Evaluación y diseños definitivos de la vía las Chinchas - Portoviejo. Tramo Las Chinchas - Zambi /

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IIMYERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

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ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

"EVALUACIÓN Y IDISEÑOS

DEFINITIVOS IDE LA VÍA LAS

CHINCHAS - PORTOVELO.

TRAMO LAS CIIINCHAS - ZAM:BI"

TESIS DE GRADO PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL.

ÁIJTI? [S:

ILECTCL:

LOJA-ECUADOR

CERTIFICACIÓN:

Señores:

MIEMBROS DEL H. CONSEJO DE ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

De mis consideraciones:

En calidad de Director de la presente Tesis _{"EVALUACIÓN Y DISEÑOS}

DEFINITIVOS DE LA VÍA LAS CHINCHAS - PORTOVELO. TRAMO LAS CHINCHAS - ZAMBI", realizada por los señores egresados Marcos Eugenio Cajamarca Mendoza y Stalin Mauricio Arias Morales.

CERTIFICO:

Que la presente tesis ha sido revisada en forma prolija, por lo que luego de haberse revisado los borradores y cumplidas las sugerencias y observaciones necesarias, autorizo su presentación ante el H. Consejo de Facultad de Ingeniería Civil, por considerar que el presente tema reúne los meritos suficientes para ello.

De ustedes muy atentamente,

Ing. inicio Suárez B.

CESIÓN DE DERECHOS

Nosotros, Marcos Eugenio Cajamarca Mendoza y Stalin Mauricio Arias Morales, declaramos conocer y aceptar las disposiciones del Art. 67 del Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja, que en su parte pertinente textualmente dice: "Formar parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos cientificos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad

- Marcos Cajamarca M.

AUTORÍA

Los resultados de la presente evaluación, diseños, conclusiones y recomendaciones son de exclusiva responsabilidad de los autores.

Marcos Cajamarca M.

AGRADECIMIENTO

Dejamos constancia de nuestro profunda agradecimiento a la Universidad Técnica Particular de Loja, la que nos abrió las puertas para formarnos tanto espiritual como profesionalmente, además a todos y cada uno de nuestros profesores por su esfuerzo y dedicación día a día en la loable tarea de impartir sus sabios conocimientos.

No escapa nuestro agradecimiento a la persona del señor Prefecto Provincial de Loja, lng. Raúl Auquilla O., quien nos supo brindar su apoyo y colaboración para que el presente trabajo sea financiado en su totalidad, bajo la modalidad de convenio interinstitucional entre la Universidad Técnica Particular de Loja y el Honorable Consejo Provincial de Loja.

Cabe señalar nuestra admiración, respeto y gratitud al (ng. Vinicio Suárez, por su -valiosa colaboración como Director de Tesis, impartiéndonos todos sus

DEDICATORIA:

Todo el esfuerzo realizado esta dedicado especialmente a la

persona que es fuente de inspiración, admiración y respeto, mi

madre, quien me ha sabido apoyar en todo momento, como olvidar

a mi esposa por su cariño y comprensión, a mis hermanos por su

invalorable e incondicional ayuda, a todos ustedes muchas

gracias.

Marcos Eugenio

Este trabajo esta dedicado con toda la gratitud del mu

persona que se lo merece, mi abuelita especialmente, a

hermanos y mis tíos, quienes me han sabido apoy

momento.

pades

•".

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de

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Certificación .

Cesiónde derechos ...

Autoría .

Agradecimiento... y

Dedicatoria... VI

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN

Introducción...2

Generalidades...3

Alcance del proyecto ...5

Redvial existente ...5

CAPÍTULO 2 EVALUACIÓN DE LA VÍA EXISTENTE Reconocimiento del terreno ...8

Diagnóstico del estado actual ...8

CAPÍTULO 3 PROYECTO DE MEJORAMIENTO DEL TRAZADO DE LA VÍA Información básica ...12

Topografía... tia r4 Mecánica de suelos ... iF( Geología y geotecnia ... Parámetros para el diseño ... Alineamiento horizontal y vertical ... 26

Diseñohorizontal ... 26

Recomendaciones generales ... 36

DiseñoVertical ... 37

Coordinación entre la planimetría y la altimetría ... 42

Secciones transversales típicas ... 44

Análisisde tráfico ... 53

Volúmenes de tránsito absolutas o totales ... 53

Factores de variación del tráfico ...54

Categoríasde tráfico ...55

Proyección del tráfico ...56

CAPÍTULO 4 RED DE DRENAJE SUPERFICIAL Generalidades...59

Informaciónbásica ...59

Hidrología...60

Mecánica de suelos ...62

Hidráulica de las obras de drenaje ...64

Alcantarillas...64

Consideraciones para el diseño ...64

Diseñohidráulico ... 71

Cunetas...75

Diseñohidráulico ...79

Contracunetas...80

Subdrenes...83

Ubicación de las alcantarillas en el desarrollo de la vía ...86

Criterios de clasificación de alcantarillas ...86

Alcantarillas tipo ... 86

Lu Alcantarillas cajón ...87

PO

Diseño de alcantarillas circulares ... 97

Selección de materiales ... 101

Hormigón... 101

Armco... 102

Proceso constructivo ... 102

d4e

CAPÍTULO 5 DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

Introducción... 112

Basesde diseño ... 113

Métodosde diseño ... 114

Método del instituto del asfalto ... 114

Método Shell para el diseño de pavimentos flexibles ... 116

Método de diseño AASHTO 1993 ... 118

Diseño seleccionado ... 118

Capasdel pavimento ... 128

Subrasante... 129

Sub-bases ... 129

Bases... 131

Capas de rodadura ... 132

Cálculo del espesor de las capas del pavimento ... 134

CAPÍTULO 6 CALCULO DEL MOVIMIENTO DE TIERRAS Generalidades...140

Cálculo del área de secciones transversales ...\14O Cálculo de volúmenes ... .... . . l40 Secciones normales en tangentes ... Secciones en curva con peralte y sobreanchos ... 142

Cálculo de áreas en secciones mixtas ...144

Sección mixta en la que el punto de transición coincide con el eje central .... 145

Sección mixta con el punto de transición a la derecha del eje ...146

Cálculo de volúmenes ...147

Cálculo de volúmenes por el método de áreas medias ...147

Volúmenes entre dos secciones en corte o relleno ...148

Volúmenes entre una sección en corte y otra en relleno ...149

Volúmenes entre dos secciones mixtas ...151

CAPÍTULO 7 EVALUACIÓN DE IMPACTOS AMBIENTALES

Introducción...156

Método de la matriz de Leopoid modificada ...157

Algoritmo para usar la matriz de Leopoid ... 161

Área de influencia directa ... 162

Identificación de acciones y factores ambientales en al etapa construcción 163 Acciones durante la etapa de construcción ... 166

Factores o elementos ambientales en la etapa de construcción ... 167

Identificación de acciones y factores en la etapa de operación mantenimiento 169 Acciones consideradas durante la etapa de operación y mantenimiento ... 169

Factores o elementos ambientales en la etapa de operación y mantenimiento 170 Medidas de mitigación y prevención de los impactos ambientales ... 171

Medidas de mitigación durante la etapa de construcción de la vía ... 171

Medidas de mitigación en la etapa de mantenimiento de una vía ...174

Determinación de rubros para la mitigación y protección ambiental 175 CAPÍTULO 8 PRESUPUESTO, PROGRAMACIÓN Y CRONOGRAMA PARA LA EJECUCIÓN DE LA OBRA /,. . Análisis de precios unitarios ... 179

II

Ii'j ?;:

•_o.

'7

Presupuestotécnico ... 183

Presupuesto económico ... 184

Programa de ejecución de trabajos ... 187

CAPÍTULO 9 EVALUACIÓN FINANCIERA DEL PROYECTO Introducción...193

Estudio financiero ...193

dice

Costo del proyecto . ₁₉₄

Flujoefectivo ... 194

Evaluación financiera ... 195

Valor Presente Neto (VAN) ... 195

Tasa Interna de retomo (TIR) ... 196

Relación costo beneficio (B/C) ... 198

CAPÍTULO 10 REFUERZO PARA LA BASE DEL PAVIMENTO CON LA APLICACIÓN DE GEOSINTÉTICOS (TCR - Grid) Generalidades... 200

Método para el diseño de carreteras no pavimentadas ... 201

Generalidades... 201

Secuencia para el diseño ... 202

Método para el diseño de carreteras pavimentadas ... 209

Generalidades... 209

Secuencias para el diseño ... 212

Aumento de la vida útil de las carreteras pavimentadas con la incorporación del TRC-Grid ... 220

Generalidades ... Aumento de la vida útil de la carretera ...Lu Ejemplo del cálculo de la vida útil de una carretera ... Procedimientos para la instalación del TRC-Grid ... Generalidades... 223

Posición en la instalación ... 223

Anclaje... 224

Traslapes (sobre posiciones) ... 224

Sugerencias y consideraciones ... 225

Procedimiento para la instalación ... 226

Recomendaciones 235 • Anexos, ... .237 Bibliografia358

CAPÍTULO 1

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1.

INTRODUCCIÓN

La vialidad es uno de los problemas más grandes que afronta el país, las estadísticas nacionales nos demuestran la carencia de infraestructura vial, con mayor incidencia en las áreas rurales. La provincia de Loja no escapa a éste problema, ya que la falta de estas obras alcanza porcentajes mayores al 70 %, por lo cual se hace necesario elaborar un plan de acción para eliminar el problema parcialmente. Este es el caso de la vía Las Chinchas - Portovelo, la cual une a la provincia de Loja con la parte alta de la provincia del Oro

En los actuales momentos los caminos se encuentran prácticamente intransitables, especialmente en el tramo Las Chinchas - Zambi, en donde, en época invernal se interrumpe totalmente el tráfico motorizado, ya que la conformación del suelo más la gradiente de la vía y sumando las fuertes precipitaciones, dificultan enormemente el paso de los vehículos.

Dejando al descubierto las innumerables deficiencias en las obras viales y obras de arte, los cuales ocasionan el aislamiento de grandes zonas agrícolas y ganaderas como es el caso de la parroquia Zambi, sin poder transportar los productos por ellos producidos para ser comercializados en los centros de consumo como Catamayo, Chaguarpamba, Loja y El Oro, siendo esta actividad la principal fuente de ingresos para estos pobladores.

Así que el Honorable Consejo Provincial de Loja, en la persona del señor Prefecto, ante todas estas circunstancias, elabora un convenio interinstitucional con la Universidad Técnica Particular de Loja, para realizar la evaluación y diseños definitivos de la vía Las Chinchas - Zambi, y de esta manera lograr la integración de estos pueblos con las principales ciudades y fuentes de abasto.

3

1.1. GENERALIDADES

La situación crítica, como se encuentran las principales carreteras, que unen las grandes ciudades, son indispensables para abastecer regiones enteras con productos de primera necesidad, especialmente, donde la economía depende mayormente del intercambio de la producción regional. La interrupción casi total de las vías de comunicación en el territorio ecuatoriano, como ocurre durante la época lluviosa, se ha repetido cada temporada. Este ciclo de destrucción y reconstrucción es muy oneroso para cualquier país.

El presente tema de tesis tiene por finalidad realizar la "Evaluación y Diseños definitivos de la Vía Las Chinchas - Portovelo, Tramo Las Chinchas Zambi", con una distancia de 15 km. La parroquia Zambi tiene un clima cálido y su temperatura oscila alrededor de 20 °C, cuenta con una topografía irregular, donde los principales productos son la piña, el café, maíz, y todo el comercio existente entre las provincias del Loja y El Oro.

Además por las características geológicas del sector de Portovelo, la actividad minera tiene una buena proyección, especialmente en la explotación del oro, lo que hace que la vía hacia la parte alta del Oro sea una de las más importantes debido al intercambio comercial con esta provincia, razón que obliga a la integración de ambos sectores, pues al mejorar esta vía se facilitaría su transporte y de esta manera se ---generaría ingresos para la provincia de Loja.

La vía Las Chinchas - Portovelo, Tramo Las Chinchas - Zambi, tiene una población estimada de 750 habitantes aproximadamente, donde las coordenadas y cotas son las siguientes:

LATITUD LONGITUD COTA

UBICACIÓN (m) (m) (msnm)

Las chinchas 9561775.00 669375.00 2364.000

Zambi 9567479,14 662922,17 1468,329

Fuente: Los Autores

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1.2 ALCANCE DEL PROYECTO

Considerando que se trata de una vía existente, que esta presentando servicio regular entre los sectores indicados y que presenta características no tan aceptables en su trazado horizontal y vertical para el tráfico requerido; y, tomando en cuenta que el sistema predominante de tenencia de la tierra esta constituida por minifundios con grandes pendientes transversales, permite efectuar un cierto porcentaje de movimientos de tierras para poder rectificar su trazado original, por lo que la actividad propuesta se orienta a mejorar en lo posible el diseño horizontal, el diseño vertical y la capa de rodadura de la vía, complementándose con obras de drenaje longitudinales y transversales.

El campo de acción estará limitado al estudio y diseños definitivos del tramo de la vía Las Chinchas - Portovelo. Tramo Las Chinchas - Zambi. Debido a que esta vía reviste gran importancia por ser tan antigua y que une a dos provincias, se debería continuar con este tipo de convenios interinstitucionales para que se realice el estudio total de la vía.

1.3 RED VIAL EXISTENTE

El sistema vial que comprende nuestra provincia tiene un total 2 915 km de vías existentes, en el cual no se incluye caminos vecinales, según inventario vial del Ministerio de Obras Públicas; los pocos kilómetros de vías que actualmente se han construido o mejorado son con los recursos provenientes del Fondo de Vialidad para la Provincia de Loja —FONDVIAL.

6

En el cantón Catamayo sitio donde se encuentra ubicado el presente estudio, del total de vías de la provincia el 1.66 % (48 km) son de primer orden, 2.90 % (58 km) son de segundo orden y el 0.21 % (83 km) son de tercer orden.'

Las Localidades de Las Chinchas que es el punto de inicio del presente estudio y Zambi el punto final están ubicados al noroeste de la cabecera cantonal a 29 km y a 44 km respectivamente. Este tipo de camino se lo puede considerar como vecinal, las misma que luego de su apertura han sido abandonadas por los poderes centrales y seccionales.

CAPÍTULO 2

&L41a4e de 14 uí eteite 8

2.

EVALUACIÓN DE LA VÍA EXISTENTE

21 RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

La provincia está compuesta principalmente de rocas metamórficas, paleolíticas en el este y rocas volcánicas y sedimentarias de la era cretácea y terciaria en el resto de la región. El territorio de Loja forma parte del vulcanismo antiguo, que se desprende del nudo del Azuay y está atravesada de norte a sur por la Cordillera Oriental o Real de los Andes, cuyos rangos de altitud varían de 300 a 3.500 m sobre el nivel del mar.

El relieve de las micro-cuencas donde se ubica la vía es de tipo montañoso, su topografía es abrupta con un valor medio superior de 40 %, que inicia en la localidad

de las Chinchas con una temperatura promedio de 12 °C, sigue esta una dirección noreste hasta llegar a la localidad Zambi con una temperatura promedio de 20 °C, cruzando a su paso los barrios del Carmelo, entre otros. La irregularidad de la topografía, con predominio de fuertes pendientes, constituye la principal limitante dei. desarrollo agropecuario de la región.

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Es necesario indicar que en tramo de vi en estudio no atraviesa queb

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encontrarse esta un una parte altamente montañosa.

22 DIAGNOSTICO DEL ESTADO ACTUAL

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En cuanto se refiere al trazado de la vía, ésta presenta un alineamiento horizontal con excesivas cantidades de curvas, con radios de curvatura mínimos de 15 m, presenta tangentes intermedias mínimas, tiene un ancho de calzada variable de 4.5 a 8 m en los mejores de los casos, tiene una pendiente longitudinal promedio de ± 8 - 10 %, pero también encontramos tramos de vía con gradientes fuertes de 12 y 14 % en longitudes menores de 200 m.

El drenaje superficial en la vía prácticamente es nulo, debido a que existen limitada cantidad de alcantarillas, y en lugares que existen alcantarillas, estas no han recibido un mantenimiento adecuado, lo que ocasiona en algunos casos como por ejemplo en el sitio denominado El Carmelo en el km 12 + 500, la alcantarilla se encuentre en pésimo estado, debido principalmente a la vetustez de estas, las cuales han fallado ocasionado socavación en la mesa de la vía lo cual da como resultado que el semiancho de la vía ya no exista. Además cabe señalar que no existen ningún tipo de cunetas laterales para la circulación de las aguas lluvias que caen sobre la vía, ni donde dichas aguas desfoguen lo más rápido posible fuera de la vía o hacia una corriente natural. Tampoco existen cunetas de coronación para que las aguas que se escurre hacia la vía sean interceptadas antes de llegar a esta y sean evacuadas a otro sitio.

El estado actual de la mesa de• l víafíen ün material de mejoramiento entre 20 -40 cm, que se encuentre bien compactado, el suelo natural es de buenas características como material granular que en algunos de los casos podría servir como material de mejoramiento. A lo largo de la vía al pie del talud, se encuentra diferentes tipos de suelos como, macizos rocosos, gravas, arcillas, materiales finos, etc.

Ik

CAPÍTULO 3

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3. PROYECTO DE MEJORAMIENTO DE TRAZADO DE

LA VÍA

3.1 INFORMACIÓN BÁSICA

3.1.1 TOPOGRAFÍA

La topografía es un factor principal para la localización física de la vía, pues afecta su alineamiento horizontal, sus pendientes, su distancia de visibilidad y sus secciones transversales. A los terrenos se los clasifica en las siguientes categorías:

Terreno Plano.- Este tipo de terreno tiene pendientes transversales a la vía menores del 5%. Exige mínimo movimiento de tierras en la construcción de la carretera y no presenta dificultades en el trazado ni en su explanación, por lo que las pendientes longitudinales de las vías son normales menores del 3 %.

Terreno Ondulado.- Se caracteriza por tener pendientes transversales a la vía del 6 % al 12 %. Requiere moderado movimiento de tierras, lo que permite alineamientos más o menos rectos, sin mayores dificultades en el trazado y en la explanación, así como pendientes longitudinales típicas del 3 % al 6 %.

Terreno Montañoso.- Las pendientes transversales a la vía suelen ser de 13 % al 40 %. La construcción de carreteras en este terreno suponen grandes movimientos de tierras, por lo que presentan dificultades en el trazado y explanación. Pendientes longitudinales de la vías del 6 % al 8 % son comunes.

eete de me/emce#i de€ 01acide de ¿e Oí4 12

En la zona que se realizo el presente estudio se puede decir que se trata de un terreno montañoso y en algunos casos escarpados, típico en estos sectores de nuestro país por encontrarnos un sistema muy montañoso. Donde se presentan pendientes altas y restricciones en las distancias de visibilidad, exceso de curvas, disminuyendo la velocidad de los vehículos y por ende los de carga y transporté interprovincial.

Por tratarse de la rectificación de la vía se realiza en primer lugar la localización del eje, nivelación del eje, colocación de referencias, levantamiento de perfiles transversales, replanteo del eje definitivo y colocación de laterales.

Localización del ele.- El procedimiento se lo realiza por el sistema localización

directa, como su nombre lo indica, consiste en situar directamente en la vía las tangentes y las curvas circulares que constituyen el eje de la vía, para esto se inicia determinando el punto inicial de partida que deberá estar perfectamente referenciado, mediante la colocación de mojones de hormigón, desde los cuales se puede efectuar la reposición de dicho punto cuando sea necesario. Se determina las coordenadas y cotas del punto inicial de partida, las mismas que deben estar en lo posible referidas a hitos del l.G.M., la cota debe ser leída _{t9? de} precisión calibrada sobre un hito y las coordenadas de la carta fica.escáip

1:50000. El azimut o rumbo de partida se lo determina media

solar.

Una vez localizado el eje se procede a estacarlo cada 20 m o cuando las características del terreno así lo permita yen curvas cada 10 m ó menos de acuerdo a las inflexiones del terreno, se identifica cada abscisa del polígono con estacas de madera y estos puntos se identifican mediante una estaca testigo de 5 cm y 35 cm

aproximadamente, las cuales van colocadas junto a cada punto de tal manera que se observe o se reconozca en el sentido de avance de la obra.

Nivelación del eje.- Una vez realizado el replanteo del eje y estacado en todos los

pwqea4 de ¿d puya.4 de U 0¿Z 13

la nivelación entre ida y regreso es igual a 1 km, por lo que el error máximo admisible es de 10 mm por km, el mismo que se deduce de la formula siguiente:

E=±0.O1OJ (Ec. 3.1)

Por lo tanto, el error máximo permisible es de 10 mm por cada 500 m. El error de cierre se lo encuentra por la diferencia que existe entre el desnivel obtenido en la ida y el nivel obtenido en el regreso. El desnivel se lo obtiene por medio de la siguiente fórmula:

Lad -Lat A B (Ec. 3.2)

En donde:

Lad = Sumatoria de lecturas adelante Lat = Sumatoria de lecturas atrás A = Diferencia de nivel o desnivel

El error de cierre se lo compensa para obtener la cota corregida del nuevo BM, que servirá como punto de partida para la nivelación de los siguientes 500 m del polígono.

Colocación de Referencias.- "La colocación de estacas de referencia es indispensable para definir el proyecto en planta; pues éstas permiten el control horizontal del eje del camino, asegurando que éste conserve el alineamiento correcto, desde ella se podrá reponer cualquier punto notable del eje como: PI, PC, PT, POT, etc, con absoluta precisión. Todos los puntos que definen el eje del proyecto en planta, deben quedar referenciados con la finalidad de fijar su posición con respecto a las referencias que se supone permanecerán inamovibles durante la construcción ,2

2 _{CUEVA, Pío, Ing.,}

de me de€t,za4de de 14

Las referencias se colocarán fuera de los límites de construcción, para referenciar estos puntos se emplea en lo posible ángulos y distancias exactas, estos ángulos se los mide siempre tomando como referencia el eje de la vía y en el sentido de avance de la misma, si no se encuentra punto fijos que pueden servir como referencia árboles, aristas de construcciones o mojones de hormigón. Se colocaron referencias de hormigón a lo largo del proyecto cada 300 m a 30 m de eje de 1 a vía hacía la derecha y hacia la izquierda.

Levantamiento de perfiles transversales.- Se toma perfiles transversales en forma perpendicular en ambos lados del polígono en cada punto estacado a una distancia de 30 m, esto nos sirve para conformar la faja topográfica del proyecto, ya que nos permite conocer tanto las distancias a partir del eje del polígono como las cotas en dichos puntos.

Para la determinación de los perfiles transversales se utilizo dos reglas, para determinar la diferencia de nivel y la distancia, tomando cotas redondas al metro para en lo posterior poder eliminar la interpolación.

Replanteo del eje.- Es el trabajo de campo que consiste en trasladar el proyecto del plano al terreno, mediante las relaciones geométricas existentes entre el polígono fundamental del levantamiento topográfico y el eje del proyecto. Una vez localizado el eje del proyecto se procede a estacarlo cada 20 m Jañdolas características del terreno así lo permitan, para posterior a esto nivelar el eje realizando el mismo procedimiento ya descrito.

15

3.1.2 MECÁNICA DE SUELOS

Una vez realizado el levantamiento topográfico de la carretera en estudio, se realiza el estudio de suelos de la subrasante mediante un programa de muestreo y ensayos de suelos definidos, de tal manera que permita determinar exactamente como sea posible la naturaleza y secuencia de los estratos, así como las propiedades físicas y mecánicas de los suelos a lo largo del eje. Este estudio resultará muy importante, debido a que éste influirá en la ejecución del proyecto definitivo. La metodología consiste en:

• Se realiza la toma de muestras de suelos de la subrasante mediante la excavación de pozos a cielo abierto de hasta 1.00 m de profundidad uno cada kilómetro a lo largo de la vía en estudio. Durante la excavación se dibujará el perfil estratigráfico del terreno, se tomara muestras a 50 cm de profundidad en una cantidad aproximada de 2 kg y se lo colocará en fundas plásticas y a un 1.00 m de profundidad se tomará muestras aproximadamente de 50 kg, para posteriormente ser trasladadas al laboratorio.

• Se deberá establecer la profundidad del nivel freático en caso de detectarla. • Todas las muestras recuperadas se clasificarán en sitio mediante el sistema

manual visual (ASTM - D 2488).

• En laboratorio se realizará ensayos de humedad natural, ensayos de granulometría por tamizado, limite líquido y límite plástico.

eqecte de meame det izaa44 de ¿4 i 16

3.1.3 GEOLOGÍA Y GEOTECNIA

Comprende todo el conjunto de estudios de campo, recorrido e inspecciones, análisis y cálculos que conducen al conjunto de recomendaciones y conclusiones necesarias para establecer las normas geotécnicas de la vía en estudio y los procedimientos constructivos de la misma, siendo las exploraciones, muestras y pruebas que se hagan para fundamentar el estudio geotécnico simples y básicas. Para la realización del presente estudio geotécnico se distinguen dos etapas: la primera corresponde a el reconocimiento, explotación, levantamiento de datos y las pruebas de laboratorio, en la segunda etapa se recopila la información disponible, se analiza, se produce recomendaciones detalladas y concretas para finalmente redacta el informe final.

La metodología es la siguiente:

• Se debe contar con hojas geológicas a escala 1:100000 del Ministerio de Energía y Minas, mapas morfo-pedológicos a escala 1:200000 del Ministerio de Agricultura y Ganadería y el mapa de zonificación de suelos.

• Para facilitar y ordenar los trabajos de campo resulta más fácil dividir la zona en estudio en zonas de características fisiográficas y morfológicas similares.

• Los aspectos litológicos y de suelos permitirán después hacer una división en subzonas descritas con detalle.

wqecte de e/emietta dd e'aadø de ¿4 17

• Se debe detectar los posibles problemas geotécnicos a lo largo de la zona en estudio, este debe ser muy minucioso sobre todo en lo que se refiere a zonas lacustres o pantanosas, fuente de problemas de estabilidad y asentamiento de terraplenes sobre suelos blandos; laderas inestables, etc.

• Una vez detectados estos tipos de problemas geotécnicos, se debe considerar alternativas de cambio en el trazo de la vía, y estos cambios deben tener consideraciones muy preponderantes en el estudio.

• El estudio geológico de campo permitirá establecer tramos de carretera que tengan diferentes características, lo cual facilitará una correcta programación en el movimientos de tierras.

• El préstamo longitudinal compensado, el préstamo lateral, y el uso de bancos

de préstamo importado deberán detallarse claramente en el estudio geotécnico.

• El estudio geotécnico debe extenderse hasta cubrir las recomendaciones en torno a dónde y como construir las diferentes obras complementarias de drenaje.

Banco de Materiales.- _{Dentro de! proceso constructivo y de mantenimiento de vías}

terrestres, los costos de los materiales como roca, grava, arena y otros suelos, son muy onerosos, por lo que su localización y selección se convierte en uno de los problemas básicos para el ingeniero civil y geólogo. Para la localización de un banco debe considerarse:

• La calidad de los materiales extraíbles, juzgada en calidad estrecha con el uso que se le de.

• Debe ser fácilmente accesible y que puedan ser explotados con procedimientos más eficientes y menos costosos.

18

• Tienen que ser los que conduzcan a los procedimientos constructivos más sencillos y económicos durante su tendido y colocación final de la obra, requiriendo los mínimos tratamientos.

• Los bancos deben estar localizados de tal manera que su explotación no conduzca a problemas legales de difícil o lenta solución, y que no perjudique a los habitantes de la región.

• Considerar en lo posible el menor impacto ambiental, tratando de reducir en lo mínimo los daños al medio ambiente.

La exploración para la localización y valuación de los bancos son la fotointerpretación, los sondeos, pruebas de laboratorio y la prospección geofísica. Rara vez se requiere explorar a profundidades de 10 m, el pozo a cielo abierto, la posteadora y los barrenos helicoidales son los métodos más empleados en suelos. En la Tabla 3.1 se incluyen los tipos de pruebas que han de efectuarse a los distintos materiales provenientes de los bancos, según el uso se hará.

En lo referente a la vía en estudio existe en el kilómetro 6, un banco de material, el mismo que se encuentra junto a la vía, el cual se lo está explotando en la actualidad y se está lastrando todo el tramo de vía de las Chinchas a Zambi.

3.2 PARÁMETROS PARA EL DISEÑO

Los parámetros fundamentales que se debe consideraren el diseño de las carreteras son las siguientes:

Características Humanas.- Se refiere a la visión, percepción, aspectos psicológicos, eficacia, fatiga, aspectos fisiológicos, tiempos de percepción y reacción M conductor. Para el Ecuador, se considera tiempos de percepción de 1 s y de reacción de 2 s; alturas del ojo del conductor de 1.05 m para vehículos livianos, 2 m para vehículos pesados y del obstáculo de 0.2 .

?frtaddeéa

TABLA 3.1 PRUEBAS DE LABORATORIO QUE SE EFECTÚAN A LOS SUELOS QUE SE EXTRAEN DE BANCOS, SEGÚN SU UTILIZACIÓN

Terraplenes

a) Clasificación: - Límite de plasticidad. - Granulometría

b) Calidad: - Peso volumétrico máximo - Valor relativo de soporte (CBR)

II. Capa Subrasante

a) Clasificación: - Límite de plasticidad. - Granulometría

b) Calidad: - Peso volumétrico máximo - Valor relativo de soporte (CBR) - Expansión

- Equivalente de arena

c) Diseño - Determinación del valor relativo de soporte (CBR), o bien

• - Pruebas de Hveem, o bien

- Pruebas triaxiales de Texas

III. Base y Sub-Base

a) Clasificación: - Límite de plasticidad. -Granulometría

b) Calidad: - Peso volumétrico máximo - Valor relativo de soporte (CBR) - Expansión

- Equivalente de arena

c) Diseño Si se desea hacer un diseño estructural por capas, deberán realizarse las pruebas indicadas para la capa desubrasante.

Carpeta Asfáltica

a) Clasificación: - Límite de plasticidad. - Granulometría

b) Calidad: - Pruebas de desgaste yio alterabilidad - Expansión

- Afinidad con el asfalto - Equivalente de arena

- Pruebas para definir la forma de los agregados c) Diseño - Pruebas de Marshall, o bien

- Pruebas de Hveem.

- El contenido óptimo de asfalto puede determinarse también por el método C.K.E. U otros

aqe de e/a'asdeit4 de¿ eJz44d de ¿4 i 20

dimensiones y características operacionales así como la cantidad que circulan por una carretera, permiten establecer controles de diseño geométrico. Tiene sus dimensiones y radios mínimos de curvatura mayores que los vehículos de su clase. Los vehículos de diseño para el Ecuador, de conformidad a investigaciones realizadas al respecto por la Universidad Católica de Quito, son (ver Tabla 3.2):"

TABLA 3.2 VEHÍCULOS DE PARA ECUADOR VEHÍCULOS DE DISEÑO - ECUADOR

TIPO SÍMBOLO DISTANCIA LONGITUD ANCHO VEHÍCULO

ENTRE

EJES TOTAL (m) EXPERIM.

Automóvil AU 2.78 m. 5.02 1.89 m. Ford Granada

Camioneta y

Furgoneta CF 3.53 m. 5.44 1.96 m. Ford F-250

Jeep J 2.23 m. 3.6 1.68 m. Land Santana

Bus BU 5.70 m. 9.22 2.2 m. C - 700

Camión SU 6.10 m. 9.10 2.6 m. AASHTO

Trailer WB 61+9.1 m. 16.7 2.6 m. AASHTO

Fuente: CUEVA, Pío. Ing. Proyecto, Construcción, Fiscalización y Mantenimiento de Caminos.

Loja. 2000. Pág. 6-7

Características de Diseño.- Los parámetros que deten a

51

1aracterísticas de

fiP

diseño de una carretera son: la velocidad, la rde curvatura horizontal, la distancia de parada, el gradiente, la _'-'cidade l 1 y el nivel de

servicio, las intersecciones, y las facilidades interme

a) Velocidad Específica.- E la velocidad máxima a la que se puede 'circular en

cada elemento de un trazado sin rebasar las limitaciones de trazado en condiciones ideales de tráfico y ambientales normales.

b) Velocidad de Proyecto (V).- Es la máxima velocidad constante a la que

puede circular con seguridad y comodidad en una vía o cuando no se depende más que de la geometría de la carretera, fijando por consiguiente límites de los elementos de trazado, tal como se indica en la Tabla 3.3 y su selección debe realizarse en base

a las condiciones indicadas en el manual de diseño en vigencia en el MOP-E.

• 21

TABLA 3.3 VELOCIDAD DE DISEÑO (Km/h) VALORES RECOMENDADOS (SEGÚN BERGER - PROTECVÍA)

CLASE REGIÓN TOPOGRÁFICA

LLANO ONDULADO MONTAÑOSO

Rl - Ru 120 100 80

100 80 70

II 80 70 60

III 80 60 50

IV 60 50 40

V 50 40 30

Nota: Para autopistas Rl - Ril, la velocidad de proyecto sera la especificada para corredores arteriales, aún cuando éstas pertenezcan a carreteras con función de colectora.

Fuente: CORPECUADOR, Diseño Geométrico Carreteras. Quito 2000. Pág. 7

c) Distancia de Visibilidad de Parada (Dp).- Es la distancia mínima necesaria para que un vehículo se detenga, cuando ocurre un suceso que requiere la inmediata aplicación de los frenos por parte de su conductor y esta compuesta por la distancia de percepción-reacción más la-de frenado.

Vt v2 y2

Dp --- + _{= 0.8V + 0.004 (Ec. 3.3)}

3.6 254(f1+i) (fl+i)

En donde:

V = Velocidad de proyecto en km/h

t = Tiempo en seg. (3 s).

-fi = Coeficiente de rozamiento longitudinal para pavimentos mojados = 1.15N°3

= Pendiente tanto por ciento dividido para cien con el signo correspondiente. Esta distancia es la mínima que requiere un conductor para detenerse en una forma segura por lo que debe ser considerada en diseños de curvas horizontales y verticales.

V [

Dm=—i1+ ¡

1.8[ \ig.f2 (Ec. 3.5)

de eutit de¿ tuyada de ¿4 22

sin peligro de colisión con otro que pueda circular en sentido contrario, su determinación se la puede realizar de acuerdo a lo establecido en las normas en vigencia que utilizando la Ecuación 3.4.

Dr = 0,883(V - m) + 2S + 0,278(V - m)t2 + 0,278(Vt2) (Ec. 3.4)

En donde:

ti = Tiempo de percepción reacción 3 seg.

m = Diferencia de velocidades entre los dos vehículos en km/h (15 km/h) S = Distancia de seguridad entre dos vehículos en m.

S = 0,20V+6enm.

t2 = Tiempo que se tarda en rebasar al vehículo delantero desde el instante que el conductor decidió realizar la maniobra en seg. = 2 (3.6 S/)05.

V = Velocidad de proyecto en km/h

J = Aceleración del vehículo que esta rebasando km/h/s.

De acuerdo con las correcciones establecidas en las normas del MOR, se establece la variación de la distancia de visibilidad de rebasamiento en función de la velocidad (Dr = 9.54 V - 218) para velocidad entre 30 y 100

km/h.

e) Distancia de maniobra (Dm).- Es la distancia necesaria para que dos vehículos que circulan sobre la línea central al divisarse vuelvan a su línea de circulación sin que llegue a producirse la colisión.

En donde:

A = Ancho de carril de circulación en m. g = Aceleración de gravedad en cm/s 2

3

de€ de ¿a T 23

TABLA 3.4 COEFICIENTE DE FRICCIÓN LATERAL

Vkm/h 40 50 60 70 80 90 100 110 120

F2 _{0.17 0.16 0.15}

0.15 0.14 0.13 1 012 0.11 1 0.10

Valores que son necesarios tomar en cuenta en el diseño de curvas verticales de acuerdo a lo indicado a la Figura 3.1. En el diseño de la curva vertical se puede considerar la distancia mínima de seguridad que se recomienda en la Tabla 3.5.

haz de focos delanteros

lo

Distanc^v-isililbdad deten

DISTANCIA DE VISIBILIDAD PARA DETENERSE EN UNA CURVA CÓNCAVA EN LA NOCHE

-2.01.05 n

4---

-J

---o Distancia de visibilidad - Di0onoion,edio _{para deterse Dp}

poro vehvsloo

Distancia de visibilidad Dm

DISTANCIA DE VISIBILIDAD PARA DETENERSE EN UNA CURVA CONVEXA

FIGURA 3.1 DISTANCIA DE PARADA EN CURVAS VERTICALES

f) Distancia de cruce (Oc).- Es la distancia de visibilidad libre de obstáculos que requiere un conductor de un vehículo que está detenido en un cruce de carreteras para atravesar la vía perpendicular a su sentido de circulación cuando visualiza a un vehículo que viene en esa vía. Su magnitud se determina utilizando la Ecuación 3.6.

V +w+z

Dc= — [t^ +¿

3.6 .9(j+i)

En donde:

tr = Tiempo de percepción - reacción (3 s).

W = Ancho de la calzada en m.

z = Longitud del vehículo en m.

wqea de me/aet.i deé emp.Y4 de ¿4 24

d = Distancia entre línea de parada y bordillo en m. V = Velocidad de proyecto de vía principal en km/h. J = Aceleración del vehículo en "g" (para camión 0,06).

= Pendiente longitudinal de vía de vehículo detenido.

Fuente: CORPECUADOR, Diseño Geométrico Carreteras. Quito 2000. Pág. 12

FIGURA 3.2 VISIBILIDAD DE CRUCE

TABLA 3.5. DISTANCIAS MÍNIMAS DE VISIBILIDAD RECOMENDADAS (SEGÚN ODA - TRRL)

VELOCIDAD DISTANCIA DE DISTANCIA MÍNIMA DE DE PROYECTO VISIBILIDAD DE REBASAMIENTO

(Km/h) PARADA (m) (m)

Dos carriles

120 230 590

100 160 430

80 120 320

70 85 240

60 65 180

50 50 104

40 35

-30 25

-Un_ carril _(1)

60 130

-50 100

-40 70

-30 ₅₀

-Fuente: CO RPECUADOR, Diseño Geométrico Carreteras. Quito 2000. ág. 11

Pwect de me/'amietø de¿ t'iada de ég i 25

3.3 ALINEAMIENTO HORIZONTAL Y VERTICAL

3.3.1 DISEÑO HORIZONTAL

El alineamiento horizontal es la proyección del centro de la línea de una obra vial sobre un plano horizontal, se compondrá para un tramo de la adecuada combinación de rectas (tangentes), curvas circulares y de transición, sobreanchos y peraltes con referencia a un eje que define un punto de cada sección transversal.

Tan gentes.- _{Las tangentes son la proyección sobre un plano horizontal de las}

rectas que unen a la curva. El punto de intersección de la prolongación de las dos tangentes consecutivas se la conoce como PI, y el ángulo de deflexión formado por la prolongación de una tangente y la siguiente se le representa por a.

Longitud de Tangentes Intermedias Mínimas (Tim).- _{"Cuando se presenta}

condiciones criticas en el diseño geométrico para unir curvas horizontales consecutivas, es necesario introducir entre ellas una tangente intermedia con una longitud mínima, permitiendo adaptar el proyecto a las condiciones topográficas en la zona y condiciones de seguridad para que el vehículo que termina de circular en una curva se estabilice totalmente antes de entrar a la siguiente curva. Pudiendo estimarla utilizando las ecuaciones 3.7 para tramos entre curvas circulares, 3.8 para tramos entre curvas espirales y 3.9 para tramos entre una curva circular y una espiral."5

Timc =0.66(1-1 + L2) (Xl +X2) (Ec. 3.7)

Time =4X (Ec. 3.8)

Timce = 0.50(Timc + Time) (Ec. 3.9)

Donde Xl y X2 son longitudes en las que se efectúa la primera fase de la transición del peralte de las curvas Cl y C2 respectivamente; y, Li y L2 son longitudes en las que se realiza la segunda y tercera fase de la transición del peralte, cuyos valores se obtienen de los indicados en la Tabla 3.6.

eee de mejo'rete de¿ ta de 26

TABLA 3.6 VALORES DE "X" Y "L"

(SEGÚN BERGER - PROTEC VÍA)

VELOCIDAD DE X(m) L(m)

PROYECTO (Km/h) MÍNIMO IDEAL MÍNIMO IDEAL

<60 10 10 22 37

60-79 10 13 126 46

80-100 16 16 1 26 5

Fuente: CORPECUADOR, Diseño Geométrico Carreteras. Quito 2000. Pág. 13

Lon g itud Máxima de las Tangentes.- Las tangentes deberán tener una longitud máxima a fin de evitar accidentes del trazado y fatiga del conductor, por lo que resulta aconsejable evitar tangentes excesivamente largas, introduciendo en su lugar a curvas circulares de radio muy amplio (5 000— 10 000 m).

Radios Mínimos de Curvatura.- El radio mínimo de curvatura es el valor límite de éste para una determinada velocidad de diseño. En las intersecciones o cruces de la red vial, en los que determinados giros se realizan a velocidad reducida (< 30 km/h), por ser necesaria la detención del vehículo, son las dimensiones y posibilidades de maniobra del vehículo de diseño y su radio de giro, las que determinan los radios más convenientes. Los valores de radio mínimo de giro de diseño los especifica la Tabla 3.7 para los principales tipos de vehículo.

TABLA 3.7 RADIOS MÍNIMOS DE GIRO AASHTO TABLA 11-2

TIPO DE VEHÍCULO RADIO MÍNIMO m

Carro de pasajeros 13.8

Camión simple 27.8

Semi trailer 22.2

Trailer 17

Fuente: CORPECUADOR, Diseño Geométrico Carreteras.

En cambio, en las carreteras los radios mínimos a adoptar

j2000Pág. 1%\

Rm = 28.66Dp

(a/2) (Ec. 3.11)

aqecte de

a4ti

Rm=

127(f2 + e) (Ec. 3.10)

En donde:

e = Peralte

Rm Radio mínimo de la curva circular

f2 = Coeficiente de fricción transversal de acuerdo a valores de la tabla 3.4 "Los radios de las curvas circulares deben tener un valor mínimo, de tal manera que por lo menos exista la distancia de visibilidad de parada a lo largo del borde exterior de la calzada y no sea menor al valor determinado por la Ecuación 3.1 j,,.6

En donde

Dp = Distancia de visibilidad de parada.

a = Ángulo de deflexión de las tangentes en radianes.

TABLA 3.8 RELACIÓN VELOCIDAD Y RADIO DE LA CURVA HORIZONTAL

(SEGÚN TRRL - ODA)

VELOCIDAD DE DISTANCIA DE RADIO MÍNIMO DE CURVAS PROYECYO (Km/h) VISIBILIDAD DE HORIZONTALES

PARADA (m) PAVIMENTADA NO PAVIMENTADA

e10% e0%

Dos carriles

120 230 450

-100 160 320

-80 130 210

-70 85 130 190

60 65 85 125

50 50 60 80

40 35 30 40

30 25 15 20

.., -''-.

r5o _____ s = ni - +

[R 1OR°•5 (Ec. 3.13)

wqece de /imce de¿ t'taaI de 28

Peralte.- Es la inclinación transversal que se le da a la calzada para reducir los efectos de la fuerza centrífuga, por razones de orden practico el valor máximo del peralte debe limitarse ya que un peralte exagerado puede provocar el deslizamiento del vehículo hacia el interior de la curva cuando circula a baja velocidad o se ve obligado a detenerse. De otra parte, un peralte reducido resulta inadecuado porque limita la velocidad en las curvas. Su valor se determina utilizando la Ecuación 3.12.

0.0044V2

e = (Ec. 3.12)

R

Se recomienda para vías de dos carriles un peralte máximo del 10% (0,10) para carreteras y caminos con capa de rodadura asfáltica, de concreto o empedrada para velocidades de diseño mayores a 50 Km/h; y del 8% (0,08) para caminos con capa granular de rodadura y velocidades hasta 50

Km/h.

Sobreancho.- Es la magnitud que debe adicionarse al ancho de la calzada por efecto de las llantas traseras de los vehículos que no siguen exactamente las huellas de las llantas delanteras. Independientemente del número de carriles, la Norma MOP recomienda que el sobreancho se calcule con la Ecuación 3.13; aunque se reconoce que existen métodos gráficos y computarizados que permiten establecer con una adecuada precisión estos valores.

En donde:

S Sobreancho en m.= N = Número de carriles.

V = Velocidad de proyecto en

km/h.

R = Radio de curvatura.

cze de ege deéttvde de ¿a i 29

accesos a la curva, a fin de asegurar un alineamiento razonablemente gradual del borde del pavimento y coincidir con la trayectoria de los vehículos que entran o salen de una curva. A continuación se indican los puntos fundamentales que conciernen al diseño en este aspecto y son aplicables a ambos extremos de las curvas horizontales:

• "En curvas simples, sin espirales, el ensanchamiento debe hacerse con respecto al borde interno del pavimento solamente. En las curvas diseñadas con espirales, el ensanchamiento se reparte por igual entre el borde interno y el borde externo del pavimento.

• El ensanchamiento debe obtenerse gradualmente sobre la longitud de

desarrollo del peralte, aunque a veces pueden utilizarse longitudes menores.

• En los alineamientos sin espirales, el ensanchamiento debe realizarse progresivamente a lo largo de la longitud de desarrollo del peralte, esto es, 2/3 en la tangente y 1/3 dentro de la curva, y en casos difíciles, 50 % en la tangente y 50 % dentro de la curva.

• Para el caso del alineamiento con curvas espirales, el ensanchamiento se lo distribuye a lo largo de la longitud de la espiral , obteniéndose la magnitud total de dicho ensanchamiento en el punto espiral-curva (EC)."7

Curvas circulares simples.- Una curva circular simple es un arco de circunferencia tangente a dos alineamientos rectos de la vía y se define por su radio, que será asignado por el diseñador como mejor le convenga de acuerdo a la comodidad del usuario de la vía y tomando en cuenta la economía en la construcción y el funcionamiento. Los Elementos que conforman una curva circular simple son los siguientes:

zqect de øe/e ~ de€ 1qide de 14 30

[S1

Fuente: MOP. Manual de Proyecto Geométrico de Carreteras. México 1971. Pág. 299

FIGURA 3.3 CURVA CIRCULAR SIMPLE

Pl Punto de intersección de la prolongación de la tangente. PC Punto donde comienza la curva circular simple.

PT Punto en donde termina la curva circular simple. PST Punto sobre tangente.

PSST Punto sobre subtangente. PSC Punto sobre la curva circular. O Centro de la circunferencia.

Ángulo de deflexión de las tangente. A c Ángulo central de la curva circular. 8 Ángulo de deflexión a un PSC.

Ángulo de una cuerda cualquiera. Ic Ángulo de una cuerda larga.

Gc Grado de curvatura de la curva circular.

Rc Radio de la curva circular. « ST Tangente.

E Externa.

M Ordenada media. C Cuerda.

CL Cuerda larga.

4111 A

Rc= 1145.92

Gc (Ec. 3.15)

31

L Longitud de un arco.

Lc Longitud de la curva circular

Grado de Curvatura.- Es el ángulo subtendido por un arco de 20 m. Se representa con la letra Gc:

Gc 3600 Gc= 1145.92

20 *g* Rc (Ec. 3.14)

Radio de la Curva.- Es el radio de la curva circular. Se simboliza como Rc:

Án g ulo Central- Es el ángulo subtendido por la curva circular se simboliza como

Lc.

Lon g itud de Curva.- Es la longitud del arco entre el PC y PT. Se representa como Lc.

* Ac

Lc = Rc (Ec. 3.16)

180°

Subtangente.- Es la distancia entre el Pl y el PC o PT, medida sobre la prolongación de las tangentes. Se representa como ST. Del triángulo PI-O-PT, se tiene:

Ac

ST = Rc *tan - (Ec. 3.17)

2

Externa.- Es la distancia mínima entre el Pl y la curva. Se representa con la letra E. En el triángulo rectángulo PI-O-PT, se tiene:

( z\c

E = Rci sec--1 (Ec. 3.18)

M = Rc Rc * cos = Rc * senver

-2 2 (Ec.3.19)

e = Gc *1

20 (Ec. 3.20)

Gc * lc

cDc =

40 (Ec. 3.24)

oeeee de m iet e cid t74ada de ¿4 «i 32

Ordenada Media.- Es Ja longitud de la flecha en el punto medio de la curva. Se simboliza con la letra M. Del triángulo PI-O-PT, se tiene:

Deflexión a un punto cualquiera de la curva.- Es el ángulo entre la prolongación de la tangente en PC y la tangente en el punto considerado. Se le representa como 0.

Cuerda.- Es la recta comprendida ente dos puntos de la curva. Se le denomina O.

C

=2*

2 (Ec. 3.21)

Para la cuerda larga:

CL = 2*Rc*sen

2 (Ec. 3.22)

Áng ulo de la Cuerda.- Es el ángulo comprendido entre. la prolongación de la tangente y la cuerda considera. Se representa como . En el tiái.gilbIF..Ç;O-PSC

jf (Ir.,

Gc*l

cI = (Ec. 3.23)\ . . ••.t...Y

40

\'-''•A (

Para la cuerda larga:

Tcete de øe/ome1e del' t'aad de l' 33

circulares simples del mismo sentido y de diferente radio, o de diferente sentido y cualquier radio. Se puede utilizar esta solución en casos especiales, tales como obstáculos yio condiciones especiales del terreno en donde la longitud de las tangentes no son iguales. En carreteras debe evitarse este tipo de curvas, porque introducen cambios de curvatura peligrosos; sin embargo, en intersecciones pueden emplearse siempre y cuando la relación de los radios consecutivos no sobrepase de 2.0 y se resuelva satisfactoriamente la transición de la sobre elevación.

Los principales elementos de la curva circular compuesta se ilustran se ilustra con una curva de tres centros en la figura 3.4

o!

Fuente: MOP. Manual de Proyecto Geométrico de Carreteras. México 1971. Pág. 302

FIGURA 3.4 CURVA COMPUESTA DE TRES RADIOS

PI Punto de intersección de las tangentes.

PCC Punto donde se inicia la curva circular compuesta. PTC Punto donde termina la curva circular compuesta.

oeeee de me/e'aete de¿ ot.V4 de ¿a 34

01, 02, 03

A

A l¡, A 2, Ac3

Rcj, Rc29 Rc3 STC 1 , STC2

i, P2, k1, k2

termina una curva circular simple y empieza otra.

Centro de curvas circulares simples que integran la curva circular compuesta.

Ángulo de deflexión entre tangentes.

Ángulos centrales de las curvas circulares simples. Radios de cada una de las curvas circulares simples. Subtangente de la curva circular compuesta.

Desplazamiento de la curva central para cada curva compuesta de tres centros.

De la figura se obtiene: xl 2Rc2sen J_ sen(Aci +

2Rc2sen 1 senA ci

+iJ

x3 _{= 2Rc3sen 4Q cos(Ac1} + A ₂ +

= 2R 3sen --- sen(Ac i + A 2 +

Puede verse también que:

X = xl+ x2 + x3 +

Y=yl +y2+y3+... A = A 1 + A ₂+ A 23 +

(Ec. 3.25)

(Ec. 3.26)

(Ec. 3.27)

(Ec. 3.28)

(Ec. 3.29) (Ec. 3.30) (Ec. 3.31)

Las tangentes de la curva circular compuestas serán:

STC 1 = X - STC 2 cos A (Ec. 3.32)

STC2 = Y csc A (Ec. 3.33)

Poect de 4e/ _{etee del' jzazde de ¿} 35

Curvas de transición.- Son curvas que se insertan entre las tangentes y las curvas circulares, requiere hacerlo de forma gradual, a fin de reducir la presencia abrupta de la aceleración lateral. Pueden también utilizarse para unir rectas o dos curvas circulares. La curva de transición recomendada es la espiral, cuyos parámetros básicos se muestran en la Figura 3.5 y sus características geométricas y utilización se regirán de acuerdo a lo establecido en las normas vigentes del MOP.

Fuente: CORPECUADOR, Diseño Geométrico Carreteras. Quito 2000. Pág. 20

FIGURA 3.5 PARÁMETROS BÁSICOS DE UNA CURVA DE TRANSICION

3.3.1.1 RECOMENDACIONES GENERALES

zzqece de e/emcee de€ eaade de ¿4 36

en cuanto a la integración de líneas curvas, y no un alineamiento horizontal recto que corte ondulaciones naturales del terreno.

• El diseñador deberá adoptar en lo posible radios de curvas superiores a los mínimós establecidos en estas normas. Pero no deberá sobredimensionar las longitudes de transición; ni introducirá curvas de radios bajos luego de largos tramos rectos; ni curvas y contra curvas consecutivas con diferentes radios; ni tampoco considerará longitudes de tangentes menores a las longitudes mínimas establecidas.

• El diseñador deberá adoptar en lo posible radios de curvas superiores a los mínimos establecidos en estas normas. Pero no deberá sobredimensionar las longitudes de transición; ni introducirá curvas de radios bajos luego de largos tramos rectos; ni curvas y contra curvas consecutivas con diferentes radios; ni tampoco considerará longitudes de tangentes menores a las longitudes mínimas establecidas.

3.32 ALINEAMIENTO VERTICAL

"Se definen como características prioritarias para el diseño del perfil longitudinal, a aquellas que se derivan de una buena visibilidad y de una variación continua y gradual de los parámetros geométricos, tales como pendientes, radios y longitudes de curvas verticales. ,8

Pendientes.- Las pendientes del eje de la carretera pueden producir variaciones en la velocidad de operación de los vehículos, son las inclinaciones de las rampas. Su adopción en el trazado es función, dentro de un análisis económico, de las características topográficas del terreno por donde se desarrollará y de la facilidad de operación de los vehículos.

De acuerdo a las restricciones en pendientes aplicadas en la actualidad se

wqectø de del' tade de é i 37

recomiendan los valores máximos permitidos en el diseño que incluye la Tabla 3.9, aunque su utilización debe ser restringida.

TABLA 3.9 PENDIENTES MÁXIMAS (%) PERMITIDAS (SEGÚN ODA - TRRL)

FUNCIÓN DE VELOCIDAD DE PROYECTO

CARRETERA (Km/h)

50 70omás

Corredor arterial - 6

Colectora 10 8

Vecinal 15

Fuente: CORPECUADOR, Diseño Geométrico Carreteras. Quito 2000. Pág. 21

En caminos vecinales cuando exista la posibilidad que circulen carretas, o la subrasante está compuesta por suelos arcillosos, la pendiente no deberá exceder del 5 %. Si la pendiente es del O %, es decir, si el tramo es horizontal, puede utilizarse cuando la geometría de la sección transversal ofrece un drenaje lateral adecuado.

Pendiente máxima.- Es la mayor pendiente que permite el proyecto, su valor queda determinado por el volumen de tránsito futuro y su composición, por la configuración o tipo de terreno por donde pasa la vía y por la velocidad de diseño. Las pendientes máximas debe utilizarse únicamente en casos extremos y en tramos cortos de carretera. Los valores de diseño de pendientes longitudinales máximas en función a la altura del nivel del mar están dadas por el MOP (Tabla 3.10).

TABLA 3.10 PENDIENTES LONGITUDINALES MÁXIMAS EN FUNCIÓN DE LA ALTURA SOBRE EL NIVEL DEL MAR.

TIPO DE ALTURA

CAMINO <1000 1000-2000 2000-3000 3000-3500 3500-4000

6-7 0,1 009 0,08 0,07 0,06

4-5 0,1 0,1 0,09 0,08 0,07

4E-5E 0,12 0,11 0,1 0,09 0,08

Fuente: MOP, Manual de Especificaciones Generales para la Construcción de Puentes y Carreteras

38 para facilitar el drenaje superficial longitudinal, pudiendo variar según se trate de un tramo en terraplén o en corte y de acuerdo al tipo de terreno.

Long itud crítica de la pendiente.- Es la máxima longitud en la que un camión cargado puede ascender sin reducir su velocidad más allá de un límite previamente establecido. Los elementos que intervienen para la determinación de la longitud crítica de una tangente son principalmente el vehículo de proyecto, la configuración del terreno, el volumen y la composición del tránsito.

Curvas Verticales.- Tienen por objeto proveer en el quiebre de dos alineaciones rectas consecutivas, un enlace tal que permita una correcta continuidad de la carretera. Deben dar por resuelto un camino de operación segura y confortable, apariencia agradable y con características de drenaje óptimas.

La curva vertical preferida es la parábola simple que se aproxime a una curva circular. Perfiles longitudinales con sucesivas curvas verticales pequeñas, no son recomendables por ser potencialmente peligrosas

Curvas verticales convexas.- El mayor control para seguridad de operación en curvas verticales convexas, es la provisión de una amplia distancia de visibilidad para la velocidad de proyecto, pero como mínimo, se debe proveer la distancia mínima de parada. Las oportunidades de paso deben maximizs nuo de

m!s inclinad.

cqffl p Ç t,M

•1)

a pequeñas curvas verticales a lo largo de secciones largas y tan

Cuando los radios de curvatura horizontales son inferiores a 1 disminuir la pendiente de acuerdo con la Ecuación 3.35.

38.1 =

R (Ec. 3.35)

En donde:

ecte de øe/eaødete de€ j de de ¿4 39

R = Radio de curvatura horizontal en m.

Para una adecuada visibilidad en curvas cóncavas es necesaria que el ángulo (a) entre las alineaciones rectas no exceda del valor de la Ecuación 3.36.

4.h

Dm (Ec. 3.36)

En donde:

h = Altura del obstáculo igual a 0.20 m Dm = Distancia de maniobra en m.

La longitud mínima de las curvas verticales se determinará en base a la provisión de visibilidad de parada y se determinará utilizando las Ecuación 3.37.

L=K*A _{(Ec. 3.37)}

En donde

L = Longitud de la curva vertical en m.

A = Diferencia algebraica de las pendientes. -Dp = Distancia de visibilidad de parada en m.

K = 0.00235 Dp2 (para curvas convexas) (Ec. 3.38)

K = Dp2 (para curvas cóncavas) (Ec. 3.39)

122 + 3.5Dp

ICA P4

I-NC tu

4;

IR

G)'

En la Figura 3.6 se muestran algunos tipo de curvas convexas.

wqea de e/mete del zaadø de ¿ 40

Fuente: MOP, Manual de proyecto Geométrico de Carreteras. México 1971. Pág. 359

FIGURA 3.6 CURVAS VERTICALES CONVEXAS

Para enlazar pendientes con curvas verticales cóncavas existen tres posibilidades: a) entre dos líneas de gradiente positiva, b) en medio de dos gradiente negativas consecutivas y c) entre dos líneas de gradiente, una positiva y otra negativa.

En la Figura 3.7 se muestra algunos tipo de curvas cóncavas.

Fuente: MOP, Manual de proyecto Geométrico de Carreteras. México 1971. Pág. 359

FIGURA 3.7 TIPOS VERTICALES CÓNCAVAS

41 aceleraciones verticales de 0.05 grados como máximo en vías arteriales y colectoras y 0.1 grados para vecinales.

El diseñador deberá evitar secciones de carreteras compuestas por dos curvas verticales en la misma dirección separadas por una tangente de pequeña longitud. La apariencia estética también debe ser considerada utilizando curvas largas; y deberá tener una previsión particular respecto al drenaje de pavimentos en curvas de cóncavas, proveyendo una pendiente de al menos 0,50 % para los bordes exteriores del pavimento.

3.3.3 COORDINACIÓN ENTRE LA PLANIMETRÍA Y

ALTIMETRÍA

• Los alineamientos planimétricos y altimétricos son elementos permanentes, y por lo tanto se debe garantizar un completo y profundo estudio, ya que resulta muy costoso corregir las deficiencias una vez que la carretera está construida. • Los alineamientos planimétricos y altimétricos no deben ser diseñados

independientemente ya que se complementan. Combinaciones pobres en el diseño pueden estropear los aciertos y agravar las deficiencias. El alineamiento planimétrico y el perfil están entre los elementos más importantes del diseño de la carretera por lo que debe garantizarse la excelencia de esta combinación.

• Las restricciones o condicionantes físicas que actúan en forma individual o en combinación para determinar el tipo del alineamiento que caracteriza la carretera son el tránsito, topografía y condiciones de la superficie, desarrollos existentes, así como futuros desarrollos y ubicación de los puntos terminales. • La velocidad de proyecto determina los valores límite de varios elementos tales

Pøqea de de€ tta,jcd de ¿4 oía 42

• El diseñador debe utilizar planos de trabajo de un tamaño y disposición tal, que permitan el estudio de tramos de carretera largos y continuos, tanto en planta como en perfil, y poder visualizar el todo en tres dimensiones. Para el efecto, se deberá considerar el uso de las herramientas computacionales disponibles (ie.,AutoCad, AutoCivil, etc.) y aquellas futuras que la tecnología moderna desarrolle.

• Después del estudio preliminar de los alineamientos horizontal y vertical, los ajustes en cada uno de ellos pueden realizarse en forma combinada para obtener el efecto de coordinación deseado.

+ Con la velocidad de diseño adoptada debe disponerse de los valores de control

de curvaturas, pendientes, distancia de visibilidad y peraltes de escurrimiento, para comprobarlos gráficamente. La velocidad de diseño debe ser ajustada durante el proceso a lo largo de varias secciones para satisfacer las variaciones en la velocidad de operación. Esta necesidad puede ocurrir cuando se presenten cambios notables en las características del alineamiento debido a restricciones inusuales del terreno.

• Se deben considerar todos los aspectos del terreno, operación del tráfico y apariencia, así como los ajustes en los alineamientos ho rizo,9íçJçales,

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previamente al calculo de costos y tiempo de viaje, y 1 es de»nicir la elaboración de los planos definitivos.

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La coordinación entre el alineamiento horizontal y el perfil longitutniai-aesde el punto de vista estético puede realizarse visualmente sobre los trabajos de dibujo preliminares. Este análisis puede ser complementado con perspectivas de los tramos donde se dude sobre ciertas combinaciones de los alineamientos.

Las carreteras con cunetas necesitan del análisis de los efectos de transición del peralte en los perfiles de la línea de cunetas. Esto es particularmente •

•

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localizadas. Pequeños cambios en los perfiles en relación a las curvas horizontales pueden eliminar el problema.

• El diseñador deberá tratar de lograr un efecto estético favorable en la composición espacial de los alineamientos planimétrico y altimétrico. Varios ejemplos y recomendaciones presenta la AASHTO en sus Figuras 111-43; algunas de ellas se incluyen en la Figura 3.8.

En la figura (a), se muestra la apariencia de un ángulo recto, esta combinación presenta una pobre apariencia, la curva horizontal parece un ángulo recto. En la figura (b), presenta curvas coincidentes en dimensiones horizontal y vertical, cuando las dimensiones horizontal y vertical coinciden resulta una muy satisfactoria apariencia. La figura (c), presenta curvas coincidentes en dimensiones vertical y horizontal. La figura (d), muestra curvas con efecto desligado, un efecto desligado ocurre cuando el inicio de una curva horizontal esta oculto para el conductor por la interposición de una cresta, mientras que la continuación de la curva es visible más allá de la cresta. La figura (e), muestra curvas planas apropiadas con pequeños ángulos centrales sin importar el perfil, curvas planas muy largas, incluso cuando no son requeridas por la velocidad de diseño, también tienen una apariencia muy placentera cuando el ángulo central es muy pequeño. La figura (f), presenta curvas para que la alineación horizontal sea balanceada, la línea superior es el ejemplo de un pobre diseño, ' porque- la alineación consiste-en una arga tangente con curvas cortas, mientras que el balance entre curvas y tangentes en la alineación inferior es preferencia de diseño. Y por último la figura (g), muestra curvas con vértices coincidentes en dimensiones horizontal y vertical, es el caso clásico de coordinación entre alineación horizontal y vertical, en el cual los vértices de la curva horizontal y vertical coinciden, creando un efecto rico de curvas tridimensionales en s, compuestas de elipses cóncavos y convexos.

3.4 SECCIONES TRANSVERSALES TÍPICAS

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composición del tráfico y nivel de servicio a la hora de diseño del año horizonte. Adicionalmente, el diseñador deberá tomar en cuenta los costos de operación y seguridad de los usuarios, así como los costos de mantenimiento.

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Fuente: CORPECUADOR, Diseño Geométrico Carreteras. Quito 2000. Pág. 32

FIGURA 3.8 EJEMPLOS DE COORDINACIÓN ENTRE ALINEAMIENTOS

Y PENDIENTE (AASHTO)

Entre los elementos que componen la sección transversal tenemos tos internos como la superficie del pavimento, los carriles de circulación, los espaldones, los bordillos y cunetas; y en externos como los taludes, las zanjas, los parterres, los zonas de protección libres de obstrucciones y las barreras de seguridad.

ALINEACIÓN

ALINEACIÓN

SUMMIT

PERFIL

PERFIL (b)

(a)

ALINEACIÓN _ALINEACIÓN

SAQ

LINEA VISUAL PERFIL

(e) _PERFIL

CURVA MÍNIMA PARA LA VELOCIDAD DE DISEÑO

ALINEACIóN

CURVA DESEABLE PARA APARIENCIA (d)

(e)

ALINEACIÓN HORIZONTAL

(g)