distan entre sí la distancia de visibilidad de parada. En las N.P. se controla éste requisito y se determina la banqueta de visibilidad va liéndose del procedimiento ilustrado. Figura 6.9.3

186


En donde:

El gráco muestra una relación lineal para la variedad de velocidad y radio. Velocidad (Kph) Dist. de parada deseable (m) Dist. de parada mínima (m)

35 47 47

50 63 63

60 90 83

6.10 Geometría del alineamiento vertical El perfl longitudinal

El perl longitudinal de una carretera debe ser una línea continua, y los componentes geométricos del eje en este plano vertical son dos: •

La línea recta inclinada, llamada gradiente o pendiente.

•

La curva vertical. – Convexa o cresta. – Cóncava o columpio.

La pendiente

La pendiente de una carretera es numéricamente el valor del ascenso vertical por cada 100 metros de avance horizontal, se expresa en porcentaje.

187

Topografía

Del gráco podemos deducir también que su valor es igual al de la tangente trigo nométrica del ángulo de inclinación medida en porcentaje. Casi nunca una carretera es horizontal. Por lo menos y para facilitar el drenaje, el límite mínimo de la pendien te es 0.5% y el límite máximo está dado por consideraciones funcionales, pues los vehículos de carga no pueden vencer pendientes elevadas sin una reducción apreciable de su velocidad, lo que interere con un normal funcionamiento de la vía. La pendiente a simple vista es impuesta por las características del terreno por la diferencia de altura y por la distancia que hay entre los puntos que se quiere unir. Pero es habilidad del proyectista conseguir (con un criterio fundamental de economía) controlar el desarrollo de la pendiente dentro de ciertos límites que imponente la seguridad de tránsito y las características propias de potencia y carga de vehículos, frente a las características topográcas del territorio.

6.11 Alineamiento vertical Curvas verticales

Cada P.I. vertical es identicado al más cercano décimo de centena de metros. La longitud L de la curva es usualmente denida a la más cercana centena de metros. La relación

L A

= K ,

cuando A es la diferencia de gradiente en porcentaje, es el

factor K que signica la distancia horizontal en metros requeridos para cambiar un (1) grado en pendiente. Es por ello una medida de curvatura. Valores de K Kph

35

50

60

Cóncava

5

9

16

Convexa

8

12

17

Cóncava

5

9

19

Convexa

8

12

19

Velocidad del diseño Mínima distancia de visibilidad Deseable distancia de visibilidad de parada

Curvas verticales cóncavas o columpios

En las curvas verticales cóncavas no existe problema de visibilidad diurna pues los conductores no tienen impedimento para divisarse. Entonces, la nalidad de estas curvas es de dar uniformidad al movimiento de vehículo, desapareciendo ese feo efecto de columpio que se produce en un cambio de pendiente. En las noches, la condición obligatoria será tal, que en todo momento dentro de la curva los faros alumbren una distancia mínima igual a la distancia de visibilidad de parada.

188


6.12 Diseño y cómputo de curvas verticales Cómputo de las elevaciones

Normalmente las elevaciones serán computadas al centímetro (0.01 m). Las gradientes serán computadas como un porcentaje con dos decimales. Los puntos del perl de la rasante serán indicados en cada sección como sigue: •

Para una sección de calzada única, a lo largo del eje C.

•

Para una sección de doble calzada, con separador central, en la intersección entre el separador y el límite de la supercie de rodadura.

Las elevaciones de la gradiente serán mostradas en el perl, como sigue: •

Para las secciones normales, cada 20 m.

Curvas verticales

Las curvas verticales son arcos parabólicos. La deexión desde la parábola a la tangente varía con el cuadrado de la distancia desde del punto de tangencia. Para determinar el perl de la rasante, las deexiones desde la tangente se computan, adicionándolas o restándolas de la cota de tangente (Figura 6.12.1) Figura 6.12.1

189

Topografía

Y

=

Deexión de P, en m.

X

=

Distancia horizontal de P, desde PC o PT, en estacas.

S

=

Pendiente de la tang. en P en %.

Po

=

Es el más alto o más bajo punto de la curva.

Xo

=

Distancia horizontal entre Po y el P.C.

Disminución de la pendiente en las curvas

En la planta de una carretera, el elemento que controla la velocidad es el radio de la curva y también en perl. La pendiente en todo momento está controlando la veloci dad. En las curvas con pendientes se superponen estos dos parámetros de control, dicultando la maniobrabilidad y uidez del tránsito de los vehículos, especialmente en las curvas de vuelta cerradas. La forma de compensar esta superposición de obstáculos es disminuyendo la pendiente en las curvas y en el tramo recto contiguo con el objeto de que los vehículos tengan la oportunidad de retornar a sus condiciones iniciales que prevalecían antes de tomar la curva. Las reglas que se dan al respecto se pueden reducir a dos enunciados que son los siguientes:

190

1ra.

Cuando los radios de curva son inferiores a 150 m, se suele disminuir la pendiente de la curva en 0.5% por cada 15 m. que el radio baje de 150 m.

2da.

Para radios menores de 100 m, la pendiente en la curva no debe exceder del 5%.


Además la fórmula que regula la disminución de la pendiente en curvas es la siguiente: C=

C i R

= = =

38i R

Reducción de la pendiente (en tanto por ciento). Pendiente (en tanto por ciento). Radio de la curva (en metros).

6.13 Coordinación entre el trazo en planta y el trazo en elevación El trazo geométrico de una carretera resulta de la combinación armoniosa de las características de su planta y de su perl. Si se analiza independientemente cada una de ellas, es posible que se cumpla con los requisitos obligados por las normas; pero si se combinan, por ejemplo, los análisis de visibilidad, es posible que se tenga que hacer algunas modicaciones para que ésta se cumpla en la planta y en el perl conjuntamente. Para obtener esta combinación armoniosa y ecaz de acuerdo a las normas establecidas, y con el objeto de tener soluciones que se adecuen al terreno y a consideraciones de menos costo y mayor seguridad, se debe observar las siguientes reglas: •

Las características geométricas serán uniformes evitándose variaciones bruscas, tanto de radios como de pendientes, lo que favorece la uidez del tránsito y evita cambios bruscos en la velocidad directriz.

•

Debe evitarse colocar curvas horizontales en los puntos altos o bajos del perl longitudinal.

•

Se evitará hasta donde sea posible las tangentes largas con puntos altos y bajos (tobogán).

•

El trazado en conjunto armonizará con el paisaje o en todo caso deberá per turbar lo menos posible.

•

Evitar cruces de carreteras en curvas horizontales o verticales y, en todo caso, estudiar muy bien la visibilidad para las maniobras de salida y entrada de la carretera.

6.14 Planos básicos del proyecto Los planos básicos de diseño del proyecto, son el plano del perl longitudinal (gura 6.1.13.1) y el plano de secciones transversales (gura 6.1.13.2).

191

Topografía

El plano de planta contiene la topografía del terreno donde se ubica el proyecto, mostrando todos los elementos existentes y las curvas de nivel y cotas de elevación posibles, incluyendo las referencias de instalaciones existentes. Esta planta llevará también cuando menos el diseño del eje proyectado de la carretera, así como los límites del Derecho de Vía denido por la autoridad competente.

192


Figura 6.13: Diseño en planta

193

Topografía

2 . 3 1 . 6 a r u g i F

194


6.15 Replanteo de una curva circular con PI accesible FÓRMULAS: Longitud de la curva

:

  = π δ R/180 L δ : en grados

Tangente

:

T = R.Tan. ( δ/2)

Externa

:

E = R. (Sec (δ/2) – 1)

Ángulo Φ

:

Es el ángulo central medido desde PC (o PT) hasta la posición de la estaca).

Ángulo Φ

:

Φ=180.distancia/ (π.R) 

Distancia

:

Es la segunda columna del cuadro, esto es, la longitud acumulada de la cuerda.

Cuerda

:

Es medida entre dos estacas consecutivas.

Abscisa

:

X = R.Sin (Φ)

Ordenada

:

Y = R. (1-Cos (Φ)

Ángulo a

:

a  =

Φ/2

Ejemplo: Teniendo como datos: R = 147m δ = 60º Cálculos Longitud de la curva Tangente Externa Angulo central

L T E Φ

153.94 84.87 22.74 0.39.dis

195

Topografía

196

Capítulo 7 IMPACTO AMBIENTAL


IMPACTO AMBIENTAL 7.1

Preservación del ambiente y mitigación del impacto causado por los trabajos de obras viales en carreteras no pavimentadasde bajo volumen de tránsito

7.1.1

Introducción

Este capítulo comprende los trabajos que deben efectuarse y las previsiones que se tendrán en cuenta durante el proceso de elaboración del diseño denitivo de los proyectos viales para carreteras de bajo volumen de tránsito, según correspondan en razón de la magnitud y naturaleza de los trabajos a realizarse. 7.1.2 Objetivos El objetivo de la norma es establecer y recomendar medidas de protección, prevención, atenuación, restauración y compensación de los efectos perjudiciales o dañinos que pudieran resultar del proyecto y que deban ser considerados necesariamente durante la elaboración del diseño denitivo. Estas medidas se plasmarán posterior mente en el plan de manejo ambiental, que es el documento técnico encargado de hacer cumplir las medidas propuestas durante las etapas del proyecto (preliminar, constructiva, operación y cierre). Los constructores y supervisores de obra serán los encargados directos del cumplimiento del plan de manejo ambiental.

7.2

Las siguientes actividades preliminares deben estar consideradas en el programa del estudio de las obras por ejecutar según corresponda al tamaño y naturaleza de cada proyecto especíco

7.2.1 identicación de las condiciones de base •

Cursos de agua de ríos, lagunas, manantiales, reservorios y otros, susceptibles de afectación.

•

Ambientes rurales previsiblemente afectados.

•

Poblaciones previsiblemente afectadas.

•

Población de ora silvestre eventualmente afectada.

•

Población de fauna silvestre eventualmente afectada.

199

Impacto ambiental

7.2.2 Programación de obras temporales y de acciones sociales con la comunidad •

Área ocupada por los campamentos. Rutas de acceso.

•

Plan de abastecimiento de agua para las obras.

•

Plan de abastecimiento de energía para la obra.

•

Plan de saneamiento y tratamiento de agua potable y de aguas servidas de los campamentos.

•

Plan de recojo y disposición de basura.

•

Plan de relaciones sociales entre la constructora y la comunidad local.

•

Identicación de acciones nales de mitigación al retiro nal del contratista.

•

Listado de comprobación del retiro del contratista.

7.2.3 Acciones necesarias a considerar según el tamaño y tipo de proyecto •

Identicación del sistema actual de drenaje de las aguas de escorrentía y de zonas y cursos dinámicos que podrían afectar el proyecto para proponer el diseño de las obras de mitigación y/o, de ser posible, el mejoramiento del sistema.

•

Identicación de la afectación que podría sufrir el sistema de riego y las áreas agrícolas, boscosas o naturales, para plantear las obras de mitigación o de mejoramiento, si fuera necesario.

•

Identicación de zonas afectadas por erosión por agua, viento o por problemas de inestabilidad diversas.

•

Identicación de terrenos húmedos con problemas de drenaje que requieren de soluciones inmediatas.

•

Identicación de zonas naturales por preservar, tales como ríos, quebradas, humedales, nevados, lagunas, bosques, santuarios para animales y otros.

•

Identicación de zonas arqueológicas, culturales o históricas, declaradas como patrimonio cultural de la nación.

•

Identicación de recursos eco turísticos conformado por los cursos de ríos, riqueza de ora y fauna silvestre, paisajes y otros.

7.2.4 Utilización de recursos de la zona del proyecto •

200

Evaluación de la existencia de canteras de materiales de préstamo, su volumen, calidad y disponibilidad en la zona del proyecto.


•

Evaluación de fuentes de agua, su volumen, calidad y disponibilidad en la zona del proyecto.

•

Evaluación de la disponibilidad de la mano de obra local, calicada y no calicada.

•

Evaluación de la existencia de especies nativas para revegetar las áreas afectadas por el proyecto.

•

Evaluación de la disponibilidad de áreas para instalación de campamentos, patios de máquinas, talleres, ocinas y otros en la zona del proyecto.

7.2.5 Señalización del Derecho de Vía •

Identicación del Derecho de Vía.

•

Marcado del Derecho de Vía requerido para el proyecto.

7.2.6 Identificación de infraestructura y predios a ser afectados por el proyecto •

Identicación de viviendas, almacenes, depósitos u otras edicaciones a ser afectadas total o parcialmente por el proyecto, para las que se aplicará el Programa de Adquisición de Áreas por Trato Directo (Ley 27628); Expropiaciones (Ley 27117) o de Reasentamiento Poblacional, según corresponda.

•

Identicación de predios agrícolas, ganaderos, mineros y otros que serán afectados parcial o totalmente por el proyecto, para los que se aplicará el programa de compensación económica.

7.3

Actividades del proyecto que deben ser consideradas en el programa del estudio de las obras por ejecutar, según corresponda al tamaño y naturaleza de cada proyecto especíco

7.3.1 Canteras de materiales Deberá considerarse lo siguiente: •

Ubicación y distancia a la obra.

•

Tipo de cantera: Banco de materiales, zonas de préstamo lateral, área en colina, lecho de río, roca ja y otros.

•

Características de los materiales en la cantera: Calidad y potencia y su clasicación para aplicación a partidas de obra.

201

Impacto ambiental

•

Condiciones de propiedad y disponibilidad de la cantera.

•

Condiciones de explotación: – Nivel freático. – Aguas de escorrentía. – Accesos. – Pendientes.

•

Procedimientos de explotación: – Solo a mano. – Procedimientos mecánicos. – Tipo de transporte a utilizar. – Rendimiento probable de la explotación.

•

Determinación de los puntos donde se ubicarán los carteles de señalización informativa y de protección ambiental.

•

Plan de manejo ambiental para su explotación.

•

Plan de restauración ambiental después de su uso.

7.3.2 Fuentes de agua Deberá considerarse lo siguiente: • • • • • • • •

Ubicación de fuentes de agua y distancias a la obra. Tipo de fuente. Calidad de agua. Cantidad estimada. Disponibilidad. Variación estacional. Plan de manejo ambiental para su utilización. Plan de restauración ambiental después de su uso.

7.3.3 Estabilización y tratamiento de taludes Uno de los mayores impactos que generan las obras viales, es el deterioro de los suelos y el ambiente por la desestabilización de taludes de corte y de relleno. Para prevenir o mitigar este impacto, los proyectos deben incluir los siguientes as pectos:

202

•

Identicación de taludes que serán afectados.

•

Estudio geotécnico y de drenaje de los taludes susceptibles de desestabilización.


•

Diseño del proyecto de ingeniería destinado a prevenir el riesgo y mejorar en lo posible las características paisajistas de los taludes de corte y de relleno.

•

Plan de manejo ambiental para su estabilización y tratamiento.

•

Plan de restauración ambiental después de la obra.

7.3.4 Depósitos para materiales excedentes originados por la obra Los aspectos concernientes a la disposición de depósitos para materiales excedentes de obra, originado por los movimientos de tierra y residuos, reviste gran importan cia y deben ser previamente planicado. Debe considerarse como mínimo, los siguientes aspectos: •

Evaluación previa del volumen de material que va generar la obra en sus diferentes etapas (preliminar, constructiva y operación).

•

Identicación de las probables áreas para depósitos de material excedente que cuenten con la autorización de la autoridad competente.

•

Previsión y programación de las etapas de generación de material excedente.

•

Diseño de rutas de transporte que traslade el material excedente.

•

Topografía del área prevista.

•

Plan de manejo ambiental para el tratamiento de depósitos de material.

•


7.3.5 Tratamiento de residuos líquidos originados por la obra El objetivo de efectuar un tratamiento planicado de residuos líquidos que origine la obra es evitar la contaminación de las corrientes de agua, superciales o subterrá neas, mediante una disposición adecuada. En tal sentido, deben considerarse los siguientes aspectos: •

Denición de las actividades que pueden producir contaminación de aguas.

•

Determinación de las instalaciones que se dotarán para minimizar o eliminar la contaminación de aguas.

•

Identicación de los lugares donde se instalarán estas instalaciones.

•

Plan de manejo ambiental para el tratamiento de residuos líquidos.

•


203

Impacto ambiental

7.3.6 Tratamiento de residuos sólidos originados por la obra El tratamiento planicado de residuos sólidos que genere la obra, evitará minimizar la contaminación del ambiente, deteriorar el entorno paisajista y prever enfermeda enfermeda-des. •

En tal sentido, debe considerarse los siguientes aspectos:

•

Determinación del tipo y volumen de residuos sólidos que va originar la obra.

•

Identicación de los lugares de disposición inicial y nal (botaderos).

•

Coordinación con la autoridad local para evaluar la implementación de un programa de reciclaje.

•

Plan de manejo ambiental para el tratamiento de residuos líquidos.

•


7.3.7 Campamentos y patios de maquinarias Por lo general, las obras viales necesitan campamentos y patios de maquinarias, motivo por lo cual hay que considerar medidas para prevenir o reducir los impactos ambientales que puedan producirse durante el funcionamiento de éstas instalacioinstalacio nes.

204

•

Por lo expuesto, debe considerarse los siguientes aspectos:

•

Evaluación de las zonas donde se ubicarán los campamentos y patios de maquinarias, preferentemente en áreas libres, de escasa cobertura v egetal y de topografía plana para evitar excesivos movimientos de tierra.

•

Estas instalaciones no deben interferir el uso del agua de poblaciones cerca cerca-nas, sobre todo de fuentes de captación susceptibles de agotarse o contamicontami narse.

•

Deberá preverse la instalación de servicios básicos de saneamiento, en un lugar seleccionado que no afecte a los cuerpos de agua.

•

El campamento no se localizará en zonas cercanas a corrientes de agua para evitar escurrimientos de residuos líquidos que puedan afectar la calidad de agua.

•

Para la instalación de patios de maquinarias debe preverse sistemas de ma ma-nejo y disposición de grasa y aceites.

•

Plan de manejo ambiental para la instalación de campamentos y patios de maquinarias.

•



7.3.8 Monitoreo ambiental Con la nalidad de lograr la conservación y uso sostenible de los recursos naturales y el ambiente durante las diferentes etapas del proyecto, deberá implementarse un programa de monitoreo ambiental para controlar en el medio físico, la calidad de agua, aire y suelos; en el medio biótico, las zonas naturales y ecológicas y en el medio de interés humano, humano, las zonas arqueológicas y culturales. En este contexto, en la fase preliminar del estudio debe evaluarse los siguientes as pectos: •

Ubicación de los puntos para el monitoreo de calidad de agua, generalmente donde se ubica la fuente principal de agua, el cruce de un río principal y el cruce de una quebrada tributaria importante.

•

Ubicación de los puntos para el monitoreo de calidad de aire, generalmente donde se va ejecutar el mayor movimiento de tierras y donde se va concenconcen trar el mayor número de maquinarias que originará emanación de gases y ruidos sonoros.

•

Ubicación de los puntos para el monitoreo de calidad de suelo, por lo general las zonas de mayor erosión y desestabilización.

•

Ubicación de los puntos para el monitoreo biótico, en las zonas de mayor cobertura vegetal y presencia ecológica.

•

Ubicación de los puntos para el monitoreo de interés humano, en las zonas arqueológicas o culturales.

7.3. 7. 3.99 Costos de mitigaci ón Todos los trabajos de prevención, corrección, mitigación o restauración ambiental que resulten necesarias para conservar el medio ambiente, formarán parte del propro yecto y consecuentemente su presupuesto de ejecución estará incluido en el presupresu puesto de obra a ejecutarse. Estos costos ambientales se detallarán en el plan de manejo ambiental (en el pro grama de inversiones especícamente) y serán sustentados con sus respectivos metrados y análisis de precios unitarios.

205

SE TERMINÓ DE IMPRIMIR EN LOS TALLERES GRÁFICOS DE TAREA ASOCIACIÓN GRÁFICA EDUCATIVA P ASAJE M ARÍA AUXILIADORA 156 - B REÑA CORREO E.: [email protected] TELÉF. 332-3229 F AX: 424-1582 M ARZO 2008 LIMA - PERÚ

Manual de Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito

Recommend Documents