TEXTO GUÍA: CARRETERAS I CIV 323
ING. MARIA NIEVES DEUER
Univ. Angulo Barja Valeria
2009
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CARRETERAS I
INDICE 1.- ASPECTOS GENERALES PARA EL DISEÑO GEOMETRICO DE UNA CARRETERA. . . . . . . . . . . . . . 4 1.1 ASPECTOS GENERALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.- DISEÑO GEOMETRICO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 2.1. FACTORES QUE AFECTAN AL DISEÑO GEOMETRICO DE UNA CARRETERA O CAMINO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 FACTORES FUNCIONALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3 FACTORES FISICOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.4 FACTORES DE COSTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.5 FACTORES HUMANOS Y AMBIENTALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.5.1 FICHA AMBIENTAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.5.2 IMPACTOS AMBIENTALES EN UNA CARRETERA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.- CRITERIOS PARA DEFINIR LAS CARACTERÍSTICAS DE UNA CARRETERA O CAMINO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.1 DEFINICION DE LA CATEGORÍA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.1.1 CARACTERISTICAS DE UNA CARRETERA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2 EL TPDA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 3.3 CLASIFICACION DE VEHÍCULOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.4 VOLUMEN HORARIO DE DISEÑO (VHD). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.5 NIVEL DE SERVICIO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 3.6 CAPACIDAD DE UNA CARRETERA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.7 SECCION TRANSVERSAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 4.- EFECTOS PARA EL DISEÑO GEOMETRICO DE UNA CARRETERA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 5.- DISEÑO GEOMETRICO DE UNA CARRETERA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.1 ALINEAMIENTO HORIZONTAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 5.1.1 CURVA CIRCULAR SIMPLE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 5.1.1.1 ELEMENTOS DE LA CURVA CIRCULAR SIMPLE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 5.1.2 CURVA CIRCULAR CON TRANSICION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 5.1.2.1 ELEMENTOS DE LA CURVA CIRCULAR CON TRANSICION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 5.1.3 DESARROLLO DE SOBREANCHOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5.1.3.1 DESARROLLO DE SOBREANCHOS EN CURVAS SIMPLES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.1.3.2 DESARROLLO DE SOBREANCHOS EN CURVAS CON TRANSICIÓN SIMÉTRICA. . . . . . 41 5.1.4 DESARROLLO DE PERALTES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 5.1.4.1 DESARROLLO DE PERALTES EN CURVAS SIMPLES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5.1.4.2 DESARROLLO DE PERALTES EN CURVAS CON TRANSICIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5.2 ALINEAMIENTO VERTICAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.2.1 DISTANCIA DE VISIBILIDAD Y FRENADO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
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5.2.2 LONGITUD DE CURVAS VERTICALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 5.2.3 CURVA VERTICAL SIMETRICA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.2.4 CURVA VERTICAL ASIMÉTRICA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 6.- MOVIMIENTO DE TIERRAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58 7.-COORDINACIÓN DE ALINEAMIENTOS HORIZONTAL Y VERTICAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
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1.- ASPECTOS GENERALES PARA EL DISEÑO GEOMETRICO DE UNA CARRETERA 1.1 ASPECTOS GENERALES.El progreso de cualquier lugar se lo puede medir por medio de la eficiencia del trasporte y los medios de comunicación, en el caso de Bolivia el medio más común de comunicación es el de transporte. Es muy importante que todas las regiones estén entrelazadas por medios de comunicación. El principal factor para la construcción de una carretera es el económico, debido al costo y minuciosidad, es por eso que se deben hacer estudios previos. Es muy importante distinguir la diferencia que existe entre un camino y una carretera:
CAMINO: Es un lugar en la tierra que une dos puntos, pero según la ABC es una vía con características geométricas mínimas-medias adecuadas para dar servicio a volúmenes moderados y bajos de tránsito. Los caminos de clasifican en función de: TRAFICO: se debe conocer el número de vehículos que circulan por el lugar, incluso la clase de vehículos. ORDEN: Se los clasifican también de acuerdo al orden: I, II, III, IV orden. Pueden ser clasificados PROVINCIALES Y LOCALES.
también
en
INTERDEPARTAMENTALES,
También se los clasifica de acuerdo al diseño geométrico ya que cada clase tiene sus propias especificaciones
CARRETERA: Es una vía con características de diseño altas, adecuada para acomodar importantes volúmenes de tránsito circulando a velocidades elevadas, siempre debe contar con capa de rodadura (pavimento o asfalto) y cumplir con tres funciones fundamentales: COMODIDAD, SEGURIDAD y RAPIDEZ.
Existen ciertos factores para la clasificación de carreteras en categorías como ser: o TOPOGRAFÍA: puede ser llana o accidentada, el diseño cambia de acuerdo a la topografía pero la nueva tecnología ayuda a aminorar las diferencias existentes en cuanto a la topografía.
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o TRAFICO: Se debe conocer el tráfico para saber la importancia de la carretera, para invertir más o menos dinero. o ECONOMICO: Es uno de los factores más importantes y se divide principalmente en dos: -costo inicial de construcción: Implica el costo de la construcción. -costo de mantenimiento: este generalmente implica 1/3 del costo Total de la carretera, el mantenimiento debe ser constante, este Implica: Limpieza de cunetas Mantenimiento de la capa de rodadura: cuando se trata de pavimento rígido la capa de rodadura se mantiene y se realiza el mantenimiento cada 10 años, y cuando se trata de pavimento flexible el mantenimiento es a los dos años generalmente, es por eso que resulta más económico escoger un pavimento rígido por el costo de mantenimiento. La parte Técnica de la construcción de una carretera incluye:
Saber los puntos a unir (inicial y final) Aprovechar la condición topográfica (conocer la topografía). Adaptación adecuada de la vía al medio ambiente. Conocimiento del volumen del movimiento de tierras.
Al tiempo de planificar se debe: -Hacer una confrontación frente a la oferta y demanda de transporte: OFERTA: Capacidad de las vías es decir la capacidad de los vehículos que transitan cómodamente. DEMANDA: Numero de viajes entre los puntos terminales. -Generación de proyectos alternativos: Hacer fábricas. Generación de mayor movimiento económico en la zona urbana -Justificación económica política y social: ECONOMICA: La justificación económica se la realiza a través de la cantidad de vehículos que pasa por la carretera. POLITICA: La justificación política se refiere a: unir fronteras y sentar soberanías. SOCIAL: Se refiere al mejoramiento de la calidad de vida de los comunarios y usuarios.
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ESTUDIO DE RUTAS PARA EL TRAZADO DE UNA CARRETERA RUTA: Es la faja de terreno de ancho variable que se extiende entre los puntos terminales e intermedios. En este punto se deben seguir los siguientes pasos: 1. DETERMINAR LA RUTA (PUNTO INICIAL Y FINAL): El estudio de rutas implica ver varias alternativas y ver la más conveniente, pues para determinar la ruta se debe conocer: Controles de paso primarios y secundarios: Los controles de paso son los obligados a pasar por ejemplo pasar por una población intermedia o pasar cerca. Topografía: Factor de alta influencia a demás se estudiará también la geología y drenajes del suelo. Orientación geográfica: Se debe escoger una buena orientación para la carretera para evitar las molestias de los usuarios debido a los rayos solares y otros factores, etc.… Condiciones físicas y geológicas: Procurar localizar la carretera en lugares donde no se vean afectadas las zonas de cultivo o zonas urbanas. Restricción ambiental: Se debe evitar maltratar el medio ambiente. 2. RECONOCIMENTO DE LA RUTA.Consiste en ir al lugar para conocer la ruta de una forma correcta así como sigue:
Escoger las líneas más directas.
Localización exacta de los puntos de paso.
Establecer las pendientes máximas que tiene el terreno con el eclímetro
Calcular los radios mínimos de curvatura.
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Conocer la naturaleza del suelo.
Establecer la mayor zona de abrasión.
Estimar el costo de acuerdo a la cantidad de movimiento de tierras que puede haber.
Los instrumentos para el reconocimiento mayormente usados son: Brújula Eclímetro G.P.S 2.- DISEÑO GEOMETRICO Diseño geométrico.- Una carretera está compuesta por líneas rectas y curvas, horizontales y verticales, y al diseño de las uniones de rectas y curvas se denomina Diseño Geométrico. 2.1.- FACTORES QUE AFECTAN AL DISEÑO GEOMETRICO DE UNA CARRETERA O CAMINO.Los factores son muy importantes para que la carretera sea una obra civil que sirva a la comunidad y no tenga un costo elevado, los factores son: FACTORES FUNCIONALES, FACTORES FISICOS, FACTORES DE COSTO, Y FACTORES HUMANOS Y AMBIENTALES 2.2.- FACTORES FUNCIONALES U OPERATIVOS.Tienen relación, en general, con el diseño geométrico, la velocidad directriz (de proyecto, de diseño) y con el servicio para el cual la carretera debe ser diseñada, destacándose los siguientes: − Función (principal) que debe cumplir la carretera.- Si la misma, por ejemplo, va a servir para transportar productos agrícolas, el diseño se adaptará para vehículos pesados donde se tomaran en cuenta aspectos como: menor pendiente, ancho de carril, radio de curvatura amplio, etc. − Volumen y características del tránsito inicial y futuro.- La carretera será diseñada con volúmenes de transito futuro con 10 años de horizonte (mínimamente), para evaluarlos debemos conocer el transito actual.
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− Velocidad de proyecto.- La velocidad de proyecto es también llamada velocidad de diseño y es aquella que permite definir las características geométricas mínimas bajo condiciones de seguridad y comodidad. Por ejemplo si la velocidad de proyecto es de 80 km/hr se debe dar al conductor seguridad de entrar a las curvas sin disminuir esa velocidad. Dentro de las velocidades de operación deseables relacionadas (ABC) se pueden encontrar las siguientes: 1. VELOCIDAD ESPECÍFICA (VE).- Es la máxima velocidad a la cual puede circular un vehículo considerando individualmente en condiciones de seguridad y comodidad, encontrándose el pavimento mojado (peores condiciones) en buen estado de neumáticos con condiciones meteorológicas que no impongan limitaciones a la velocidad. La velocidad específica se aplica en curvas porque son los lugares donde la velocidad tiende a bajar y donde más podrían suceder accidentes. 2. VELOCIDAD DE OPERACIÓN.- Es la velocidad media de desplazamiento, puede ser mayor a la velocidad de proyecto (es la velocidad que está en los tableros de la vía) cuando las condiciones de transito lo permiten, también puede ser menor. Está también en función del estado del pavimento, condiciones meteorológicas. 3. VELOCIDAD PERCENTIL.- Es la velocidad no superada por el 85% de los usuarios en un tramo de características homogéneas (pendientes y curvas constantes), esta velocidad es mayor a la velocidad de proyecto ya que el conductor no tiene límites o restricciones La velocidad de proyecto según la categoría de la obra no solo es un factor funcional pues también está en función de factores económicos, humanos, etc... (cumplir con tres funciones fundamentales: COMODIDAD, SEGURIDAD y RAPIDEZ.) − Seguridad para el usuario y la comunidad.- Es un factor muy importante que debe tomarse en cuenta, ya que vela la seguridad del usuario y la comunidad − Relación con otras vías y la propiedad adyacente.- Es muy conveniente que las carreteras se unan, y es muy importante que estén al mismo nivel para no perjudicar las conexiones entre vías debido al desnivel. 2.3.- FACTORES FÍSICOS.- (para el diseño geométrico de la carretera, diferentes a los factores para el trazado de rutas) Dicen relación con las condiciones impuestas por la naturaleza en la zona del trazado y suelen implicar restricciones que la clasificación para diseño debe considerar. Los principales son:
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− Relieve: si la topografía es muy accidentada (consideraciones de la pendiente) ya que el radio de diseño debe ser pequeño (respecto a los radios mínimos y máximos existentes por la ruta). TAREA: BADENES?. DIFERENCIAS E INFLUENCIAS DE LA HIDRAULICA E HIDROLOGÍA SOBRE PENDIENTES Y TALUDES. -
Hidrografía: Si se encuentra un río o quebrada se debe construir un puente o alcantarilla, pues se debe estudiar el curso de los ríos y quebradas
-
Geología: Se debe hacer un estudio de suelos (capacidad portante, resistencias para taludes, etc. Para cambiar las pendientes y curvas del diseño geométrico) y conocer si la zona geológica es Inestable o estable y así procurar aminorar el costo de mantenimiento.
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Clima: En lugares donde existe neblina se debe cambiar el diseño el diseño Geométrico por la dificultad de buena visibilidad y así poder evitar futuros Accidentes.
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Uso del suelo: Se debe procura no afectar zonas de cultivo especialmente en Lugares con poca actividad agrícola.
2.4.- FACTORES DE COSTO.Pueden ser los que determinen el diseño geométrico, a más exigencia en el mismo mayor costo. Los estudios económicos se hacen en base a la factibilidad y pre factibilidad, que incluyen una serie de factores a considerarse con sumo cuidado: -
Costo de construcción inicial: Es el costo que implica las instalaciones para la construcción de la carretera (Instalación de faenas, sitio de campamentos, etc.).
-
Costo de mantenimiento de la infraestructura: Es el costo referido al mantenimiento general de la carretera (los taludes son influyentes en el diseño geométrico debido al mantenimiento: banquinas o terraceo).
-
Costo de operación de vehículos: Se debe procurar diseñar con pendientes moderadas donde realmente se necesite para disminuir el costo de operación de vehículos (combustible y desgaste de máquinas).
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Costo del tiempo de los usuarios: Se debe procurar no diseñar carreteras que demanden mucho tiempo de viaje, se debe tener un tiempo moderado.
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-
Costo de los accidentes: Se debe tomar en cuenta este aspecto para hacer un diseño geométrico que asegure la probabilidad mínima de tener accidentes.
-
Costo de los efectos ambientales: se debe disminuir la influencia de la construcción de la carretera al medio ambiente (procurar un impacto mínimo y reversible).
2.5.- FACTORES HUMANOS Y AMBIENTALES.Las decisiones tecnológicas están sin duda relacionadas con las características de la comunidad que se pretende servir y el medio ambiente en que ésta se inserta. Algunos de los factores humanos y ambientales que influyen en mayor grado las decisiones en relación a un proyecto de carreteras son: − Idiosincrasia de usuarios y peatones − Uso de la tierra adyacente al eje vial − Actividad de la zona de influencia − Aspectos impacto-ambientales y mitigación − Seguridad de bienes y personas ajenas al uso del proyecto − Efectos estéticos y características ecológicas. 2.5.1 FICHA AMBIENTAL.El impacto ambiental es un cambio en la naturaleza de la región, reversible o no reversible, es positivo (desarrollo de la zona, mayores oportunidades de trabajo en la región, etc.) y negativo (se debe procurar que éstos sean reversibles). Este documento se basa en los siguientes 18 puntos: 1.- INFORMACIÓN GENERAL.-Número de ficha ambiental -Fecha de llenado -Nombre de la persona que realiza la ficha -Dirección, teléfono(s) de la persona 2.- DATOS DE UNIDAD PRODUCTIVA.Es el representante legal de la empresa. -Actividad principal de la empresa -Cámara o Asociación afiliada -Nro. de registro -Nro. de RUC -Fecha de Ingreso a la Cámara o Asociación -ciudad o localidad de la empresa
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3.- IDENTIFICACIÓN Y UBICACIÓN DEL PROYECTO -Nombre del proyecto -Ubicación física del proyecto (longitud y latitud) Nro. de registro catastral Nro. de inscripción de registro en Derechos Reales Certificado de Uso de Suelo (Situación del suelo, valoración justa) 4.- DESCRIPCIÓN DEL SITIO DE EMPLAZAMIENTO DEL PROYECTO -Superficie a ocupar (longitud y ancho de carretera. Existe una nueva normativa que dispone 50 mts. adicionales a cada lado del ancho de carretera, que serán de libre propiedad de la ABC.) -Tipo de terreno (pendiente media del terreno, de toda la zona del proyecto) -profundidad de la capa freática (para controlar el flujo existente del agua subterránea) -Vegetación predominante (con finalidades de controlar la vegetación local sobre todo para estabilizar económicamente los taludes) -Red de drenaje (Situación de los sistemas para evacuación de aguas) -medio humano (Actividad poblacional próxima existente) -Actividad industrial (Caminos de enlace con lugares de producción) 5.-DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO -Sector al que pertenece la carretera (al interior de los departamentos o regiones) -Subsector (en la región) -Actividad específica que cumple la carretera () -naturaleza del proyecto -Etapas del proyecto (Etapas en las construcciones del proyecto) -Objetivo general () -Objetivos específicos del proyecto () -Relación con otros proyectos (con la construcción de fábricas, escuelas, hospitales, presas, canales, etc.) -vida útil del proyecto (serviciabilidad buscada durante este tiempo, mínimamente 20 años). 6.- ALTERNATIVAS Y TECNOLOGÍA Se refiere a la maquinaria, equipo (tractores, explosivos, etc. ) y procesos a utilizar (respecto de los cortes, o la influencia sobre la fauna local). 7.- INVERSIÓN DEL PROYECTO Se deben fijar precios precisos (costos de pavimentación principalmente).
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8.- ACTIVIDADES DEL PROYECTO.Se debe hacer la descripción con el mayor detalle posible de todas las actividades (sin afectar el medio ambiente circundante), como ser:
Movimiento de tierras Estabilidad de taludes Capa base tipo de pavimento préstamos de tierra, etc.
9.- RECURSOS HUMANOS.Mano de obra:
- profesionales - Peones
10.-RECURSOS NATURALES DEL AREA QUE SERÁN APROVECHADOS.Se trata se describir cualitativa y cuantitativamente los recursos naturales que pertenecen al área de influencia: recursos hídricos, suelos, etc. 11.- MATERIA PRIMA, INSUMOS Y PRODUCCION DEL PROYECTO.Se debe conocer el origen de la obtención de la materia prima para cada etapa del proyecto. 12.- PRODUCCION DE DESECHOS.Se debe conocer el lugar donde se depositarán los desechos del campamento, asimismo se debe conocer las cantidades y el tipo de residuos. 13.- PRODUCCION DEL RUIDO.Se debe conocer el tipo de ruido que se provoca, asimismo ver las formas de mitigar el ruido. 14.-FORMA Y LUGAR DEL ALMACENAMIENTO DE INSUMOS.Se debe conocer los depósitos, contenedores, almacenes de los insumos. 15.- PROCESOS DE TRANSPORTE Y MANIPULACIÓN DE INSUMOS.Se debe dar seguridad al personal que trabaja en la manipulación de insumos.
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Se debe conocer la forma de transporte de los agregados y materiales (plantas procesadoras de asfalto, etc.). 16.- POSIBLES ACCIDENTES Y/O CONTINGENCIAS.Se debe describir los posibles accidentes del proyecto en el área de influencia en que podrían ocurrir. 17.- CONSIDERACIONES AMBIENTALES.Se debe hacer una matriz de impactos ambientales donde son proporcionados por el Ministerio de Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente, esto es para saber los impactos positivos y negativos. 18.- DECLARACION JURADA.Es muy importante obtener la firma de los responsables y el permiso respectivo para realizar la obra (). 2.5.2 IMPACTOS AMBIENTALES EN UNA CARRETERA.Durante la construcción de la carretera se producen ciertos impactos negativos los cuales tienen formas de mitigación que a continuación se verán
IMPACTO
MITIGACIÓN
Erosión de los cortes y rellenos Sedimentación temporal de las vías de drenaje natural. (desalojo de las tierras a los ríos o quebradas)
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Limitar el movimiento de tierras a temporadas secas. Proteger las superficies con una cubierta protectora. Proteger los canales de drenaje con bermas o barreras de paja o tela (geotextiles) Instalar depresiones para sedimentos: sembrar, plantar, etc...
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Contaminación de tierra y agua con combustibles,aceites,grasas, etc.
Recolectar los lubricantes en un recipiente para evitar el derrame de los mismos
Creación de charcos de agua estancada
Hacer drenajes y rellenar los charcos
Trastorno ecológico y social a causa de los campamentos
Manejar con mucha cautela el lugar de emplazamiento
Destrucción de los edificios, vegetación y tierras en los pozos de préstamo, depósitos de basura, estaciones de maquinaria.
Explotar y usar los recursos de los bosques públicos Compensación al propietario Rehabilitar los sitios en su condición natural
Interrupción de los sistemas de drenaje (subterráneos y superficiales) en las áreas de rellenos y cortes.
Instalación de obras de drenaje necesarias, entra el criterio del ingeniero.
Derrumbes, depresiones, deslizamientos.
Alinear de tal manera que se eviten zonas inestables, evitarlas e ir por otro lado. Diseñar obras de drenaje necesarias para evitar el derrumbe debido al agua Estabilizar los taludes con obras civiles. Evitar los deslizamientos con terraceas.
Erosión de las tierras debajo de la capa de rodadura debido al agua
Aumentar el número de salidas del drenaje. Colocar salidas de drenaje evitar el efecto cascada porque se puede socavar
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Revestir la superficie del conducto con concreto.
Mayor sedimento suspendido en los ríos, debido a los cortes, estos van a los ríos y estos se llenan de lodo, arboles, etc.…
Establecer tan pronto sea posible la cobertura vegetal para evitar que baje la tierra al río. No esperar acabar el tramo para plantar, sino antes Establecer piscinas de retención.
3.- CRITERIOS PARA DEFINIR LAS CARACTERISTICAS DE UNA CARRETERA O CAMINO.3.1 DEFINICION DE L A CATEGORÍA.- Las carreteras pueden ser divididas en seis categorías , donde los principales parámetros que ayudan a clasificar a una carretera en categorías el TPDA (Tráfico promedio diario anual), el volumen horario de diseño y la función que cumple la carretera. Los siguientes se ven en la siguiente tabla:
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Categorías de Diseño para nuevo Trazado de carreteras Categorías de las carreteras
Características
Criterio de Clasificación
0
Doble calzada Dos o más carriles por dirección Control total de acceso
TMDA>15000 VHD corresponde al nivel de servicio C Función de total prioridad movilidad TMDA>5000 VHD corresponde al nivel de servicio C o > Función más importante movilidad TMDA>1500 VHD corresponde al nivel de servicio igual o superior al C o D TMDA>700
I.A
I.B
II III IV
Doble calzada Dos o más carriles por dirección Control total de acceso Doble calzada Dos carriles Control parcial de acceso Calzada simple Dos carriles Calzada simple Dos carriles Calzada simple Dos carriles
Velocidades Directrices (km/h)
120-80
120-70
120-70
100-50 TMDA>300 80-40 TMDA<200 80-30
3.1.1 CARACTERISTICAS DE UNA CARRETERA: Calzada: Es la unión de varios carriles, el carril va a depender del tipo de (vehículo tipo), ya que con este se podrá definir el ancho de carril. Se puede distinguir: Calzada simple: Tiene dos carriles uno de ida y otro de vuelta. Calzada doble: Cuando hay un cantero (separador) y hay mucho flujo vehicular, generalmente en autopistas. UN CANTERO CENTRAL SEPARA LOS SENTIDOS DE CARRIL estos pueden ser jardines, chapas metálicas, de hormigón, etc.… Control total de acceso: no se puede entrar por la carretera si no es por el principio, no hay intersecciones, el vehículo sólo circula y eso es lo importante. Es aconsejable que la calzada no tenga otro carril porque no se sabe la dirección. Control Parcial de acceso: Ahí hay intersecciones, y por tanto habrán semáforos para dar lugar al paso a otros vehículos.
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3.2.-TRANSITO PROMEDIO DIARIO ANUAL (TPDA): Es el promedio aritmético de los volúmenes diarios que circulan en la carretera para todos los días del año. Para el proyecto, se asumirá un valor de 300 días para el tránsito medio diario inicial. El TPDA, es un parámetro que sirve para obtener la categoría de la carretera, con el cual se procede a calcular todos los datos necesarios de acuerdo a las exigencias de trazado y diseño geométrico que así lo requiera la categoría de la carretera. 3.3.- CLASIFICACIÓN DE LOS VEHÍCULOS: Expresa en porcentaje la participación que le corresponde en el TPDA a las diferentes categorías de vehículos, debiendo diferenciarse por lo menos las siguientes:
Vehículos livianos: Automóviles, Camionetas hasta 1.500 Kg.
Locomoción Colectiva: Buses Rurales e interurbanos
Camiones: Unidad Simple para Transporte de Carga.
Camión con Semirremolque o Remolque: Unidad Compuesta para Transporte de Carga.
Según sea la función del camino la composición del tránsito variará en forma importante de una a otra vía. En países en vías de desarrollo la composición porcentual de los distintos tipos de vehículos suele ser variable en el tiempo.
Características del vehículo
Camiones Automóviles y Livianos Omnibuses VP CO 2.10 2.60 5.80 9.10
Ancho total Largo total Radio mínimo de la rueda 7.30 externa delantera Radio mínimo de la rueda 4.70 interna trasera
Omnibuses Camión Interurbano Semirremolque O SR 2.60 12.20
2.60 16.80
12.80
12.80
13.70
8.70
7.10
6.00
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3.4 VOLUMEN HORARIO DE DISEÑO (VHD) En caminos de alto tránsito es el Volumen Horario de Diseño (VHD) es el que determina las características que deben otorgarse al proyecto para evitar problemas de congestión y determinar condiciones de servicio aceptables. El VHD deberá obtenerse a partir de una ordenación decreciente de los mayores volúmenes horarios registrados a lo largo de todo un año. Al graficar estos valores se podrá establecer el volumen horario de demanda máxima normal, que para la mayoría de los caminos de tránsito mixto (aquéllos que no presentan una componente especializada preponderante, por ejemplo: turismo) coincide con el volumen asociado a la trigésima hora de mayor demanda. Los volúmenes asociados a las horas que ocupan las primeras posiciones en la ordenación decreciente se consideran máximos extraordinarios en los que se acepta cierto grado de congestión al final del horizonte de diseño del proyecto. El volumen asociado a la trigésima hora será mayor aunque similar, que los volúmenes previsibles en una gran cantidad de horas al año que figuran a continuación de la trigésima hora (Hora 30); de allí su definición como máximo normal. Algunos países adoptan para el diseño la Hora 100. En caso que la información ordenada gráficamente no presente el comportamiento descrito, se deberá adoptar un criterio adecuado que permita establecer el volumen a considerar como máximo normal para el diseño. De lo anteriormente expuesto se infiere que el VHD considera las demandas críticas tomando en cuenta las variaciones estaciónales y diarias que normalmente presenta una carretera. Por otra parte el VHD debe ser proyectado al término del período de diseño a fin de considerar su evolución en el tiempo. A falta de información estadística que permita elaborar el análisis detallado del comportamiento horario actual de una ruta existente o para estimar el VHD de una nueva ruta, se podrá utilizar la relación empírica extensamente comprobada en caminos de tránsito mixto, que relaciona el TPDA con el VHD: VHD año i = 0,12 ~ 0,18 del TPDA año i (VHD año i = 0,10 ~ 0,15 del TPDA i para Hora 100) 3.5.- NIVELES DE SERVICIO DE UNA CARRETERA Es un concepto cualitativo que procura evaluar la cantidad de circulación de una corriente de tránsito se reflejan en: Tiempo de viaje Velocidad de viaje Libertad de maniobra Página 18
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Seguridad Costos de operación Comodidad, etc.…
El nivel de servicio se lo clasifica de la letra A-F. y son para caminos bidireccionales bajo condiciones ideales. Nivel A: Representa la condición de flujo libre que se da con bajos volúmenes de demanda, permitiendo altas velocidades a elección del conductor. Debe ser posible que todo usuario que lo desee pueda desarrollar velocidades de operación iguales o mayores que 93 km/h. La razón I/C puede alcanzar el valor 0,15 (420 Veh/h) y el tiempo demorado es inferior al 30%. Nivel B: Representa la condición de flujo estable. Los conductores aún pueden seleccionar sus velocidades con libertad razonable. Todo usuario que lo desee podrá desarrollar velocidades de operación iguales o mayores que 88 km/h. La razón I/C puede alcanzar el valor 0,27 (750 Veh/h) y el tiempo demorado es inferior al 45%. Nivel C: Representa aun la condición de flujo estable, pero las velocidades y la maniobrabilidad están íntimamente controladas por los altos volúmenes de tránsito. La mayoría de los conductores no puede seleccionar su propia velocidad. La velocidad de operación posible debe ser igual o mayor que 83 km/h. La razón I/C puede alcanzar el valor 0,43 (1200 Veh/h) y el tiempo demorado es inferior al 60%. Nivel D: Representa el principio del flujo inestable, con volúmenes del orden, aunque algo menores, que los correspondientes a la capacidad del camino. Las restricciones temporales al flujo pueden causar fuertes disminuciones de la velocidad de operación. Los conductores tienen poca libertad para maniobrar, poca comodidad en el manejo, pero estas condiciones pueden tolerarse por cortos períodos de tiempo. La velocidad de operación fluctúa alrededor de 80 km/h. La razón I/C puede alcanzar el valor 0,64 (1.800 Veh/h) y el tiempo demorado no supera el 75%. Nivel E: Representa la capacidad del camino o carretera y por lo tanto el volumen máximo absoluto que puede alcanzarse en la vía en estudio. El flujo es inestable, con velocidades de operación de orden de 72 km/h. El Nivel E representa una situación de equilibrio límite y no un rango de velocidades y volúmenes como en los niveles superiores. La razón I/C alcanza de valor 1,0 (2.800 Veh/h) y el tiempo demorado fluctúa entre 75 y 100%. Nivel F: Describe el flujo forzado a bajas velocidades con volúmenes menores que la capacidad de la carretera. Estas condiciones se dan generalmente por la formación de largas filas de vehículos debido a alguna restricción en el camino. Las velocidades y las detenciones pueden ocurrir por cortos o largos períodos debido a la congestión en el camino. Las velocidades de operación son menores de 72 km/h. Página 19
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CARRETERAS I
3.6 CAPACIDAD DE UNA CARRETERA: Es la intensidad máxima de vehículos que pueden pasar por una sección de un camino bajo las condiciones prevalecientes del tránsito y del camino. 3.7 SECCIÓN TRANSVERSAL:
CALZADA: Zona del camino destinada a la circulación de los vehículos, puede tener uno o más carriles. CARRIL: Es la franja longitudinal con el ancho suficiente por la que circula una sola fila de vehículos. ARSEN O BERMA: Llamada también guarda firmes son bandas exteriores a ambos lados de la plataforma y quedan enrasadas con el nivel de la calzada hasta los bordes de aquella, y cumple tres funciones principales: Estacionamiento momentáneo del vehículo Protección de la capa de rodadura Proporciona seguridad psicológica al conductor. BOMBEO: Es la endiente transversal en tangente de la plataforma desde el centro hacia los bordes, en Bolivia generalmente es el 2%.
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PLATAFORMA: Es la unión de las bermas y la calzada. CUNETA: Son elementos fundamentales para la conservación de los caminos y tiene las tres siguientes finalidades: Reunir las aguas infiltradas en el firme y adyacentes Almacenar la nieve Limitar el nivel freático (se debe desaguar lo más rápido posible). La longitud de los tramos de cuneta debe limitarse de manera que viertan en causes naturales en obras de desagüe del camino. Pueden ser o no revestidas o no, también las cunetas pueden tener diferentes secciones. El diseño de las cunetas está principalmente en función de estudios hidrológicos. FIRME O PAQUETE ESTRUCTURAL: Es un conjunto de capas colocadas sobre la explanación mejorada que permiten la circulación en condiciones de comodidad y seguridad, las capas del firme son:
CAPA DE RODADURA (REVESTIMIENTO ASFÁLTICO): Se trata del revestimiento superficial, esta puede ser pavimento rígido, o flexible. La altura de la capa de rodadura está en función del tráfico y del material con el que está hecha.
BASE Y SUB-BASE: Son capas tratadas que cumplen ciertas especificaciones. EXPLANACIÓN MEJORADA: Es una capa anticontaminante.
4.-EFECTOS PARA EL DISEÑO GEOMETRICO DE UNA CARRETERA: ANCHO DE VEHÍCULO: Nos sirve para determinar el ancho del carril, el ancho de las bermas DISTANCIA ENTRE EJES Y LONGITUD DEL CAMINO: Intervienen en el cálculo de sobre anchos de calzada LONGITUD TOTAL DEL VEHÍCULO: Interviene en el cálculo del ancho de canteros. RELACION POTENCIA-PESO DE LOS VEHÍCULOS: Determina la rampa máxima admisible o sea la pendiente longitudinal máxima.
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ALTURA ADMISIBLE: Determina el gálibo vertical. VELOCIDAD MÁXIMA: Contribuye a la determinación de la velocidad de proyecto. DIMENSIONES MINIMAS DE LOS VEHICULOS LIVIANOS: Intervienen en el cálculo de las distancias mínimas de visibilidad, frenado y sobrepaso. 5.-DISEÑO GEOMETRICO DE UNA CARRETERA: El diseño geométrico de la carretera está dividido en dos alineamientos: horizontal y vertical. 5.1 ALINEAMIENTO HORIZONTAL: Se deben seguir las siguientes recomendaciones: Para el alineamiento horizontal no es conveniente tramos rectos, excesivamente largos con el fin de evitar el cansancio del conductor, los tramos rectos dependen de la topografía del terreno. No es conveniente muchas curvas Debe existir por lo menos la distancia mínima de visibilidad y frenado entre curvas horizontales No es conveniente usar radios de diseño mayores a 5000 metros. No es recomendable usar ángulos de deflexión entre tangentes menores o iguales a 5º. Es muy recomendable que las curvas circulares tengan curvas de transición en lo posible por las razones que se explican en el punto 5.1.2. Para el diseño de las curvas horizontales se debe calcular el radio mínimo con la siguiente fórmula:
RMIN
v2 127 * (emax f )
Donde:
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R= Radio de la curva mínimo, en metros. V= Velocidad directriz e= Peralte, en m/m f= Coeficiente de fricción transversal admisible entre neumático y pavimento EL PERALTE (e): Es la pendiente lateral que se da en las curvas o a la calzada de una carretera con el fin de compensar la fuerza centrífuga que actúa sobre el vehículo con una componente de su propio peso y lograr que la resultante total de las fuerzas sea siempre perpendicular al plano de la vía o de la calzada. El objetivo del peralte es contrarrestar la fuerza centrífuga que impide que el vehículo sea arrastrando al exterior de la curva. Las principales misiones del peralte son: Producir una mejor distribución de cargas en ambos rieles. Reducir la degradación y desgaste de los rieles y del material rodante. Compensar parcial o totalmente el efecto de la fuerza centrífuga con la consiguiente reducción de sus consecuencias. Proporcionar confort a los viajeros. A la vez el peralte está restringido por los siguientes factores: Gran probabilidad de que el flujo de transito opere a velocidades significativamente menores a la velocidad directriz debido a la proporción de vehículos comerciales y a las condiciones de pendientes o al congestionamiento. Velocidad directriz y categoría del proyecto. Longitud de transición del peralte que resulte prácticamente viable, principalmente en los casos de dos curvas sucesivas, de sentido opuesto o calzadas con muchos carriles. Razones económicas que orienten el proyecto hacia la utilización de estructuras existentes y de reducción de los costos de construcción y de mantenimiento. Desarrollo urbano adyacente a la carretera. Condiciones climáticas de la zona en la cual se desarrolla trazado principalmente cuando existe la probabilidad de formación de hielo o de acumulación de nieve sobre calzada.
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El peralte consiste en elevar en las curvas, el borde exterior de las vías una cantidad, para que permita que una componente del vehículo se oponga a la fuerza centrífuga (Fc.) evitando de esta manera que el vehículo desvíe radialmente su trayectoria hacia fuera.
Criterio de Aplicación
emax (%)
emax (%)
Deseable
Absoluto
6
6
6
6
6
6
6
8
8
10
En zonas Rurales con probabilidad de formación de hielo o acumulación de nieve en la calzada Carreteras categoría 0 , IA Zonas con desarrollo urbano adyacente hacia la carretera Zonas llanas y onduladas sin probabilidad de formación de hielo y acumulación de nieve sobre la calzada Zonas montañosas sin probabilidad de formación De hielo o la no acumulación de nieve sobre la Calzada. f= Coeficiente de fricción transversal Está sin unidades, se da entre los neumáticos y el pavimento. Este Factor ha sido determinado experimentalmente, depende de la cantidad de uso del neumático si el neumático está muy gastado entonces el factor es mayor.
Debemos determinar en factor en condiciones medias para evitar que el vehículo resbale.
V(Km./Hr) f
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
0.18
0.17
0.16
0.15
0.15
0.14
0.13
0.13
0.12
0.11
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GRADO DE CURVATURA Es el ángulo que subtiende una cuerda o un arco llamado cadenamiento. CADENAMIENTO: es la distancia con la cual vamos a replantear la curva. Por lo general se hace el cadenamiento cada 10m. y solo en zonas accidentadas se puede hacer cada 5m. El grado de curvatura de puede determinar por arco o por cuerda: Definición por cuerda El grado específico de una curva se define como el ángulo en el centro de un arco circular subtendido por una cuerda específica “c” (de 20 m).
Donde: G: Grado específico de la curva C: Cadenamiento R: Radio mínimo Definición por arco El grado específico de una curva se define como el ángulo central subtendido por un arco específico “q” (de 20 m, o de 100 ft)
G
57 .2958 * c Rmín
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5.1.1 CURVA CIRCULAR SIMPLE: 5.1.1.1.- ELEMENTOS DE CURVA
57.2958 * C R
Calculo del grado de curvatura:
G
Cálculo de la tangente.
T R * tag 2
Cálculo de la flecha.
F R * 1 cos 2
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CARRETERAS I 1 E R * 1 cos 2
Cálculo de la externa.
C 2 * R * sen 2
Cálculo de la cuerda
Cálculo de la longitud de la cuerda.
Lc
*R* 180 º
Las progresivas: Progresiva de PC:
PC PI T
Progresiva de PT:
PT PC Lc
EJEMPLO DE CÁLCULO: PROYECTAR UNA CURVA CIRCULAR SIMPLE CON LOS SIGUIENTES DATOS: DATOS: TPDA: 650 ZONA MONTAÑOSA (NO NIEVA) ∆=73°39’00’’
PI= 0+458.5 m Cadenamiento: 10m DESARROLLO: Según los criterios de clasificación con un TPDA de 650 y con una zona montañosa clasificamos a la carretera en la categoría III Y por ser zona montañosa posee una velocidad de proyecto de 40 km/hr. En cuanto al peralte, según los datos y la tabla del punto 5.1 se toma 8% (deseable) también se podría tomar también un 10%, pero por seguridad y para obtener un radio de diseño menor, optaremos un 8%. RADIO MINIMO:
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RMIN
v2 127 * (emax f )
Donde: R= Radio de la curva mínimo, en metros. V= Velocidad directriz (V=40. Km/h) e= Peralte, en m/m (.e=0.08) f= Coeficiente de fricción transversal admisible entre neumático y pavimento, (de tablas según V=40-f=0.17 a dimensional)
Rm in
v2 127 (e f )
Rmin
40 2 50.393m. 127(0.08 0.17)
Rmín=50,393m
GRADO DE CURVATURA:
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G
57 .2958 * c Rmín
G
57.2958 *10 11.369 11º 22'11.3" correción 11º 50.393
La corrección del grado de curvatura es redondear al múltiplo inferior de 5 G=11º RADIO DE DISEÑO:
Rd
57.2958 * c 57.2958 *10 G 11
Rd 52.087m ELEMENTOS DE LA CURVA:
R 52.087m PI 0 458.5m 73.65 T R * tg 52.087 * tg 39.001m 2 2 73.65º F R * 1 cos 52.087 * 1 cos 10.393m 2 2 1 1 1 52.087 * 1 12.984m E R * 73 . 65 º cos cos 2 2 73.65º C 2 * R * sen 2 * 52.087 * sen 62.439m 2 2 * R * * 52.087 * 73.65º Lc 66.954m 180º 180º PC PI T (0 458.5) 39.001 0 419.498m PT PC Lc (0 419.498) 66.954 0 486.453m
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REPLANTEO DESDE PC:
º C1
90 * a * Rd
º C1
90 * 0.502 * 52.087
º C1 0º16'34' '
º C2
90 * a * Rd
º C2
90 *10 * 52.087
º C2 5º30'00' ' Estación
Progresiva
a
Σa
°c
Σ°c
PC
0+419.498
0
0
0
0
0+420
0.502
0.502
0 ° 16 ' 34 ''
0 ° 16 ' 34 ''
0+430
10
10.502
5 ° 30 ' 00 ''
5 ° 46 ' 34 ''
0+440
10
20.502
5 ° 30 ' 00 ''
11 ° 16 ' 34 ''
0+450
10
30.502
5 ° 30 ' 00 ''
16 ° 46' 34 ''
0+460
10
40.502
5 ° 30 ' 00 ''
22 ° 16 ' 34 ''
0+470
10
50.502
5 ° 30 ' 00 ''
27 ° 46 ' 34 ''
0+480
10
60.502
5 ° 30 ' 00 ''
33 ° 16 ' 34 ''
0+486.453
6.453
66.955
3 ° 32 ' 57 ''
36 ° 49 ' 31 ''
PT
Obs. Inicio de curva
Fin de curva
5.1.2 CURVA CIRCULAR CON TRANSICIÓN.Para evitar un cambio brusco es necesario que tenga una curva de transición simétrica de entrada y de salida. En curvas de transición es bueno usar la clotoide o la de Euler.
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RL= A2
En curvas de transición es bueno usar la clotoide o la de Euler. Las curvas de transición cumplen cuatro funciones que son: Proporcionar un crecimiento gradual de la aceleración centrífuga para evitar molestias a los pasajeros. Permitir al conductor entrar o salir de la curva circular, ejerciendo una acción gradual sobre el volante del vehículo. Posibilitar un desarrollo gradual del peralte. Generar un trazo estéticamente satisfactorio. LONGITUD DE LA CURVA DE TRANSICIÓN.Los criterios para determinar son los siguientes: Criterio de la comodidad dinámica. Criterio de apariencia general. Criterio de la máxima pendiente relativa de borde. Criterio del guiado óptico. Tomamos de los cuadro el máximo valor obtenido y redondeando a un múltiplo de 10. CRITERIOS DE COMODIDAD DINÁMICA: La longitud o parámetro mínimo se obtiene en este caso, suponiendo que el peralte se distribuye uniformemente a lo largo del desarrollo de la curva de transición y que, la tasa de variación de la aceleración centrifuga no compensada por el peralte con el tiempo de recorrido, se mantiene constante. La expresión de este criterio es: V2 Le min 6.05 * V * e 127 * R Lemin: Longitud mínima (en metros) V: Velocidad directriz (Km / h) e: Peralte de la curva circular (m) CRITERIO DE APARIENCIA GENERAL:
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Basado en las longitudes de la espiral, denominadas pequeñas, no favorecen la apariencia ni proporcionan al conductor una adecuada percepción visual de la inflexión, este criterio hace recomendable que la longitud mínima sea equivalente al recorrido que realiza un vehículo circulando a la velocidad directriz durante un tiempo de 2 segundos y además, que dicho recorrido no sea menor a 30 metros. Las ecuaciones correspondientes son:
Le min
V 1.8
Le min 30m
CRITERIO DE LA MÁXIMA PENDIENTE RELATIVA DE BORDE: Como el peralte se implementa a lo largo del desarrollo de la curva de transición, ésta deberá tener la longitud suficiente para que no se supere la pendiente máxima relativa admisible entre el borde de la calzada y el eje longitudinal de rotación. La longitud y el parámetro mínimos de la clotoide, se obtienen para este criterio con las siguientes expresiones:
Le m in
n*a*e r
Donde: Lemin= Longitud mínima de la clotoide, en metros n = Número de carriles entre el eje de rotación y el borde más comprendido a = Ancho de carril e = Peralte de la curva circular en m/m r = Pendiente máxima relativa del borde, respecto al eje de rotación, en m/m
V(km/h) 40 50 60 70 80 90 100 r(%) 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40
Los valores admisibles de “r” es obtenido de tabla con r=0.70 CRITERIO DEL GUIADO ÓPTICO: Cuando las curvas de transición que enlazan tangentes con radios circulares grandes no tienen suficiente desarrollo, es probable que no sean percibidas por el conductor. Por
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dicha causa, es recomendable utilizar ángulo de inflexión total sea superior de 3° 11’, lo que equivale a que su longitud y parámetros surjan de: Lemin=R/9 Lemàx=R 5.1.2.1 ELEMENTOS DE LA CURVA CIRCULAR CON TRANSICION.-
PI: Punto de intersección de las tangentes. TE: Punto común de la tangente y la curva espiral. ET: Punto común de la curva espiral y la tangente. EC: Punto común de la curva espiral y la circular. CE: Punto común de la curva circular y la espiral. PC: Punto donde se desplaza el TE o TS de la curva circular. Δ: Angulo de deflexión entre las tangentes. Ø: Angulo de deflexión entre la tangente de entrada y la tangente en un punto cualquiera de la Clotoide. Øe: Angulo de deflexión entre las tangentes en los extremos de la curva espiral. Δc: Angulo que subtiende el arco EC-CE. Rc: Radio de la curva circular. R: Radio de la curvatura de la espiral en cualquiera de sus puntos. Le: Longitud de la espiral. l: Longitud de la espiral desde el TE hasta un punto cualquiera de ella. lc: Longitud de la curva circular. Te: Tangente larga de la espiral. Xc, Yc: Coordenadas del EC. K, P: Coordenadas del PC de la curva circular. E: Externa de la curva total. np: Angulo de deflexión de un punto P de la Clotoide V: Velocidad de proyecto. Página 33
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CARRETERAS I
PROGRESIVAS: Progresiva de TE
TE = PI-Te
Progresiva de PC
PC = TE+Le
Progresiva de PT
PT = PC+ LC
Progresiva de ET
ET = PT+LE
EJEMPLO DE CÁLCULO: PROYECTAR LA CURVA CIRCULAR CON TRANSICION CON LOS SIGUIENTES DATOS: PI: 1+016 m Δ=121°49’30’’ Rd= 52,087m Ancho de carril= 3.65m Número de carriles =2
1.- CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICIÓN:
CRITERIOS DE COMODIDAD DINÁMICA:
V2 Le min 6.05 * V * e 127 * R 40 2 Le min 6.05 * 40 * 0.08 127 * 52.087
Le min 39.173m CRITERIO DE APARIENCIA GENERAL:
Le min Le min
V 1.8
Le min 30m
40 1.8
Le min 22.22m
Le min 30m
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CARRETERAS I
CRITERIO DE LA MÁXIMA PENDIENTE RELATIVA DE BORDE:
Le m in
n*a*e r
V(km/h) 40 50 60 70 80 90 100 r(%) 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40
Los valores admisibles de “r” es obtenido de tabla con r=0.70
Le m in
1 * 3.65 * 8 0.70
Lemin 41.71m
CRITERIO DEL GUIADO ÓPTICO:
Lemin=R/9
Lemàx=R
Lemin=52.087 / 9 Lemin=5.787m Asumir longitud de transición al mayor valor obtenido en los anteriores criterios y lo redondeamos hasta el múltiplo de 10 mayor más cercano 50m este será el valor que rige nuestro proyecto
ELEMENTOS DE CURVA CON TRANSICIÓN: Cálculo de e : e
le 2* R
e
50 2 * 52 .087
e 0.48 27.50 2730'
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CARRETERAS I
Cálculo de Xc:
Cálculo de Yc.
Cálculo de K.
Cálculo de P.
Cálculo de Te.
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CARRETERAS I
Cálculo de Δc.
Cálculo de E.
E =70.511m Longitud de Lc. Lc=π* R* /180 Lc=π* 52.087* 66º49’30’’/180 Lc=60.750m Progresivas: TE = PI-Te
TE = 0+893.773
PCC = TE+Le PCC = 0+943.773 PTC = PC+ LC PTC = 1+004.523 ET = PT+LE
ET = 1+054.523
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CARRETERAS I
REPLANTEO:
Estación TE
PC
Progresiva 0+893.773 0+900 0+910 0+920 0+930 0+940 0+943.773
CUARTA CURVA CON TRANSICIÓN 1era Transición L ∑L X Y δ 0 0 0 0 0 6,227 6.227 6.225 1.545E-2 0º 26´ 36´´ 10 16.227 16.223 0.273 2º 53´ 47´´ 10 26.227 26.181 1.154 7º 33´ 59´´ 10 36.227 35.997 3.043 14º 26´ 11´´ 10 46.227 45.449 6.322 23º 30´ 23´´ 4,523 50 498.848 8 27º 30´ 00´´
Obs TE
Tabla de replanteo en la curva CIRCULAR: Estación Progresiva a PC 0+943.773 0 0+950 6.227 0+960 10 0+970 10 0+980 10 0+990 10 1+000 10 PT 1+004 4.523
∑a 0 6.227 16.227 26.227 36.227 46.227 56.227 60.750
ºC 0 3º 25´ 29´´ 5º 30´ 00´´ 5º 30´ 00´´ 5º 30´ 00´´ 5º 30´ 00´´ 5º 30´ 00´´ 2º 29´ 16´´
∑ºC 0 3º 25´ 29´´ 8º 55´ 29´´ 14º 25´ 29´´ 19º 55´ 29´´ 25º 25´ 29´´ 30º 29´ 29´´ 33º 24´ 45´´
Obs PCC
PTC
Con el fin de aprovechar la tangente TE correspondiente a la segunda transición y así poder replantear de una forma optima la misma desde esta tangente; se realizará el replanteo desde ET como principio de curva y PT como fin de curva así como se ve en la siguiente tabla, con los siguientes formulas:
; Donde δ está en grados.
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Estación Progresiva L PT 1+004.523 5.477 1+010 10 1+020 10 1+030 10 1+040 10 1+050 4.523 ET 1+054,523 0
CARRETERAS I
∑L 50 44.523 34.523 24.523 14.523 4.523 0
X 48.848 43.878 34.342 24.490 14.521 4.523 0
Y 8.000 5.648 2.633 0.944 0.196 5.921E-3 0
δ 27º30’ 21º 48´ 19´´ 13º 06´ 37´´ 6º 36´ 55´´ 2º 19´ 12´´ 0º 03´ 33´´ 0º 00´00´´
Obs PCC
PTC
5.1.3 DESARROLLO DE SOBREANCHOS: CALCULO DE SOBREANCHO: El sobreancho en la curva, variara en su longitud de 0.45 a1.85m de acuerdo a la velocidad y al tipo de vehículo.
EJEMPLO DE CÁLCULO:
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CARRETERAS I
Datos: R= 52.087 m. E= 8.5 m. (DE) L1= 1.20 m. (Vd.) V= 40 km/hr
R
2 R R2 E 2
2
L1 * L1 2 E R
V 10 R
2 52 .087 52 .087 2 8.5 2 52 .087 2 1.20 * 1.20 2 * 8.5 52 .087
40 10 52 .087
2.160m Por razones constructivas tomamos una longitud de sobreancho de 2.20 m
w 2.20m 5.1.3.1DESARROLLO DE SOBREANCHOS EN CURVAS SIMPLES:
Rw
w R a sec 1 2
despla
Rw R a cos 2
Página 40
Texto guía
CARRETERAS I
Donde:
a = ancho de carril R= Radio de diseño Rw=Radio del sobreancho Despla= desplazamiento entre centros de radios de curvatura
EJEMPLO DE CÁLCULO: REALIZAR EL DESARROLLO DE SOBREANCHO DE LA SIGUIENTE CURVA CIRCULAR SIMPLE: DATOS: 73.65º
a 3.65m R 52.087m W 2.20m Rw
2.20 52.087 3.65 73.65º sec 1 2
despla
57.263 52.087 3.65 73.65º cos 2
Nota: Para el cálculo del desplazamiento, se le añade el valor de “a” ancho de carril, por que el radio de la curva es medido con el eje de la carretera.
Página 41
Texto guía
CARRETERAS I
5.1.3.2. DESARROLLO DEL SOBREANCHOS EN CURVAS CON TRANSICIÓN SIMÉTRICA.
W'
W l Le
Para curvas circulares con transición y el desarrollo del sobreancho, se lo realiza el valor del sobreancho en la curva circular, y una variación lineal del sobreancho en el tramo de transición.
EJEMPLO DE CÁLCULO Realizar el desarrollo de sobreancho de la siguiente curva con transición simétrica:
Datos : W 2.20m Le 50 m TE 0 893.773 PCC 0 94.3.773 PTC 1 004.523 ET 1 054.523 CURVA DE TRANSICIÓN ENTRANTE: Datos:
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Texto guía
CARRETERAS I
Le = 50m W = 2.20m R = 52.087m
W '
W *l Le
PROG.
l
W’
OBS.
0+893,773
0
0
TE
0+900,000
6,227
0,274
0+910,000
16,227
0,714
0+920,000
26,227
1,154
0+930,000
36,227
1,594
0+940,000
46,227
2,034
0+943,773
50
2,2
PCC
CURVA DE TRANSICIÓN SALIENTE. Datos: Le = 50m W = 2.2m R = 52.087m
W '
W *l Le
PROG.
l
W’
OBS.
1+004,523
50
2,2
PTC
1+010,000
44,523
1,959
1+020,000
34,523
1,519
1+030,000
24,523
1,079
1+040,000
14,523
0,639
1+050,000
4,523
0,199
1+054,523
0
0
5.1.4 DESARROLLO DE PERALTES.
Página 43
ET
Texto guía
CARRETERAS I
Eje de rotación.- Es el cambio de la sección transversal de bombeo a peralte, es decir, es el cambio de inclinación transversal de la calzada. Para elegir el eje de rotación consideramos cinco factores: Cuestiones relativas al drenaje Diferencia admisible de cota entre los bordes extremos de la calzada. Adaptación de la sección transversal al terreno natural. Consideraciones estéticas, económicas y de seguridad. Necesidad de resultantes de intersecciones a nivel o de zona de enlace. ¿Cuando se escoge como eje de rotación el eje de la calzada? En calzadas simples se recomienda usar como eje de rotación al eje de la calzada y también cuando se produce problemas de drenaje o cuando el pavimento se encuentra en altura mínima sobre cuneta. ¿Cuando se escoge el borde externo como eje de rotación? Por razones estéticas. Cuando el uso del suelo adyacente no resulte conveniente para elevar la cota de borde. Cuando hay cantero central y no es muy ancho, se recomienda usar como eje de rotación éste, pero si es muy ancho no. 5.1.4.1.- DESARROLLO DE PERALTES EN CURVAS SIMPLES Para una curva circular:
Página 44
Texto guía
CARRETERAS I
T'
LC 2
T
b 0.6 e 0.4
b
LC 2 e
LC= Longitud de la clotoide en metros e=Peralte (en % o en metros/metros) b=Pendiente Transversal de la calzada (bombeo), en sentido contrario al peralte (en % o en metros/metros)
EJEMPLO DE CÁLCULO Realizar el desarrollo de peralte de la siguiente curva circular: Datos: Lc=66.954 m PC= 0+419.498 m PT= 0+486.453 m e=8% b=2% La curva gira a la derecha
66.954 2 * (0.6 ) 2 8 29.292m T ' 0.4
T
PROGRESIVA 0+373.468 0+380.000 0+381.837 0+390.206 0+400.000 0+419.498
2*
66.954 2 8.369m 8
INCLINACION IZQ (%) 2 0.439 0 2 2.936 4.8 Página 45
INCLINACION DER (%) 2 2 2 2 2.936 4.8
OBS 1(PC-T’-2T) 2(PC-T’-T) 3(PC-T’) 4 (PC)
Texto guía
CARRETERAS I 0+420.000 0+430.000 0+440.000 0+450.000 0+452.975 0+460.000
4.848 5.804 6.760 7.716 8 7.328
4.848 5.804 6.760 7.716 8 7.328
0+470.000 0+480.000 0+486.453 0+500.000 0+515.745 0+520.000 0+524.114 0+532.483
6.373 5.417 4.8 3.505 2 0.983 0 2
6.373 5.417 4.8 3.505 2 2 2 2
5(CC)
4 (PT) 3(PC+T’) 2(PC+T’+T) 1(PC+T’+2T)
5.1.4.2 DESARROLLO DE PERALTES EN CURVAS CON TRANSICIÓN SIMETRICA:
T
b Le e
Página 46
Texto guía
CARRETERAS I
EJEMPLO DE CÁLCULO Realizar el desarrollo de peraltes para la siguiente curva con transición simétrica: Datos: Lc= 60.750 m TE= 0+893.773 m ET= 1+054.523 m PCC= 0+943.773 m PTC= 1+004.523 m Le= 50 m e= 8% b= 2% La curva gira hacia la izquierda.
b Le e
T T PROGRESIVA
2 * 50 12.5m 8
INCLINACION IZQ INCLINACION DER (%) (%)
0+868.773
2
2
0+880.000 0+881.273 0+893.773 0+900.000 0+910.000 0+920.000 0+930.000 0+940.000 0+943.773 0+950.000 0+960.000 0+970.000
2 2 2 2.747 3.947 5.147 6.347 7.547 8 8 8 8
0.204 0 2 2.747 3.947 5.147 6.347 7.547 8 8 8 8
0+980.000 0+990.000 1+000.000 1+004.523 1+010.000 1+020.000
8 8 8 8 7.343 6.143
8 8 8 8 7.343 6.143
1+030.000
4.943
4.943
1+040.000
3.743
3.743
Página 47
OBS 1 2 3(TE)
4(PCC)
4(PTC)
Texto guía
CARRETERAS I
1+050.000
2.543
2.543
1+054.523
2
2
1+060.000
2
1.124
1+067.023
2
0
2
1+079.523
2
2
1
3(ET)
RADIOS A PARTIR DE LOS CUALES SE PUEDE EVITAR EL USO DE CURVAS DE TRANSICION V(km/h)
R (V. Escario)
R (J. Carciente)
R (F. Ruhle)
30
Calculado 72.06
Redondeado 75
Calculado 73.29
Redondeado 75
Calculado 88.20
Redondeado 90
40
128.11
130
130.29
130
156.80
160
50
200.17
200
203.57
200
245.00
250
60
288.25
300
293.15
300
352.80
400
70
392.34
400
399.00
400
480.20
500
80
512.45
500
521.15
550
627.20
650
90
648.56
650
659.58
700
793.80
800
100
800.70
800
814.30
850
980.00
1000
110
968.84
1000
985.30
1000
1185.80
1200
120
1153.00
1200
1172.59
1200
1411.20
1500
5.2 ALINEAMINETO VERTICAL.Debemos hacer el perfil longitudinal, trazando rasantes con la pendiente longitudinal
Las mejores curvas son parábolas. Debemos tomar en cuenta las siguientes recomendaciones para el alineamiento vertical:
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Texto guía
CARRETERAS I
Debe evitarse alteraciones en las pendientes, es mejor hacer una pendiente larga pero moderada. Por razones de estética la curva vertical no debe estar ceñida a la topografía, por lo que debemos hacer cortes y rellenos. La longitud de la curva vertical depende de la velocidad de proyecto y es directamente proporcional a la misma. No es conveniente tener rampas de subida muy largas con pendientes bajas. Se debe evitar curvas verticales del mismo sentido con distancias de separación muy pequeñas. Por razones de seguridad y estética se deben usar en lo posible curvas verticales de parámetros superiores a los mínimos. Es recomendable que la longitud de las curvas verticales no sea menor a 120 metros. Las exigencias que debemos cumplir son para un vehículo liviano. Se debe proporcionar en todos los puntos del alineamiento vertical la distancia mínima de visibilidad y frenado. Se debe proporcionar al conductor una distancia de sobrepaso considerable para que este tenga más oportunidades de sobrepaso. En época de lluvias tenemos que tener cuidado con el agua, para esto el nivel de la curva debe estar sobre la máxima altura del agua. Con el objetivo de minimizar los costos se pueden usar los badenes en lugar de alcantarillas para el drenaje.
5.2.1 DISTANCIA MINIMA DE VISIBILIDAD Y FRENADO.DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE FRENADO:
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Texto guía
CARRETERAS I
Se define como distancia de frenado (do) a la distancia total recorrida por un vehículo obligado a detenerse tan rápidamente como sea posible, medida desde su situación en el momento de aparecer el objeto que motiva la detención. Comprende la distancia recorrida durante los tiempos de percepción, reacción y frenado. Se calcula mediante la expresión: 2
v *t vd do d 3.6 254 * ( f l i )
Donde: - do= Distancia de frenado (m) - V = Velocidad de diseño - t = Tiempo de percepción y de reacción (s); generalmente de 1s a 3s, en nuestro proyecto 2,5s - f1 = Coeficiente de fricción longitudinal - i = Pendiente de la rasante; en nuestro proyecto 7.5% El coeficiente de fricción longitudinal (según AASHTO en pavimento mojado ya que es más peligroso):
Velocidad 30 (Km/h) f 0.4
40
50
60
70
80
90
100
110
120
0.37
0.35
0.33
0.31
0.30
0.29
0.28
0.27
0.26
DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO: Está en función a la velocidad de proyecto, cuanto mayor es la velocidad entonces hay mas oportunidad de sobrepaso.
Velocidad 30 (Km/h) f 0.4 Ds 180
40
50
60
70
80
90
100
110
120
0.37 270
0.35 350
0.33 420
0.31 490
0.30 560
0.29 620
0.28 680
0.27 740
0.26 800
Página 50
Texto guía
CARRETERAS I
5.2.2 LONGITUD DE CURVAS VERTICALES: El cálculo de las longitudes de curvas verticales depende del tipo de curva que se tenga ya sea en cima o columpio, pues cada tipo de curva presenta diferentes criterio que se ven plasmados en formulas que a continuación apreciaremos.
II
L= P *20 P=(g1-g2) CURVAS EN CIMA CRITERIO DE SEGURIDAD
En Cima ó Saliente
Lm ín 2 d o Lm ín
2
2
h1 h2
2
p
p do
2
h1 h2
Lm ín 2 d o Lm ín
2
2
p do
2
h3 h2
2
p 2
h3 h2
2
Donde: h1 = Altura del ojo del conductor, en m h2 = Altura de un objeto no permanente en la calzada, en m h3 = Altura a los faros delantero del vehículo, en m g1 = Pendiente de la tangente de entrada, en m/m. g2 = Pendiente de la tangente de salida, en m/m. p = Valor absoluto de la diferencia algebraica de las pendientes, en m/m. a = Aceleración radial admisible, en m/s2 Lmin = Longitud mínima de curva vertical, en m. d0=distancia de parada en
CURVAS EN COLUMPIO CRITERIO DE SEGURIDAD
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Texto guía
Lm ín 2 d o
CARRETERAS I
2 h3 d o tg p
p do 2 h3 d o tg 2
Lm ín
Donde: α = Angulo de divergencia del haz de luz de los faros (≈ 1º).
CRITERIO DE APARIENCIA ESTÉTICA
Lmín 0,6 v
CRITERIO DE COMODIDAD
p v2 12,96 a a 0,3 0,5 Lmín
5.2.3 CURVA VERTICAL SIMÉTRICA: PRIMERA FORMA DE REPLANTEO:
Fig. Curva en cima
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Texto guía
CARRETERAS I
Fig. Curva en columpio
g 2 g1 2* L B g1 A
g1 * L 2 2 y Ax Bx C
C PCV
SEGUNDA FORMA DE REPLANTEO: Esta forma de replanteo sirve principalmente para encontrar las cotas sobre la razante:
CURVA EN COLUMPIO
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Texto guía
CARRETERAS I
(
[
)
]
h=cota del vértice. (
)
CURVA EN CIMA
La única diferencia radica en la fórmula: (
[
)]
EJEMPLO DE CÁLCULO Proyectar una curva vertical para una carretera con una velocidad de proyecto de 60 km/h si conocemos los siguientes datos: G1=3.3% G2=-4.1% PIV=1624,145 m PIV= 10+110 m Vp= 60 km/h 1.- CALCULO DE LA DISTANCIA MINIMA DE VISIBILIDAD 2
do
vd * t vd 3.6 254 * ( f l i )
60 * 2.5 60 2 3.6 254 * (0.33 0.041) d o 79.869 80m do
2.- CALCULO DE LA LONGITUD DE CURVA VERTICAL
Curva Vertical (en Columpio):
Datos: h1 Altura de ojos del Conductor : 1.14m
h 2 Altura de obstáculo en carretera : 0.15m h 3 Altura de faros del vehículo : 0.70m
ángulo de faros : 1
Página 54
Texto guía
CARRETERAS I
Criterio de Seguridad
p g 1 g 2 3.3 4.1 7.4% 8% p 8% 0.08 L MIN 2 * do L MIN
2 * ( h1 h 2 ) 2 p
2 * 80
2 * ( 1.14 0.15 ) 2 107.074m 0.08
p * do 0.08 * 80 2 120.923m 2 * ( h1 h 2 ) 2 2 * ( 1.14 0.15 ) 2
L MIN 2 * do
2
2 * ( h3 h2 )2 p
2 * 80
2 * (0.7 0.15 ) 2 122.548m 0.08
2
p * do 0.08 * 80 2 L MIN 170.886m 2 * ( h 3 h 2 ) 2 2 * ( 0.70 0.15 ) 2 Criterio de Apariencia Estética L MIN 0.6 * v 0.6 * 60 120 m Criterio de Comodidad
p v2 Lmín 12,96 a a 0,4m / s 2 p *v 2 0.08 * 60 2 L MIN 55 .555 m 12 .96 * a 12 .96 * 0.4
Además, por recomendaciones de SNC, esta longitud de Curva Vertical no debe de ser menor que 120 m, y otro parámetro para obtener este valor, es con la siguiente expresión: L 20 * p 20 * 8 160m Para el valor de la longitud de la curva vertical se adopta:
L 200m REPLANTEO:
Página 55
Texto guía
CARRETERAS I
g 2 g1 2* L 0.041 0.033 A 2 * 200 A 1.85 *10 4 B g1 B 0.033 A
g1* L 2 0.033 * 200 C 1624.145 2 C 1620.845 C PCV
y Ax2 Bx C y 1.85 *10 4 x 2 0.033x 1620.845
PROGRESIVA 10+010m 10+030m 10+050m 10+070m 10+090m 10+110m 10+130m 10+150m 10+170m 10+190m 10+210m
X 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
X2 0 400 1600 3600 6400 10000 14400 19600 25600 32400 40000
5.2.4 CURVA VERTICAL ASIMÉTRICA:
Página 56
COTA 1620.845 1621.431 1621.869 1622.159 1622.301 1622.295 1622.141 1621.839 1621.389 1620.791 1620.045
OBS. PC
PI
PT
Texto guía
m
CARRETERAS I
( g1 g 2 ) L1 L2 2 ( L1 L2 ) 2
x y1 elev.PCV g1 * x m (0 x L1 ) L1 2
L L2 x m ( L1 x L2 L1 ) y 2 elev.PTV g 2 ( L1 L2 x) 1 L2
Donde: m = Distancia a externa, en m. L1, L2 = Longitud parcial de la curva asimétrica para la tangente de entrada y, de salida, respectivamente, en m. Y1, Y2 = Cota de las estacas en la curva correspondiente a X, para la tangente de entrada y, de salida, respectivamente, en m.
EJEMPLO DE CÁLCULO Página 57
Texto guía
CARRETERAS I
Proyectar la siguiente curva asimétrica con los siguientes datos: Datos
0+860m L=120m L1=80m L2=40m Cálculo de progresivas:
REPLANTEO: CURVA VERTICAL: EN COLUMPIO Las ecuaciones que rigen esta curva son:
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Texto guía
CARRETERAS I
Planilla de replanteo: Progresivas
Distancia (x)
Cota (y)
Observaciones
0 + 780 0 + 790 0 + 797,752 0 + 800 0 + 810 0 + 820 0 + 829,252 0 + 840 0 + 860 0 + 880 0 + 900
0 10 19,775 20 30 50 59,252 60 80 100 120
2892,338 2892,245 2892,167 2892,166 2892,010 2892,048 2891,987 2891,986 2891,978 2892,108 2892,458
PCV PC3
PIV PT3
PTV
6.- MOVIMIENTO DE TIERRAS.Antes de realizar el diseño geométrico, el objetivo es estimar los precios unitarios dependiendo del tipo de suelo mediante el ensayo de suelos por ejemplo: CBR, densidades in-situ, etc..para saber la maquinaria a utilizar y para saber si será necesario usar explosivos para el movimiento de tierras.
Por medio de la cantidad y calidad de tierra movida se determina un sistema de trabajo (mano de obra necesaria, maquinaria, etc..)
En el levantamiento final se obtiene mayor precisión de volúmenes y cortes de construcción, a demás se permite realizar un plan de producción de cortes ya que el movimiento de tierras es un ítem que abarca más del 50% del costo total del precio total de la carretera.
La rasante o línea roja, determina el nivel de la construcción de la vía y la podemos definir como una línea con pocas variaciones de pendiente al contrario del terreno
El movimiento de tierras nos sirve para adaptar el terreno a la rasante por medio del corte y terraplén
El corte o también denominado desmonte que es una excavación nos sirve para situar la vía a un nivel inferior que del terreno natural.
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Texto guía
CARRETERAS I
El terraplén o relleno, ayuda a situar la vía a un nivel superior que del terreno natural.
Pendiente del eje: Es una inclinación longitudinal de la vía representada por el perfil longitudinal, es decir por la rasante. La pendiente es la relación de unidades de elevación por unidades de recorrido horizontal. Talud natural: Es la inclinación de los lados del corte y terraplén, el talud esta respecto a la inclinación de la vertical, existe una variación de acuerdo si es relleno o corte. Si se trata de un corte el talud dependerá del tipo de de terreno, los taludes más usados en corte son ¼: 1, en terrenos menos firmes son 1:1 ó 1,5:1 y para terrenos muy planos es de 4:1. En terraplenes se busca material de préstamo o en su defecto se usa el mismo material de suelo removido, generalmente la pendiente para terraplén es 1,5:1. Las estacas del eje y cotas rojas.- El perfil longitudinal de una carretera se lo materializa en el terreno por medio de las estacas a las cuales se las denomina “Estacas de Ejes” y sobre estas estacas se traza la rasante. La “Cota Roja” es la diferencia entre la cota de la superficie del terreno y la rasante, por tanto la cota roja nos determina la altura del terraplén o la profundidad del corte. ELEMENTOS DE LA SECCION TRANSVERSAL Los elementos de una sección transversal influyen en las características operativas, estéticas y de seguridad. Estos elementos están relacionados con la velocidad, nivel de servicio, estética, seguridad y drenaje superficial. Los parámetros que condicionan son:
Ancho y características de la berma. Pendientes transversales de calzada y bermas. Ancho y características de los canteros centrales. De taludes de relleno y corte. Del sobreancho de calzadas en curvas horizontales. De la visibilidad en curvas horizontales.
Formulas para el cálculo de volúmenes de secciones transversales
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Texto guía
CARRETERAS I
RELLENO RELLENO A A2 VR 1 L 2 VTOTAL VR
CORTE CORTE A A2 VC 1 L 2 VTOTAL VC
RELLENO CORTE VR
L A12 2 A1 A2
VC
L A22 2 A1 A2
VTOTAL VC VR
CORTE MIXTA A A2 VC A1 A2 1 L 2 L B12 VR B1 2 B1 B2
VC B2
VTOTAL VC A1 A2 VC B2 VR B1
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L B22 2 B1 B2
Texto guía
CARRETERAS I
MIXTA A1 A2 L 2 L B12 VC B1 2 B1 B2 VC A1 A2
VR B2
L B22 2 B1 B2
C1 C2 L 2 VC A1 A2 VC B1 VR B2 VRC1 C2
VRC1 C2 VTOTAL
DETERMINACIÓN DE VOLÚMENES DE CORTE Y TERRAPLÉN Sección de corte:
VC
d AC AC 2 2 1
VT
d AT AT2 2 1
Donde: VC = Volumen de corte d = Semi-distancia AC1 = Área de corte 1 AC2 = Área de corte 2 Sección de relleno:
Donde: VT = Volumen de terraplén d = Semi-distancia AT1 = Área de corte 1 AT2 = Área de corte 2 Sección mixta:
A T d VT * 2 A C A T
AC d VC * 2 AC AT
2
2
Donde: VC = Volúmen de corte d = Semi-distancia AC = Área de corte AT = Área de terraplén
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Texto guía
CARRETERAS I
EJEMPLO DE CÁLCULO CALCULAR EL VOLUMEN DE LAS SIGUIENTES SECCIONES, ASIMISMO CALCULAR Y GRAFICAR EL DIAGRAMA DE CURVA MASA.
VOLUMENES ENTRE PROGRESIVAS 0+000 Y 0+020
AC d * 2 AC AT 2
VC 1
38,5 20 * 2 38,5 75,8 129 ,68 m 3 2
VC 1 VC1
AT d * 2 AC AT 2
VT 1
75,8 20 VT 1 * 2 38,5 75,8 VT 1 502 ,68 m 3 2
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Texto guía
CARRETERAS I
Vc VC1 129 ,68 m 3
VT VT 1 VT 2 1204 ,68 m 3 VOLUMENES ENTRE PROGRESIVAS 0+020 Y 0+040
d AC AC 2 2 1 20 VC1 38,5 68,2 2 VC1 1067m3 VC
AT d * 2 AC AT 2
VT 1
25 20 VT 1 * 2 25 51,2 VT 1 82 ,02 m 3 2
AC d * 2 AC AT 2
VC 2
51,2 20 * 2 25 51,2 344 ,02 m 3 2
VC 2 VC 2
Vc VC1 VC 2 1411 ,02 m 3
VT 82 ,02 m 3 CALCULO DIAGRAMA CURVA MASA VOLUMENES PROGRESIVAS CORTE RELLENO 0+000
-
-
SEMI-DISTANCIA
FACTOR DE VOLUMENES ABUNDADOS SUMA DE VOLUMENES ORDENADA ABUNDAMIENTO CORTE RELLENO CORTE (+) RELLENO (-) CURVA MASA
-
1,2
-
-
-
-
0
0+020
129,68 1204,68
10
1,2
155,62
1204,68
-
1049,06
-1049.06
0+040
1411,02
10
1,2
1693,22
82,02
1611,20
-
562.14
82,02
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CARRETERAS I
7.- COORDINACIÓN DE ALINEAMIENTOS HORIZONTAL Y VERTICAL Los trazados en planta y alzado de una carretera deberán estar coordinados de forma que el usuario pueda circular por ella de manera cómoda y segura. Concretamente, se evitará que se produzcan pérdidas de trazado, definida ésta como el efecto que sucede cuando el conductor puede ver, en determinado instante, dos tramos de carretera, pero no puede ver otro situado entre los dos anteriores. Deberá prestarse muy especial atención a la relación entre los elementos geométricos de los trazados en planta y en alzado, Esta condición que es fundamental en carreteras de alta velocidad debe cuidarse también en todo tipo de carreteras y adaptarse siempre que las repercusiones económicas no lo desaconsejen. Es conveniente que las curvas horizontales comiencen antes y terminen después que las curvas verticales convexas, con el objeto de guiar óptimamente al conductor al permitirle apreciar con suficiente antelación la presencia de la curva horizontal. Si la curva vertical es cóncava, la condición deseable podría ser inversa a la anterior; es decir, que la curva horizontal comience después y termine antes que la vertical. La superposición de curvas horizontales y verticales, ofrece un aspecto estético agradable y presenta ventajas adicionales desde el punto de vista de drenaje y de las posibilidades de sobrepaso en un tramo de carretera. Con un poco de cuidado en la elección de los distintos elementos geométricos de ambos trazados y de su posición relativa, se logrará un buen resultado desde el punto de vista de
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CARRETERAS I
la percepción óptica y se evitarán las sorpresas a los conductores provocados por cambios bruscos e inesperados de las características de la vía. Con relación a la combinación del alineamiento horizontal con el vertical se procurara observar lo siguiente: a. En alineamientos verticales que originen terraplenes altos y largos son deseables alineamientos horizontales rectos o de muy suave curvatura. b. Los alineamientos horizontal y vertical deben estar balanceados. Las tangentes o las curvas horizontales suaves en combinación con pendientes fueres y curvas verticales cortas, o bien una curvatura excesiva con pendientes suaves corresponden a diseños pobres. Un diseño apropiado es aquel que combina ambos alineamientos ofreciendo el máximo de seguridad, capacidad, facilidad y uniformidad en la operación, además una apariencia agradable dentro de las restricciones impuestas por la topografía c. Cuando el alineamiento horizontal está constituido por curvas con grados menores al máximo, se recomienda proyectar curvas verticales con longitudes mayores que las mínimas especificadas, siempre que no se incremente considerablemente el costo de construcción de la carretera. d. Conviene evitar la coincidencia de la cima de una curva vertical en cresta con el inicio o terminación de una curva horizontal. e. Debe evitarse proyectar la cima de una curva vertical en columpio en o cerca de una curva horizontal. f. En general, cuando se combinen curvas verticales y horizontales, o una este muy cerca de la otra, debe procurarse que la curva vertical este fuera de la curva horizontal o totalmente incluida en ella, con las salvedades mencionadas. g. Los alineamientos deben combinarse para lograr el mayor número de tramos con distancias de visibilidad de rebase. En donde este previsto el proyecto de un entronque, los alineamientos deben de ser lo más suaves posible.
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