UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y
FÍSICAS
ESCUELA DE INGENIERÌA CIVIL
TESIS DE GRADO
PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:
INGENIERO CIVIL
TEMA INDIVIDUAL
“ESTUDIO Y DISEÑO DE LA VÍA PALO DE IGUANA -
CHAPIÑERO UBICADO EN EL CANTÓN DAULE
PROVINCIA DEL GUAYAS”
AUTOR:
DAYSY MONSERRATE CHÁVEZ PLÚA
DIRECTOR DE TESIS:
ING. CIRO ANDRADE NUÑEZ
2014-2015
AGRADECIMIENTO
“Yo soy la vid, vosotros los pámpanos; el que permanece en mí, y yo en él, éste lleva mucho fruto; porque separados de mí nada podéis hacer.” Juan 15:5
Agradezco a Dios, mi pilar fundamental en la vida, sin Él nada nada de se logra y con Él todo se puede
A mis padres por sus enseñanzas y consejos de no rendirme antes las dificultades, un resbalón no es caída y siempre hay que levantarse, seguir y perseverar en la vida.
A mi esposo e hijo por acompañarme durante todo este camino arduo y compartir las alegrías y fracasos juntos.
A mis profesores, gracias a su tiempo, por su apoyo así como por la sabiduría que me transmitieron durante el desarrollo de mi formación profesional.
A mi tutor, el Ing. Ciro Andrade, quién con su apoyo y conocimientos brindados pude culminar con la elaboración de este proyecto.
DEDICATORIA
El presente trabajo se lo dedico principalmente a Dios, por haberme dado la vida y permitirme haber llegado hasta este momento muy importante de mi formación profesional, ya que sin Él no hubiera podido culminar está meta en mi vida.
A mis padres por su gran esfuerzo y apoyo incondicional, en los buenos y malos momentos de mi vida, tanto personal como profesional.
A mi Esposo Vicente Daniel Moncada e hijo Israel David Moncada Chávez por estar día a día motivándome para la culminación de este proyecto y empezar nuevas búsquedas, juntos de la mano y siempre con Dios.
……… DAYSY MONSERRATE CHÁVEZ PLÚA
DECLARACIÓN EXPRESA
(Art. XI) del reglamento interno de Graduación de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
“La responsabilidad del contenido de esta Tesis de Grado, me corresponden exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la misma a la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL”.
DAYSY MONSERRATE CHÁVEZ PLÚA AUTOR
ÍNDICE GENERAL
INTRODUCCIÓN
1CAPÍTULO I
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
1.1 GENERALIDADES 2
1.2 ANTECEDENTES 3
1.3 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO 4
1.4 OBJETIVOS 4 1.4.1 Objetivos Generales 4 1.4.2 Objetivos Específicos 5 1.5 BENEFICIOS 5
CAPÍTULO II
ESTUDIOS PRELIMINARES
2.1 ESTUDIOS INICIALES 6 2.2 RECONOCIMIENTO DE LA VÍA 6 2.3 AFOROS DE TRÁFICO 82.4 DETERMINACIÓN DEL TPDA (ACTUAL Y PROYECTADO) 12
2.4.1 Proyección del Tráfico 12
2.5 CLASIFICACIÓN DEL CAMINO (PARÁMETROS DE DISEÑO) 15
2.5.1 Parámetros de Diseño 16 2.5.1.1 Velocidad de Diseño 16 2.5.1.2 Velocidad de Circulación 17 2.5.2 Sección Típica 19
CAPÍTULO III
TOPOGRAFÍA
3.1 LEVANTAMIENTOS TOPOGRÁFICOS 21 3.2 PLANOS TOPOGRÁFICOS 22CAPÍTULO IV
DISEÑO VIAL
4.1 CLASES DE CARRETERAS 23 4.2 DISEÑO HORIZONTAL 32 4.2.1 Alineamiento horizontal 32 4.2.2 Curvas horizontales 32 4.2.2.1 Curvas Simples 33 4.2.2.2 Curvas Compuestas 354.2.2.3 Curvas de transición (espirales) 36 4.2.2.4 Cálculo de curvas horizontales simples 37 4.2.2.5 Radio mínimo de curvatura 41
4.2.2.6 Tangentes 43
4.2.2.7 Peralte o sobre elevación del camino 44 4.2.2.8 Transición del Peralte o Desarrollo del
Peralte 44
4.2.2.9 Sobreancho en las curvas horizontales 46
4.3 DISEÑO VERTICAL 48
4.3.1 Alineamiento vertical 48
4.3.2 Gradiente o Pendiente 48
4.3.2.1 Gradiente o Pendiente Mínimas 49 4.3.2.2 Gradiente o Pendiente Máximas 49
4.3.3 Curvas verticales 50
4.3.3.1 Curvas verticales convexas 52 4.3.3.2 Curvas verticales cóncavas 54
4.4 MOVIMIENTO DE TIERRAS 56
4.4.1 Equipos para el movimiento de tierras 61
4.4.2 Cálculo de áreas 62
4.4.3 Calculo de volúmenes 64
4.5 DIAGRAMA DE MASAS 65
4.5.1 Dibujo de la curva masa 66
4.5.3 Acarreo libre y sobre acarreo 67 4.6 CANTIDADES DE OBRA 68
CAPÍTULO V
ESTUDIOS DE SUELOS
5.1 TOMA DE MUESTRAS 68 5.2 ENSAYOS DE LABORATORIO 695.3 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS SEGÚN SUCS AASTHO 70 5.3.1 Sistema de clasificación de suelos de la
AASHTO 70
5.3.2 Sistema Unificado De Clasificación de Suelos
SUCS 73 5.4 TIPOS DE SUELO 76 5.5 HUMEDAD NATURAL 79 5.6 LÍMITES DE ATTERBERG 79 5.6.1 Límite líquido 80 5.6.2 Límite plástico 80 5.6.3 Índice de plasticidad 80 5.7 GRANULOMETRÍA 81
5.8 ENSAYOS DE COMPACTACIÓN PROCTOR Y CBR 83
5.8.1 Ensayo de compactación (Proctor) 83 5.8.2 Ensayo de la relación de soporte de california (CBR) 85
CAPÍTULO VI
DRENAJE
6.1 INTRODUCCIÓN 88
6.2 SISTEMAS DE DRENAJE 89
6.3 OBRAS DE DRENAJE SUPERFICIAL 90
6.3.1 Drenaje Superficial 90
6.4 ALCANTARILLAS 92
6.4.2 Método Racional 94 6.4.3 Determinación del Tiempo de Concentración 96
6.4.4 Localización e Instalación 97 6.5 CANTIDADES DE OBRA 98
CAPÍTULO VII
SEÑALIZACIÓN
7.1 SEÑALIZACIÓN VERTICAL 99 7.1.1 Clasificación 997.1.2 Localización (Alturas, Ángulos de Colocación) 101
7.2 SEÑALIZACIÓN HORIZONTAL 102
7.2.1 Clasificación 102
7.2.2 Localización 103
7.2.3 Cantidades de Obra 103
CAPÍTULO VIII
DISEÑO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE
8.1 METODOLOGÍA DEL ESTUDIO DEL PAVIMENTO 104
8.2 VENTAJAS DEL PAVIMENTO FLEXIBLE 104
8.3 CAPAS DE RODADURA Y TIPOS DE CAPAS 105
8.4 VARIABLES DEL MÉTODO DE DISEÑO DE PAVIMENTOS
FLEXIBLES 106
8.4.1 Serviciabilidad (Psi) 106
8.4.2 Confiabilidad (R) 106
8.4.3 Desviación Standard (So) 107
8.4.4 Módulo Resiliente (Mr.) 108
8.4.5 Coeficiente De Drenaje (Cd) 108
8.4.6 Carga Por Eje Simple Equivalente (Esal’s) 110
8.4.7 Diseño del Pavimento 111
8.4.7.1 Coeficientes del pavimento 111
CAPÍTULO IX
PLAN DE MANEJO AMBIENTAL
9.1 GENERALIDADES 114
9.2 OBJETIVOS 114
9.2.1 Objetivo General 114
9.2.2 Objetivos Específicos 115
9.3 ÁREA DE INFLUENCIA DIRECTA 115
9.4 CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO FÍSICO 116
9.5 CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO BIÓTICO 116
9.6 IMPACTOS NEGATIVOS CON LA EJECUCIÓN DEL
PROYECTO 117
9.7 IMPACTOS POSITIVOS CON LA EJECUCIÓN DEL
PROYECTO 117
CAPÍTULO X
MARCO ADMINISTRATIVO
10.1 CANTIDADES DE OBRA TOTALES, MAQUINARIA Y
EQUIPOS 118
10.2 PRECIOS UNITARIOS 118
10.3 PRESUPUESTO TOTAL 118
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.2: Ubicación de la Vía del Proyecto 7
Figura 4.2.2.1: Curva Circular Simple 34
Figura 4.2.2.2: Curva Circular Compuesta 35
Figura 4.22.4: Curva Horizontal Simple 37
Figura 4.2.2.9: Ejemplo de Sobreancho en el Recorrido de los
Vehículos 46
Figura 4.3.3: Curva Vertical 51
Figura 4.3.3.1: Valores de K para Curvas Convexas 54
Figura 4.4.2: Casos Típicos de Secciones Transversales 63
Figura 7.1.1: Señales Reglamentarias 99
Figura 7.1.1-2: Señales Preventivas 100
Figura 7.1.1-3: Señales Informativas 100
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.3: Conteo de Tráfico de la Vía Palo de Iguana – Chapiñero 11
Tabla 2.4.1: Proyección del Tránsito 14
Tabla 2.5: Clasificación de Carreteras en Función del Tráfico
Proyectado 15
Tabla 2.5.1.1: Velocidad de Diseño 17
Tabla 2.5.1.2: Velocidad de Circulación 18
Tabla 2.5.2: Anchos de las Calzadas según su Clasificación 19
Tabla 4.1: Clases de Carreteras 23
Tabla 4.2.2.5-1: Radios Mínimos de Curvas para Valores de e y f 42
Tabla 4.2.2.5-2: Valores de Diseño de los Radios Mínimos 43
Tabla 4.3.2.2: Pendientes Máximas de acuerdo a la Clase de
Carretera y el Terreno en % 50
Tabla 4.3.3.1: Valores de k para Curvas Convexas 53
Tabla 4.3.3.2: Valores de k para Curvas Cóncavas 55
Tabla 5.4: Tipos de Suelo 76
Tabla 5.7: Escala Granulométrica 82
Tabla 5.8.2: Resistencia a la Penetración 86
Tabla 8.4: Velocidades del Agua con que se Erosionan diferentes Materiales 92
Tabla 8.4.2: Confiabilidad 107
Tabla 8.4.5: Coeficientes de Drenaje 110
Tabla 8.4.4: CBR de Diseño 109
Tabla 8.4.7.1: Coeficientes del Pavimento 112
Tabla 8.4.6: Cálculo de los ESAL´S 111
Tabla 8.7.4.1.2: Cálculo de Números Estructurales 112
1
INTRODUCCIÓN
La palabra carretera se puede definir de diversas formas. Así, podemos entender que es un camino público, ancho y pavimentado dispuesto para el paso de vehículos, o que es una vía de comunicación entre poblados, debidamente acondicionada y asfaltada, destinada a la circulación de vehículos, pero sin duda una carretera es una obra de infraestructura que contribuye al desarrollo y progreso de la nación o pueblo que la proyecta y construye. Debido a la importancia para las comunidades del país y dentro del marco de respeto al medio ambiente, la red de carreteras debe ser una infraestructura cuyo trazado, construcción y uso, incorpore criterios ambientales. Ello tendrá como finalidad contar con caminos construidos de manera integrada al ambiente y con mayor durabilidad, para beneficio de la población.
Los beneficios socioeconómicos proporcionados por la construcción de caminos y carreteras, incluyen la confiabilidad del tránsito y su operación bajo todas las condiciones climáticas, la reducción de los costos del transporte el mayor acceso a la atención médica y otros servicios sociales como la educación y el fortalecimiento de las economías locales entre otros. Sin embargo, los nuevos caminos y carreteras pueden producir impactos ambientales negativos. Los impactos de los proyectos de rehabilitación y mantenimiento, aunque usualmente son más limitados aún pueden ser importantes, no solo para los recursos y sistemas naturales, sino también para el medio ambiente social y cultural.
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CAPÍTULO I
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
1.1 GENERALIDADES
Previo a la planificación adecuada dentro de la obtención del título profesional, en el curso de graduación se ha estimado necesario el desarrollo de un trabajo de titulación que vaya en bienestar de la red vial del país y con enfoque en mejorar las condiciones de vida de los habitantes de dicho sector es por esta razón que se ha pensado en realizar el “ESTUDIO Y DISEÑO DE LA VÍA PALO DE
IGUANA-CHAPIÑERO UBICADO EN EL CANTON DAULE PROVINCIA DEL GUAYAS” los cuales poseen características agrícolas y ganaderas.
El estudio está enfocado a la solución de la infraestructura de tráfico actual, ya que este es muy escaso, valiéndose para esto del diseño vial, estudios básicos, construcción del camino, condiciones socio – económicas, entre otros elementos que serán de gran utilidad. Además será de mucha importancia para sus habitantes habilitar una vía de fácil circulación.
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1.2 ANTECEDENTES
Los recintos Palo de Iguana - Chapiñero en la actualidad se ven muy afectados por la falta de una vía que les brinde las facilidades para poder transportarse, ya que en mucha ocasiones se ven perjudicados porque la mayoría de ellos se dedican al cultivo de arroz para poder subsistir, pero se les hace muy complicado exportar sus productos a otras ciudades porque los vehículos no pueden ingresar porque la vía se encuentra en mal estado.
Dentro del desarrollo social y económico del país las carreteras han sido el punto de inicio para mejorar las relaciones de los pueblos, motivo por el cual este estudio va dirigido a mejorar el diseño geométrico y la circulación vehicular.
En la actualidad la vía se encuentra en mal estado, por su topografía se encuentra en terreno llano y cuenta con un ancho de calzada de 4 m, con una longitud aproximada de 3 km, alrededor de la vía existen plantaciones de arroz, esto a veces dificulta el paso a los moradores porque en las noches es muy peligroso transitarla tanto a pie por temor a ser atacado por algún animal.
El agua se la obtiene de pozos y a veces de tanqueros que ingresan cada 3 días, cuentan con alumbrado público.
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1.3 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO
Este trabajo es para la obtención del título de Ingeniero Civil se lleva a cabo por la necesidad de mejorar y brindar soluciones eficiente para las personas que habitan en cuyos recintos que fueron ya mencionados. Como estudiante egresado de la Universidad Estatal de Guayaquil. El trabajo presente posee mucha importancia ya que otorga una solución necesaria para mejorar o generar desarrollo educativo, económico. Salud. Así convirtiéndose en una mejoría que dará progreso y beneficios a la comunidad y a las que quedan alrededor de esta, además de facilitar la circulación de los que se transportan por esta vía por lo tanto habrá mayor ingresos a este sector que se dedica a la agricultura.
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 OBJETIVO GENERAL
Al desarrollar este trabajo el objetivo es elaborar un diseño vial cuya vía cumpla con las normas expuestas por el MTOP (Ministerio de Transporte de Obras públicas), para mejorar y dar facilidad a los habitantes que se transportan por esta vía así permitiría y ayudaría a progresar las actividades ganaderas y agrícolas.
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1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Ofrecer una vía cuyo acceso sea fácil y segura.
2. Realizar un diagnóstico la cual mostraría la realidad de la población con relación al proyecto.
3. Minimizarlas molestias que son provocada por los pocos vehículos que utilizan esta vía.
4. Proyectar un estudio Preliminar y Definitivo de la vía.
1.5 BENEFICIOS
Este proyecto beneficiará mucho a los habitantes de los recintos, porque gracias a esto podrán tener una vía que les dará las comodidades posibles para así transportarse, ayudara incrementar su producción agrícola y mejorar su calidad de vida.
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CAPÍTULO II
ESTUDIOS PRELIMINARES
2.1 ESTUDIOS INICIALES
Para el estudio y diseño de la vía Palo de Iguana - Chapiñero, cuenta con una longitud aproximada de 3 Km. Iniciando en la vía Guayaquil -Salitre que se encuentra. En cuanto al ancho del camino varía entre 4, el relieve de la vía en su mayor parte es terreno llano. Para todo esto se realizaron diferentes visitas realizando encuestas a los habitantes, la vía en años anteriores fue mejorada con material lastrado pero al pasar los años se ha ido deteriorando a causa de las épocas de invierno. En épocas de lluvia se vuelve un caos circularla porque se formas lagunas de agua, ya que no cuenta con un buen drenaje.
Pocos son los vehículos que circulan por la vía, no cuentan con una cooperativa que los traslade de un lugar a otro, la mayor parte se transporta en motos o caballos.
2.2 RECONOCIMIENTO DE LA VÍA
Para determinar la ubicación de la vía en estudio se hizo uso de las cartas topográficas del IGM (Instituto Geográfico Militar).
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Coordenadas:
Inicio: 9782947,64N 624695,88E 12,70 Altitud Final: 9785073,55N 626395,61E 9,03 Altitud
FIGURA 2.2: UBICACIÓN DEL PROYECTO
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: IGM
CHAPINERO
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2.3 AFOROS DE TRÁFICO
El diseño o la creación de una carretera deben argumentarse entre otras informaciones en los datos sobre tráfico, entonces determinaremos en primer lugar:
Las propiedades del flujo de Tránsito.
Previsión de Tráfico.
La evaluación de los Volúmenes a futuro
El movimiento o Flujo del Tránsito que transita por una carretera está dado por la cantidad de vehículos que circulan por una señalada estación.
La indicación sobre tráfico debe entender la especificación del tráfico actual (diferentes tipos de vehículos y volúmenes), en base a estudios de tráfico futuro utilizando pronósticos. Los elementos de análisis para la obtención del flujo de Tránsito son múltiples y dependen de factores tales como:
Por las horas del día, de la semana y meses del año, por lo que recomendable para el análisis obtener: estadísticas generales determinadas sobre el plan nacional, como también tener o establecer una inspección de la circulación de los caminos, donde haremos encuestas de circulación, se harán medición de velocidades y peso.
9 Estos contadores de tráfico son aquellos instrumentos que son utilizados como métodos de conteo que frecuentemente se utilizan, desde los simples hasta los más avanzados. En este trabajo he utilizado el contador manual
Contador Manual.- Es el más elemental e importante de todos, es
manejado por una persona, para proceder hacer el conteo se utiliza un instrumento pequeño de forma circular, el cual nos da la información requerida cuyo instrumento entra en la mano del operador. Al contar se lo hará de acuerdo al tipo de vehículos el operador debe llenar una hoja de información en la cual nos mostrara los tipos de vehículos, el número de vehículos, el ancho, la longitud, la altura, la capacidad de carga, presión de inflado de las ruedas., el número de ejes con llantas simples o dobles, y la carga que transporta.
El conteo de tráfico se lo hizo manualmente, se seleccionó un lugar específico llamado estaciones; de acuerdo a las necesidades del proyecto, Del 20 al 23 de Noviembre del 2014, se realizó un aforo, en un tiempo determinado, cada 15 minutos.
Los datos de los aforos se dividieron los vehículos en, no motorizados: bicicletas y triciclos, motorizados: motos, automóviles, camionetas, furgonetas, buses, camiones simples, con semi remolque y con remolque.
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Vehículos Ligeros.- Son vehículos libres con propulsión que tienden a
transportar como mucho a 10 personas cuyos vehículos son automóviles y camionetas rurales.
Vehículos Pesados.- Son vehículos que al transportar personas y
también la carga llegan sobrepasar los 4.000 Kg, como los buses, camiones, semitrailers.
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TABLA 2.3: CONTEO DE TRAFICO DE LA VÍA PALO DE IGUANA – CHAPIÑERO
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Datos de la Investigación
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2.4 DETERMINACIÓN DEL TPDA (ACTUAL Y PROYECTADO)
Para el análisis del tránsito se tomará en cuenta el valor del Tránsito Promedio Diario Anual (TPDA) a partir del Tránsito Promedio Horario.
2.4.1 PROYECCIÓN DEL TRÁFICO
El pronóstico del volumen y composición del tráfico lo basamos en el tráfico actual. Cuando hablamos de trafico actual se refiere al número de vehículos que transitan en la carretera cuando aún no ha sido renovada o también es el volumen que circularía, al presente, en una carretera renovada pero si cuya vía estuviera al servicio de los usuarios.
Cuando diseñamos debe pronosticarse el tráfico a 15 o 20 años y el crecimiento normal del tráfico, el tráfico generado y el crecimiento del tráfico por desarrollo, estas proyecciones de tráfico la utilizamos para clasificar las carreteras y así influyen en la velocidad de diseño y los otros datos geométricos del proyecto.
TPDA =
Suma Equivalente (Hora pico) 0,12
TPDA =
14,32 0,12
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Tráfico actual.- se refiere a la cantidad de vehículos que durante una
unidad de tiempo viajan en ambas direcciones, en una determinada carretera.
Tráfico futuro.- El trafico futuro parte primero del trafico actual en donde
podemos determinar un tránsito más fácil al futuro, donde se lo proyecta hacia los años siguientes pueden ser estos 15-20. Sus componentes son los siguientes:
Tránsito Normal
Transito Desviado
Tránsito Generado
Tránsito Proyectado
Tránsito Normal (TN).- Es el resultado del crecimiento esperado del tránsito en las vías existente. Se calcula aplicando las tasas de crecimiento, estas son obtenidas por el análisis por métodos estadísticos del tránsito.
Transito Desviado o Tránsito Atraído (TD).- es el crecimiento esperado del tránsito, desviado de otras carreteras u otros medios de transporte (tránsito atraído), a la carretera proyectada en virtud de un menor costo de transporte.
Tránsito Generado (TG) o inducido.- es el tránsito generado por las facilidades creadas por la construcción o mejoramiento de una carretera.
14 Tráfico Proyectado (TP).- tránsito total que se espera de la ejecución de un proyecto.
TABLA 2.4.1: PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Datos de la Investigación
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2.5 CLASIFICACIÓN DEL CAMINO (PARÁMETROS DE DISEÑO)
En la clasificación de la carretera en estudio se ha tomado de la tabla Clasificación de Carreteras en Función del Tráfico Proyectado; de acuerdo a las Normas de Diseño Geométrico de Carreteras.
TABLA 2.5: CLASIFICACIÓN DE CARRETERAS EN FUNCIÓN DEL TRÁFICO PROYECTADO
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: MTOP, 2003
Mediante los datos del TPDA proyectado, determinamos la clase de carretera o de la vía que se está diseñando, como se muestra en el cuadro2.5 nos da una vía de IV orden.
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2.5.1 PARÁMETROS DE DISEÑO
2.5.1.1 VELOCIDAD DE DISEÑO
Es la máxima velocidad donde los vehículos se transportan con seguridad en una vía. Para elegir la velocidad de diseño debe tomarse en cuenta las condiciones topográficas del terreno y físicas. Esta velocidad nos permitirá el cálculo de los alineamientos horizontales y verticales mediante el cálculo de los elementos geométricos.
Como su nombre lo indica la velocidad del diseño, es el diseño mediante el cual se va a realizar el diseño de la velocidad en la que va a transitar uno o más vehículos de la vía que se encuentra en estudio esta se la elije mediante la topografía del terreno.
Con la topografía del terreno podemos determinar qué tipo de relieve tenemos para la velocidad de diseño como son:
Relieve llano, ondulado y montañoso.
En la tabla 2.5.1.1 que nos muestra las velocidades de diseño en Km/ hora según el tipo de carretera y de acuerdo al Tipo del terreno; según las Normas de Diseño Geométrico de Carreteras.
17 TABLA 2.5.1.1: VELOCIDAD DE DISEÑO
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: MTOP, 2003
De acuerdo al cuadro la Categoría de la vía es de IV orden con T.P.D.A de 160 vehículos, considerando que la vía es llana o plana y por ser límite intermedio es de tipo absoluto; entonces mi VD es 80 Km/h.
2.5.1.2. VELOCIDAD DE CIRCULACIÓN
Es cuando se divide la distancia total recorrida por el tiempo efectuado en la marcha. La vinculación que existe entre las velocidades de diseño y circulación, en el caso de volúmenes de tráfico bajos (T.P.D.A <1000), se utilizará la siguiente ecuación:
6.50
0.80VD
18 Donde,
VC = Velocidad de Circulación está dada en Km/h VD = Velocidad de Diseño dada en Km/h
VC = 0.8x80+6.5 = 70.5 km/h
Donde mi VC es igual a 70.5 Km/h. Verificaremos este cálculo en el Cuadro 2.5.1.2 de las Normas De Diseño Geométrico de VIAS DE COMUNICACION, para volúmenes de tránsito BAJOS.
TABLA 2.5.1.2: VELOCIDAD DE CIRCULACIÓN
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: MTOP, 2003 VELOCIDAD DE DISEÑO EN Km/h VELOCIDAD DE CIRCULACIÓN EN Km/ h VOLUMEN DE TRÁNSITO BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO INTERMEDIO VOLUMEN DE TRÁNSITO ALTO 25 24 23 22 30 28 27 26 40 37 35 34 50 46 44 42 60 55 51 48 70 63 59 53 80 71 66 57 90 79 73 59 100 86 79 60 110 92 85 61
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2.5.2 SECCIÓN TÍPICA
Dada por la clasificación de la vía, proyección-nivel según el servicio en el siguiente año, adicionalmente tomaremos en cuenta los gastos de la seguridad y operación de los usuarios así como los costos del mantenimiento.
Ancho- sección transversal típica
La sección transversal pude dividirse en elementos internos como; carriles de circulación, pavimento en la superficie los espaldones, cunetas y bordillos. En el siguiente cuadro veremos el ancho del pavimento en relación del volumen del tráfico, considerado en Ecuador.
TABLA 2.5.2: ANCHOS DE LAS CALZADAS-SEGÚN SU CLASIFICACIÓN
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: MTOP, 2003
20 Para el proyecto hemos considerado un ancho de calzada de 6m como nos indica la tabla 2.5.2. En la vía que se está estudiando no se consideran los espaldones en el presupuesto, por lo que se efectuarán superficies de rodadura de grava por el motivo que hay volumen bajo de tráfico.
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CAPÍTULO III
TOPOGRAFÍA
3.1 LEVANTAMIENTOS TOPOGRÁFICOS
Se realizó en primera instancia un reconocimiento del lugar para poder llevar a cabo la topografía después de haberse constatado en el croquis la ubicación y los puntos de referencias marcados.
Luego de esto se procedió a hacer el levantamiento topográfico para que nos de la poligonal. En este transcurso se ubicó el punto de referencia que nos da el IGM que es el punto de inicio de donde se parte para empezar a realizar el levantamiento topográfico
La topografía empezó a realizarse en el Recinto Palo de Iguana trazando un abscisado cada 20metro colocando estacas a los lados de la vía, tomando desde el eje de la vía 10 metros para cada lado para así obtener facilidad mayor en el momento de realizar el levantamiento topográfico de la vía que se está estudiando.
Luego se procedió con el desarrollo del polígono se colocó puntos verificables en PC Y PT en cada curva, además se obtuvieron referencias en los respectivos puntos de intersección o PI, los mismos datos que la Estación Total almacena a lo largo de la ejecución del trazado. Al mismo tiempo de haber replanteado el trazado del polígono se prepara la nivelación geométrica ubicando el BM más o menos 500 metros, así mostrando que se trata de una nivelación cerrada. Por último el
22 levantamiento de perfiles transversales en cada una de las abscisas replanteadas y niveladas se realizó.
En este lugar se realizó la topografía utilizando equipos topográficos como: ESTACION TOTAL, NIVEL, GPS, EQUIPO DE COMUNICACIÓN, PINTURA, ESTACAS, JALONES, PRISMAS, CINTA DE MEDIR Y FLEXOMETRO.
3.2 PLANOS TOPOGRÁFICOS
Son aquellos que muestran los gráficos de una superficie-terreno-relieve-perfil y nos ayudan a dar los cortes, rellenos elevaciones, desniveles, etc. Son elaborados por el programa del CivilCAD.
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CAPÍTULO IV
DISEÑO VIAL
4.1 CLASES DE CARRETERAS
Hay varias formas de clasificar la carretera.
TABLA 4.1:
CLASES DE CARRETERAS
1. Según su importancia u objetivo 2. Según su situación
topográfica general
a. Carreteras de primer orden o estatales.
b. Carreteras de segundo orden. c. Carreteras de tercer orden o
caminos vecinales. d. Carreteras agrícolas o de campo y bosque. e. Caminos estratégicos. f. Caminos de penetración. a. Carreteras de terreno plano o llano. b. Carreteras de terreno ondulado c. Carretas de terreno montañoso o de montaña.
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3. Según el tipo de vehículo que lo transita
4. Según su capacidad de tráfico o anchura
a. De tráfico animal. b. De tráfico automotor.
a. Carreteras de tráfico simple. b. Carreteras de tráfico doble. c. Carreteras de tráfico múltiple. d. Carreteras de tráfico variado.
5. Según el tipo de acabado de la calzada.
a. Carreteras de terreno natural. b. Carreteras de terreno mejorado. c. Carreteras de tipo McAdam. d. Carreteras de pavimento flexible. e. Carreteras de pavimento rígido.
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Datos de la Investigación
1. Según su importancia u objetivo.- Las carreteras les pertenecen al
estado que la financian con préstamos internacionales. Viene dada por el tipo de carretera y se clasifican en:
a) Carreteras de primer orden o estatales: Son aquellas que reciben mayor número de vehículos denominada autopistas, las cuales tienen un volumen de tráfico mayor de 7000 vehículos diariamente. Son anchas con 4 carriles, con espaldones de 2,4 m, con pendientes suaves, cuya velocidad de recorrido es de los 80 y
25 90 km/hora, poseen todo tipo de seguridades, generalmente son de pavimento rígido.
Estas carreteras de primer orden son importantes y poseen un alto volumen de tráfico. Pueden poseer una calzada de pavimento flexible con capa de rodadura de hormigón asfáltico procesado en fábrica, espaldones de 2 m, llevan el tráfico a las carreteras principales como las autopistas. Su costo es elevado por kilómetro.
b) Carreteras de segundo orden: Estas son alimentadoras de las de primer orden, suelen ser de 2 carriles (1 de ida, 1 de regreso), con 4m de ancho por carril. Poseen cunetas anchos de 1 m 0 1,20 m en los cortes.
Se las conoce por ser alimentadoras de las de primer orden con altos niveles de tráfico y casi siempre son de pavimento flexible.
c) Carreteras de tercer orden o caminos vecinales: Suelen caracterizárselos en 2 vías (1 de ida, 1 de regreso), siempre se las diseña con un pavimento que termina en la etapa de base, generalmente estabilizada con arcillas. Sometiéndolas a un rígido mantenimiento.
En muchas ocasiones el drenaje se hace por cunetas laterales y se las va mejorando a medida de que pasa el tiempo colocándoles el alcantarillado y una capa de rodadura constituida.
26 En verano son utilizados estos caminos, son alimentadoras de las de segundo orden. Estas vías son las que se han ido modificando para constituirlas en primer orden superior, mejorando en sus curvas, en sus pendientes, cuyos mejoramientos es lo que se conoce como variante. Se les aumenta el ancho, se les mejora las curvas con la finalidad de que presenten un mayor servicio.
d) Carreteras agrícolas o de campo y bosque: Son caminos angostos que se los utiliza con la idea de explotación agrícola, como medios para extraer madera, floricultura, plantas medicinales, etc.
e) Caminos estratégicos: Estos son caminos alimentales que se construyeron en época de contienda Bélica, para lo cual se preparan los continentes militares con los conocimientos necesarios para la elaboración de un camino. Generalmente se la construye con el proceso y método de colocación directa. Son vías estrechas de ancho de la vía de un tractor de 12 pies, lo cual se utiliza un ingeniero conocedor de la zona, con un topógrafo.
2. Según su situación topográfica general
Estas vías se deben a su clasificación, a la forma del terreno, mediante las pendientes longitudinales que va a tener la vía, fuertes o suaves por la topografía.
27 a) Carreteras de terreno plano o llano: Son vías en las que se puede viajar a altas velocidades 90 o 100 km/hora. Se caracterizan por tener curvas amplias, excelente visibilidad, distancia de visibilidad de rebase, con anchos espaldones.
Se caracteriza porque su trazado es cómodo con pendientes longitudinales de hasta el 4%, lo que le da ventaja de ofrecer un viaje cómodo.
b) Carreteras de terreno ondulado: En estas vías ya la visibilidad no es tan buena, las curvas son cerradas del orden 150 m, no cuentan con extremos rectos lo cual es ocasionado por la imposibilidad de dotarlas de pendientes cómodas como la anterior. Sus pendientes normales están entre el 7 y 8% lo que obliga a restringir las velocidades.
c) Carretas de terreno montañoso o de montaña: Son vías con altas pendientes, en su perfil longitudinal, generalmente 8, 9 y hasta el 12%, la cual de acuerdo a especificaciones se puede implementar pero con perfiles longitudinales de tramos cortos.
3. Según el tipo de vehículo que lo transita.
a) De tráfico animal: Son vías estrechas traficables normalmente por carretas haladas por bueyes o muleros, se los ve hasta nuestros
28 días en pueblos de la sierra y pueblos alejados de la costa. En Europa es común ver este tipo de caminos y se utiliza para sacar la producción a las ciudades.
Son vías con pendientes cómodas, construidas generalmente por grupos de moradores del sector que son quienes la utilizan, son construidas por el método de minga.
b) De tráfico automotor: Son vías importantes que son traficadas por vehículos con potentes motores, obedecen a un diseño en que se exigen un pavimento capaz de soportar las repeticiones de cargas con estudios de suelos y que al tratarse de vías principales, su construcción tiene un alto costo en dólares por kilómetro. Generalmente se construye haciendo licitaciones para el estudio y la ejecución.
4. Según su capacidad de tráfico o anchura.
Obedece esta clasificación a la comodidad de tráfico para el número de carriles y sus intensos servicios.
a) Carreteras de tráfico simple: Son vías muy angostas, generalmente de 3 a 3,5 m que no permiten el tráfico continuo en los 2 sentidos. Se construye a los costados los llamados refugios normalmente de 3 m de ancho por 15 m de longitud a ambos lados de la vía, con la finalidad de que el vehículo que viene de sentido
29 contrario que está más cerca del refugio ceda el paso al vehículo que viene en sentido opuesto, estas vías se construyen en las haciendas existen en poblaciones como Naranjito, San Antonio.
b) Carreteras de tráfico doble: Son carreteras de 2 vías con espaldones del tipo de las de segundo orden o caminos vecinales en la que se trafica cómodamente en un sentido y otro, para lo cual se lo dota de buena visibilidad.
c) Carreteras de tráfico múltiple: Son vías que tienen varios carriles de ida y carriles de venida, se transita en altas velocidades, tienen espaldones anchos y su capacidad de tráfico en volumen es elevado.
d) Carreteras de tráfico variado: Estas carreteras son de muchos carriles pero en su diseño se le incluye mejoras para recibir otros servicios como tuberías de agua potable que se colocan al costado, oleoductos, etc. Tienen un carril especial para que pase un ferrocarril, etc. Sus servicios útiles en la calzada y los adicionales son los que le da su clasificación.
30
5. Según el tipo de acabado de la calzada.
Esto se refiere al tipo de pavimento que vamos a utilizar, es decir estabilizado o no y se divide tal como indica el cuadro.
a) Carreteras de terreno natural: Son vías como los caminos de penetración que no poseen ninguna protección, que solo se las puede transitar en épocas secas en que se convierten en caminos polvorientos que no permiten la visibilidad y que en inviernos se convierten en elementos viables intransitables por el exceso de humedad que lo hacen no traficables.
b) Carreteras de terreno mejorado: Son caminos generalmente lastradas sometidas a numerosos mantenimientos para mantenerlos en servicios, como en el caso de los caminos vecinales.
c) Carreteras de tipo McAdam: Estos ya tienen un pavimento formado por capas, la tierra que se coloca una sobre otra con la recomendación de que el material de mayor diámetro siempre se lo coloque primero, variando el tamaño máximo del material por capas, las mismas que se colocan compactadas.
31 d) Carreteras de pavimento flexible: Se caracteriza por recuperarse elásticamente después de que pasa las licitaciones o cargas de la rueda, está formado por diferentes capas como: capa de mejoramiento, capa de sub-base, capa de base y carpeta de rodadura, cada una de estas capas está sujeta a rigurosas especificaciones y los espesores de los mismos obedecen a su diseño generalmente cuando los materiales son limpios, se los estabiliza con materiales arcillosos en bajos porcentajes, compactándose por capas máximas de 30 cm. Son más baratos que los pavimentos rígidos, su diseño se lo hace para que duren 12 a 15 años.
e) Carreteras de pavimento rígido: En este tipo de vías la diferencia con el anterior es que la carpeta de rodadura es reemplazado con una losa de hormigón de más o menos 25 cm de largo, no es de hormigón armado es de hormigón simple, con hierros de transferencia en las juntas, se caracteriza por transmitir la carga a la base o sub-base donde se asientan de una manera uniforme, no puntual como sucede en lo flexible.
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4.2 DISEÑO HORIZONTAL
4.2.1 ALINEAMIENTO HORIZONTAL
La vía, se elaboran repeticiones de secciones horizontales, mencionadas como unión de tangentes por curvas horizontales, la proyección del eje sobre un plano horizontal se lo denomina alineamiento horizontal. Las curvas circulares o de transición y las tangentes son elementos conforman el alineamiento horizontal de una vía, cuando se enlazan dos tangentes consecutivas de diferentes rumbos se produce una curva y esa proyección pasa por un eje de tramo recto a eso también se lo denomina alineamiento horizontal. Hay que considerar en uno de los factores determinantes a la topografía como un elemento principal en el alineamiento horizontal ya que sin ella no se podría dar o su citar esto.
El potencial de los materiales que se encuentran en el sitio, las características de la subrasante técnicamente, las características de la hidrología del terreno depende del establecimiento con que se vaya a llevar a cabo el alineamiento horizontal.
4.2.2. CURVAS HORIZONTALES
Se utilizan las curvas horizontales para el cambio de una alineación a otra así enlazando las secciones tangentes o rectas a esto se les llama curvas horizontales. A continuación diremos las principales ordenaciones para la elaboración de curvas horizontales.
33 a) Las curvas deben tener un radio mínimo para así poder circular a velocidades normales con seguridad donde también debe haber un peralte conveniente para contrarrestar la fuerza centrífuga.
b) Que el paso de la recta a la curva debe hacerse de una forma progresiva y así evitaremos la existencia brusca de la fuerza centrífuga.
c) La zona de la curva tenga un sobre ancho en el cual permita transitar a un vehículo dentro de un carril sin ocupar el carril contrario.
Para el diseño de este proyecto utilizamos curvas circulares simples, llamadas así porque son arcos de circunferencias que poseen un solo radio que consecutivamente unen dos tangentes. También hay curvas de transición, se las utiliza cuando existe un cambio entre una curva circular y un cambio gradual de curvatura. Hay cuatro tipos de curvas horizontales las cuales son: inversa, espiral simple y compuesta.
4.2.2.1. CURVAS SIMPLES
Es aquella curva que siempre va a constar de un radio R. EL punto de
inicio de la curva se le llama (PC), y el punto done finaliza la curva se (PT). El punto de intersección de 2 tangentes se conoce como él (PI) .el Angulo formado en el PI por la deflexión de una tangente se lo conoce como Alfa o Delta.
34
FIGURA 4.2.2.1: CURVA CIRCULAR SIMPLE
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Manual de Diseño para Carreteras
Dónde:
PI: Punto donde se intersectan las tangentes. Pc: Punto de Comienza la curva.
Pt: es el punto final de la curva. T: Tangente.
R: Radio de la curva.
a: Ángulo de deflexión de las tangentes. E: External.
F: Flecha.
Cc: Centro de la curva. L: longitud de curva (m) Lc: Longitud de cuerda (m)
35
4.2.2.2. CURVAS COMPUESTAS
Son aquellas curvas que hay una o más curvas circulares, estas se
emplean en terrenos montañosos. Principalmente estas curvas se utilizan para un alineamiento horizontal.
FIGURA 4.2.2.2: CURVA CIRCULAR COMPUESTA
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Manual de Diseño para Carreteras
Siendo:
R1, R2= radios de las curvas simples que forman la curva compuesta ∆1, ∆2= ángulos de deflexión de las curvas simples
∆= ángulo de deflexión de la curva compuesta t1, t2= tangentes de la curva simple
T1, T2= tangentes de la curva compuesta PCC= punto de la curva compuesta PI= punto de intersección
36 PC= punto de comienzo de la curva
PT= punto de termino
4.2.2.3 CURVAS ESPIRALES DE TRANSICIÓN
Estas curvas son aquellas que unen a la tangente de un tramo con la curva circular en forma gradual, tanto en el sobre ancho así como el desarrollo del peralte.
Cuando una curva espiral es diseñada correctamente a los conductores les da una trayectoria segura y así eficaz para transitarla, en tal forma que la fuerza centrífuga crece y decrece de forma gradual a la medida que el vehículo entra y sale de cualquier curva horizontal.
Estas curvas permiten que el desarrollo del peralte se realice de forma progresiva con la que se consigue la pendiente transversal de la calzada permitiendo un alineamiento horizontal y así esto evitara muchos accidentes de tránsito debido a la incidencia de la velocidad.
Con las curvas espirales de transición se suprimen al comienzo y al final las discontinuidades de la curva circular y así nos da una gran ventaja en caminos viales transitados.
37
4.2.2.4 CÁLCULO DE CURVAS HORIZONTALES SIMPLES
Para este cálculo intervienen elementos que comprenden a la curva tales como:
Pc: Punto de Comienzo de la curva.
PI: Punto de Intersección de las tangentes. Pt: Punto final de la curva.
R: Radio de la curva. T: Tangente.
Cc: Centro de la curva. F: Flecha.
E: External.
a: Ángulo de deflexión de las tangentes.
FIGURA 4.22.4: CURVA HORIZONTAL SIMPLE
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Manual de Diseño para Carreteras
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Expresiones que relacionan los elementos geométricos
Angulo central: se encuentra conformado por la curva circular, es aquel que se forma por la prolongación y su símbolo se lo define como (alfa) “
”. Puede ser medido en sentido horario o anti horario es decir en el sentido de las manecillas del reloj o en contra de las manecillas del reloj. Longitud de la curva: distancia que va desde PC hasta el PT que va recorriendo el arco de la curva. Se la representa como Lc y su fórmula para el cálculo es la siguiente:
Tangente de curva : se la representa con la letra T y es la distancia que existe desde el punto de intersección y el punto de comienzo o la distancia que existe entre Punto de intersección y el punto terminal de la curva, los alineamientos rectos se los conoce o se los llama tangentes. Si vemos un tramo recto que queda entre 2 curvas se lo denomina entre tangencia; y su fórmula está dada de la siguiente manera:
39
External: Se representa con la letra “E” distancia que existe entre el Punto de intersección y la curva sobre el arco. Su fórmula está dada de la siguiente expresión:
Ordenada media: se la describe con la letra M distancia desde la flecha del punto medio de la curva hasta llegar al punto medio de la cuerda larga.
Deflexión en un punto cualquiera de la curva: Es el ángulo entre la prolongación de la tangente en el PC y la tangente en el punto considerado. Se lo representa como y su fórmula es:
Cuerda: representa con la letra “C”. LINEA recta QUE UNE 2 puntos de la curva.
40 SE DENOMINA CUERDA LARGA CUANDO UNE EL PUNTO DE TANGENCIA (PUNTO DE COMIENZO CON EL PUNTO TERMINAL)
Angulo de la cuerda: Es el ángulo comprendido entre la prolongación de la tangente de la vía y la curva. Su representación es “Ø” y su fórmula para el cálculo es:
En función del grado de curvatura:
El ángulo para la cuerda larga se calcula con la siguiente fórmula:
4.2.2.5 RADIO MÍNIMO DE CURVATURA
Es un valor límite para una velocidad de diseño dada, y se lo determina en base al máximo peralte admisible y al coeficiente de fricción lateral. Al emplear las curvas con radios menores al mínimo establecido exigirá peraltes que sobrepasen los límites prácticos de operación de vehículos;
) 11 . ( 2 V
) 12 . ( 40 1 * V GC
) 13 . ( 40 * V l G C
2
*
*
2
R
sen
CL
41 por lo tanto la curva constituye un valor significante en el diseño del alineamiento
Para conocer cual curva le corresponde mejor al sitio, tenemos la tabla del MOP para conocer el radio mínimo de la curva con el cual no se necesitará calcular curvas de transición. Para el cálculo del radio mínimo utilizaremos esta fórmula:
R = V2 / (127 (e + f))
Dónde:
R = radio mínimo V = velocidad de diseño e = peralte máximo admisible f = coeficiente de fricción
Los valores de e y f serán máximos
En los siguientes cuadros mostraremos como podemos obtener los radios mínimos para las curvas horizontales de diferentes maneras.
42
TABLA 4.2.2.5-1: RADIOS MÍNIMOS DE CURVAS PARA VALORES DE e Y f
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Reglamento MOP-2003
Velocidad de diseño (Kph) Peralte Máximo e f Máximo Total e + f Radio mínimo Calculado (m) Radio Mínimo Recomendado (m). 40 0,10 0,1650 0,2650 47,50 50 50 0,10 0,1588 0,2588 76,00 80 60 0,10 0,1524 0,2524 112,00 115 70 0,10 0,1462 0,2462 156,00 160 80 0,10 0,1400 0,2400 210,00 210 90 0,10 0,1337 0,2337 273,00 275 100 0,10 0,1274 0,2274 346,00 350 110 0,10 0,1211 0,2211 431,00 435 120 0,10 0,1149 0,2149 527,00 530
43
TABLA 4.2.2.5-2: VALORES DE DISEÑO DE LOS RADIOS MÍNIMOS
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Reglamento MOP-2003
Utilizaremos el radio de curvatura que nos propone las especificaciones del MOP previamente habiéndola calculado se determinó usar un radio mínimo de:
Rm = 210.00 m.
4.2.2.6 TANGENTES
Son líneas que se encuentran entre 2 curvas, estas tangentes deben de seguir ciertas normas para que funcionen adecuadamente. Las tangentes calculadas están de acuerdo con el diseño y las normas, teniendo las tangentes y las curvas se procede al cálculo del abscisado, para esto se necesitan datos como: distancias entre PI y características de la curva.
LL O M LL O M RI o RII Más de 8000 TPDA 530 435 275 435 275 210 I 3000 a 8000 TPDA 435 350 210 350 210 160 II 1000 a 3000 TPDA 435 350 210 350 210 115 III 300 a 1000 TPDA 350 210 115 275 160 80 IV 100 a 300 TPDA 275 160 115 210 115 50 V menos de 100TPDA 160 115 80 80 50 50
VALORES DE DISEÑO DE LOS RADIOS MINIMOS PARA e= 0,10 m. Clase de carretera Valor Recomendable Valor Absoluto
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4.2.2.7 PERALTE O SOBRE ELEVACIÓN DEL CAMINO
Aunque no sea una denominación acertada del peralte, se dice que el peralte es la diferencia de elevación de la parte interior y exterior de una curva con relación a la parte de una vía. El principal objetivo del peralte es contrarrestar la fuerza centrífuga que mueve al vehículo sacándolo de la curva.
Para vías de dos carriles se recomienda utilizar un peralte máximo del 10% (0,10) para carreteras y caminos con capa de rodadura asfáltica, de concreto o empedrada para velocidades de diseño mayores a 50 Km./h; y del 8% (0,08) para caminos con capa granular de rodadura y velocidades hasta 50 Km./h
El valor del radio mínimo puede ser calculado por la expresión:
4.2.2.8 TRANSICIÓN DEL PERALTE O DESARROLLO DEL PERALTE
Para desarrollar el Peralte se necesita de una longitud (L) necesaria para efectuar el cambio de la sección transversal de la calzada, desde el estado de sección normal al estado cuando ya se encuentra la sección completamente peraltada y viceversa.
45 Hay tres métodos para el desarrollo del peralte:
Haciendo girar la calzada en su propio eje.
Haciendo girar la calzada alrededor del borde interior.
Haciendo girar la calzada alrededor del borde exterior.
Por lo general el peralte se desarrolla en una distancia equivalente a 2/3 de L dentro de la tangente y en 1/3 de L dentro de la curva circular, cuando no se usan curvas con espirales. En casos difíciles, sin espirales, el peralte se puede desarrollar en una distancia equivalente a 0.5L dentro de la tangente y a una distancia igual a 0.5L dentro de la curva circular.
En el caso que utilicemos espirales, el peralte se desarrolla dentro de la longitud de la espiral en toda su magnitud. La longitud mínima para el desarrollo del peralte, es la que corresponde a la distancia recorrida por un vehículo en el tiempo de 2 segundos, a la velocidad de diseño, que también se puede expresar con la siguiente ecuación:
L. mínima = 0.56 VD
Donde,
L. mínima: Está dada en metros (m). VD: Velocidad de Diseño dado en Km/h.
46
4.2.2.9 SOBRE ANCHO EN LAS CURVAS HORIZONTALES
Cuando las ruedas traseras de un vehículo circulan en un tramo recto y luego llegan a una curva horizontal , por la rigidez de la base del vehículo, las ruedas delanteras tienen que seguir una ruta que las acerca al centro del camino, por el otro lado , transitan por el otro carril otros vehículos estos tienen que mantener las ruedas delanteras dentro de la vía y sus ruedas traseras tendrán que recorrer una ruta que las acerque un poco a la curva horizontal acercándose más al centro de la vía entonces se necesitan que haya distancias entre si iguales para poder maniobrar mejor dentro de la calzada en las curvas, este aumento recibe el nombre de Sobre ancho o Ampliación este mismo tiene que mantener las mismas condiciones de seguridad al introducirse en curvas horizontales.
FIGURA 4.2.2.9: EJEMPLO DE SOBREANCHO EN EL RECORRIDO DE LOS VEHÍCULOS
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Manual de Diseño para Carreteras
47 El valor del ensanchamiento lo podemos calcular de la siguiente forma:
S = Ac – AT
S: Sobre ancho de la curva de dos pistas o carril (m). Ac: Ancho total de la curva.
AT: Ancho del pavimento en Tangente (m).
Dónde:
Ac = 2(H + L) + F + Z
Siendo:
H: Ancho de la huella de un vehículo entre caras externas de las llantas
(m).
L: Ancho libre para cada vehículo, se asume 0.60, 0.70, 0.75 y 0.90 para
ancho de pavimento en tangente de 6m, 6.50m, 6.70m y 7.30m respectivamente.
F: Ancho adicional requerido en la curva para la parte de la carrocería del
vehículo que sobresale a un lado de la llanta delantera (m).
Z: Ancho adicional necesario en las curvas para la maniobra del vehículo
(m).
Los valores indicados se los calcula por las siguientes fórmulas:
H = R + 2.6 – R2 – 37 F = R2 + 16 – R
48 Dónde:
R: Radio de la curva en m. V: Velocidad de diseño en Km/h.
Nota: Debido a que el ensanchamiento es costoso y poco o nada se
mejora con pequeñas magnitudes de ensanche se adopta un valor mínimo de 0.60m. Para radios mayores de 300 m no será necesario colocar el sobre ancho debido a su pequeño valor.
4.3 DISEÑO VERTICAL
4.3.1 ALINEAMIENTO VERTICAL
Es la función del eje de una carretera, en su perfil longitudinal que se lo entiende como rasante, esto nos permite mostrar las cotas del pavimento. El eje está conformado por una serie de tangentes constituidas entre si llamada curva vertical.
4.3.2 GRADIENTE O PENDIENTE
Al definir la pendiente en una vía se tiene que saber cuánto de inclinación horizontal se le va a dar a tramo de 100m para obtener una buena pendiente ya que es muy importante la pendiente en la vapor que por medio de esta podemos evitar si realizamos una gradiente buena evitamos accidentes, pero sí la calculamos mal podemos ocasionar serios problemas de tránsito en una vía
49 Cuando hay una buena pendiente la velocidad de un vehículo puede reducirse apreciablemente si su pendiente es prolongada .es por eso que en el cálculo de la pendiente debe encontrarse una pendiente máxima de diseño
Casi nunca una carretera es horizontal, por lo menos y para facilitar el drenaje, el límite mínimo de la pendiente es 0.5%.
4.3.2.1 GRADIENTE O PENDIENTE MÍNIMAS
Este tipo de pendiente se da cuando no existen bordillos. Se podrá utilizar pendientes de 0% con taludes cruzados adecuados para que el gua drene superficial en sentido lateral. generalmente se usa mínimo de 0.50% cuando existen bordillos este tipo de pendiente mínima como su nombre lo indica se da en estos tipos de casos ya que al utilizarse bordillos se le da una pendiente adecuada para que no genere ningún problema dentro de la vía.
4.3.2.2 GRADIENTE O PENDIENTE MÁXIMAS
Se denominan pendientes máximas porque tiene el deber de adaptarse al diseño de la velocidad y tránsito del vehículo, ya que si no se toma en cuenta el principal objetivo que es el de circulación del tráfico entonces no se puede obtener una pendiente máxima considerada bajo la velocidad de diseño. De vez en cuando se pueden aceptar q las pendientes sean del 4
50 al 5 por ciento, esto casi no tienen ningún efecto para los carros, excepto para los automóviles de peso. No con esto se dice todo cuando se aumenta la pendiente y sobre pasa el 5 por ciento entonces nos sirve para automóviles que transitan en pendientes ascendentes pero aumenta la velocidad cuando sea de forma descendente.
TABLA 4.3.2.2: PENDIENTES MÁXIMAS DE ACUERDO A LA CLASE DE CARRETERA Y EL TERRENO EN %
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Reglamento MOP-2003
4.3.3 CURVAS VERTICALES
Son arcos parabólicos, la deflexión desde la parábola a la tangente varía con el cuadrado de la distancia desde el punto de tangencia. Para determinar el perfil de la rasante, las deflexiones desde la tangente se computan, adicionándolas o restándolas de la cota de tangente. Como muestra la Figura 4.3.3.
Clase de Carretera VALOR RECOMENDADO VALOR ABSOLUTO
L O M L O M I 3 4 6 3 5 7 II 3 4 6 4 6 8 III 3 5 7 4 7 9 IV 4 6 8 6 8 10 V 4 6 8 6 8 12
51
FIGURA 4.3.3: CURVA VERTICAL
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Manual de Diseño para Carreteras
En donde:
L = Longitud horizontal (m)
G1 + G2 = Gradientes expresadas algebraicamente en % M = Ordenada media, en metros
P = Un punto cualquiera de la curva Y = Deflexión de P, en m.
X = Distancia horizontal de P, desde PC o PT, en estacas S = Pendiente de la tang. en P en %
Po = Es el más alto o más bajo punto de la curva Xo = Distancia horizontal entre Po y el P.C.
h = AL / 800 Y = (2X/L)2 . h A: Diferencia algebraica de gradientes en %
52
L: Longitud de la curva vertical.
h: Ordenada máxima en el punto PIV.
Los principales criterios que se emplean para el diseño de una curva vertical son:
1. El suministro de una distancia visual mínima de frenado 2. Drenaje adecuado
3. Comodidad en la operación 4. Apariencia agradable
El primer criterio es el único asociado con las curvas en cima, mientras que los cuatro criterios se asocian con las curvas en columpio
4.3.3.1 CURVAS VERTICALES CONVEXAS
Existen los problemas como el de la visión en este tipo de curva, ya que los conductores pierden visibilidad con los demás vehículos que transitan. Para calcular la longitud de las curvas verticales se emplea en base a los requerimientos de la distancia de visibilidad de parada de un vehículo considerando una altura de ojo del conductor de 1.15m.
Y una altura del objeto que se divisa sobre el carretero igual a 0.15m. Y se lo expresa según la siguiente fórmula:
53 Donde, L: Longitud mínima de la curva vertical convexa, en m.
A: Diferencia algebraica de las gradientes, en %
S: Distancia de visibilidad para parada de un vehículo, en m.
De manera más simple la fórmula anterior queda:
L = K.A
Siendo K un coeficiente que depende de la velocidad de diseño y los diferentes tipos de carreteras, tabulados en el siguiente cuadro del MOP. Coeficiente K = S2 / 426
TABLA 4.3.3.1: VALORES DE K PARA CURVAS CONVEXAS
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Reglamento MOP-2002
V. Diseño Km/h Distancia de Visibilidad para parada S (m) Calculado Redondeado 40 45 4.70 5 50 60 8.40 8 60 75 13.20 13 70 90 19.00 19 80 110 28.4 28 90 140 46.00 46 100 160 60.00 60 110 190 84.70 85 120 210 103.5 105
54 La longitud mínima absoluta de las curvas verticales convexas:
Longitud mínima = 0.60 V
Donde V: Velocidad de Diseño, en Km/h. Tras analizar estos métodos tomaremos el que dé el mayor valor.
4.3.3.2 CURVAS VERTICALES CÓNCAVAS
Son diseñadas a partir del problema de cambio de pendiente de un tramo a otro su prioridad es dar una mayor seguridad al vehículo al momento donde se efectúan cambios de pendientes evitando así que el movimiento del vehículo no sea como el de un columpio.
Tenemos la siguiente expresión para el cálculo de la longitud de la curva vertical cóncava.
Cuando S < L
Siendo:
L= longitud de la curva vertical cóncava, en m.
A= diferencia algebraica de las gradientes, en porcentaje S= distancia de visibilidad de parada de un vehículo, en m
55 La longitud de la curva vertical cóncava en su expresión más simple será:
L = K.A
TABLA 4.3.3.2: VALORES DE K PARA CURVAS CÓNCAVAS
Elaboración: Daysy Monserrate Chávez Plúa Fuente: Reglamento MOP-2003
La longitud mínima absoluta de las curvas verticales cóncavas:
V. Diseño Km/h Distancia de Visibilidad para parada S (m) Coeficiente K Redondeado 40 45 7.00 50 60 11.00 60 75 15.00 70 90 18.00 80 110 24.00 90 140 32.00 100 160 38.00 110 190 46.00 120 210 52.00
56 Longitud mínima = 0.38 V
Donde V: Velocidad de Diseño, en Km/h
Al igual que en las curvas convexas, tras analizar estos métodos tomaremos el que dé el mayor valor.
4.4 MOVIMIENTOS DE TIERRAS
Movimiento de tierra se refiere al conjunto de operaciones que se realizan en los terrenos naturales para así modificar las formas de la naturaleza o de aportar materiales útiles en obras públicas, minería o industria. Las operaciones de movimiento de tierra en el caso más general son: Excavación Carga Acarreo Descarga Extendido Humectación o desecación Compactación
El desbroce y limpieza se considerará finalizada cuando la zona quede despejada o limpia y así se podrá iniciar con las siguientes actividades de la construcción. La máxima distancia en que se ejecuten las actividades
57 de desbroce dentro del trazo de la carretera será de un kilómetro (km) delante de las obras de explanación.
Clasificación
El desbroce y limpieza se clasificará de acuerdo con los siguientes criterios:
a) Desbroce y limpieza en bosque
Nos referimos al corte de los árboles cuyos están plantados por cierto tiempo en el lugar donde se realizara la construcción, cuyos arboles tendrán que ser removidos desde sus raíces. Haciendo una limpieza esto es un desbosque del exceso de la vegetación que se encuentra en el sitio.
Se utilizara maquinarias y mediante los planos nos guiamos para poder saber qué tipo de maquinaria se va a emplear ya sea este maquinaria pesada o liviana.
b) Desbroce y limpieza en zonas no boscosas
Comprende el desraíce y la limpieza en zonas cubiertas de pastos, rastrojo, maleza, escombros, cultivos y arbustos.
También comprende la remoción total de árboles aislados o grupos de árboles dentro de superficies que no presenten características de bosque continuo.
58 Debemos tomar en cuenta al proteger las especies de flora y fauna que hacen uso de la zona a ser afectada, dañando lo menos posible, así como también considerar al entorno socioeconómico protegiendo áreas con interés económico.
Ejecución de los trabajos
Los trabajos de desbroce y limpieza deberán efectuarse en todas las zonas señaladas en los planos, tomando las precauciones necesarias para lograr condiciones de seguridad satisfactorias.
a) Remoción de tocones y raíces.- se realizaran trabajos de excavación en aquellas áreas donde se efectuaran trabajos, todos los troncos, raíces y otros materiales inconvenientes, deberán ser removidos. En las áreas que vayan a servir de base de terraplenes o estructuras de contención o drenaje.
b) Remoción de Capa Vegetal.- La remoción de la capa vegetal se
efectuará con anterioridad al inicio de los trabajos a un tiempo prudencial para que la vegetación no vuelva a crecer en los lugares.
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Remoción y disposición de materiales
Los materiales que resultan luego que se ha realizado el desbroce y limpieza en el sitio de la obra tienen que ser despejados de ese lugar ya que no se los puede dejar en la obra por que impiden el acceso a la siguiente etapa de la construcción y diseño de la vía.
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El cual se lo realizara mediante desalojos en volquetas que contengan en su parte superior una luna la misma que la cubrirá al momento de transportar el material hacia el sitio indicado.
Tipos de bancos de préstamo:
Longitudinales: son producto de los cortes.
Laterales: distancia al eje del camino de hasta 20 metros.
Banco de préstamo: distancia al eje del camino de hasta 100 m. Más de 10 Km. No es costeable.
a) Material de préstamo local
Es el material que se encuentra dentro del área o zona del camino. Para obtener el material de préstamo local se lo señalara en el plano. Este material se lo obtendrá de la siguiente manera lateral realizando cortes mediante equipos topográficos para así dar una mayor seguridad al momento de sacar el material para que no
