FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS
“ANÁLISIS DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DE LA CARRETERA LIMA –
CANTA, CON RELACIÓN A SUS CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS,
TRAMO: KM.66+000 - KM.76+000”
PARA OBTENER EL TÌTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL
ELABORADO POR
LUIS ANGEL ROMANÍ SANTOS
ASESOR
Ing. JUAN APACLLA CAJA
LIMA - PERÚ
© 2017, Universidad Nacional de Ingeniería. Todos los derechos reservados
“El autor autoriza a la UNI a reproducir la tesis en su totalidad o en parte, con fines estrictamente académicos.”
Romaní Santos Luis Angel
DEDICATORIA
A mis padres.
Por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la
motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien, pero más
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer a todos mis maestros ya que ellos me enseñaron valorar los
estudios y a superarme cada día, también agradezco a mis padres porque ellos
estuvieron en los días más difíciles de mi vida como estudiante.
A mis hermanas, en especial agradezco a mi hermana María por orientarme hacia
ÍNDICE
LISTA DE SÍMBOLOS Y SIGLAS ... 13
CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN ... 14
CAPÍTULO II. FUNDAMENTO TEÓRICO ... 16
2.1 DESARROLLO DE CARRETERAS EN EL PERÚ ... 16
2.2 DIFICULTADES QUE OFRECE CADA REGIÓN AL DESARROLLO VIAL .. 16
CAPÍTULO III. GENERALIDADES ... 17
CAPÍTULO IV. ESTUDIO BÁSICO ... 20
4.1 ESTUDIO BÁSICO DE LA CARRETERA LIMA – CANTA ... 20
4.1.1 Topografía de la zona ... 20
4.1.2 Clasificación vial ... 20
4.1.3 Vehículo de diseño ... 21
4.1.4 Velocidad de diseño ... 22
4.1.5 Distancia de visibilidad ... 23
4.1.6 Alineamiento Horizontal ... 25
4.1.7 Alineamiento vertical ... 31
4.1.8 Sección transversal ... 36
4.2 ESTUDIO BÁSICO DEL TRAMO EN ESTUDIO ... 40
4.2.1 Determinación del tramo en estudio ... 40
4.2.2 Velocidad de diseño en el tramo en estudio (km 66 – km 76) ... 45
4.2.4 Sección transversal del tramo en estudio (km 66 – km 76) ... 51
4.3) ANÁLISIS DEL TRAMO EN ESTUDIO ... 52
4.3.1) Análisis del Diseño Geométrico en planta ... 52
4.3.2) Análisis del Diseño Geométrico en Perfil. ... 59
4.3.3) Análisis del Diseño Geométrico de la Sección Transversal ... 65
CAPÍTULO V. EVALUACIÓN DEL DISEÑO GEOMÉTRICO ... 71
5.1 EVALUACIÓN DEL DISEÑO GEOMÉTRICO SIN SEÑALIZACIÓN ... 72
5.1.1 Tramo en tangente ... 72
5.1.2 Tramo en Curva Circular ... 77
5.1.3 Tramo en pendiente ... 82
5.2 EVALUACIÓN DEL DISEÑO GEOMÉTRICO CON SEÑALIZACIÓN... 86
5.2.1 Tramo en tangente ... 86
5.2.2 Curva circular ... 94
5.2.3 Tramo en pendiente ... 101
5.2.4 Medición de la velocidad específica ... 103
5.2.5 Velocidad de acuerdo a la señalización ... 105
5.3 EVALUACIÓN DEL TRAZO MODIFICADO ... 106
5.3.1 Trazo modificado N°1 ... 106
5.3.2 Trazo modificado N°2 ... 107
CAPÍTULO VI. RESULTADO ... 109
6.1.1 Tramo en tangente ... 109
6.1.2 Curva Circular ... 109
6.1.3 Tramo en pendiente ... 110
CONCLUSIONES ... 112
RECOMENDACIONES ... 114
BIBLIOGRAFÍA ... 115
RESUMEN
La presente tesis tiene como finalidad realizar el análisis del Diseño Geométrico
del alineamiento horizontal y vertical de la carretera Lima-Canta, y su relación con
las características operativas de los vehículos pesados, debido a que esta
carretera es una ruta alterna a la carretera central. Dicho análisis se realiza
mediante el estudio de un tramo representativo de 10km.
Al realizar el análisis del tramo en estudio con las Normas pertinentes (DG-2014 y
AASHTO) se encontró que muchos parámetros del diseño geométrico de la
carretera no cumplen con la norma, parámetros como: longitud mínima en
tangente, radios mínimos, pendientes máximas, etc. Dichos parámetros
repercuten en el aspecto operativo de los vehículos y en la seguridad vial.
Se realizó la evaluación in situ de los puntos de la carretera en la cual se
encontraron las observaciones de los parámetros de diseño geométrico, con el fin
de poder analizar las causas por la cual dicho diseño geométrico no cumple con
la Norma.
Como resultado del análisis de la carretera se pudo encontrar que muchos tramos
de la carretera en estudio no cumplen con la Norma, por las limitaciones de la
topografía muy accidentada que presenta dicha carretera, similares al que
encontramos en gran parte de la geografía peruana. Si respetamos los parámetros
de la norma, involucraría mucho movimiento de tierra, lo cual implica en gran parte
la alteración del paisaje y altos presupuestos.
A pesar que algunos parámetros del diseño geométrico de la carretera no cumplen
con la norma, no impide el funcionamiento de aquella. Sin embargo, en la tesis se
propone como solución económica y aplicable en el corto plazo, optimizar la
señalización tanto horizontal como vertical, lo cual permita generar apariencia
atractiva, visuales agradables y estructuras bellas en la carretera, además, de
despertar el interés y la atención de los conductores.
Además de lo anterior, otra solución que implica mayor inversión en el mediano
plazo, es optimizar la distancia de visibilidad de parada, para asegurar mejores
ABSTRACT
The purpose of this thesis is to analyze the Geometric Design of the horizontal and
vertical alignment of the Lima-Canta highway and its relationship with the
operational characteristics of heavy vehicles, because this highway is an alternate
route to the central highway. This analysis is carried out by means of the study of
a representative section of 10km. When analyzing the section under study with the
relevant Standards (DG-2014 and AASHTO), it was found that many parameters
of the geometric design of the highway do not comply with the standard, such as:
minimum tangent length, minimum radius, maximum slope, etc. These parameters
affect the operational aspect of vehicles and highway safety. The points of the
highway in which the observations of the parameters of geometric design were
found were evaluated in situ in order to be able to analyze the causes for which
said geometric design does not comply with the Standard. As a result of the
analysis of the highway, it was possible to find that many sections of the road under
study do not comply with the Standard, due to the limitations of the very rugged
topography that this road presents, similar to that found in much of the Peruvian
geography. If we respect the parameters of the norm, it would involve a lot of earth
movement, which implies in large part the alteration of the landscape and high
budgets. Although some parameters of the geometric design of the road do not
comply with the standard, it does not prevent the operation of that one. However,
in the thesis is proposed as an economic solution and applicable in the short term,
optimize both horizontal and vertical signaling, which allows to generate attractive
appearance, pleasant visuals and beautiful structures on the road, in addition, to
arouse interest and attention of the drivers. In addition to the above, another
solution that involves greater investment in the medium term, is to optimize the
stopping visibility distance, to ensure better operating conditions and therefore
PRÓLOGO
La presente tesis, refiere a la situación real de las carreteras de penetración desde
la costa a la sierra del Perú, donde hay necesidad de vencer, además de longitud,
diferencia de altura, como es el caso de la carretera, motivo de la tesis, Lima –
Canta – La Viuda – Unish, que pretende ser alternativa de la carretera Lima-La Oroya-Selva Central (Carretera Central). La carretera Lima– Canta – La Viuda –
Unish actualmente está en proceso de mejoramiento a nivel de carpeta asfáltica
en caliente.
El autor, hace un análisis de las normas viales de diseño geométrico vigentes en
el País y su efectividad de cumplimiento en su aplicación en el diseño geométrico
de la carretera, encontrando que éstas se cumplen parcialmente y en el límite
inferior del rango de valores de correspondiente a los parámetros aplicados, lo
cual repercutirá en la calidad del transporte principalmente de los vehículos
pesados.
Para este cometido el alumno se esfuerza en recorrer la carretera personalmente,
en varias oportunidades, situación que le ha permitido identificar aspectos
funcionales y estructurales en situaciones críticas que no concuerdan con su
condición de carretera nueva, entre otros debido a condiciones de clima.
Para el análisis del diseño geométrico, toma una muestra de 10 km de carretera
en función a la mayor sinuosidad que presenta, logrando identificar en ella, un
11.21% de incumplimiento y mediante la implementación de la mejora del sistema
de señalización existente, logra disminuir dicho porcentaje a 7.76%. A pesar que
el sistema de señalización no puede corregir los defectos de diseño geométrico,
consideramos si puede advertir al usuario, de las dificultades geométricas de la
vía para que tome sus precauciones.
Advierte también que en este tipo de topografía accidentado donde está
emplazado, originar cortes de suelo de taludes altos implicaría atentar contra el
medio ambiente y altos costos de mantenimiento a largo plazo en
aproximadamente 25 años por la necesidad de estabilizar los taludes de corte.
De acuerdo a los antecedentes logrados la carretera, aproximadamente sigue el
lugar geométrico que tenía desde hace más de 25 años, habiendo cambiado,
principalmente el tráfico vehicular, el mismo, que una vez proyectado al año 2031,
en sus diferentes tramos presenta un IMD en el rango de 2001 a 4000 veh/día,
que permite clasificarla como una vía de primera clase, situación que la califica
Bajo la premisa que la carretera Lima – Canta – La Viuda – Unish, sea una vía
alterna a la Carretera Central, en la presente tesis pone en evidencia, que ésta vía
presenta muchos aspectos técnicos por mejorar, por lo que podría ser motivo de
otros estudios de investigación, por lo que consideramos el aporte del presente
trabajo servirá de partida para otras iniciativas de estudios viales de personas que
LISTA DE FIGURAS
Figura N°3.1 : Ubicación del proyecto………....18
Figura N°4.1 : Intensidad de Flujo Vehicular proyectado al año 2031 (n =20 años)………...……...….…...21
Figura N°4.2 : Trayectoria mínima de inflexión para el vehículo tipo WB – 19 (AASHTO), equivalente al tipo de vehículo T3S2 (Reglamento Nacional de Vehículos - 2003)… ………22
Figura N°4.3 : Ubicación del tramo, km 51 – km 61………...44
Figura N°4.4 : Ubicación del tramo, km 66 – km 76, tramo elegido para el estudio en la presente tesis……..………...44
Figura N°4.5 : Ubicación del tramo, km 67 – km 77….………..45
Figura N°4.6 : Velocidad de diseño en el tramo km 66+220 – 70+400...45
Figura N°4.7 : Velocidad de diseño en el tramo km 70+400 – 73+500…...46
Figura N°4.8 : Velocidad de diseño en el tramo km 73+500-76+000..……….…46
Figura N°4.9 : Secciones Transversales Típicas…..………...…….51
Figura N°4.10 : Longitud Crítica en Pendiente………..…..61
Figura N°4.11 : Longitud Crítica en Pendiente………..…………..61
Figura N°4.12 : Longitud Crítica en Pendiente………..……...62
Figura N°5.1 : Tramo en tangente, Km 68+914.49 - Km 68+914.49…….72
Figura N°5.2 : Vista en campo del tramo en tangente, Km 68+914.49 – Km
Figura N°5.5 : Tramo en tangente, Km 70+992.66- Km 71+069.58……...74
Figura N°5.6 : Vista en campo del tramo en tangente, Km 70+992.66 - Km 71+069.58…..………74
Figura N°5.7 : Tramo en tangente, Km 71+128.88 - Km 71+203.54…..….75
Figura N°5.8 : Vista en campo del tramo en tangente, Km 71+128.88 - Km 71+203.54………..75
Figura N°5.9 : Tramo en tangente, Km 75+442.87 - Km 75+549.25……...76
Figura N°5.11 : Curva circular, Km 68+877.83 - Km 68+914.49……….…..77
Figura N°5.12 : Vista en campo de la curva circular, Km 68+877.83 - Km
68+914.49………..78
Figura N°5.13 : Curva circular, Km 69+003.51- Km 69+051.70……….78
Figura N°5.14 : Vista en campo de la curva circular, Km 69+003.51- Km
69+051.70………..79
Figura N°5.15 : Curva circular, Km 69+524.07- Km 69+539.98 (Elaboración
propia)………79
Figura N°5.16 : Vista en campo de la curva circular, Km 69+524.07- Km
69+539.98………..80
Figura N°5.17 : Curva circular, Km 69+624.63- Km 69+643.39……….80
Figura N°5.18 : Vista en campo de la curva circular, Km 69+624.63- Km
69+643.39………..81
Figura N°5.19 : Curva circular, Km 75+715.98- Km 75+738.56……….81
Figura N°5.20 : Vista en campo de la curva circular, Km 75+715.98- Km
75+738.56………..82
Figura N°5.21 : Esquema de medición de velocidad………...82
Figura N°5.22 : Vista en campo del tramo km 72+800 al km 73+770………83
Figura N°5.23 : Vista en campo del tramo km 74+600 al km 75+180………84
Figura N°5.24 : Vista en campo del tramo km 75+180 al km 76+120………85
Figura N°5.32 : Ubicación de la señalización, sentido Canta – Lima, km
71+320 – km 71+080………92
Figura N°5.33 : Ubicación de la señalización, sentido Lima – Canta, km
75+340 – km 75+760………93
Figura N°5.34 : Ubicación de la señalización, sentido Canta – Lima, km
75+880 – km 75+220………94
Figura N°5.35 : Ubicación de la señalización, sentido Lima – Canta, km
68+660 – km 69+260………95
Figura N°5.36 : Ubicación de la señalización, sentido Canta – Lima, km
69+260 – km 68+660………96
Figura N°5.37 : Ubicación de la señalización, sentido Lima – Canta, km
69+300 – km 69+600………97
Figura N°5.38 : Ubicación de la señalización, sentido Canta – Lima, km
69+600 –km 69+300……….97
Figura N°5.39 : Ubicación de la señalización, sentido Lima – Canta, km
69+500 – km 69+760………98
Figura N°5.40 : Ubicación de la señalización, sentido Canta – Lima, km
69+760 – km 69+500………99
Figura N°5.41 : Ubicación de la señalización, sentido Lima – Canta, km
75+680 – km 75+900……….100
Figura N°5.42 : Ubicación de la señalización, sentido Canta – Lima, km
LISTA DE CUADROS
Cuadro N°3.1 : Ubicación del Proyecto………17
Cuadro N°4.1 : Cuadro N°4.1 Orografía y Topografía de la carretera Lima – Canta………..20
Cuadro N°4.2 : Distancia de visibilidad de parada (tp=2s)……….24
Cuadro N°4.3 : Distancia de visibilidad de parada (tp=2.5s)……….24
Cuadro N°4.4 : Distancia de visibilidad de paso………..25
Cuadro N°4.5 : Radios mínimos ………26
Cuadro N°4.6 : Longitud de transición de peralte para un Pi: 2.5%...28
Cuadro N°4.7 : Longitud de transición de peralte para un Pi: 2.0%...28
Cuadro N°4.8 : Factores de reducción de sobreancho………...29
Cuadro N°4.9 : Valores de sobreancho………30
Cuadro N°4.10 : Valores de sobreancho………31
Cuadro N°4.11 : Longitud mínima de curva convexa con visibilidad de parada (tp=2s)...……….33
Cuadro N°4.12 : Longitud mínima de curva convexa con visibilidad de parada (tp =2.5s)………33
Cuadro N°4.13 : Longitud mínima de curva convexa con visibilidad de paso………34
Cuadro N°4.14 : Longitud mínima de curva cóncava con visibilidad de parada tp =2s)……….35
Cuadro N°4.15 : Longitud mínima de curva cóncava con visibilidad de parada (tp =2.5s)………35
Cuadro N°4.16 : Tramos de descanso con pendiente <2%...36
Cuadro N°4.17 : Tramos de descanso con pendiente <3.5%...36
Cuadro N°4.18 : Valores de peralte……….38
Cuadro N° 4.19 : Dimensiones mínimas y separación máximas de ensanches de plataforma……….40
Cuadro N°4.20 : Cantidad de curvas Horizontales, km 0 – km 31…………..41
Cuadro N°4.21 : Cantidad de curvas Horizontales, km 31 – km 61………….42
Cuadro N°4.22 : Cantidad de curvas Horizontales, km 61 – km 79………….43
Cuadro N°4.23 : Velocidad de diseño del tramo en estudio……….47
Cuadro N°4.26 : Alineamiento Vertical………49
Cuadro N°4.27 : Alineamiento de la espiral………50
Cuadro N°4.28 : Longitudes de tramos en tangente……….52
Cuadro N°4.29 : Evaluación de longitudes en tramos tangente………..52
Cuadro N°4.30 : Longitudes de tramos en tangente del proyecto (V=50km/h), PI: 241 – PI: 261………53
Cuadro N°4.31 : Longitudes de tramos en tangente del proyecto (V=30km/h), PI: 262 – PI: 276………54
Cuadro N°4.32 : Longitudes de tramos en tangente del proyecto (V=50km/h), PI: 277 – PI: 288………54
Cuadro N°4.37 : Longitud mínima de curva de transición………58
Cuadro N°4.38 : Pendientes máximas (%)……….59
Cuadro N°4.39 : Pendientes del tramo en estudio (%)……….60
Cuadro N°4.40 : Longitud crítica en Pendiente………..63
Cuadro N°4.41 : Tipos de Curvas Verticales………..64
Cuadro N°4.42 : Evaluación de longitud mínima de curva vertical convexa..64
Cuadro N°4.43 : Evaluación de longitud mínima de Curva Vertical. Cóncava……….65
Cuadro N°4.44 : Anchos mínimos de calzada en tangente……….66
Cuadro N°4.45 : Anchos mínimos de Bermas………66
Cuadro N°4.46 : Valores de Bombeo de calzada………..67
Cuadro N°4.47 : Valores de Bombeo de Berma………67
Cuadro N°4.48 : Taludes referenciales en zona de relleno……….68
Cuadro N°4.49 : Taludes referenciales en zona de corte (H: V)………..68
Cuadro N°4.50 : Talud en corte en el tramo 65 + 435 - 70+000……….69
Cuadro N°4.51 : Talud en corte en el tramo 70+000 - 76+400……….70
Cuadro N°5.2 : Observaciones en Tramo en Curva Circular……… 71
Cuadro N°5.3 : Observaciones en Tramo en Pendiente………71
Cuadro N°5.4 : Variación de velocidad en tramo con pendiente de
+8.0%... ...83
Cuadro N°5.5 : Variación de velocidad en tramo con pendiente de
+7.1%... ...84
Cuadro N°5.6 : Variación de velocidad en tramo con pendiente de
+7.97%... ...85
Cuadro N°5.7 : Variación de velocidad en tramo con señalización en
pendiente de 8%...102
Cuadro N°5.8 : Variación de velocidad en tramo con señalización en
pendiente de 7.1%...102
Cuadro N°5.9 : Variación de velocidad en tramo con señalización en
pendiente de 7.97%...103
Cuadro N°5.10 : Velocidad Especifica, PI: 241 – PI: 261………...104
Cuadro N°5.11 : Velocidad Especifica, PI: 262 – PI: 288………..105
Cuadro N°5.12 : Velocidad de acuerdo a la señalización, sentido Lima –
Canta………106
Cuadro N°5.13 : Velocidad de acuerdo a la señalización, sentido Canta -
Lima ……….106
Cuadro N°5.14 : Movimiento de tierra del trazo modificado N°1…………..107
Cuadro N°5.15 : Movimiento de tierra del trazo modificado N°2…………...108
Cuadro N°6.1 : Longitud mínima en tramo tangente con señalización…..109
Cuadro N°6.2 : Radio mínimo en Curva circular con señalización……….109
Cuadro N°6.3 : Disminución de velocidad en pendientes (p > 7%)……….110
Cuadro N°6.4 : Disminución de Velocidad en tramo de pendientes
observados………..111
LISTA DE SÍMBOLOS Y SIGLAS
AASHTO :American Association of State Highway and Transportation Officials
BID : Banco Internacional de Desarrollo
D.A : Diferencia algebraica de pendientes (%)
Da : Distancia de visibilidad de Paso
DG : Diseño Geométrico
Dp : Distancia de visibilidad de Parada
f : Coeficiente de fricción longitudinal para pavimentos húmedos
fmáx : Coeficiente de fricción lateral máximo i : Pendiente longitudinal
IMD : Índice Medio Diario
ipmax : Máxima inclinación de cualquier borde de la calzada respecto al eje de la misma (%)
J : Variación uniforme de la aceleración (m/s3)
K : Parámetro de curvatura
LC : Longitud de curva
L mín. o : Longitud mínima (m) para trazados en” O” (alineamiento recto entre alineamientos con radios de curvatura del mismo sentido)
L mín. s : Longitud mínima (m) para trazados en “S” (alineamiento recto
entre alineamientos con radios de curvatura de sentido contrario) MTC : Ministerio de Transportes y Comunicaciones
PC : Punto de inicio de la curva
PI : Punto de Intersección de 2 alineaciones horizontales consecutivas.
PT : Punto de tangencia
PVI : Punto de intersección de 2 alineaciones verticales consecutivas
Rm : Radio mínimo
Sa : Sobreancho (m)
SAC : Sobreancho de compactación
SINAC : Sistema Nacional de Carreteras
Tp : Tiempo de Percepción + Reacción V : Velocidad
CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN
1.1 GENERALIDADES
El presente estudio se desarrolla a nivel de análisis del diseño geométrico de la
carretera Lima- Canta, y su comparación con los parámetros de diseño geométrico
en las Normas de diseño geométrico de una carretera que rigen en el Perú, a fin
de plantear las correcciones necesarias para obtener una vía con mejores
condiciones de servicio.
Para el presente estudio se ha revisado información disponible en los archivos del
Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC).
1.1.1 Antecedentes
Los archivos revisados del MTC son:
En el año 1995, el Proyecto de Estudio Definitivo de Ingeniería para la
Rehabilitación y Mejoramiento de la carretera Lima – Canta, tramo Km
21+000 – Km 77+031.La Dirección General de Caminos del MTC a través
de la Dirección de Carreteras, dispuso la ejecución del Estudio Definitivo de
Ingeniería para la Rehabilitación y Mejoramiento a nivel de pavimentación,
del tramo comprendido entre el Km 21 y el Km 77+031.31 de la carretera
Lima-Canta , punto donde empalma con la carretera que llega a la localidad
de Canta.
En el año 1998, el Proyecto de Estudio de Ingeniería e Impacto Ambiental,
para la Ampliación, Construcción y Conservación de la carretera Lima –
Canta.
En el año 2006, Provías Nacional a través del Contrato de Préstamo N°
1150/OC-PE, suscrito con el Banco Internacional de Desarrollo (BID), se
elabora parcialmente los Estudios definitivos a nivel de recapado de la
carretera Lima-Canta, entre los Km 30+000 al Km 102 +000.
En el año 2011, se efectúa el Proyecto Rehabilitación y mejoramiento de la carretera Lima-Canta-La Viuda-Unish, tramo Lima-Canta” (Licitación Pública
N° 0014-2011-MTC/20).
De la revisión de estos antecedentes, observamos que han sido mejorados los
estándares técnicos de la sección de la vía, tipo de pavimento definitivo, sistema
de drenaje, sistema de señalización. Sin embargo, el lugar geométrico del eje de
1.2 PROBLEMÁTICA
A menudo se aprecia en el país problemas relacionados a las carreteras, tales
como congestión vehicular, colapso de sistema de drenajes, accidentes de
tránsito; cuyas consecuencias son fatales.
Como causa de estos problemas es la falta de capacidad de la carretera, originado
por las fuertes pendientes longitudinales y falta de distancia de visibilidad de paso
que repercuten más en los vehículos pesados, falta de optimización del sistema
de drenaje superficial que responda a eventos de precipitación pluvial significativo,
exceso de velocidad y los actos inseguros del conductor durante la operación de
parada y adelantamiento
Es así que, en la reunión de estas ideas, se puede concluir que un factor muy
importante para la reducción de problemas en carreteras es eliminar el factor
infraestructura vial como causa de los accidentes, el mismo que implica al menos,
el cumplimiento de la Norma de Diseño Vial a fin de lograr una vía homogénea
que no sorprenda al conductor.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo General
Realizar el análisis del Diseño Geométrico del alineamiento horizontal y vertical de la carretera Lima –Canta en el tramo Km: 66+000.00 hasta Km:
76+000.00, y su relación con las características operativas actuales de los
vehículos pesados, mediante el uso de las normas pertinentes y la
observación in situ, e identificar las posibles mejoras o modificaciones a
realizar.
1.3.2 Objetivos Específicos
Identificar el grado de cumplimiento de la Norma de Diseño Vial.
Realizar la evaluación de las posibles modificaciones que permitan la
mejora del Diseño Geométrico.
Verificar si el diseño de la vía permite la circulación continua de vehículos
motorizados semejantes al vehículo de diseño.
Analizar la importancia que se da a la norma de diseño geométrico en la
CAPÍTULO II. FUNDAMENTO TEÓRICO
En el Perú, el ente competente para emitir las normas viales de aplicación en el
Sistema Nacional de Carreteras (SINAC), es el Ministerio de Transportes y
Comunicaciones, y como tal ha emitido el Manual de Carreteras: Diseño
Geométrico DG-2014, el mismo que para el análisis del diseño geométrico de la
carretera Lima – Canta en el tramo Km: 66+000.00 hasta Km: 76+000.00,
aplicaremos. En forma complementaria nos ayudaremos de las norma AASHTO,
así como del Expediente técnico de Rehabilitación y Mejoramiento de la Carretera
Lima-Canta actual, que contiene el respectivo Estudio definitivo de ingeniería. Por
otro lado, el hecho de realizar el análisis del diseño geométrico de una carretera
implica también el estudio de las señalizaciones, en ese sentido se usará el
Manual de Dispositivos de Control del Tránsito, para verificar las consideraciones
a tomar en cuenta.
2.1 DESARROLLO DE CARRETERAS EN EL PERÚ
El Perú, al ser atravesado de sur a norte por la cordillera de los Andes, se convierte
en un territorio con serios problemas físicos para solucionar la demanda del
transporte terrestre.
En la costa, tenemos grandes fajas de desiertos.
En la Sierra, profundos valles.
En la Selva, inmensas extensiones de terreno inundables entre ríos
caudalosos.
2.2 DIFICULTADES QUE OFRECE CADA REGIÓN AL DESARROLLO VIAL
COSTA:
Acción eólica que da lugar a la formación de dunas.
Precipitaciones pluviales extraordinarias como el fenómeno del Niño, que
repercute en la integridad de la plataforma vial, obras de drenaje y puentes.
SIERRA:
Compleja orografía, huaicos y aluviones.
SELVA:
Complicado sistema de drenaje que da lugar a la formación de grandes
CAPÍTULO III. GENERALIDADES
En la presente tesis se desarrolla el análisis del Diseño Geométrico de la carretera
Lima – Canta en el tramo km 66+000 hasta el km 76+000.
Para dicho análisis se apoya de la información del Proyecto: “Estudio Definitivo
para la Rehabilitación y Mejoramiento de la Carretera Lima-Canta-La Viuda-Unish,
tramo: Lima-Canta”.
El citado proyecto de carretera Lima - Canta fue elaborado en función al manual
de Diseño Geométrico DG -2001, vigente en la fecha del respectivo contrato.
Descripción del proyecto:
El proyecto a nivel de “Rehabilitación y mejoramiento”, de la carretera
Lima-Canta-La Viuda-Unish, en el tramo Lima-Canta, en lo que refiere al diseño
geométrico implica actividades que modifican la geometría existente, a fin
de obtener una vía con mejores condiciones de transitabilidad, seguridad y
estética, sin dejar de lado la economía del proyecto.
Ubicación del proyecto
La carretera Lima – Canta se encuentra ubicada en la zona Norte-Este del
departamento de Lima, ubicándose el km 0+000 al final de la doble vía de la
Av. Túpac Amaru en el km 21.5 del km existente de la carretera Lima-Canta
en Carabayllo. En el Cuadro N° 3.1 se muestra los distritos por los cuales
pasa la carretera Lima – Canta. Así también en la Figura N°3.1se muestra
la ubicación del proyecto.
Cuadro N°3.1 Ubicación del Proyecto. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
DEPARTAMENTO PROVINCIA DISTRITO DESCRIPCIÓN
Figura N°3.1 Ubicación del proyecto (Elaboración propia).
Estado actual de la carretera
La carretera Lima- Canta, identificada como PE - 20A, se inicia en el distrito
de Carabayllo, en Lima, y termina en la ciudad de Canta a 2840 m.s.n.m., y
cuenta con una longitud proyectada de 79.467 kilómetros.
La carretera en sus primeros 06 kilómetros (salida de Carabayllo) se
desarrolla sobre un área netamente urbana, pasando por la planta de
tratamiento de agua potable de rio Chillón, las urbanizaciones El Progreso y
Torre Blanca y a partir del km 06 continúa el ascenso atravesando los
poblados de Chocas, Leticia, Yangas, Apán y Yaso, pasando por el lado
izquierdo de la localidad de Santa Rosa de Quives. No existen vías de
evitamiento para los poblados antes mencionados.
A lo largo de la carretera existen 02 puentes de concreto de 6.60m de ancho
(Puente Verde y Puente Chaperito) ,02 pontones de concreto de 4.00m de
ancho (Pontón Apán y Pontón Añapo) y 02 puentes modular tipo Bailey de
un solo carril con longitudes de 25 y 50 m aproximadamente (Puente La
Cabaña y Puente Santa Rosa). Las estructuras de drenaje se presentan en
los últimos 22 kilómetros, viéndose afectados principalmente los badenes
Las obras de rehabilitación y mejoramiento de la vía facilitarán el transporte
de larga distancia entre las regiones de Huánuco, Pasco, Junín, Ucayali y
San Martín, constituyéndose como alternativa a la Carretera Central (Lima –
La Oroya).
La obra de Rehabilitación y Mejoramiento de la carretera Lima – Canta,
culmino a fines del año 2016.Sin embargo durante el mes de febrero del
2017 se presentó muchos derrumbes y fallas del pavimento, los cuales
CAPÍTULO IV. ESTUDIO BÁSICO
4.1 ESTUDIO BÁSICO DE LA CARRETERA LIMA – CANTA
Para realizar el estudio básico de la carretera Lima – Canta se revisó los
parámetros de la carretera, los cuales se describen en el Expediente Técnico de
Rehabilitación y Mejoramiento de la Carretera Lima-Canta (MTC, [2]).
4.1.1 Topografía de la zona
La carretera en estudio se inicia en el distrito de Carabayllo, al final de la doble vía
de la avenida Túpac Amaru. Los primeros 27 km se desarrollan
predominantemente en terreno con topografía plana a ondulada y a partir del km
27 hasta llegar a la localidad de canta, sobre topografía predominante de tipo
accidentada a muy accidentada. En el Cuadro N°4.1 se muestra la orografía y
topografía del terreno, para cada tramo en la carretera Lima – Canta.
Cuadro N°4.1 Orografía y Topografía de la carretera Lima – Canta. (Estudio definitivo de la carretera Lima -Canta)
N° TRAMO LONGITUD (Km)
INCLINACIÓN
TRANSVERSAL OROGRAFÍA TOPOGRAFÍA
1 KM 0+000 al
Según su función, la carretera del estudio califica como una carretera de la
red vial primaria, desarrollándose en su totalidad en el departamento de
Lima uniendo las provincias de Lima y Canta.
De acuerdo al estudio de tráfico del Proyecto: “Estudio Definitivo para la
Rehabilitación y Mejoramiento de la Carretera Lima-Canta-La Viuda-Unish,
tráfico proyectadas al año 2031, ver Figura N°4.1 Intensidad de Flujo
vehicular.
IMD Carabayllo – Trapiche = 6107 vehículos/día.
IMD Trapiche –Santa Rosa de Quives =3189 vehículos /día.
IMD Santa Rosa de Quives – Canta =2252 vehículos /día.
Figura N°4.1 Intensidad de Flujo Vehicular proyectado al año 2031(n = 20 años) (Estudio definitivo de la carretera Lima –Canta)
El tráfico proyectado al año 2031 del tramo Carabayllo – Trapiche, está
representado en su mayoría por vehículos ligeros (2009 Veh/día)
correspondientes al transporte público y privado concentrado en la zona urbana
(km 0 – km 3), este tráfico deberá ser reordenado de acuerdo al Plan de transporte
Urbano que consideren los Municipio de Carabayllo y Lima Metropolitana. Por lo
tanto, por la vía proyectada transitarán alrededor de 4098veh/día.
Con lo antes expuesto se clasifica a la carretera en estudio de acuerdo a la
demanda como una carretera de primera clase (carretera con una calzada de 02
carriles DC), presentando la mayor parte de la longitud de la vía una demanda,
proyectada para el 2031, dentro del rango de 2001 a 4000 Veh/día. (MTC, [2])
4.1.3 Vehículo de diseño
En vista de que la carretera en estudio tendrá un tráfico conformado por todos los
tipos de vehículos que transitan por la Red Vial Nacional, se ha considerado para
la selección del vehículo de diseño aquel que, de acuerdo a lo establecido en el
Reglamento Nacional de Vehículos, requiere mayores dimensiones geométricas
para el transito seguro por la carretera. El tipo de vehículo de diseño considerado
en el proyecto en estudio es el vehículo WB – 19 (según AASHTO) equivalente al
T3S2 (según Reglamento Nacional de Vehículos -2003).
Las dimensiones y características de recorrido mínimo en curva de vuelta se
Figura N°4.2 Trayectoria mínima de inflexión para el vehículo tipo WB – 19 (AASHTO), equivalente al tipo de vehículo T3S2 (Reglamento Nacional de Vehículos - 2003).
4.1.4 Velocidad de diseño
La velocidad de diseño del proyecto se basa en el Manual DG-2001, la cual
permite la determinación de la velocidad de diseño en base a la orografía que
atraviesa la vía y a la clasificación de las carreteras. A partir de dicha tabla, se
tiene:
Para una carretera de primera clase, con una orografía tipo 2 la velocidad
de diseño recomendada varía entre 60 y 90 Km/h.
Para una carretera de primera clase, con una orografía tipo 4 la velocidad
de diseño recomendada varía entre 50 y 70 Km/h.
Sin embargo, en vista que la carretera atraviesa quebradas angostas, en lugares
puntuales se ha diseñado el alineamiento horizontal con las velocidades menores
a las recomendadas.
Dichas velocidades fueron ratificadas con el manual de carreteras DG-2014(MTC,
[3]).
4.1.5 Distancia de visibilidad
Distancia de visibilidad de parada
Para el cálculo de la velocidad de parada se considera la fórmula establecida en
la 2001, la misma que ha sido ratificada con el manual de carreteras
DG-V : Velocidad de Diseño de la Carretera (Km/h).
tp : Tiempo de Percepción + Reacción (2s).
f : Coeficiente de fricción longitudinal para pavimentos húmedos.
i : Pendiente longitudinal (en tanto por uno).
+i = Subidas respecto sentido de circulación.
-i = Bajadas respecto al sentido de circulación.
En el proyecto: “Estudio Definitivo para la Rehabilitación y Mejoramiento de la
Carretera Lima-Canta-La Viuda-Unish, tramo: Lima-Canta” (MTC, [2]) se está
tomando un Tp=2s, el cual cumple con el manual de carreteras DG-2014. Sin
embargo, de acuerdo a la AASHTO se tiene que el tiempo mínimo de frenado
debe ser de 2.5s para condiciones complejas, de acuerdo a lo mencionado el
proyecto no está cumpliendo con la norma AASHTO.
En el Cuadro N° 4.2 se puede observar la distancia de parada para distintas
velocidades y coeficientes de fricción, calculados en el proyecto.
Nota: se encontró una observación en el manual de carreteras DG-2014. En el
manual de carreteras DG-2014 se menciona que el tiempo de reacción mínimo
Distancia de visibilidad de parada”, que se encuentra presente en el manual de
carreteras DG-2014 se muestran los valores mínimos de distancia de visibilidad
de parada, los cuales fueron calculados para un tiempo mínimo de frenado de
2.5s. Por ende, en el manual de carreteras DG-2014 existe una contradicción con
respecto al tiempo mínimo de frenado, lo cual se debe de corregir. Además, en el
manual de carreteras DG-2014 la Tabla 205.01 no es coherente con la Figura
205.01.
En el Cuadro N° 4.3 se puede observar la distancia de parada mínima (tp =2.5s)
para distintas velocidades y pendientes, calculados según la AASHTO.
De la comparación del Cuadro N° 4.2 y el Cuadro N° 4.3 se observa que las
distancias de visibilidad de parada según la AASHTO son mayores a las distancias
calculadas en el proyecto.
Cuadro N°4.2 Distancia de visibilidad de parada (tp=2s). (Estudio definitivo de la carretera Lima -Canta)
Cuadro N°4.3 Distancia de visibilidad de parada (tp=2.5s). (AASHTO)
VELOCIDAD
DE DISEÑO tp (s)
PENDIENTE DE BAJADA PENDIENTE DE SUBIDA -8% -5% -2% 2% 5% 8%
Distancia de visibilidad de paso
El Diseño Geométrico del proyecto: “Estudio Definitivo para la Rehabilitación y Mejoramiento de la Carretera Lima-Canta-La Viuda-Unish, tramo: Lima-Canta”
(MTC, [2]) se realizó tratando de evitar tramos con longitudes mayores a 2500
m sin visibilidad de adelantamiento. Los valores de distancia de visibilidad de
paso fueron tomados de lo establecido en las DG-2001 y se indican en el
Cuadro N°4.4
Los valores del Cuadro N°4.4 fueron ratificados con el manual de carreteras
DG-2014(MTC, [3]).
Cuadro N°4.4 Distancia de visibilidad de paso. (Estudio definitivo de la carretera Lima -Canta)
VALORES DE DISTANCIAS DE VISIBILIDAD DE PASO(Da)
VELOCIDAD
Los valores de los parámetros del alineamiento horizontal (radio mínimo, longitud
mínima de curva de transición y sobreancho) que se establecieron en el proyecto:
“Estudio Definitivo para la Rehabilitación y Mejoramiento de la Carretera Lima-Canta-La Viuda-Unish, tramo: Lima-Canta” (MTC, [2]) han sido evaluados con el
manual de carreteras DG-2014(MTC, [3]).
Radios mínimos
Los radios mínimos para cada velocidad de diseño, calculado bajo el criterio de
seguridad ante el deslizamiento, están dados por la expresión:
Rm = V
V : Velocidad directriz o de diseño (Km/h).
El cuadro N°4.5 muestra los valores de radios mínimos utilizados para cada
velocidad de diseño.
Cuadro N°4.5 Radios mínimos. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
RADIOS MÍNIMOS
La longitud de curva de transición mínima está dada por la siguiente expresión:
L min = V 46.656xJ(
V2
R − 1.27p)
Donde:
V: Velocidad de diseño (Km/h)
R: Radio de curvatura (m)
J: Tasa de variación uniforme de la aceleración (m/s3) P: Peralte correspondiente a V y R (%)
Los valores de “J” utilizados son 0.5m/s3para velocidades menores a 80 Km/h y de 0.4m/s3 para velocidades entre 80 y 100 Km/h.
Las longitudes de curva de transición utilizadas en el diseño geométrico de la
vía en estudio varían de 30m a 65m de largo.
Transición de peralte
Al desarrollarse el peralte el borde de la calzada describe una inclinación,
según norma esta inclinación no debe superar el valor obtenido por la siguiente
expresión:
ip
max= 1.8 − 0.01xV
Donde:
ipmax: Máxima inclinación del borde de la calzada (%) V: Velocidad de diseño (Kph)
La longitud del tramo de transición del peralte tendrá por tanto una longitud
mínima definida por la ecuación.
L
min=
p
f− p
iip
maxxB
Donde:
Lmín: Longitud mínima del tramo de transición del peralte (m)
Pf: Peralte final con su signo (%).
Pi: Peralte inicial con su signo (%).
B: Distancia del borde de la calzada al eje de giro del peralte (m)
Las expresiones usadas para el cálculo de longitud mínima en transición de
peralte han sido ratificadas con el manual de carreteras DG-2014(MTC, [3]).
El Cuadro N° 4.6 muestra valores de longitud mínima de transición de peralte,
según la velocidad de diseño y considerando un bombeo de calzada de
2.5%(peralte inicial), ancho de calzada de 7.20m y eje de giro del peralte
ubicado al centro de calzada (B=3.60m para el proyecto).
Sin embargo, en la sección transversal que se describe en el proyecto se tiene
un bombeo de 2%, razón por la cual se debe de calcular las longitudes mínimas
en transición de peralte con el valor de peralte inicial Pi: 2.0%.
El Cuadro N° 4.7 muestra los valores de longitud mínima de transición de
peralte, considerando 2.0% como peralte inicial.
De la comparación del Cuadro N° 4.6 y el Cuadro N° 4.7 se observa que los
valores de longitud mínima de transición para un Pi: 2.5% son más
conservadores que para un Pi: 2.0%, lo cual es lógico pues a menor bombeo
Cuadro N°4.6 Longitud de transición de peralte para un Pi: 2.5%. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
LONGITUD DE TRANSICION DE PERALTE(B=3.60m) pi=-2.5% Valores de peralte final %
Cuadro N°4.7 Longitud de transición de peralte para un Pi: 2.0%. (Elaboración propia)
LONGITUD DE TRANSICION DE PERALTE(B=3.60m) pi=-2.0% Valores de peralte final %
vehículo, radio de curvatura y de la velocidad directriz. El sobreancho se puede
calcular a partir de la siguiente formula:
𝑆𝑎 = 𝑛 (𝑅 − √𝑅2− 𝐿2) + 𝑉
10√𝑅
Donde:
Sa: Sobreancho (m)
n: Número de carriles (2carriles)
R: Radio (m)
L: Distancia entre eje posterior y parte frontal (13.87m)
V: Velocidad de Diseño (km/h)
El manual de carreteras DG-2014(MTC, [3]) indica que para anchos de calzada
en recta mayor a 7.20m, los valores de sobreancho podrán ser reducidos en el
porcentaje que se muestra en el Cuadro N°4.8, dicha reducción está en función
al radio de curva.
Sin embargo, en el proyecto “Estudio Definitivo para la Rehabilitación y
Mejoramiento de la Carretera Lima-Canta-La Viuda-Unish, tramo: Lima-Canta”
(MTC, [2]) se está tomando el valor de L=13.87m, lo cual es incorrecto puesto
que la distancia entre el eje posterior y la parte frontal del vehículo de diseño
es 20.12m (ver página 25 de esta tesis),la corrección del valor de “L” implica
valores mayores de sobreancho con respecto a los propuestos en el proyecto.
Cuadro N°4.8 Factores de reducción de sobreancho. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
FACTORES DE REDUCCION DE SOBREANCHO (Ancho de Calzada 7.20m) Radio(m) Factor Radio(m) Factor Radio(m) Factor Radio(m) Factor
El Cuadro N°4.9 muestra los valores de sobreancho (reducidos) mínimos a usar
de acuerdo al proyecto: “Estudio Definitivo para la Rehabilitación y
Mejoramiento de la Carretera Lima-Canta-La Viuda-Unish, tramo: Lima-Canta”
(MTC, [2]).
El Cuadro N°4.10 muestra los valores de sobreancho para el vehículo de diseño
WB-19, según la AASHTO.
De la comparación del Cuadro N°4.9 y el Cuadro N°4.10 se puede observar
que los valores de sobreancho mínimo según la AASHTO son más
conservadores.
Cuadro N°4.9 Valores de sobreancho. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
Cuadro N°4.10 Valores de sobreancho. (AASHTO)
Los valores de los parámetros del alineamiento vertical (pendiente, longitud
mínima de curva y tramo de descanso) que se establecieron en el proyecto:
“Estudio Definitivo para la Rehabilitación y Mejoramiento de la Carretera Lima-Canta-La Viuda-Unish, tramo: Lima-Canta” (MTC, [2]) han sido evaluados con el
manual de carreteras DG-2014(MTC, [3]).
Pendiente
Pendiente mínima La pendiente mínima asignada a la sub rasante a lo largo de la Carretera Lima–
Canta es de 0.50%. Esta pendiente es la mínima recomendada en la
Pendiente máxima
La pendiente máxima asignada utilizada para el diseño de la sub rasante es de
8.00%. Excepcionalmente se utilizó la pendiente de 9.57% en 610m de longitud
y sobre 875 m.s.n.m. para el tramo ubicado al inicio de la vía de evitamiento de
las localidades de Leticia y Yangas, antes y después del tramo indicado la vía
se proyecta con pendiente menores a 3% en longitudes a 2 km.
Curvas verticales
Longitud de curvas convexas
La longitud de las curvas verticales convexas utilizando el criterio de visibilidad,
viene dada por las siguientes expresiones:
Cuando S < L
L: Longitud de la curva vertical (m).
S: Distancia de visibilidad de parada o de sobrepaso (m).
A: Diferencia algebraica de pendientes (%).
h1: Altura del ojo sobre la rasante (1.07m).
h2: Altura del objeto (0.15m).
El manual de carreteras DG-2014(MTC, [3]) considera los valores de h1 =
1.07m y h2 =0.15m para el caso de distancia de visibilidad de parada y para el
caso de visibilidad de sobrepaso el valor de h2=1.30m.
El Cuadro N° 4.11 muestra los valores de longitud mínima de curva vertical,
según la velocidad de diseño, distancia de visibilidad de parada (Ver Cuadro
N°4.3) y diferencia algebraica de pendientes.
En el proyecto en estudio se asumió como longitud mínima de curva convexa
Cuadro N°4.11 Longitud mínima de curva convexa con visibilidad de parada tp =2s). (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
El Cuadro N° 4.12 muestra los valores de longitud mínima de curva vertical,
según la velocidad de diseño, distancia de visibilidad de parada para un tp=2.5s
(Ver Cuadro N°4.4) y diferencia algebraica de pendientes.
De la comparación del Cuadro N° 4.11 y el Cuadro N° 4.12 se puede observar
que la longitud mínima de curva vertical para un tp =2.5s es mayor que la
longitud mínima calculada en el proyecto, ello se puede apreciar para las
velocidades mayores a 50km/h y diferencia algebraica de pendientes mayores
a 6%.
Cuadro N°4.12 Longitud mínima de curva convexa con visibilidad de parada (tp =2.5s). (AASHTO)
LONGITUD MINIMA DE CURVA CONVEXA (con visibilidad de Parada) Velocidad
(Km/h)
Diferencia Algebraica de Pendientes (A%) 1% 2% 3% 4% 6% 8% 10%
Para el cálculo de longitud de curvas verticales convexas utilizando el criterio
de visibilidad de paso, se utilizó las formulas usadas para el criterio con
visibilidad, pero utilizando los valores de h1=1.07m y h2=1.30m.
LONGITUD MINIMA DE CURVA CONVEXA (con visibilidad de Parada) Velocidad
(Km/h)
Los valores de h1 y h2 fueron ratificados con el manual de carreteras DG-2014
(MTC, [3]).
El Cuadro N°4.13 muestra la longitud mínima de curva convexa con visibilidad
de paso para diferentes velocidades.
Cuadro N°4.13 Longitud mínima de curva convexa con visibilidad de paso. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
Longitud de curvas cóncavas
Para el caso del cálculo de la longitud de las curvas verticales cóncavas, solo
se contempla para el caso de distancia de visibilidad de parada .El cálculo de
la longitud de curva vertical cóncava viene dada por la siguiente expresión:
Cuando Dp < L:
L: Longitud de la curva vertical (m).
Dp: distancia de visibilidad de parada, que viene a ser la distancia entre el
vehículo y el punto donde con un ángulo de 1°, los rayos de luz de los faros,
interseca a la rasante.
A: Diferencia algebraica de pendientes (%).
El cuadro N°4.14 muestra los valores mínimos de longitud de curvas cóncavas
de acuerdo a la distancia de visibilidad de parada (Ver Cuadro N°4.3), velocidad
LONGITUD MINIMA DE CURVA CONVEXA (con visibilidad de Paso)
Velocidad (Km/h)
De acuerdo al proyecto en estudio, se asumió como longitud mínima de curva
cóncava el valor de 40m.
Cuadro N°4.14 Longitud mínima de curva cóncava con visibilidad de parada tp =2s). (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
LONGITUD MINIMA DE CURVA CONCAVA Velocidad
(Km/h)
Diferencia Algebraica de Pendientes (A%) 1% 2% 3% 4% 6% 8% 10%
El cuadro N°4.15 muestra los valores mínimos de longitud de curvas cóncavas
de acuerdo a la distancia de visibilidad de parada para tp=2.5s (Ver Cuadro
N°4.4), velocidad de diseño y diferencia algebraica de pendientes. Además
para el cálculo de la longitud mínima se está respetando el criterio de
Lmin=0.6xV, según AASHTO.
De la comparación del Cuadro N° 4.14 y el Cuadro N° 4.15 se puede observar
que la longitud mínima de curva vertical para un tp =2.5s es mayor que la
longitud mínima calculada en el proyecto, para velocidades mayores a 50km/h
y diferencia algebraica de pendiente mayores a 6%.
Cuadro N°4.15 Longitud mínima de curva cóncava con visibilidad de parada (tp =2.5s). (AASHTO)
LONGITUD MINIMA DE CURVA CONCAVA Velocidad
(Km/h)
Diferencia Algebraica de Pendientes (A%)
Tramos de descanso
De acuerdo al manual de carreteras DG-2014(MTC, [3]), la pendiente máxima
para los tramos de descanso debe ser menor a 2% en longitudes no menores
a 500m.
Excepcionalmente a partir del km. 50 el proyecto presenta tramos de descanso
con pendientes mayores a 2% y menores a 3.5%.
El Cuadro N°4.16 y el Cuadro N°4.17 muestran un listado de los tramos de
descanso, con distintas pendientes, ubicado a lo largo de la carretera.
Se verificó que los tramos de descanso para pendientes mayores a 5% son los
tramos con la siguiente numeración: 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17,19 y 20.
Cuadro N°4.16 Tramos de descanso con pendiente <2%. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
LONGITUD DE TRAMOS DE DESCANSO (P<2%) N° INICIO FIN LONGITUD(m)
Cuadro N°4.17 Tramos de descanso con pendiente <3.5%. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
4.1.8 Sección transversal
Los valores de los parámetros de la sección transversal (ancho de carril, berma,
Lima-Canta” (MTC, [2]) han sido evaluados con el manual de carreteras
DG-2014(MTC, [3]).
Ancho de carriles
En vista que la carretera pertenece a la Red Vial Nacional con significativa
presencia de tráfico pesado (transporte de productos mineros madereros,
agrícolas, etc.) y con velocidades que llegan hasta los 90 Km/h, en el proyecto
se optó por uniformizar el ancho de los carriles a 3.60 metros, dotando de este
modo de mayor seguridad al tránsito vehicular por esta carretera.
Berma
El manual de carreteras DG-2001 permite la determinación del ancho de
bermas en base a la orografía que atraviesa la vía y a la clasificación de la
carretera.
Para una carretera de primera clase, con orografías tipo 3 y 4 el ancho
recomendado de las bermas es de 1.20 m.
Sobreancho de compactación
La sección transversal tendrá un sobreancho de compactación (SAC) mínimo
de 0.50 metros que permita confinar las capas de sub base y base, además de
servir para la colocación de postes y señalización.
Bombeo
La carretera se desarrolla entre los 260 y 2850 m.s.n.m., atravesando zonas de
clima templado en la costa aproximadamente hasta el Km. 26 +800 con
precipitaciones inferiores a los 50mm/año, a partir del Km 26+800 el clima
corresponde al típico de la sierra con precipitaciones que alcanzan los
500mm/año. Por lo anterior y considerando que tanto la calzada y bermas
tienen como superficie de rodadura una carpeta asfáltica, la norma DG-2001
especifica los valores de bombeo en tramo recto tal como se indica a
continuación.
La calzada tendrá un bombeo de 2.0%.
Las bermas y sobreancho de compactación un bombeo de 4.0%.
El bombeo usar de la sección transversal ha sido ratificado con el manual de
carreteras DG-2014(MTC, [3]). Sin embargo, la Norma 3.1- IC “Trazado” de la
Instrucción de Carreteras recomienda:
Si la calzada es única y de doble sentido de circulación, la calzada y los
del dos por ciento ( 2 %) hacia cada lado a partir del eje de la calzada.
(Ministerio de Fomento, [5]).
Peraltes
Los valores de peralte utilizados corresponden a los recomendados por el
Manual de Diseño Geométrico de Carreteras y Calles (AASHTO, [1]). El cuadro
N°4.18 muestra los valores de peralte según las velocidades de diseño y radios
de curvatura horizontal.
Cuadro N°4.18 Valores de peralte. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
Taludes
Taludes de Terraplenes
Las inclinaciones de los taludes para terraplenes se asignaron de acuerdo al
tipo de material de relleno (suelos granulares compuesto por gravas y arcillas
limo arenosas) y las recomendaciones del Estudio Geológico Geotécnico. Así
tenemos que el talud de diseño en terraplenes es de 1:1.50 (V: H).
Taludes de corte
Los taludes para las secciones en corte varían de acuerdo a la estabilidad de
los terrenos necesarios a cortar para la conformación de la plataforma.
Cunetas
Las cunetas existentes antes de ejecutarse el proyecto en la carretera Lima –
Canta (últimos 20 Km), eran del tipo triangular con dimensiones promedio de
1.40 metros de ancho en la parte superior, 0.70 metros de profundidad y talud
interior (1:1.5 V: H).
La norma DG-2001 recomienda para velocidades menores o iguales a 70Km/h
e IMDA mayor a 750 Veh/día un talud interior de las cunetas de 1:3(V: H), el
mismo que se está considerando en el proyecto.
Además, para el caso de cunetas de secciones triangulares, la norma DG-2001
recomienda lo siguiente: Las profundidades serán de 0.20 m para regiones
secas, de 0.30 m para regiones lluviosas y de 0.50 m para regiones muy
lluviosas.
Considerando que las cunetas se proyectan en los últimos 20km, en zona de
precipitaciones considerables y que el pavimento tiene un espesor promedio
de 0.60m con bombeo de 2.5% a nivel de sub rasante y el recubrimiento de
cunetas será de concreto de 0.10metros de espesor, en el proyecto se
establece como profundidad de la cuneta el valor de 0.40 metros.
El estudio de hidrología e hidráulica del proyecto, considera colocar cunetas
revestidas con las dimensiones antes mencionadas desde el km 52+420 hasta
el fin del tramo. Como medida de prevención se colocan cunetas no revestidas
de 0.20m de profundidad desde el km 26 +800 hasta el km 52 +420.
Plazoletas de estacionamiento
Debido a que el ancho de bermas es menor que 2.40metros, surge la necesidad
de proveer espacios para acomodar los vehículos que ocasionalmente sufren
desperfectos durante su recorrido, aquellos que necesiten revisión o solo
Las plazoletas proyectadas son de 3 metros de ancho y 30 metros de largo,
con una longitud adicional de ingreso de 10metros y de salida de 15 metros.
Dichas dimensiones cumplen con las dimensiones mínimas que se indican en
el manual de carreteras DG- 2014(MTC, [3]), ver Cuadro N° 4.19.
Cuadro N° 4.19 Dimensiones mínimas y separación máximas de ensanches de plataforma. (DG-2014)
metros de ancho y 30 metros de largo, con una longitud adicional de ingreso
de 10 metros y salida de 15 metros.
4.2 ESTUDIO BÁSICO DEL TRAMO EN ESTUDIO
4.2.1 Determinación del tramo en estudio
Para poder realizar el estudio de la carretera Lima – Canta, se realizó la elección
de un tramo de 10 Km, el cual pueda representar a la carretera Lima-Canta. Dicho
tramo se escogió tomando como base la cantidad de curvas horizontales que se
tienen en la carretera. Los Cuadros N°4.20, N°4.21 y N°4.22 muestran las
cantidades de curvas Horizontales a lo largo de la carretera. De dichos cuadros
se puede evidenciar un total de 299 curvas en 79 km de la carretera, lo cual
Cuadro N°4.22 Cantidad de curvas Horizontales, km 61 – km 79. (Elaboración propia)
De los Cuadros N°4.20, N°4.21 y N°4.22 se puede observar que, para tramos de
10 km, la máxima cantidad de curvas horizontales es 48. Dicha cantidad ocurre
en los siguientes tramos:
Km 51 - km 61
Km 66 - km 76
Km 67 - km 77
En función a estos datos, inferimos que la mayor sinuosidad promedio por
kilómetro que presenta la carretera es de 5 curvas/km, superior al promedio para
toda la carretera.
Para poder escoger el tramo a estudiar se basó en la topografía del terreno,
apreciada directamente en campo, y en gabinete con apoyo de la herramienta
Google Earth.
Ubicamos los 3 posibles tramos a estudiar en el Google Earth conforme se
muestra en las Figuras N°4.3, N°4.4 y N°4.5. Luego deducimos que el tramo con
topografía más accidentada, es el tramo correspondiente al Km 66 - Km 76.
Figura N°4.3 Ubicación del tramo, km 51 – km 61 (Elaboración propia)
Figura N°4.5 Ubicación del tramo, km 67 – km 77 (Elaboración propia)
4.2.2 Velocidad de diseño en el tramo en estudio (km 66 – km 76)
De acuerdo a los datos del proyecto: “Estudio Definitivo para la Rehabilitación y Mejoramiento de la Carretera Lima-Canta-La Viuda-Unish, tramo: Lima-Canta”
(MTC, [2]), las velocidades de diseño para el tramo en estudio no son
homogéneas. En las Figuras N°4.6, N°4.7 y N°4.8 se detallan dichas velocidades
de diseño.
Figura N°4.6 Velocidad de diseño en el tramo km 66+220 – 70+400 (Estudio definitivo de la carretera Lima –Canta)
Figura N°4.7 Velocidad de diseño en el tramo km 70+400 – 73+500 (Estudio definitivo de la carretera Lima –Canta)
Figura N°4.8 Velocidad de diseño en el tramo km 73+500-76+000 (Estudio definitivo de la
Vd = 30Km/h
Luego de reconocer las velocidades de diseño del tramo en estudio, se evidencio
la presencia de 3 subtramos con distinta velocidad de diseño.
Se verificó si los subtramos cumplen con las longitudes mínimas correspondientes
a su respectiva velocidad de diseño. De acuerdo al manual de carreteras
DG-2014(MTC, [3]) las longitudes mínimas de los tramos cuya velocidad este en el
rango de 20 a 50 km/h es de 3 kilómetros.
En el Cuadro N°4.23 se muestra los valores de las longitudes para cada tramo de
la carretera con distinta velocidad de diseño.
El tramo correspondiente al km 73+500 – 76+000 aparentemente no está
cumpliendo con la longitud mínima de 3 km, sin embargo, la velocidad de diseño
de 50 km/h se mantiene hasta el km 78+800, razón por lo cual la longitud para
este tramo con velocidad de 50 km/h es de 5.3 km, superior a la mínima de 3 km.
Cuadro N°4.23 Velocidad de diseño del tramo en estudio (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
4.2.3 Alineamiento del tramo en estudio (km 66 – km 76)
Alineamiento Horizontal
En el Cuadro N°4.24 y el Cuadro N°4.25 se detalla las características de los
Cuadro N°4.24 Alineamiento horizontal, PI: 241 –PI: 275. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
CUADRO DE DATOS DEL ALINEAMIENTO HORIZONTAL
Cuadro N°4.25 Alineamiento horizontal, PI: 276 –PI: 288. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
CUADRO DE DATOS DEL ALINEAMIENTO HORIZONTAL
PI ANGULO S RADIO
Alineamiento Vertical
En el Cuadro N°4.26 se detalla las características de los parámetros de diseño
para el alineamiento Vertical, y en el Cuadro N°4.27 las características del
alineamiento de la espiral del tramo en estudio.
Cuadro N°4.26 Alineamiento Vertical. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
CUADRO DE DATOS DEL ALINEAMIENTO VERTICAL
Cuadro N°4.27 Alineamiento de la espiral. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
CUADRO DE ELEMENTOS DE ESPIRAL
4.2.4 Sección transversal del tramo en estudio (km 66 – km 76)
En la Figura N°4.9 se muestra las secciones típicas en el tramo km 66+000 – km
76+000, planteado en el estudio aprobado, donde se pueda apreciar un ancho de
calzada de 7.20m y bermas de 1.20m.
4.3) ANÁLISIS DEL TRAMO EN ESTUDIO
4.3.1) Análisis del Diseño Geométrico en planta
4.3.1.1) Tramos en tangente
En el Cuadro N°4.28 se detalla las longitudes de tramos en tangentes para cada
velocidad de diseño, según norma DG-2014(MTC, [3]).
Cuadro N°4.28 Longitudes de tramos en tangente. (DG-2014)
V(Km/h) L mín.s(m) L mín.o(m) L máx.(m)
De acuerdo al Cuadro N°4.23 se dividió el tramo en estudio en 3 subtramos con
velocidades de 50, 30 y 50km/h respectivamente, en función a dicha división se
evaluó el cumplimiento de los parámetros de la carretera para las distintas
velocidades.
Contrastando las longitudes de los tramos en tangente de la carretera,
presentados en los Cuadros N°4.30, N°4.31 y N°4.32, con las longitudes mínimas
de la norma DG-2014(MTC, [3]), se tiene 5 longitudes en tangentes que no
cumplen con la norma, ver Cuadro N°4.29.
Cuadro N°4.29 Evaluación de longitudes en tramos tangente. (Elaboración propia)
Cuadro N°4.30 Longitudes de tramos en tangente del proyecto (V=50km/h), PI: 241 – PI: 261 (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
Cuadro N°4.31 Longitudes de tramos en tangente del proyecto (V=30km/h), PI: 262 – PI: 276 (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
PI ANGULO S RADIO
Cuadro N°4.32 Longitudes de tramos en tangente del proyecto (V=50km/h), PI: 277 – PI: 288 (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
4.3.1.2) Curvas circulares
En el Cuadro N°4.33 se detalla las longitudes de los radios mínimos para cada
velocidad de diseño, según norma DG-2014(MTC, [3]).
Cuadro N°4.33 Radios mínimos. (DG-2014)
Ubicación
Contrastando los radios de diseño de la carretera con los radios de acuerdo a la
norma, se tiene:
En el Cuadro N°4.34 se observa que existen 4 curvas circulares que no cumplen
con el radio mínimo (para una velocidad de 50km/h el valor del radio es 82 m) de
acuerdo al manual de carreteras DG-2014(MTC, [3]).
En el Cuadro N°4.35 se observa que todas las curvas circulares cumplen con el
radio mínimo (para una velocidad de 30km/h el valor del radio es 28.3 m) de
acuerdo al manual de carreteras DG-2014(MTC, [3]).
En el Cuadro N°4.36 se observa que existe una curva circular que no cumple con
el radio mínimo (para una velocidad de 50km/h el valor del radio es 82 m) de
acuerdo al manual de carreteras DG-2014(MTC, [3]).
La curva de radio 25m ubicado en el PI: 286 es una curva de vuelta, razón por la
cual será analizado como una curva de vuelta y no como una curva horizontal. De
acuerdo al manual de carreteras DG-2014(MTC, [3]) las curvas de vuelta deben
de tener un radio mínimo de 20m.Por ende la curva de radio 25m si está
Cuadro N°4.34 Radios de curvas circulares en el tramo 66+195.02 - 70+412.86. (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
PI ÁNGULO DE
Cuadro N°4.35 Radios de curvas circulares en el tramo 70+621.8 - 73+513.68 (Estudio definitivo de la carretera Lima - Canta)
