UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
ESTUDIO DEFINITIVO DEL PROYECTO DE CONSTRUCCIÓN DE LA VÍA LOCAL PASAMBARA-CHORPAMBA, DISTRITO DE QUIRUVILCA,
PROVINCIA DE SANTIAGO DE CHUCO-LA LIBERTAD, 2017
PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO CIVIL
AUTOR(ES):
Br. MIÑANO ZAVALETA, Victor Hugo Br. URQUIAGA CARRIÓN, Luceyli Ysabel ASESOR:
Dr. ING. DIAZ DIAZ, Alex F. CO-ASESOR:
ING. BURGOS SARMIENTO, Tito Alfredo
DEDICATORIA
A Dios por haberme dado la oportunidad de seguir este camino, por estar conmigo en
cada momento de mi vida, por fortalecer mi corazón, por llenarme de aplomo y coraje
para sobreponerme a cada caída. A mis padres Luz y Manuel por todo su sacrificio para
hacer posible que esté aquí el día de hoy, madre gracias por tanto. A mis hermanos Merly,
Marlon y Cristian por su apoyo incondicional. A mi abuelo José porque desde donde
estés, sé que estás muy orgulloso de mí, esto es por ti también. A mi colega y compañero
de tesis, gracias por enseñarme que la vida puede golpear duro muchas veces, pero enseña
y a la vez te abre muchas oportunidades para empezar de nuevo.
DEDICATORIA
A Dios por haber forjado mi camino hasta este momento, por permitirme dar otro paso más y fortalecerme en cada momento a lo largo de mi vida. A mis padres Daisy y Edmundo por ser la fuente inagotable de mi fuerza y motivación, por compartir conmigo el arduo camino que conllevó el llegar hasta aquí y por brindarme la confianza que necesitaba en todo momento. A mis hermanos Diego y Marco por ser un respaldo para mí y un impulso para el desarrollo de nuestra generación. A mi hermana Valeria, por ser la personita que desde que llegó a mi vida, la hizo más que especial. A mi abuelita Manuelita, a quien le agradezco todo el tiempo que pasamos juntos, por el cariño que siempre me brindó y que ahora lo sigue haciendo desde un lugar mejor. A mi abuelito Lizardo, por cada gesto de cariño que hasta la fecha me sigue brindando. A mi colega y compañera de tesis por haber formado parte de mi vida universitaria y por ser una de las razones que trae como resultado mi nuevo presente.
AGRADECIMIENTO
A Dios por ser forjador y guía de nuestras vidas y de este camino recorrido en toda nuestra
etapa universitaria, a la prestigiosa Universidad Nacional de Trujillo y la escuela de
Ingeniería Civil, por haber sido parte de nuestra formación académica.
A nuestro asesor Dr. Ing. Alex F. Díaz Díaz y Co-Asesor Ing. Tito A. Burgos Sarmiento
por su comprensión, paciencia, calidad humana y profesional durante el tiempo que nos
compartieron en las aulas y en las horas de asesoramiento para poder llevar a cabo la
realización de este proyecto.
RESUMEN
La presente investigación se desarrolló en las localidades de Pasambara y Chorpamba, ubicadas en el distrito de Quiruvilca, provincia de Santiago de Chuco-La Libertad. Se realizó el estudio definitivo del proyecto de construcción de una vía que une dichas localidades, para lo cual se viajó a la zona de investigación, donde se realizó una serie de estudios básicos de ingeniería como estudio de tráfico vehicular, levantamiento topográfico de la zona, mecánica de suelos de muestras extraídas de calicatas realizadas in situ, estudio hidrológico e hidráulico en función de datos obtenidos en campo y datos estadísticos hidrológicos de la zona; que junto con la utilización de softwares aplicativos para el diseño geométrico de carreteras (AutoCAD civil 3D), costos y presupuestos (S10) y programación de obra (MS Project). Se obtuvo como resultado un IMDA de diseño de 120 veh/día, una clasificación de carretera tipo 3 (accidentada), un CBR a nivel de sub-rasante de 19%, obras de drenaje como alcantarillas de 24” y cunetas de 0.50 x 1.00 m de sección y una longitud de carretera de 6 646.80 m con una sección transversal con presencia de bermas de 0.50 m y un pavimento conformado por 15 cm de sub-base y 15 cm de afirmado; además, un presupuesto de S/.6 409 086.46 y un cronograma de obra de 206 días.
ABSTRACT
This research was developed in the Pasambara y Chorpamba localities, located in the Quiruvilca district, Santiago de Chuco province - La Libertad. The definitive study of construction project of a vía that connect these locatities was realized, for that we traveled to the research zone, where a series of basic engineering studies were developed like study of vehicular traffic, topography, soil mechanics study of samples taken from pits made in situ, hydrological and hydraulic study based on data obtained in the field and hydrological statistical data in the area; that together with the use of application software for road geometric design (AutoCAD civil 3D), costs and budgets (S10) and work scheduling (MS Project). A design IMDA of 120 vehicles/day was obtained, a classification of road type 3 (rugged), a CBR at the subgrade level of 19%, drainage works such as 24 "culverts and gutters of 0.50 x 1.00 m section and a road length of 6 646.80 m with a cross section with presence of berms of 0.50 m and a pavement formed by 15 cm of sub-base and 15 cm of affirmed; in addition, a budget of S /.6 409 086.46 and a work schedule of 206 days.
ÍNDICE
DEDICATORIA i
AGRADECIMIENTO iii
RESUMEN iv
ABSTRACT v
LISTA DE FIGURAS viii
LISTA DE TABLAS ix
I. INTRODUCCIÓN 1
1.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA 1
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 2
1.3. HIPÓTESIS 2
1.4. JUSTIFICACIÓN 2
1.5. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN 3
II. MARCO TEÓRICO 4
2.1. ANTECEDENTES 4
2.2. BASES TEÓRICAS 7
2.2.1. Generalidades de diseño geométrico de carreteras 7
2.2.2. Diseño geométrico en planta 10
2.2.3. Diseño geométrico en perfil 13
2.2.4. Diseño geométrico de la sección transversal 16
III. MATERIALES Y MÉTODOS 18
3.1. OBJETO DE ESTUDIO 18
3.2. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS 18
3.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 19
3.3.1. Estudio de tráfico 20
3.3.2. Estudio topográfico 20
3.3.3. Estudio de mecánica de suelos 21
3.3.4. Estudio hidrológico e hidráulico 23
3.3.5. Diseño de pavimento 25
3.3.8. Presupuesto 27
3.3.9. Cronograma de obra 27
IV. RESULTADOS Y SU DISCUSIÓN 28
4.1. RESULTADOS 28
4.1.1. Estudio de tráfico 28
4.1.2. Topografía 30
4.1.3. Estudio de mecánica de suelos 31
4.1.4. Estudio hidrológico e hidráulico 33
4.1.5. Diseño de pavimento 42
4.1.6. Diseño geométrico de carretera 46
4.1.7. Señalización 68
4.1.8. Presupuesto 74
4.1.9. Cronograma de obra 74
4.2. DISCUSIÓN 75
4.2.1. Estudio de tráfico 75
4.2.2. Topografía 75
4.2.3. Estudio de mecánica de suelos 76
4.2.4. Estudio hidrológico e hidráulico 77
4.2.5. Diseño de pavimento 78
4.2.6. Diseño geométrico de carretera 79
4.2.7. Señalización 80
4.2.8. Presupuesto 80
4.2.9. Cronograma de obra 81
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 83
5.1. CONCLUSIONES 83
5.2. RECOMENDACIONES 85
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 86
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Simboligía de la curva circular 11
Figura 2: Tipos de curvas verticales convexas y cóncavas 15 Figura 3: Sección transversal tipo a media ladera para una autopista en tangente 16 Figura 4: Sección transversal típica a media ladera vía de dos carriles en curva 17
Figura 5: Sección transversal típica en tangente 17
Figura 6: Diagrama de procedimiento experimental 19
Figura 7: Sección típica de talud de relleno 64
Figura 8: Sección típica de talud de corte 65
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Rango de la velocidad de diseño en función a la clasificación de la carretera
por demanda y orografia 9
Tabla 2. Longitudes de tramos en tangente 10
Tabla 3. Fricción transversal máxima en curvas 12
Tabla 4. Holguras teóricas para vehículos comerciales de 2,60 m de ancho 12
Tabla 5. Pendientes máximas (%) 14
Tabla 6. Resumen de conteo vehicular 28
Tabla 7. Resumen IMDA actual 28
Tabla 8. IMDA actual y tasa de crecimiento por tipo de vehículo 29
Tabla 9. Tránsito final proyectado 29
Tabla 10. Coordenadas UTM de alcantarillas 30
Tabla 11. Coordenadas UTM de elementos aledaños 31
Tabla 12. Descripción de calicatas 31
Tabla 13. Datos de porcentaje granulométrico 32
Tabla 14. Contenido de humedad 32
Tabla 15. Óptimo contenido de humedad, máxima densidad seca y C.B.R 32 Tabla 16. Límites de Atterberg y clasificación de suelo 33 Tabla 17. Registro de precipitaciones y precipitaciones máximas por hora de los
últimos 15 años 34
Tabla 18. Desviación estándar de las Pmh 35
Tabla 19. Precipitación máxima en 24 horas 36
Tabla 20. Coeficientes de duración de lluvias 36
Tabla 21. Coeficientes de escorrentía método racional 37 Tabla 22. Determinación de caudal de diseño para alcantarillas 38 Tabla 23. Diámetro de alcantarillas de paso y velocidades 39
Tabla 24. Alcantarillas de alivio 39
Tabla 25. Dimensiones mínimas de cuneta 40
Tabla 26. Inclinaciones máximas de talud (V: H) 40
Tabla 27. Velocidad límite admisible para cunetas 40
Tabla 28. IMD según tipo de vehículo pesado 42
Tabla 31. Factor de ajuste por presión de neumático 44
Tabla 32. Cálculo de EE día-carril 44
Tabla 33. Número de repeticiones de ejes equivalentes 45
Tabla 34. Coeficientes de comodidad 46
Tabla 35. Cuadro de método de Bruce de ruta seleccionada 47 Tabla 36. Radios mínimos en área rural accidentada o escarpada 49 Tabla 37. Variación de velocidad específica en tramos adyacentes 50
Tabla 38. Elementos geométricos horizontales 51
Tabla 39. Fricción longitudinal 54
Tabla 40. Índice de curvatura K para curvas verticales convexas 55 Tabla 41. Índice de curvatura K para curvas verticales cóncavas 55 Tabla 42. Pendientes de entrada y salida de curvas convexas 57 Tabla 43. Selección de longitud de curva vertical convexa 57 Tabla 44. Pendientes de entrada y salida de curvas cóncavas 59 Tabla 45. Selección de longitud de curva vertical cóncava 60 Tabla 46. Valores referenciales para taludes en corte (H: V) 61 Tabla 47. Valores referenciales para taludes en relleno (V: H) 61
Tabla 48. Bombeo de calzadas 62
Tabla 49. Ancho de bermas 63
Tabla 50. Movimiento de tierras cada 500 m. 67
Tabla 51. Señales preventivas de ida 68
Tabla 52. Señales preventivas de vuelta 70
Tabla 53. Señales informativas de ida 72
Tabla 54. Señales informativas de vuelta 72
Tabla 55. Señales reglamentarias de ida 73
Tabla 56. Señales reglamentarias de vuelta 73
I. INTRODUCCIÓN
1.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA
La existencia de vías transitables es indispensable para hacer posible la intercomunicación de los pueblos, lo cual trae como resultado un desarrollo integral a nivel económico, social y cultural. Por tal motivo, es necesario realizar proyectos de construcción de nuevas vías, ya que en la actualidad nuestro país cuenta con un alto porcentaje de zonas rurales inaccesibles, dentro de los cuales están los poblados Pasambara y Chorpamba con ubicaciones geográficas (-78.1696955 longitud; -8.053766035 altitud) y (-78.17315991 longitud; -8.065282308 altitud), respectivamente (MEDRANO, 2015).
Las localidades y las diferentes comunidades campesinas que integran los poblados de Pasambara y Chorpamba, actualmente presentan problemas a nivel económico que se ve reflejado en su bajo nivel de desarrollo de las actividades agrícolas, debido a la dificultad que presentan para acceder a los mercados locales y regionales. El progreso queda aislado sin propiciar la integración y desarrollo en todos sus aspectos con los distritos de su entorno (MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE QUIRUVILCA, 2017).
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cuál es el estudio definitivo del proyecto de construcción de la vía local Pasambara-Chorpamba, distrito de Quiruvilca, provincia de Santiago de Chuco-La Libertad, 2017?
1.3. HIPÓTESIS
A partir de los estudios básicos de ingeniería se obtendrá el estudio definitivo del proyecto de construcción de la vía local Pasambara-Chorpamba, distrito de Quiruvilca, provincia de Santiago de Chuco-La Libertad, utilizando los manuales como manual de hidrología, hidráulica y drenaje, manual de suelos, geología, geotecnia y pavimentos, manual de dispositivos de control de tránsito y manual de carreteras diseño geométrico DG-2018, brindados por el Ministerio de transportes y comunicaciones (MTC).
1.4. JUSTIFICACIÓN
En la actualidad, las localidades de Pasambara y Chorpamba, ubicadas en el distrito de Quiruvilca, provincia de Santiago de Chuco – La Libertad, presentan problemas a nivel socio-económico, que se ven reflejados en un bajo nivel de desarrollo tanto en las actividades agrícolas y ganaderas como en el sector de educación y salud. Este problema es consecuencia del inadecuado servicio de transitabilidad en la vía, la cual es un camino de herradura que se encuentra en mal estado y que ha sido construido sin tener en cuenta consideraciones técnicas, siendo a su vez la vía más usada para interconectar estas localidades (MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE QUIRUVILCA, 2017).
excedente demanda de tiempo. Y como consecuencias indirectas, la disminución del ingreso familiar y bajos niveles de educación y salud. Por lo que el progreso queda aislado sin propiciar la integración y desarrollo en todos sus aspectos con los distritos de su entorno (INSTITUTO NACIONAL DE ESTADÍSTICA E INFORMÁTICA, 2017).
La realización de este estudio definitivo serviría para la correcta ejecución del proyecto de construcción de una vía de acceso que conectaría dichas localidades, la cual lograría así un aumento en las actividades comerciales de una manera eficiente y eficaz, optimizando su producción agropecuaria, lo cual contribuiría en el crecimiento económico de esta parte de la población, que a su vez influiría positivamente en los servicios básicos de educación y salud, fomentando el acceso a ellos, mejorando la calidad de vida de la población en todos los aspectos.
1.5. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN
Objetivo general
Realizar el estudio definitivo del proyecto de construcción de la vía Local Pasambara -Chorpamba, distrito de Quiruvilca, Santiago de Chuco - La Libertad.
Objetivos específicos
Realizar los estudios básicos de ingeniería: topografía, estudio de tráfico, mecánica de suelos, estudio hidrológico e hidráulico.
Realizar el diseño geométrico de la vía en planta, en perfil y sección transversal de acuerdo a la normatividad vigente del MTC.
Determinar los dispositivos de control de tránsito – señalización vertical acorde al manual de dispositivos de control de tránsito.
II. MARCO TEÓRICO
2.1. ANTECEDENTES
En el “Estudio definitivo del proyecto de mejoramiento de la transitabilidad de la vía local que empalma con la carretera La Costanera hasta el sector el Tablazo – distrito Huanchaco-provincia Trujillo-La Libertad”, se realizó el estudio preliminar para fijar la línea poligonal que servirá de base para el estudio definitivo, mediante un adecuado reconocimiento de la zona en estudio, comprendió: la reunión de información de las características topográficas de la zona
(topografía ondulada ubicada en la parte alta del tablazo y recta donde la topografía es plana), ubicación de los puntos inicial, final y de paso obligado, ubicación de las obras de arte, datos que sirvieron para la elección de la ruta que reúne las mejores condiciones técnicas y económicas que exige todo proyecto. Este diseño consta de un nuevo pavimento con una capa de mejoramiento de sub rasante de 0.60 m, desde la progresiva 0+000 hasta 1+340; sub base de 0.20 m., desde la progresiva 0+000 hasta 2+782.62; El caudal máximo es de 0.108 m³/s; se usó la fórmula de Manning para determinar los diámetros de las alcantarillas. Se tendrán 6 alcantarillas de 48” en las progresivas 0+560.00, 1+200.00, 1+911.94, 2+124.54, 2+266.53, 2+306.43 y 1 alcantarilla de 60” en la progresiva 2+490.00. La ejecución de este estudio permitirá mejorar las condiciones de transitabilidad en el ámbito del proyecto, favoreciendo a las actividades productivas, comerciales, turísticas especialmente de los pueblos de Huanchaco y el distrito de Santiago de Cao (ROMERO, 2016).
En el trabajo “Diseño del camino Izcuchaca - Nuevo Porvenir, obras de arte e impacto ambiental, en el distrito de Mariscal Benavides – provincia Rodríguez de Mendoza”, se realizó el trabajo de campo, realizando calicatas (6) a lo largo de la vía; se recogieron muestras de suelo de cada calicata a una altura de 1.5 m, y se hizo el levantamiento topográfico de toda el área por el cual irá el camino; realizándose ensayos de las muestras de suelo extraídas haciendo uso de laboratorios (AASHTO A-7-6). Con la topografía y criterios de diseño geométrico se ha
realizado el diseño de la trocha carrozable tramo Izcuchaca – Nuevo Porvenir progresiva 0 + 000 hasta la progresiva 2 + 830.00. El diseño de la base y sub base se realizó teniendo en
socialmente permitirá una solución para unir las localidades beneficiándose los pobladores cuando este proyecto se pueda financiar y construir (CABALLERO, 2015).
En el estudio “Diseño de pavimentación de los sectores IV, V y VI – A del distrito El Milagro – provincia de Trujillo, región La Libertad”, se realizó con el fin de mejorar la accesibilidad en la comunicación terrestre a dichos distritos, utilizando normas del MTC (Manual de carreteras “diseño geométrico” -DG – 2013 y Manual de diseño de carreteras pavimentadas de bajo volumen de tránsito), el trabajo se inicia con el acopio de la información existente y reconocimiento de la zona, para luego realizar el levantamiento topográfico con estación total y el estudio de tráfico IMD= 412.11 para el diseño de pavimento. Luego de su evaluación se vio la necesidad de mejorar las características geométricas de las vías. Una vez definida la sub rasante y la geología de la zona, se realizaron 4 calicatas, para realizar sus respectivos estudios y considerar el tipo de suelo por el que atraviesan las vías de dicha zona, como resultado se obtuvieron las dimensiones del pavimento, el diseño geométrico, la adecuada señalización, el análisis de costos y presupuesto, programación de la obra, especificaciones técnicas y planos de la vía. Se determinó un diseño de una capa de base granular de 15 cm y una carpeta asfáltica de 5 cm, haciendo un espesor total de 20 cm. Vista la necesidad de proteger nuestro medio ambiente, se realizó el estudio de impacto ambiental con la finalidad de minimizar los impactos negativos que puede causar la ejecución del proyecto (GÓMEZ, 2014).
En el estudio “Proyecto de diseño geométrico y obras de arte del camino vecinal Guzmango – Chausibolan, distrito de Guzmango – provincia de Contumazá - Cajamarca”, se realizó los estudios básicos de mecánica de suelos, hidrología y topografía, para después realizar el diseño en planta y perfil, diseño de alineamientos rectos, curvas horizontales, curvas verticales, y secciones transversales, y por último el diseño de las obras de arte. Se determinó un tramo de 1.92 km y con ancho de camino de 4.50 m., sin bermas, afirmado de 0.20 m. de espesor, obras de drenaje en puntos críticos. El planeamiento de este proyecto plantea mayor accesibilidad sobre todo en tiempo de lluvias y las obras de arte que permiten el mejor trabajo de estas, como son las cunetas, badenes entre otras que puedan permitir el mejor funcionamiento de la trocha en mención (GALVEZ, 2013).
En el proyecto “Diseño de la vía y mejoramiento hidráulico de obras de arte en la carretera Loero-Jorge Chávez, inicio en el km 7.5, distrito de Tambopata, región Madre de Dios”, se realizó el estudio preliminar en el cual se analizaron las rutas planteadas y definió el alineamiento mediante un análisis comparativo tomando en cuenta los aspectos de seguridad, costos de construcción, costos de mantenimiento y de operación de vehículos. También estudios topográficos, geológicos, caracterización de suelos y señalización vial (informativa y preventiva). Este diseño consta de una vía de 7 kilómetros de tramo, una capa de 0.10 m de material granular, mezcla de grava, arena, limo y arcilla. Cuenta con 11 alcantarillas de 36” y cunetas de sección triangular de 1.00 x 0.50 m en todo el tramo. Este proyecto beneficiaria a las comunidades circundantes a la zona, así mismo dichas comunidades se dedican principalmente a la actividad agrícola y esta vía las beneficiarias para poder trasladar sus cosechas y aumentar el comercio (SALDAÑA, 2014).
2.2. BASES TEÓRICAS
2.2.1. Generalidades de diseño geométrico de carreteras
El diseño geométrico es un método normativo que organiza y recopila las técnicas y procedimientos para el diseño vial en función a su concepción y desarrollo, acorde a determinados parámetros. Abarca la información necesaria y los diferentes procedimientos para la elaboración del diseño geométrico de los proyectos, de acuerdo a su categoría y nivel de servicio, en concordancia con las demás normativas vigentes sobre la gestión de la infraestructura vial.
La carretera es una infraestructura de transporte especialmente acondicionada dentro de toda una faja de terreno denominada derecho de vía, con el propósito de permitir la circulación de un vehículo de manera continua en el espacio y en el tiempo, con niveles adecuados de seguridad y comodidad. En el proyecto integral de una carretera, el diseño geométrico es la parte más importante, ya que a través de él se establece su configuración geométrica tridimensional, con el propósito de que la vía sea funcional, segura, cómoda, estética, económica y compatible con el medio ambiente. Una vía será funcional de acuerdo a su tipo, características geométricas y volúmenes de tránsito; de tal manera que ofrezca una adecuada movilidad a través de una suficiente velocidad de operación. La geometría de la vía tendrá como premisa básica la de ser segura, a través de un diseño simple y uniforme (ROMERO, 2016).
Clasificación de las carreteras según el manual DG-2018 Según su demanda
Según su orografía
Un terreno accidentado (tipo 3)tiene pendientes transversales al eje de la vía entre 51% y el 100% y sus pendientes longitudinales predominantes se encuentran entre 6% y 8%, por lo que requiere importantes movimientos de tierras, razón por la cual presenta dificultades en el trazado.
Un terreno escarpado (tipo 4) tiene pendientes transversales al eje de la vía superiores al 100% y sus pendientes longitudinales excepcionales son superiores al 8%, exigiendo el máximo de movimiento de tierras, razón por la cual presenta grandes dificultades en su trazado (MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS-MTC, 2018).
Características de tránsito
El índice medio diario anual (IMDA), representa el promedio aritmético de los volúmenes diarios para todos los días del año, previsible o existente en una sección dada de la vía. Su conocimiento da una idea cuantitativa de la importancia de la vía en la sección considerada y permite realizar los cálculos de factibilidad económica (MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS-MTC, 2018).
El crecimiento del tránsito de una carretera debe estar diseñada para soportar el volumen de tráfico que es probable que ocurra en la vida útil del proyecto. No obstante, el establecimiento de la vida útil de una carretera, requiere la evaluación de las variaciones de los principales parámetros en cada segmento de la misma, cuyo análisis reviste cierta complejidad por la obsolescencia de la propia infraestructura o inesperados cambios en el uso de la tierra, con las consiguientes modificaciones en los volúmenes de tráfico, patrones, y demandas. Para efectos prácticos, se utiliza como base para el diseño un periodo de veinte años. A continuación se establece la metodología para el estudio de la demanda de tránsito (MANUAL DE CARRETERAS SUELOS, GEOLOGÍA, GEOTECNIA Y PAVIMENTOS-SECCION SUELOS Y PAVIMENTOS-MTC, 2014):
Pf = Po (1 + Tc)𝑛
Donde:
Pf: tránsito final.
Po: tránsito inicial (año base).
La proyección debe también dividirse en dos partes: una proyección para vehículos de pasajeros que crecerá aproximadamente al ritmo de la tasa de crecimiento de la población, y una proyección de vehículos de carga que crecerá aproximadamente con la tasa de crecimiento de la economía. Ambos índices de crecimiento correspondientes a la región que normalmente cuenta con datos estadísticos de estas tendencias (MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS-MTC, 2018) .
Velocidad de diseño
Es la velocidad escogida para el diseño, entendiéndose que será la máxima que se podrá
mantener con seguridad y comodidad, sobre una sección determinada de la carretera, cuando las circunstancias sean favorables para que prevalezcan las condiciones de diseño.
En el proceso de asignación de la velocidad de diseño, se debe otorgar la máxima prioridad a la seguridad vial de los usuarios (ROMERO, 2016).
La velocidad de diseño está definida en función de la clasificación por demanda u orografía de la carretera a diseñarse. A cada tramo homogéneo se le puede asignar la velocidad de diseño en el rango que se indica en la tabla 1. (MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS-MTC, 2018)
2.2.2. Diseño geométrico en planta
El diseño geométrico en planta o alineamiento horizontal, está constituido por alineamientos rectos, curvas circulares y de grado de curvatura variable; que permiten una transición suave al pasar de alineamientos rectos a curvas circulares o viceversa o también entre dos curvas circulares de curvatura diferente. El alineamiento horizontal deberá permitir la operación ininterrumpida de los vehículos, tratando de conservar la misma velocidad de diseño en la mayor longitud de carretera que sea posible. En general, el relieve del terreno es el elemento de control del radio de las curvas horizontales y el de la velocidad de diseño y a su vez, controla la distancia de visibilidad. Dentro de los tramos de la tangente, las longitudes mínimas admisibles y máximas deseables de los tramos en tangente, en función a la velocidad de diseño, serán según la tabla 2 (MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS-MTC, 2018).
Tabla 2. Longitudes de tramos en tangente.
Donde:
L mín. S: Longitud mínima (m) para trazados en “S” (alineamiento recto entre alineamientos con radios de curvatura de sentido contrario).
L mín. O: Longitud mínima (m) para el resto de casos (alineamiento recto entre alineamientos con radios de curvatura del mismo sentido).
Curvas circulares
Las curvas horizontales circulares simples son arcos de circunferencia de un solo radio que unen dos tangentes consecutivas, conformando la proyección horizontal de las curvas reales o espaciales. En la figura 1 se muestra los elementos de una curva horizontal (MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS-MTC, 2018).
Figura 1: Simboligía de la curva circular
Radios mínimos
Los radios mínimos de curvatura horizontal son los menores radios que pueden recorrerse con la velocidad de diseño y la tasa máxima de peralte, en condiciones aceptables de seguridad y comodidad, para cuyo cálculo puede utilizarse la siguiente fórmula:
Rmin = V
2
127(Pmáx + fmáx)
Donde:
Rmín : Radio mínimo V : Velocidad de diseño
Pmáx : Peralte máximo asociado a V (en tanto por uno).
El factor máximo de fricción transversal utilizado para el cálculo del radio mínimo de curvatura varía según la velocidad de diseño adoptada en el proyecto a realizar, y se especifica según la tabla 3 (MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS-MTC, 2018).
Tabla 3. Fricción transversal máxima en curvas.
Sobreancho
Es el ancho adicional de la superficie de rodadura de la vía, en los tramos en curva para compensar el mayor espacio requerido por los vehículos. La necesidad de proporcionar sobreancho en una calzada, se debe a la extensión de la trayectoria de los vehículos y a la mayor dificultad en mantener el vehículo dentro del carril en tramos curvos. El sobreancho no podrá darse a costa de una disminución del ancho de la berma. Las holguras teóricas en recta y en curva ensanchada, consideradas para vehículos comerciales de 2,6 m de ancho, según el ancho de una calzada, como se detalla en la tabla 4 (MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS-MTC, 2018).
Tabla 4. Holguras teóricas para vehículos comerciales de 2.60 m de ancho.
Donde:
h2: holgura entre la cara exterior de los neumáticos de un vehículo y el borde exterior del carril por el que circula (en recta) o de la última rueda de un vehículo simple o articulado y el borde interior de la calzada en curvas.
h2ext: holgura entre el extremo exterior del parachoques delantero y el borde exterior de la calzada, h2ext ≈ h2 en recta y h2ext = 0 en curvas ensanchadas.
2.2.3. Diseño geométrico en perfil
El diseño geométrico en perfil o alineamiento vertical, está constituido por una serie de rectas enlazadas por curvas verticales parabólicas, a los cuales dichas rectas son tangentes; en cuyo desarrollo, el sentido de las pendientes se define según el avance del kilometraje, en positivas, aquellas que implican un aumento de cotas y negativas las que producen una disminución de cotas. El alineamiento vertical deberá permitir la operación ininterrumpida de los vehículos, tratando de conservar la misma velocidad de diseño en la mayor longitud de carretera que sea posible. En general, el relieve del terreno es el elemento de control del radio de las curvas verticales que pueden ser cóncavas o convexas, y el de la velocidad de diseño y a su vez, controla la distancia de visibilidad (LEÓN, 2014).
Pendientes
Para la pendiente mínimaes conveniente que sea del orden de 0.5%, a fin de asegurar en todo punto de la calzada un drenaje de las aguas superficiales. Se pueden presentar los siguientes casos particulares:
- Si la calzada posee un bombeo de 2% y no existen bermas y/o cunetas, se podrá adoptar excepcionalmente sectores con pendientes de hasta 0.2%.
- Si el bombeo es de 2.5% excepcionalmente podrá adoptarse pendientes iguales a cero. - Si existen bermas, la pendiente mínima deseable será de 0.5% y la mínima excepcional
de 0.35%.
- En zonas de transición de peralte, en que la pendiente transversal se anula, la pendiente mínima deberá ser de 0.5%.
- En zonas de altitud superior a los 3 000 msnm, los valores máximos de la tabla 5, se reducirán en 1% para terrenos accidentados o escarpados (MEDRANO, 2015).
Tabla 5. Pendientes máximas (%).
Excepcionalmente, el valor de pendientes máximas podrá incrementarse hasta en 1%, para todos los casos. Deberá justificarse técnica y económicamente la necesidad de dicho incremento. Para carreteras de tercera clase deberán tenerse en cuenta además las siguientes consideraciones:
- En el caso de ascenso continuo y cuando la pendiente sea mayor del 5%, se proyectará, más o menos cada tres kilómetros, un tramo de descanso de una longitud no menor de 500 m con pendiente no mayor de 2%. La frecuencia y la ubicación de dichos tramos de descanso, contará con la correspondiente evaluación técnica y económica.
- En general, cuando se empleen pendientes mayores a 10%, los tramos con tales pendientes no excederán de 180 m.
- La máxima pendiente promedio en tramos de longitud mayor a 2 000 m, no debe superar el 6%.
significativamente (MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS-MTC, 2018).
Curvas verticales
Los tramos consecutivos de rasante, serán enlazados con curvas verticales parabólicas, dichas curvas verticales parabólicas, son definidas por su parámetro de curvatura K, que equivale a la longitud de la curva en el plano horizontal, en metros, para cada 1% de variación en la pendiente, así:
K=L/A Donde:
K : Parámetro de curvatura L : Longitud de la curva vertical
A : Valor absoluto de la diferencia algebraica de las pendientes
Las curvas verticales se pueden clasificar por su forma como curvas verticales convexas y cóncavas y de acuerdo con la proporción entre sus ramas que las forman como simétricas y asimétricas. En la figura 2 se indican las curvas verticales convexas y cóncavas (MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS-MTC, 2018).
2.2.4. Diseño geométrico de la sección transversal
El diseño geométrico de la sección transversal, consiste en la descripción de los elementos de la carretera en un plano de corte vertical normal al alineamiento horizontal, el cual permite definir la disposición y dimensiones de dichos elementos, en el punto correspondiente a cada sección y su relación con el terreno natural. El elemento más importante de la sección transversal es la zona destinada a la superficie de rodadura o calzada, cuyas dimensiones deben permitir el nivel de servicio previsto en el proyecto, sin perjuicio de la importancia de los otros elementos de la sección transversal, tales como bermas, aceras, cunetas, taludes y elementos complementarios (MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS-MTC, 2018).
Elementos de la sección transversal
Los elementos que conforman la sección transversal de la carretera son: carriles, calzada o superficie de rodadura, bermas, cunetas, taludes y elementos complementarios (barreras de seguridad, ductos y cámaras para fibra óptica, guardavías y otros), que se encuentran dentro del derecho de vía del proyecto. En las figuras 3,4 y 5, se muestra una sección tipo a media ladera para una autopista en tangente, una carretera de una calzada de dos carriles en curva y una sección típica en tangente (MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS-MTC, 2018).
Figura 4: Sección transversal típica a media ladera vía de dos carriles en curva
III. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1. OBJETO DE ESTUDIO
Unidad de estudio
La presente investigación contará con la unidad de estudios del tramo de la vía local Pasambara – Chorpamba.
Población
Sección de tramo de la vía local Pasambara-Chorpamba, con una longitud de 6 646.80 m. Muestra
Sección de 1 km – 3 km de la vía local Pasambara-Chorpamba.
3.2. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS
- 01 estación total SOUTH NTS-362RL, dinas reflectantes hasta 600 ml (sin prismas), precisión de 2 pulg., memoria interna (16 000 puntos topográficos), memoria externa (100 000 puntos topográficos), plomada Laser.
- 03 prismas y jalones LEICA modelo Gpr111, con precisión de centrado 2,0 mm, alcance de 2500 ml, fijado a un soporte de polímero rojo.
- 02 GPS Navegador GARMIN ETREX-20, con alta sensibilidad (aprox. 3 ml de error), memoria interna de 1.7 GB, 2000 waypoints y lectura de hasta 200 rutas.
- Tamices estándar norma ASTM E-11, bronce pulido y lacado con mallas de acero inoxidable, con todos los diámetros desde la malla de 4” hasta la malla N° 200.
- Balanza digital marca JAVAR modelo B24-60, con capacidad máxima de 6 kg., precisión de 0.5 g., funciones de peso y tara, fabricada en acero inoxidable y base en plástico resistente. - Cazuela casagrande normada por ASTM D 4318 marca PINZUAR, con peso 2.2 kg., base que cumple con el requisito de resiliencia exigido por norma y mecanismo de ajuste de altura de copa de 10 mm.
- Molde de compactación próctor modificado normado por ASTM D 1557, con dimensiones de 152.4 mm diámetro interior y altura de 116.3 mm del cuerpo; placa base de 12.7 mm x 200 mm x 200 mm y collar con diámetro interior de 152.4 mm y altura de 60.33 mm. - PC de escritorio SAMSUNG CORE i5 con softwares aplicativos para proyectos viales como
3.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Ubicación de la zona de estudio
Recorrido de rutas de posible carretera Levantamiento topográfico Ubicación de áreas para uso
de alcantarillas Ubicación y excavación de calicatas Diseño en gabinete Extracción de muestras de suelos
3.3.1. Estudio de tráfico
Con la finalidad de obtener información sobre la transitabilidad de la zona en estudio y así poder determinar el índice medio diario anual (IMDA) necesario para la clasificación de la carretera y el diseño del pavimento, se realizó lo siguiente (ver anexo 1):
1. Se ubicó estratégicamente un punto de estación de control en una zona aledaña a la del estudio, puesto que al ser un nuevo proyecto de construcción de carretera, se tomó como referencia el tráfico vehicular del distrito yuxtapuesto (Llaray).
2. Con la utilización de guías de observación se registró el número y tipo de vehículos circulantes por la zona, 10 horas al día, durante una semana (de Lunes a Domingo).
3. Con los datos registrados mediante las guías de observación se determinó el índice medio diario semanal (IMDS), que junto con la utilización de un factor de corrección conservador (FC=1.03), se obtuvo como resultado el IMDA actual de la zona.
4. Con el dato del IMDA actual de la zona, se calculó el IMDA proyectado según el período de diseño del proyecto (15 años), tomando como referencia para la tasa de crecimiento de vehículos ligeros, la tasa de crecimiento poblacional de la región (Tc= 2.23%); mientras que para la tasa de crecimiento de vehículos pesados, la tasa de crecimiento del PBI de la región (Tc= 4%).
5. Se determinó, según el IMDA proyectado de la zona, la clasificación de la carretera en estudio.
El procedimiento de este estudio de tráfico está normado por el manual de carreteras del MTC-sección suelos y pavimentos.
3.3.2. Estudio topográfico
Para este estudio se trabajó con un método combinado, utilizando una estación total con sus prismas y un GPS navegador, radiando la mayor área posible de la zona y así determinar la geometría del terreno para luego analizar el trazo a diseñar. La realización de este estudio duro 5 días. Una vez obtenida la información necesaria de campo, se procedió a realizar los trabajos en gabinete (ver anexo 2):
2. Se inició el levantamiento topográfico por la parte alta de la zona, ubicando estratégicamente puntos fijos de estaciones de arranque para luego ubicar los puntos de cambio de la poligonal con su respectiva lectura de control terrestre.
3. Se ubicó los puntos de elementos presentes en la zona de estudio, tales como: vertientes de agua, tuberías, postes, casas, etc.
4. Con los datos registrados con ayuda del equipo topográfico, se realizó el procesamiento de la información, utilizando el software AutoCAD civil 3D, obteniendo el plano topográfico que nos servirá para la realización los estudios definitivos.
El procedimiento de este estudio topográfico está normado por el manual de diseño geométrico de carreteras DG-2018.
3.3.3. Estudio de mecánica de suelos
Con el objeto de determinar las características físico-mecánicas del suelo a nivel de sub-rasante, se realizó lo siguiente (ver anexo 3):
Para la excavación de calicatas, se llevó a cabo la ejecución de 8 calicatas con 1.50 m, 3.00 m de profundidad y 1 m2 de superficie, según su ubicación, acorde al manual de suelos y pavimentos.
Ensayos de laboratorio
Análisis granulométrico por tamizado
Con el objetivo de determinar la abundancia de los correspondientes tamaños de granos de nuestras muestras, se realizó el análisis granulométrico. En el cual se utilizó una serie de tamices
de diferentes diámetros y 1 kilogramo de muestra de cada una de nuestras calicatas. El procedimiento de este estudio está normado por el manual de ensayos de laboratorio brindado
por el MTC.
Contenido de humedad
Se colocó la muestra en un recipiente y se introdujo al horno de secado durante 24 horas para eliminar la humedad, posteriormente se retiró la muestra del horno, se pesó para obtener e peso de muestra sin humedad, y finalmente se determinó la relación de peso de la diferencia de muestra húmeda menos la muestra seca entre el peso de la muestra seca.
Próctor modificado
Se realizó el ensayo de próctor modificado para determinar la densidad máxima seca y el contenido óptimo de humedad del suelo, para lo cual, las muestras extraídas de las calicatas se fueron colocadas en un recipiente y puestas a secar a temperatura ambiente; luego, una vez secas las muestras fueron tamizadas por medio de la malla Nº 4, utilizando sólo la cantidad de muestra que pasó dicho diámetro del tamiz; a continuación, la muestra de suelo seleccionada se le adicionó ciertos porcentajes de agua hasta alcanzar cierto grado de trabajabilidad; seguidamente, se fue colocando el material por capas las cuales fueron 05 y por cada capa se le aplico al molde una cantidad de 25 golpes en forma circular para su mejor acomodo; siempre procurando que la última capa quede al ras del próctor; posteriormente, Se tomó la medida de los pesos de cada próctor con sus respectivas muestras; finalmente, se tomó una muestra pequeña de la capa más alta de cada uno de los próctor y se procedió a calcular su contenido de humedad, para luego con este contenido de humedad (óptimo contenido de humedad), determinamos la máxima densidad seca de cada muestra de suelo.
El procedimiento de este estudio está normado por el manual de ensayos de laboratorio brindado por el Ministerio de transportes y comunicaciones del Perú.
Límites de Atterberg
Con el propósito de determinar el comportamiento de un suelo en relación con su contenido de humedad (agua), se realizó el estudio de los límites de Atterberg, los cuales son: el límite líquido (LL, según ensayo MTC EM 110), el límite plástico (LP, según ensayo MTC EM 111) y el índice de plasticidad, que miden la cohesión del suelo.
CBR
Con el propósito de determinar la resistencia al esfuerzo cortante de nuestro suelo y así poder
evaluar su calidad, se realizó el ensayo de CBR (relación de soporte California). Dicho ensayo
se efectuó bajo condiciones controladas de humedad y densidad, con el siguiente
procedimiento: se tomó una muestra representativa para determinar su contenido de humedad, luego se preparó 3 muestras al contenido de humedad óptima del suelo determinado con el ensayo de próctor modificado, luego se pesó los moldes sin su base ni el collar y a continuación se ajustó el molde a la base, insertando el disco espaciador en el molde y cubriéndolo con un disco de papel filtro; seguidamente, se elaboraron 3 probetas de 5 capas cada una: 1 de 12 golpes por capa, 1 de 26 golpes por capa y 1 de 56 golpes por capa; luego, para cada molde se retiró la base, el collar y el disco espaciador. Se pesó el molde con el suelo compactado y se determinó el peso unitario total del suelo. A continuación, se colocó un disco de papel filtro sobre la base, luego se invirtió la muestra y se aseguró el molde a la base de forma que el suelo quedó en contacto con el papel filtro, además, se colocó suficientes pesas ranuradas (4.5 kg) sobre la muestra de suelo para simular la presión de sobrecarga requerida. Finalmente, se colocó la muestra en la máquina de compresión y se sentó el pistón sobre la superficie de suelo utilizando una carga inicial no mayor de 4.5 kg. Se fijó el cero en los deformímetros de medida de carga y de penetración (o deformación), obteniendo lecturas de deformación o penetración, determinando así la capacidad portante del suelo en estudio.
El procedimiento de este estudio está normado por el manual de ensayos de laboratorio brindado por el MTC.
3.3.4. Estudio hidrológico e hidráulico
Se realizó el estudio hidrológico e hidráulico de la zona en la que se ubica el proyecto, calculando caudales para el diseño de obras de arte que constituyen el sistema de drenaje proyectado (ver anexo 4):
2. A partir del servicio nacional de meteorología e hidrología del Perú (SENAMHI), se obtuvo datos de precipitaciones mensuales a lo largo de los últimos 15 años (desde el año 2003 al 2017) del distrito de Quiruvilca, zona a la que pertenece el proyecto.
3. A partir de los datos de precipitaciones obtenidas por el SENAMHI, se calculó la precipitación máxima por hora (Pmh) de cada uno de los años mencionados.
4. Con los datos de precipitaciones máximas por hora de cada año y con la utilización de la distribución de Gumbel como análisis estadístico de datos hidrológicos, se calculó la precipitación máxima en 24 horas (Pmáx.), según el M-HHD.
5. Se obtuvo la intensidad de precipitación máxima, la cual se determinó multiplicando la precipitación máxima en 24 horas por un coeficiente de duración, dicho procedimiento se realizó en base a lo estipulado en el M-HHD, que indica aplicar dicho procedimiento en casos donde se cuente con escasa información pluviográfica.
6. Con la utilización del software QGIS y el mapa cartográfico de las cuencas del Perú se determinó la zona de ubicación de éste proyecto, lo cual indicó que se encuentra dentro de la cuenca hidrográfica Santa.
7. Con la cuenca hidrográfica localizada y las vertientes de agua ubicadas a partir del trabajo en gabinete en conjunto con el trabajo de campo, se ubicaron las alcantarillas a lo largo del tramo de la carretera proyectada, obteniendo sus parámetros geomorfológicos como sus áreas y perímetros.
8. Se determinó el caudal máximo de diseño de cada alcantarilla a partir del método racional, utilizando el coeficiente de escorrentía (obtenida a partir del M-HHD), intensidad de precipitación máxima horaria y las áreas de las microcuencas delimitadas en el proyecto. 9. Se determinó el diámetro de las alcantarillas y la velocidad de circulación del agua
drenada a partir de la fórmula de Manning, empleando a los caudales máximos de diseño, coeficiente de rugosidad de la tubería (TMC) y la pendiente a usar en el diseño de la carretera.
10. Se determinó el caudal de diseño de las cunetas a partir del método racional (según el M-HHD) y la delimitación de la cuenca que encierra el área de estudio.
11. Se determinó el área de la sección de la cuneta junto con sus dimensiones, a partir del caudal obtenido por el método racional en la cuenca, las inclinaciones máximas de talud y la velocidad límite admisible asumida, especificadas en el M-HHD.
El procedimiento de este estudio hidrológico, hidráulico y drenaje está normado por el manual de hidrología, hidráulica y drenaje brindado por el Ministerio de transportes y comunicaciones del Perú.
3.3.5. Diseño de pavimento
Con la utilización del manual de carreteras: suelos, geología, geotecnia y pavimentos (M-SGGP), se determinó el espesor de las capas representativas del pavimento a nivel de afirmado a lo largo del proyecto de vía (ver anexo 5):
1. Se determinó el factor de vehículo pesado (ejes equivalentes) en base a la relación de cargas por eje de cada tipo de vehículo (tanto ligero como pesado) a partir de las fórmulas estipuladas en el M-SGGP.
2. Se seleccionó el factor direccional (Fd), factor carril de diseño (Fc) y factor de presión de neumáticos (Fp), de acuerdo a las características consideradas en el diseño del pavimento, a partir de las tablas estipuladas en el M-SGGP.
3. Se determinó el factor de crecimiento acumulado (Fca), el cual se obtiene de una fórmula brindada por el M-SGGP., teniendo en cuenta el factor de crecimiento del PBI y el período de diseño del proyecto.
4. Con los valores obtenidos en los pasos anteriores, se calculó el parámetro EE-carril, para luego determinar el número de repeticiones de ejes equivalentes de 8.2 tn., a partir de una fórmula precisada en el M-SGGP.
5. Con el dato del número de repeticiones de ejes equivalentes de 8.2 tn. obtenido a partir del tránsito de la zona del proyecto, se clasificó y seleccionó el carril de diseño dentro de la sección de caminos no pavimentados.
6. Se dimensionó los espesores del pavimento a nivel de afirmado en base a la fórmula representativa del método NAASRA, adoptada por el M-SGGP.
3.3.6. Diseño geométrico de carretera
Se realizó el diseño geométrico de carretera (planta, perfil y transversal) con la utilización del Software AUTOCAD Civil 3D y el manual de diseño geométrico de carreteras DG-2018 (M-DG 2018) (ver anexo 6):
1. Se trazaron posibles rutas sobre la superficie generada a partir de los datos tomados en el levantamiento topográfico, seleccionando sólo una (como tramo de carretera), la cual se define aplicando el método de Bruce, que determina la longitud resistente de cada ruta para así escoger la óptima (CÉSPEDES, 2014).
2. Con la ruta escogida, primero se realizó el diseño geométrico en planta de la carretera, trazando el alineamiento horizontal, ingresando parámetros básicos como la velocidad de diseño, radio mínimo, tangentes mínimas y máximas, estipulados en el M-DG 2018 3. Una vez trazado el alineamiento horizontal, se generó el perfil longitudinal para así
realizar el alineamiento vertical, obteniendo curvas verticales cóncavas y convexas con características regidas al M-DG 2018.
4. Con los estudios de mecánica de suelos, junto con los parámetros especificados en el M-DG 2018, y los criterios de sostenibilidad y sustentabilidad del proyecto; se diseñó el corredor con capas de sub-base y afirmado (base estabilizada).
5. Se generaron las secciones transversales por cada estacado, visualizando los volúmenes de corte y relleno a lo largo del tramo total de la carretera.
El procedimiento de este diseño geométrico de carretera está normado por el manual de diseño geométrico de carreteras DG-2018.
3.3.7. Señalización
Se estableció los diferentes dispositivos de control de tránsito en diferentes progresivas de la carretera. En éste proyecto se aplicó sólo señalización vertical debido a que su carpeta de rodadura es a nivel de afirmado (ver anexo 7).
3.3.8. Presupuesto
Se determinó el presupuesto del proyecto, el cual contempla el detalle de cada partida a ejecutar en el mismo, con sus respectivas unidades, metrado y costo unitario (INEI y CAPECO). Considerando también los impuestos establecidos (IGV), costos de gastos generales y utilidades. Se utilizó el software S10 costos y presupuestos de obra (ver anexo 8).
El procedimiento de la elaboración está normado por el manual de diseño geométrico de carreteras DG-2018.
3.3.9. Cronograma de obra
Se realizó el cronograma de obra el cual comprende la programación de la ejecución de cada partida considerada para el proyecto. Se utilizó el software MS Project (ver anexo 9).
IV. RESULTADOS Y SU DISCUSIÓN 4.1. RESULTADOS
4.1.1. Estudio de tráfico Conteo vehicular
Tabla 6. Resumen de conteo vehicular.
Día Fecha Motos Autos Camionetas Microbús
Ómnibus Camión Semi tráiler 2E 3E 2E 3E 4E 2S1/
2S2 2S3 L 02/01/18 26 16 18 0 0 0 9 4 0 0 0 M 03/01/18 27 18 20 0 0 0 9 5 0 0 0 M 04/01/18 31 17 21 0 0 0 10 3 0 0 0 J 05/01/18 27 14 19 0 0 0 11 3 0 0 0 V 06/01/18 28 18 24 0 0 0 11 3 0 0 0 S 07/01/18 28 15 20 0 0 0 12 3 0 0 0 D 08/01/18 31 15 20 0 0 0 10 3 0 0 0
IMDS 28 16 20 0 0 0 10 3 0 0 0 78
Cálculo del IMDA actual
IMDA = IMDS x FC
Donde:
IMDA : Índice medio diario anual. IMDS : Índice medio diario semanal. FC : Factor de corrección.
Tabla 7. Resumen IMDA actual.
TIPO DE VEHÍCULO
Motos Autos Camionetas Microbús
Ómnibus Camión
2E 3E 2E 3E 4E
IMDS 28 16 20 0 0 0 10 3 0
IMDA 28.84 16.48 20.6 0 0 0 10.3 3.09 0
TOTAL 80
Cálculo del IMDA proyectado
Pf = Po(1 + Tc)n
Donde:
Pf : Tránsito final.
Po : Tránsito inicial (año base).
Tc : Tasa de crecimiento anual por tipo de vehículo. n : Año a estimarse.
Tabla 8. IMDA actual y tasa de crecimiento por tipo de vehículo. TIPO DE VEHÍCULO Vehículo Pesado Vehículo Ligero TASA DE CRECIMIENTO (Tc) 4% 2.30%
IMDA ACTUAL (Po) 13.39 65.92
Las tasas de crecimiento para los tipos de vehículo fueron proporcionadas por el Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI).
El periodo de diseño considerado para el proyecto es de 15 años.
Tabla 9. Tránsito final proyectado.
TIPO DE VEHÍCULO Vehículo Pesado Vehículo Ligero
TRÁNSITO FINAL (Pf) 25.44 93.75
IMDA PROYECTADO (Pf) 120
4.1.2. Topografía
Ubicación geográfica del proyecto
Localidad : PASAMBARA - CHOROPAMPA. Distrito : Quiruvilca.
Provincia : Santiago de Chuco. Región : La Libertad.
Coordenadas : UTM – sistema WG-84.
Coordenadas UTM de inicio y final de carretera INICIO: 811 979.00 E; 9 108 678.00 N.
FINAL: 811 588.00 E; 9 107 406.00 N.
Clasificación de carretera según su orografía Tipo de carretera: carretera clase 3 (accidenta).
Coordenadas UTM de inventario vial geo-referenciado Alcantarillas
Tabla 10. Coordenadas UTM de alcantarillas.
N° PROGRESIVA COORDENADAS
UTM COTA (m)
ALC-1 0+046.69 812 011.20 E
9 108 647.00 N 3 151.52
ALC-2 1+124.10 811 876.83 E
9 108 392.08 N 3 090.89
ALC-3 1+235.70 811 850.83 E
9 108 338.96 N 3 069.78
ALC-4 1+917.58 811 820.18 E
9 108 266.53 N 3049.88
ALC-5 2+174.20 811 778.80 E
9 108 226.61 N 3033.87
ALC-6 3+030.14 811 656.09 E
9 108 117.82 N 2974.87
ALC-7 3+563.72 811 663.89 E
9 107 996.50 N 2938.61
ALC-8 5+156.18 811 541.52 E
9 107 788.61 N 2853.29
ALC-9 5+315.46 811 455.95 E
Elementos aledaños
Tabla 11. Coordenadas UTM de elementos aledaños. DESCRIPCIÓN ESTE (m) NORTE (m) COTA (m)
POSTE 812 001.71 9 108 658.12 3 152.97
POSTE 811 970.05 9 108 650.06 3 154.25 POSTE 811 745.40 9 108,184.19 3 014.33 POSTE 811 747.61 9 108,185.92 3 014.86
POSTE 811 724.01 9 108,170.39 3 007.21 POSTE 811 532.52 9 107,942.23 2 887.48
POSTE 811 555.92 9 107,602.35 2 820.37 POSTA 811 572.92 9 107,989.67 2 903.43 POSTA 811 582.25 9 107,995.01 2 906.75
CASA 811 525.97 9 108,066.53 2 903.48 CASA 811 530.21 9 108,068.48 2 905.39 CASA 811 528.25 9 108,075.00 2 905.43 CASA 811 525.51 9 107,974.81 2 890.92 CASA 811 534.46 9 107,952.91 2 889.43 CASA 811 526.29 9 107,952.60 2 887.73 CASA 811 453.15 9 107,871.32 2 855.84 CASA 811 451.63 9 107,866.91 2 854.99 CASA 811 448.17 9 107,873.20 2 854.36 CASA 811 564.71 9 107,816.87 2 860.15 CASA 811 567.38 9 107,824.41 2 862.29 CASA 811 571.75 9 107,822.86 2 861.98
POSTE 811 691.82 9 107,461.09 2 808.01
4.1.3. Estudio de mecánica de suelos
Registro de calicatas
Tabla 12. Descripción de calicatas.
N° CALICATA PROFUNDIDAD (m) N.A.F (m)
C-1 1.50 N.P
C-2 1.50 N.P
C-3 1.50 0.50
C-4 1.50 N.P
C-5 1.50 N.P
C-6 1.50 N.P
Análisis granulométrico
Tabla 13. Datos de porcentaje granulométrico.
N° CALICATA
PORCENTAJE EN MUESTRA
GRAVA (%) ARENA (%) FINOS (%)
2" a #4 #4 a #200 Menor a #200 C-1 43.55 18.17 38.29 C-2 0.00 74.90 25.10 C-3 45.16 20.20 34.64 C-4 46.44 21.08 32.48 C-5 44.61 22.90 32.45 C-6 44.74 18.75 36.52 C-7 49.06 38.63 12.31 C-8 57.85 38.06 4.09
Contenido de humedad
Tabla 14. Contenido de humedad.
N° CALICATA CONTENIDO DE HUMEDAD (%)
C-1 14.3
C-2 20.6
C-3 26.6
C-4 13.7
C-5 18.9
C-6 26.6
C-7 20.4
C-8 12.7
Próctor modificado y C.B.R
Tabla 15. Óptimo contenido de humedad, máxima densidad seca y C.B.R.
ÓPTIMO CONTENIDO
DE HUMEDAD (%) 9.72
MÁXIMA DENSIDAD
SECA (g/cm3) 1.89
Límites de Atterberg
Tabla 16. Límites de Atterberg y clasificación de suelo.
N° CALICATA LÍMITES DE ATTERBERG CLASIFICACIÓN DE SUELO LL (%) LP (%) IP (%) SUCS AASHTO C-1 38.19 26.83 11.36 GM A-6 (1)
C-2 39.45 27.75 11.70 SM A-2-6 (0)
C-3 38.20 26.75 12.06 GM A-2-6 (0)
C-4 38.17 26.76 11.41 GM A-2-6 (0)
C-5 38.18 26.47 11.72 GM A-2-6 (0)
C-6 38.69 26.80 11.88 GM A-6 (1)
C-7 33.77 21.54 12.23 GC A-2-6 (0)
C-8 NP NP NP GP A-1a (0)
4.1.4. Estudio hidrológico e hidráulico
Parámetros generales
Período de diseño : 15 años. Vida útil de las obras de drenaje (n) : 15 años.
Considerada para alcantarillas de quebradas menores según el M-HHD brindado por el Ministerio de transportes y comunicaciones.
Riesgo admisible de obras de drenaje : 35%.
Valor considerado para alcantarillas de paso en quebradas menores y descarga de agua de cunetas, recomendado en el M-HHD del Ministerio de transportes y comunicaciones. Período de retorno (T) : 35 años.
Se obtuvo a partir de la fórmula del riesgo de falla admisible (R) que está en función del período de retorno (T) y vida útil de la obra (n).
Precipitación máxima por hora (Pmh)
Estación: Quiruvilca. Provincia de Santiago de Chuco- La Libertad.
Tabla 17. Registro de precipitaciones y precipitaciones máximas por hora de los últimos 15 años.
Año\mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Total
Prec. máx. (mm)
Prec. máx. por hora
(mm/h)
Distribución de Gumbel
Pmáx = u + 1 a ⁄ Ln(T)
Donde:
Pmáx. : Precipitación máxima en 24 horas. T : Período de retorno (años).
u, a : Parámetros de ajuste a la función de Gumbel.
u = Xp − 0.450047(S)
1 d
⁄ = 0.779696(S)
Donde:
Xp : Media aritmética de la serie de datos considerados. S : Desviación estándar de la muestra de datos considerados.
o Cálculo de desviación típica (S)
S = √ 1
N − 1∑(Xi − Xp)2 N
i=1
Tabla 18. Desviación estándar de las Pmh.
N Pmh (mm/h) Xi-Xp (Xi-Xp) 2
1 10.37 -1.61366667 2.60392011 2 13.69 1.70133333 2.89453511 3 12.37 0.38133333 0.14541511 4 14.21 2.22633333 4.95656011 5 13.80 1.81633333 3.29906678 6 12.04 0.05133333 0.00263511 7 15.95 3.96133333 15.6921618 8 12.34 0.35633333 0.12697344 9 12.19 0.20633333 0.04257344 10 10.88 -1.10366667 1.21808011 11 16.87 4.88133333 23.8274151 12 12.87 0.88133333 0.77674844 13 7.88 -4.10366667 16.8400801 14 6.79 -5.19366667 26.9741734
15 7.54 -4.44866667 19.7906351
o Cálculo de precipitación máxima en 24 horas (Pmáx)
Tabla 19. Precipitación máxima en 24 horas. u 10.670513
1/a 2.27500823
T 35 años
Pmáx
(mm/h) 18.78
Cálculo de intensidad de precipitación
El manual de hidrología, hidráulica y drenaje, que el Ministerio de transportes y comunicaciones pone a disposición, nos menciona que, en nuestro país, por motivo de la escasa cantidad de información pluviográfica con la que se cuenta, el valor de la intensidad de precipitación pluvial máxima se estima a partir de la siguiente expresión:
I = C Pmáx
Donde:
C : Coeficiente de duración de lluvia. Pmáx : Precipitación máxima en 24 horas.
Tabla 20. Coeficientes de duración de lluvias.
Diseño de alcantarillas Cálculo del caudal de diseño
Se utilizó el método racional, el cual estima el caudal máximo a partir de la precipitación, abarcando todas las abstracciones en un solo coeficiente de escorrentía C, estimado sobre la base de las características de la cuenca, según el M-HHD.
Q =CIA 3.6
Donde:
C : Coeficiente de escorrentía
I : Intensidad de precipitación máxima horaria (mm/h) A : Área de la cuenca (km2)
Tabla 21. Coeficientes de escorrentía método racional.
Tabla 22. Determinación de caudal de diseño para alcantarillas.
N° PROGRESIVA
PARÁMETROS
GEOMORFOLÓGICOS COEF. DE ESCORRENTÍA INTENSIDAD (mm/h) CAUDAL (m3/s) AREA (km2) PERÍMETRO (km)
Q-1 0+046.69 0.24 0.65 0.5 7.14 0.24 Q-2 1+124.10 0.24 0.56 0.5 7.14 0.24 Q-3 1+235.70 0.24 0.56 0.5 7.14 0.24 Q-4 1+917.58 0.24 0.56 0.5 7.14 0.24 Q-5 2+174.20 0.24 0.56 0.5 7.14 0.24 Q-6 3+030.14 0.26 0.46 0.5 7.14 0.26 Q-7 3+563.72 0.26 0.46 0.5 7.14 0.26 Q-8 5+156.18 0.26 0.73 0.5 7.14 0.26 Q-9 5+315.46 0.26 0.54 0.5 7.14 0.26
Q-10 6+073.14 0.26 0.73 0.5 7.14 0.26
Cálculo del diámetro de alcantarillas de paso
Para el cálculo del diámetro de las alcantarillas de paso y la velocidad, se utilizó la fórmula de Manning, la cual incluye coeficiente de rugosidad del material y la pendiente.
D = (3.208Qn S1/2 )
3/8
V =0.397D
2/3S1/2
n
Donde:
Q : Caudal (m3/s) D : Diámetro (m)
n : Coeficiente de rugosidad S : Pendiente (m/m)
Tabla 23. Diámetro de alcantarillas de paso y velocidades.
N° COEFIIENTE DE RUGOSIDAD CAUDAL (m3/s) PENDIENTE (m/m) DIÁMETRO (m) DIÁMETRO ASUMIDO (m) VELOCIDAD (m/s)
Q-1 0.024 0.24 0.03 0.43 0.6 1.64
Q-2 0.024 0.24 0.03 0.43 0.6 1.64 Q-3 0.024 0.24 0.03 0.43 0.6 1.64 Q-4 0.024 0.24 0.03 0.43 0.6 1.64
Q-5 0.024 0.24 0.03 0.43 0.6 1.64 Q-6 0.024 0.26 0.03 0.44 0.6 1.67 Q-7 0.024 0.26 0.03 0.44 0.6 1.67
Q-8 0.024 0.26 0.03 0.44 0.6 1.67 Q-9 0.024 0.26 0.03 0.44 0.6 1.67
Q-10 0.024 0.26 0.03 0.44 0.6 1.67
Alcantarillas de alivio
En base a las mismas condiciones hidrológicas, se consideró el mismo diámetro obtenido en las alcantarillas de paso. Estas alcantarillas de alivio están ubicadas en los cambios de pendiente del diseño geométrico vertical de la carretera (ver tabla 24).
Tabla 24. Alcantarillas de alivio.
N° PROGRESIVA DIÁMETRO (m) DIÁMETRO ASUMIDO (m) VELOCIDAD (m/s)
Diseño de cunetas Parámetros de diseño
o Dimensiones mínimas
Tabla 25. Dimensiones mínimas de cuneta.
Para el diseño de la cuneta utilizamos un mínimo de 0.30 m de profundidad y 0.75 de ancho, ya que este proyecto se ubica en una región lluviosa (1000 mm/año).
o Inclinaciones máximas de talud (V:H)
Tabla 26. Inclinaciones máximas de talud (V: H).
Por las condiciones conocidas del proyecto, la inclinación seleccionada para el talud es de 1:01.
o Velocidades límites admisibles
Tabla 27. Velocidad límite admisible para cunetas.
Dimensionamiento de cunetas
Q Manning ≥ Q aporte
Utilizando el método Racional, obtenemos el Caudal de aporte:
Q =CIA 3.6
Donde tanto el coeficiente de escorrentía y la máxima intensidad de precipitación son las mismas utilizadas para el diseño de las alcantarillas (0.5 y 7.14 respectivamente), mientras que el área de la cuenca (A) es el área de la microcuenca que engloba el trazo total del proyecto, con un área de 0.5017 km2.
Entonces:
Q Manning = V x A= Q aporte = 0.278 CIA (2.00 m/s) x A= 0.75 m3/s
A cuneta= 0.25 m2.
Se obtuvo un área de sección de cuneta de 0.25 m2, que dimensionándola (sección triangular) según el talud (1V:01H) y parámetros mínimos asumidos, dejó como resultado una altura de 0.50 m y un espejo de agua de 1.00 m.
Descripción general del puente
4.1.5. Diseño de pavimento
Determinación de número de repeticiones de ejes equivalentes de 8.2 tn. (Nrep de EE
8.2tn)
El manual de carreteras: suelos, geología, geotecnia y pavimentos – sección suelos y pavimentos nos indica usar la siguiente expresión para el cálculo de Nrep de EE 8.2 tn. :
Nrep de EE 8.2tn = ∑(EE día. carril x Fca x 365)
Donde:
Nrep de EE 8.2tn : Número de repeticiones de ejes equivalentes de 8.2 tn.
EE día-carril : Ejes equivalentes por cada tipo de vehículo pesado.
Fca : Factor de crecimiento acumulado por tipo de vehículo pesado.
Ejes equivalentes por cada tipo de vehículo pesado (EE día – carril)
EE día − carril = IMDpi x Fd x Fc x Fvpi x Fp
Donde:
IMDpi : Índice medio diario según tipo de vehículo pesado seleccionado (i). Fd : Factor direccional.
Fc : Factor carril de diseño.
Fvpi : Factor vehículo pesado del tipo seleccionado (i). Fp : Factor de presión de neumáticos.
o Índice medio diario según tipo de vehículo pesado seleccionado (IMDpi) Obtenido a partir del estudio de tráfico realizado en la ubicación del proyecto.
Tabla 28. IMD según tipo de vehículo pesado. VEHÍCULO IMD
Vehículos ligeros 67 Camión C3 4
o Factor direccional (Fd) y factor carril de diseño (Fc)
Tabla 29. Factores de distribución direccional y de carril.
Para este proyecto se consideró una vía de una calzada, de dos sentidos y un carril por sentido, obteniendo como factores direccional (Fd) y de carril (Fc) a los valores de 0.5 y 1.00, respectivamente.
o Factor vehículo pesado del tipo seleccionado (Fvpi)
Obtenidos a partir de fórmulas de relación de cargas por eje, pesos y medidas según la configuración de ejes del tipo de vehículo, estipulados en el manual de suelos, geología, geotecnia y pavimentos.
Tabla 30. Factor de vehículo pesado del tipo seleccionado.
Tipo de vehículo Vehículos Ligeros Camión C2 Camión C3
Ejes E1 E2 E1 E2 E1 E2
Carga (tn) 1 1 7 11 7 18
Tipo de eje Eje Simple
Eje Simple
Eje
Simple Eje Simple
Eje
Simple Eje Tándem
Tipo de rueda Rueda Simple Rueda Simple Rueda Simple Rueda Doble Rueda Simple Rueda Doble
o Factor de presión de neumáticos
Tabla 31. Factor de ajuste por presión de neumático.
Al tratarse de una carpeta de rodadura a nivel de afirmado, se utilizó un factor de presión de neumático igual a 1.00
o Cálculo de EE día - carril
Tabla 32. Cálculo de EE día-carril.
VEHÍCULO IMD Fd Fc Fvp Fp EEdía-carril Vehículos ligeros 67 0.50 1.00 0.001 1.00 0.04
Camión C3 4 0.50 1.00 3.453 1.00 6.10
Camión C2 11 0.50 1.00 4.504 1.00 23.86
