UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA
INSPECCION TOPOGRÁFICA EN OBRAS VIALES. APLICACIÓN RUTA
TRAIGUEN – LOS SAUCES, IX REGION.
TRABAJO DE TITULACION PRESENTADO EN CONFORMIDAD A LOS REQUISITOS PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO DE EJECUCIÓN EN GEOMENSURA
PROFESOR GUIA: WALTERIO GONZALEZ B.
MATIAS ALFREDO CARVAJAL LEIVA 2001
INDICE
CAPITULO 1. - INTRODUCCION.
1.0.1. Objetivos 2
1.1 Antecedentes Físicos del Proyecto. 3
1.2 Identificación del Proyecto. 4
CAPITULO 2. - FUNDAMENTO TEORICO
2.1. Diseño Geométrico. 5
2.1.1. Factores que Influyen en el Diseño Geométrico. 6
2.1.2. Clasificación de Caminos. 7
2.1.3. Demandas y Características de Tránsito. 10
2.1.4. Velocidad de Diseño. 11
2.1.5. Velocidad de Operación. 11
2.1.6. Efectos de los Vehículos sobre el Diseño Geométrico. 12
2.1.7. Visibilidad en la Vía. 13
2.2. Alineaciones del Proyecto. 18
2.2.1. Trazado de la Vía. 18
2.2.2. Alineamiento Horizontal. 19
2.2.3. Alineamiento Recto. 21
2.2.5. Curvas Circulares. 23
2.2.6. Arcos de Enlace o Transición. 28
2.2.6.1. La Clotoide. 29 2.2.7. Alineamiento Vertical. 37 2.2.8. Curvas Verticales. 41 2.3. Sección Transversal. 46 2.3.1. La Calzada. 47 2.3.2. Bombeos. 47 2.3.3. Las Bermas. 48 2.3.4. La Mediana. 49 2.3.5. Sobreanchos de Compactación. 49 2.4. Nivelaciones. 50 2.4.1. Nivelación Geométrica 50
2.4.2. Nivelación Geométrica Cerrada. 51
2.4.3. Nivelación Geométrica Abierta. 51
CAPITULO 3. - MEDICIONES.
3.1. Mediciones de Distancias. 52
3.1.1. Mediciones con Cinta. 52
3.1.2. Mediciones por Estadía 55.
3.2. Medición de Angulos Precisos. 59
3.2.1. Medición por Método de Repetición. 60
3.2.2. Medición por Método de Reiteración. 61
3.3. Métodos de Nivelación Cerrada. 63
3.3.1. Nivelación Cerrada. 64
3.3.2. Nivelación Paralela. 65
3.3.3. Nivelación por Doble Posición Instrumental. 66
CAPITULO 4. - CONTROLES TOPOGRAFICOS.
4.1. Reconocimiento General del Proyecto. 66
4.1.1. Mantención del Balizado y Puntos de Control. 68
4.2. Instrumental Utilizado. 69
4.2.1. Estación Total TopCon GTS-313 70
4.2.2.1. Funciones de la Estación Total. 71
4.2.2.2. Verificación y Corrección de la Estación Total. 72
4.3. Controles y Chequeos Topográficos 74.
4.3.1. Control de P.R. 74
4.3.2. Control de Vértices Coordenados. 77
4.3.4. Control de Obras de Arte. 86
4.3.5. Control de Subdrenes. 88
4.3.6. Control de Fosos y Contrafosos. 91
CAPITULO 5. - REPLANTEOS.
5.1. Método Planimétrico para el Replanteo de Puntos. 94
5.1.1. Método de Replanteo Radial. 94
5.1.2. Método de Replanteo por Intersección de Visuales. 97
5.1.3. Método de Replanteo por Coordenadas. 99
5.2. Replanteo de Curvas Circulares. 103
5.2.1. Cálculo de los Elementos de la Curva Circular. 103
5.2.2. Replanteo de Curvas Circulares por Deflexiones. 104
5.2.2.1. Replanteo de Curvas Circulares con Vértice Inaccesible. 107
5.2.3. Método de Replanteo por coordenadas Polares. 109
5.3. Replanteo de Clotoides. 111
5.3.1. Cálculo de los Elementos de la Clotoide 112
CAPITULO 6. - CUBICACION PARA EL MOVIMIENTO DE TIERRA
6.1. Determinación de Superficies de Contorno Poligonal. 117
6.2. Determinación de Superficie de Contorno Curvo. 120
6.3. Calculo de Volúmenes. 121
CAPITULO 7. - CONCLUSIONES 125
CAPITULO 8. - BIBLIOGRAFÍA 128
RESUMEN
En el siguiente trabajo de titulación se abordan las distintas materias y funciones topográficas que se deben desarrollar en la ejecución de un proyecto vial. El enfoque que se entregará en el presente trabajo será desde el punto de vista de la Inspección Topográfica de Obras y desde este perfil se abordará un análisis de una obra vial y que demandarán la intervención del profesional encargado del control topográfico.
Para fines de la inspección, este trabajo se orientará al llamado control topográfico de obras viales, entregando además las principales exigencias y tolerancias que este servicio plantea en relación con esta área fundamental de todo proyecto vial.
También se podrán encontrar temas relacionados con los procedimientos utilizados en los controles previos a la construcción de un camino, a fin e evitar errores en la construcción de ella, donde se realizará un estudio de los procedimientos utilizados en terreno para el replanteo de la vía, los cálculos y procedimientos utilizados en el desarrollo de proyecto.
Capitulo 1. INTRODUCCIÓN
Hoy en día existe en nuestro país, la necesidad de construir nuevos caminos, nuevos trazados, mejorar caminos ya existentes o mantener vías ya construidas, además existe la necesidad de construir muchas otras obras, tales como: túneles, puentes, aeropuertos, etc. En resumen son muchas las obras viales que se necesitan realizar para que el desarrollo y crecimiento económico del país no se estanque, o a lo menos sea sostenido.
En la actualidad la Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas, a través de una propuesta pública licita la construcción de obras viales adjudicándolas a Empresas Constructoras privadas, las cuales están a cargo de la ejecución y construcción de dicho proyecto, para lo cual la Dirección de Vialidad junto con el apoyo de otra empresa privada llamada Asesoría a la Inspección Fiscal asegura que las bases y especificaciones del proyecto se cumplan a cabalidad por la Empresa Constructora, para así establecer los requisitos de calidad y construcción de una obra de ingeniería vial.
Para el logro de esto debe existir una política de control permanente por parte de las empresas encargadas de la construcción o inspección de las obras, lo que conlleva a una interacción de las labores de cada profesional en cada una de las etapas de construcción, con el fin de detectar oportunamente errores, diferencias o variaciones con respecto al proyecto original.
El presente trabajo muestra el papel que desempeña el Ingeniero de Ejecución en Geomensura en la Asesoría a la Inspección Fiscal, ya que su presencia junto a un grupo de profesionales son los que
controlan la ejecución de las obras del contrato. Además de un control cualitativo (calidad de ejecución) se llevará un control cuantitativo de las obras ejecutadas y con este control la Asesoría a la Inspección Fiscal tendrá un resumen de avance semanal, quincenal o mensual según el requerimiento de la Inspección Fiscal.
1.0.1. - Objetivo General
El objetivo general del presente trabajo es entregar un análisis y un detalle completo de todas las funciones y trabajos topográficos que se deben realizar en la construcción e inspección de un proyecto vial. Además se deben aportar los fundamentos teóricos que actúan como base sustentable para la evaluación de los trabajos topográficos.
Dentro de los objetivos de este trabajo, se desarrollarán los pasos lógicos a seguir dentro del proceso constructivo del proyecto, enfocados desde el punto de vista de la labor que desempeña el Ingeniero Geomensor en la inspección topográfica. Además se entregará un método de replanteo con instrumental digital en las labores que se destinen para ello, sin dejar de lado la utilización de los instrumentos análogos en la topografía vial.
1.0.2.- Objetivos Específicos
Dentro de los objetivos de este trabajo, se desarrollarán los pasos lógicos a seguir dentro del proceso constructivo del proyecto, enfocados desde el punto de vista de la labor que desempeña el Ingeniero Geomensor en la inspección topográfica. Además se entregará un método de replanteo con instrumental digital en la labores que se distinguen para ello, sin dejar de lado la utilización e los instrumentos análogos en la topografía vial.
1.1. – ANTECEDENTES FISICOS DEL PROYECTO
El proyecto referencial se lleva a cabo en la IX Región entre las ciudades de Traiguén y Los Sauces, donde el clima predominante es templado – cálido, con estaciones lluviosas
En la ciudad de Traiguén la temperatura media anual es de 12,2º C. siendo el mes de Julio el mas frío con una media de 7,6º C. mientras que las más altas temperaturas se registran habitualmente en Enero, Febrero y Marzo, considerados meses secos, ya que generalmente en ellos se registran precipitaciones ocasionales de escasa magnitud. En la IX Región predominan los suelos húmedos, pardo y rojizos divididos de acuerdo a sus características fisiográficas en tres grupos:
a) Los que ocupan posición alta y cerros abruptos.
b) Los que se sitúan en una posición intermedia y presentan lomajes suaves.
c) Los suelos planos, es decir las vegas y las depresiones pequeñas.
Entre Traiguén y los Sauces se pueden apreciar los suelos altos con topografía escarpada y cerros abruptos, en los cuales se presentan pendientes y gradientes medias y fuertes. Los campos son amarillos, por el color de la paja, y en kilómetros no se ve ni un solo árbol ni arbustos, lo cual es producto de los lugareños que arrasaron con la flora autóctona, produciéndose una espantosa erosión que empobreció la tierra siendo hoy la solución la plantación del bosque de pino en sectores forestales.
1.2. – IDENTIFICACIÓN DEL PROYECTO
El Ministerio de Obras Públicas para llevar a cabo el proyecto, por intermedio de una publicación en el Diario Oficial y diarios importantes de la Región llama a concurso de licitación a las empresas constructoras, las cuales deben encontrarse inscritas en el Registro General de Contratistas, al que
divide en Primera, Segunda y Tercera categoría. La clasificación de las categorías es de acuerdo con la experiencia y capacidad económica.
Los contratistas que cumplan con la categoría solicitada y quieran participar en la propuesta deben comprar las Bases del Concurso, donde aparecen los requisitos solicitados por el Ministerio de Obras Públicas y el presupuesto oficial.
El contratista antes de la presentación de su oferta, debe estudiar cuidadosamente el lugar de trabajo, los planos, especificaciones y demás documentos de la propuesta. Las propuestas se presentan en dos sobres cerrados, “ Propuesta” y “Documentos anexos”, en ambos sobres se indicará el nombre, firma y domicilio del proponente.
Las propuestas se abren ante los funcionarios autorizados el día y hora indicada. La propuesta es adjudicada a la empresa que se encuentre mejor calificada para desempeñar la obra. Una vez adjudicada, el contratista debe esperar que salga la resolución por parte de la dirección contratante, en este caso es la Dirección de Vialidad.
Capitulo 2. FUNDAMENTO TEORICO
Es importante entregar previamente algunos conceptos básicos que faciliten una mayor comprensión del presente trabajo.
El camino es una extensión longitudinal de terreno, especialmente adaptada sobre la superficie terrestre, que reúne las condiciones geométricas de ancho, alineamientos planimétricos y en alzado, donde se respetarán generalmente las condiciones geomorfológicas del terreno, para así entregar servicios de circulación y seguridad a los vehículos que transiten por la vía proyectada.
Es importante señalar que los factores operativos, físicos, ambientales y económicos son variables fundamentales que van a condicionar el diseño geométrico del proyecto. Estos factores se influyen entre sí, y además tendrán mayor o menor relevancia según la categoría que se le asigne a dicho camino.
2.1. – DISEÑO GEOMETRICO
El diseño geométrico tiene que suministrar a la demanda una vía adecuada que minimice el costo total del transporte y los perjuicios que se pueda derivar del entorno, para ello deben tomarse en cuenta numerosos factores, los cuales son en la mayoría de ellos variables, dependiendo de cada proyecto en particular.
2.1.1. – Factores que Influyen en el Diseño Geométrico
Existen diferentes factores que influyen de distinta manera en el diseño de un camino, por lo cual se deben examinar cuidadosamente el proyecto para saber cual o cuales factores están influyendo mas fuertemente, con el fin de aplicar los criterios mas adecuados según sea el caso.
- Factores Operacionales.
Estos factores tienen relación con el tipo de necesidades que va atener el usuario. Dentro de esto
se deben analizar la velocidad de operación deseable, el volumen y las características del transito inicial y futuro.
- Factores Físicos.
Estos factores se refieren a las condiciones impuestas por la naturaleza, las cuales van a ser
restrictivas según sea la ubicación de emplazamiento del proyecto.
Estos factores naturales son: Relieve, clima de la zona, geología, hidrología y uso de suelo.
- Factores Ambientales.
Los factores ambientales se refieren a todos los aspectos que tengan relación directa con el trazado del camino, respecto al impacto que puede producir al entorno dicha estructura vial.
Los Aspectos más relevantes son:
a) Actividad de la zona de influencia y áreas colindantes
c) Características ecológicas y efectos estéticos d) Efectos poluyentes en sus distintas formas.
e) Seguridad de los bienes y personas ajenas al uso del proyecto.
- Factores Económicos.
Los siguientes aspectos son consecuencia de la categoría asignada al camino
a) Costo inicial.
b) Costo de mantención durante su vida útil.
c) Costo de operación del vehículo.
d) Costo del tiempo de los usuarios.
2.1.2. – Clasificación de Caminos
La funcionalidad permite efectuar la única división técnica de los caminos, de acuerdo a estas
funciones las carreteras o caminos se clasifican de la siguiente manera:
a) Autopistas y Carreteras Primarias.
Interesa posibilitar las velocidades de desplazamiento elevadas, que puedan ser mantenidas a lo
largo de toda la ruta en condiciones seguras, para que justifique económicamente las inversiones que implica la infraestructura asociada a este tipo de servicio.
Para lograr estos propósitos resulta indispensable restringir el acceso hacia o desde la propiedad colindante y dar un tratamiento especial al cruce de la carretera con otras vías de transito. En resumen, las autopistas entregan movilidad y muy poca accesibilidad.
b) Caminos Colectores.
Este tipo de camino cumple la función de entregar movilidad de desplazamiento y a la vez entregar accesibilidad a la propiedad colindante en forma moderada. Los volúmenes de desplazamiento vehicular pueden fluctuar entre varios cientos y algunos miles de vehículos.
c) Caminos Locales.
Este tipo de camino tiene como única función entregar acceso a la propiedad colindante y además ser una vía de conexión múltiple entre distintos lugares en que se desea acceder, como por ejemplo (vías urbanas).
d) Caminos de Desarrollo.
Este camino entrega accesibilidad a la propiedad colindante y muy poca movilidad, generalmente estos son caminos que no justifican pavimentos y su importancia corresponde a escala vecinal, siendo este un camino de tipo rural.
Velocidades de diseño según su sección transversal
Tabla Nº2.1. -
Categoría Nº de Pistas Nº de Calzadas Velocidad de Diseño
Autopista 4 o + UD 2 120-80 Primario 4 o + UD 2 BD 2 1 120-60 100-60 Colector 4 o + UD 2 BD 1 1 90-50 90-50 Local 2 BD 1 70-40 Desarrollo 2 BD 1 50-30
Fuente: Volumen3, Manual de Carreteras.
UD = Unidireccional BD = Bidireccional
2.1.3. – Demandas y Características de Transito
Los volúmenes del tránsito determinarán la categoría que se debe dar a una vía, y para estos los principales indicadores son:
a) Transito Medio Diario Anual. (TMDA)
Representa el promedio aritmético de los volúmenes diarios para todos los días del año predecible o existente en una sección dada de la vía. Además el TMDA entrega el porcentaje (%) obtenido en la sección estudiada de cada tipo de vehículo según su clasificación.
- Clasificación por Tipo de Vehículo.
Expresa en porcentaje la participación que le corresponde en el TMDA a las diferentes categorías de vehículos, debiendo diferenciarse en:
- Vehículos Livianos : automóvil, camioneta hasta 1500 kg.
- Locomoción Colectiva : buses rurales e interurbanos.
- Camiones : unidad simple para transportes de carga.
b) Volumen Horario de Diseño. (VHD)
Volumen máximo que se considera para los fines de proyecto. La elección del volumen horario de diseño permite suponer en que horas de mayor demanda se tendrá una menor calidad de servicio, se selecciona una hora ubicada en el lugar treinta a la ochentava posición de un ordenamiento descendente de los volúmenes horarios. En aquellos caminos que no cuenten con estadísticas se considera un valor de 0.12 a 0.18 del valor del TMDA, siendo este ultimo valor aplicable a los caminos con alta estacionalidad.
2.1.4. – Velocidad de Diseño
Condiciona al diseño geométrico, principalmente el alineamiento horizontal y vertical, y corresponde a la mayor velocidad que un conductor de habilidad media puede recorrer con seguridad un tramo incluso con pavimento mojado y sometido a las condiciones impuestas por la geometría. Su elección influye en el costo de construcción y de operación, ya que incide en las características que deben tener las curvas verticales horizontales.
2.1.5. – Velocidad de Operación
Es la máxima velocidad media que puede viajar un conductor bajo las condiciones prevalecientes del tránsito sin exceder los límites de seguridad dada por la velocidad de diseño.
2.1.6. – Efectos de los Vehículos sobre el Diseño Geométrico
Los vehículos que circulan por el camino van a condicionar diversos aspectos del diseño
geométrico, por ejemplo:
- Ancho de los Vehículos : incide en el ancho de las pistas, bermas y de los ramales en las intersecciones
- Distancia entre ejes y la longitud : influye en el sobreancho de las curvas de la calzada principal, como también el ancho de las pistas y radios mínimos de los ramales de las intersecciones.
- Longitud total de los vehículos : tiene incidencia en la longitud en las pistas de espera para los virajes a la izquierda.
- Relación Potencia – Peso : tiene relación con los vehículos pesados, ya que ello influye en la determinación del valor máximo de la pendiente, o en la determinación de la necesidad de pistas adicionales de subida.
- Altura admisible para los vehículos, como su carga: ello condiciona el galibo vertical que debe tener
todo tipo de infraestructura que cruce por encima del camino, por ejemplo los túneles.
- Velocidades máxima que pueden desarrollar los vehículos livianos: inciden en la elección de la velocidad de diseño.
- Dimensión de los Vehículos livianos: esto influye en la determinación de las distancias mínimas de visibilidad para el frenado y para el adelantamiento, condicionando de esta forma el alineamiento vertical.
2.1.7. – Visibilidad en la Vía.
En todo trazado de caminos se debe entregar la visibilidad suficiente para que el conductor adopte las decisiones necesarias y así poder detenerse sin riesgos. Se conocen tres tipos de visibilidad: Parada, adelantamiento y visibilidad en los cruces.
- Visibilidad.
Es la longitud continua de un camino que es visible para el conductor que transita por ella, la
seguridad impone que en un camino Bidireccional dos vehículos puedan divisarse y alcanzar a detenerse.
- Visibilidad de Parada.
Se dice que en un camino tiene visibilidad de parada, cuando en toda su longitud la distancia de
visibilidad es igual o mayor que la distancia de parada.
- Distancia de Parada.
Es la distancia total recorrida por un vehículo obligado a detenerse tan rápidamente como sea
parada se compone de dos distancias parciales, la distancia recorrida durante el tiempo de percepción y reacción, y la distancia recorrida durante el frenado. Las alturas que se consideran son de 1,15 mts como altura de los ojos del conductor y 0,15 mts la altura del obstáculo.
- Tiempo de Percepción.
Es el ver un objeto, analizar que decisión se va a tomar, a veces esto es instantáneo y en otras no lo es. Este tiempo depende de la velocidad del vehículo, condiciones atmosféricas, etc.
- Tiempo de Reacción
Es el tiempo que se requiere para que el conductor decida accionar los frenos una vez que lo ha
decidido.
Tiempo de Percepción y Reacción. = 2 Segundos. DP = D1+D2
D1 = V*T (V expresado en m/seg)
D1 = (V*T) / 3.6 (V expresado en km/hrs)
D2 = Distancia recorrida en el tiempo de frenado.
Debido a las limitaciones que impone el rozamiento entre los neumáticos y el pavimento y la deceleración máxima que se permite en el frenado sin violencia, hay una distancia mínima que recorre el vehículo antes de detenerse, la distancia de frenado va a depender de la velocidad y del tipo de pavimento. Si despreciamos las fuerzas retardantes generadas por la inercia, la resistencia del aire, el
grado de deceleración del auto, por principio de mecánica, la fuerza por la distancia es igual a la variación de energía cinética.
D2 = V^2 / (254 * (f+-i))
DP = V*T/(3.6) + V^2 /(254 *(f+-i)) Calculo distancia de parada. Donde:
Dp = Distancia de parada V = Velocidad en K/H T = Tiempo en segundos f = Fricción longitudinal
i = Pendiente (en tanto por uno)
- Visibilidad de Adelantamiento.
Es la máxima distancia que debe disponer un conductor para poder adelantar en caminos
bidireccionales. Se debe dar la mayor longitud posible con distancia de visibilidad superior a la distancia de adelantamiento y las alturas que se consideran son de 1.15mts la altura de los ojos del conductor y de 1.3 mts la altura del vehículo.
La distancia de adelantamiento es mayor que la distancia de parada, resultando antieconómico construir un camino que en su totalidad tenga visibilidad de adelantamiento, pero también es cierto que la escasa frecuencia de las zonas de adelantamiento genera peligro, ya que los conductores se
impacientan y efectúan maniobras arriesgadas. Para determinar la distancia de adelantamiento se consideran:
a) El vehículo lento va a velocidad uniforme.
b) El vehículo que quiere adelantar está obligado a llevar la velocidad del de adelante cuando la visibilidad es poca.
c) Cuando hay buena visibilidad el conductor decide pasar.
d) El vehículo es acelerado, ocupa la vía de paso y su velocidad es mayor en 15 k/h.
e) Cuando el vehículo que pasa regresa a su pista hay suficiente distancia entre él y el vehículo que viene por la pista de paso pero en sentido contrario.
D1 = Corresponde a la distancia que debe mantener el vehículo cuando va analizando la situación.
D1= (V*T)/ 3.6 Siendo T = 2 segundos
D2 = Es la sumatoria de todas esas distancias parciales.
D2 = (S0+Lb+S1+LA)+ (V*Ta) / 3.6 (ver esquema de adelantamiento)
S0 = Distancia que hay entre los dos vehículos antes de iniciar el adelantamiento.
S0 = S1
S0 = V* 0.7 seg./(3.6)
DA = D1+D2+D3 (esta compuesta de tres distancias parciales)
D3 = (V* Ta) / 3.6 (siendo Ta el tiempo que dura la aceleración)
Esquema de Adelantamiento.
Figura Nº 2.1.
Tabla Nº2.2. -
Distancia Mínima de Adelantamiento
Velocidad de diseño (K/H) Dist. Mín. de Adelantamiento (Mts)
30 120 40 160 50 200 60 240 70 280 80 325 90 375 100 425 110 475 120 525
S1
lb
So
V*TA/(3.6)
A
b
lA
D3
2.2. – ALINEACIONES DEL PROYECTO
El proyecto en general empieza con la posibilidad de la construcción de un camino a través de
una zona prefijada y sigue por el señalamiento apropiado de su recorrido. Para ello hay que determinar la línea más conveniente dentro de una faja de terreno, y en caso necesario decidir entre varias igualmente viables. La línea definitiva se adopta después de hechos los estudios especiales con los cuales se obtiene el levantamiento exacto de una faja estrecha de terreno con todos sus detalles.
2.2.1. - Trazado de la Vía.
Una carretera es una obra tridimensional, cuyos elementos quedan definidos mediante sus proyecciones sobre cada uno de los elementos planos ortogonales de referencia: Planta, Elevación y Sección Transversal.
El elemento básico para tal definición es el eje de la vía, cuyas proyecciones de la planta y elevación constituyen los alineamientos horizontal y vertical, respectivamente.
Estos alineamientos, o ejes en planta y alzado, deben cumplir con una serie de normas y recomendaciones. Estas pretenden conciliar la conveniencia económica de adaptarlos lo más posible al terreno, con las exigencias técnicas requeridas para posibilitar desplazamientos seguros de un conjunto de vehículos, a una cierta velocidad de diseño.
La elección y definición de los alineamientos y de sus combinaciones, reguladas y normalizadas según una instrucción de diseño, constituye el trazado del eje y, por extensión, de la carretera.
Los criterios básicos a aplicar en los distintos casos se establecen mediante normas y recomendaciones que el proyectista deberá respetar en lo posible, dentro de limites económicos razonables, para lograr un trazado que satisfaga las necesidades del tránsito y brinde la calidad de servicio que se pretende obtener de la carretera.
El trazado debe ser homogéneo: Sectores de éste que permitan velocidades superiores a las de diseño no deben ser seguidos de otros en los que las características geométricas se reducen bruscamente. Las transiciones de una a otra situación, si ellas existen, deberán darse en longitudes suficientes como para ir reduciendo las características del trazado a lo largo de varios elementos, hasta llegar a los mínimos absolutos permitidos, requeridos en un sector.
2.2.2. – Alineamiento Horizontal.
El alineamiento horizontal deberá permitir una operación segura y continua a la velocidad de
diseño, cuando los volúmenes de tránsito no controlan la velocidad de operación. En aquellos sectores particulares en que por excepción deba limitarse la velocidad, o si al variar la topografía se opta por cambiar la velocidad de diseño, ello deberá quedar claramente especificado en los planos y señalizado en el terreno.
La planta de una carretera queda definida, en lo general, por una sucesión de alineamientos rectos enlazados por curvas.
Estos elementos podrán ser:
a) Circulares
b) La parte central circular y dos arcos de enlace.
c) Otras combinaciones de arco circular y arco de enlace.
Podrá también suprimirse el alineamiento recto y el trazado quedará reducido a una sucesión de curvas. La tendencia actual en el diseño de carreteras de cierto nivel se orienta hacia la utilización de curvas amplias que se adaptan a la topografía del terreno, haciendo casi desaparecer los tramos rectos. Esta forma de trazado se preferirá por cuanto los largos tramos rectos aumentan el peligro de deslumbramiento por las luces del vehículo que avanza en el sentido opuesto, y porque durante el día inducen a una menor concentración del conductor, lo que en muchas oportunidades es motivo de accidentes. Las curvas suaves fijan la atención y evitan la monotonía. Por otra parte, las curvas armonizan en mejor forma con las sinuosidades del terreno, proporcionando claras ventajas desde los puntos de vista estético y económico.
Hay zonas en Chile en que los trazados con curvas se producen naturalmente, y otras en las cuales la topografía sugiere largos tramos en recta, los que deberán ser evitados paulatinamente.
2.2.3. – Alineamiento Recto
Las alineaciones rectas son de uso habitual en las calles de una ciudad, siendo tradicional que las prefieran como elemento básico de definición, por la simplicidad con que los problemas geométricos propios de todo diseño pueden ser abordados y resueltos, por la facilidad que ellas ofrecen a los usuarios para la conducción y orientación, y en general por todo un conjunto de conveniencias que en última instancia se traducen en un costo menor del proyecto, ejecución y operación.
En muchos casos puede reemplazarse con ventaja un alineamiento recto por curvas de radios comprendidos entre 5.000 y 10.000 mts.
- Longitudes Máximas en Recta
Se evitará, siempre que sea posible, longitudes en recta superiores a: Lr (mts) = 20 V (kph)
Lr = largo en mts. de la alineación recta V = Velocidad de diseño de la carretera
En caminos bidireccionales de dos pistas, a diferencia de lo que ocurre en carreteras unidireccionales, se debe de proveer secciones con visibilidad adecuada para adelantar, justificando una mayor utilización de rectas importantes. Sin embargo, rectas de longitud comprendida entre 8V y 10V, enlazados por curvas amplias, cubren adecuadamente esta necesidad.
- Longitudes Mínimas en Recta.
Entre dos curvas circulares de distinto sentido se deberá mantener un tramo en recta que permita desarrollar adecuadamente la transición de peralte. Si estas curvas circulares poseen curva de enlace no será indispensable dejar un tramo recto entre él término de una curva de enlace y el inicio de la siguiente.
Entre dos curvas circulares del mismo sentido es conveniente, por razones de guíado óptico y por tanto de seguridad, dejar un tramo en recta, cuya longitud se cita en la siguiente tabla:
Tabla Nº2.3. -
Espacio en Recta entre Curvas del mismo sentido.
V(kph) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Lr min. 40 55 70 85 100 110 125 140 155 170
Fuente: Volumen 3, Manual de Carreteras.
2.2.4. – Curvas Horizontales
En la localización de carreteras, las curvas horizontales que se emplean en los puntos de cambio
de dirección son arcos de círculo. Las líneas rectas que conectan estas curvas circulares son tangentes a ellos y, por consiguiente, se les denomina tangentes. En la línea determinada, la transición de tangente a la curva circular y de la curva circular a la tangente puede hacerse gradualmente por medio de un segmento de una espiral.
2.2.5. – Curvas Circulares.
Las curvas mas empleadas son el arco de circulo, fácil de calcular, dibujar y replantear. La
intersección de dos alineaciones sucesivas toma el nombre de vértice. Para acordar dos alineamientos que se cortan, por un arco de circulo, es necesario medir su ángulo del vértice o ángulo de las tangentes, calcular los elementos de la curva, replantear sus puntos principales y terminar la operación por el trazado de puntos de detalle de esta curva. La medida de los ángulos se efectúa por los métodos corrientes con la ayuda del teodolito.
El radio en la curva circular estará expresado en metros. El radio al aumentar su valor, directamente disminuirá el grado de curvatura, es decir la curva proyectada será más amplia en su desarrollo, por el contrario al disminuir, la curva será mas cerrada y aumentará su grado de curvatura. El radio se selecciona de acuerdo con las especificaciones de diseño geométrico del proyecto.
- Elementos de la Curva Circular.
Se entiende por elementos de la curva circular, las siguientes magnitudes:
• Tangentes : distancia desde el vértice hasta las puntas de acomodamiento, que hemos llamado PC (principio de la curva circular) y FC (fin de la curva circular).
• Desarrollo Circular : desarrollo del arco de círculo, desde el Pc hasta el Fc
• Radio : Radio de curvatura del arco de círculo.
• Vértice : Punto de intersección de dos alineaciones.
• Angulo deflexión : Angulo de reflexión entre ambas alineaciones.
• : Angulo entre dos alineaciones consecutivas
• Peralte : Valor de la inclinación transversal de la calzada. (%)
- Radios Mínimos: Los radios mínimos para cada velocidad de diseño, calculados bajo el criterio de
seguridad ante el deslizamiento, están dados por la siguiente expresión:
Rm = (V^2) / (127*(Pmax + t max))
Rm : Radio mínimo absoluto
V : Velocidad de diseño
Pmax : Peralte máximo asociado a V
Tabla Nº 2.4. -
Radios mínimos absolutos en curva circular.
V (kph) T max P max (%) Rm (mts) 30 0.16 8 30 40 0.16 8 55 50 0.16 8 80 60 0.15 7.5 125 70 0.15 7.5 170 80 0.14 7 240 90 0.13 6.5 330 100 0.13 6.5 400 110 0.12 6 530 120 0.11 5.5 700
Fuente: Volumen 3, Manual de Carreteras - Curvas de Contraperalte.
Sobre ciertos valores de radio, es posible mantener el bombeo normal de la calzada, resultando una curva que se presenta en una o en todas sus pistas, un contraperalte en relación con el sentido de giro de la curva. Puede resultar conveniente adoptar esta solución cuando el radio de la curva es igual o mayor que el indicado en la siguiente tabla, y se da alguna de las siguientes situaciones:
a) La pendiente longitudinal es muy baja y la transición de peralte agudizará el problema de drenaje de la calzada.
b) Se desea evitar el escurrimiento de agua hacia la mediana.
c) En zonas de enlace donde existen ramales de salida o entrada asociados a una curva amplia de la carretera, se evita él quiebre de la arista común entre ellas.
El criterio empleado para establecer los radios límites que permiten el uso del contraperalte se basa en:
Bombeo considerado en la calzada : -2.5%
Coeficiente de fricción lateral aceptable : t max /2
Por lo tanto: R límite contraperalte = (V^2) / (127*(t max/2)-b))
Tabla 2.5.-
Radios Limites de Contraperalte.
V (Kph) 60 70 80 90 100 11 120
(tmax /2-0.025) 0.05 0.05 0.045 0.04 0.04 0.035 0.03
RL Calculado 567 772 1120 1560 1970 2722 3780
RL adoptado 1000 1000 1200 1600 2000 2800 4000
- Sobreancho en la Curva Circular
En las curvas de radio menor a 200 metros, se deberá ensanchar la calzada con el fin de restituir los espacios libres entre vehículos, o entre vehículos y borde de la calzada, que se poseen en recta para un ancho de calzada dado. Este sobreancho equivale al aumento del gálibo lateral que experimentan los camiones al transitar en una curva cerrada.
E = n* (50/R) E max = 3 metros
E = Sobreancho total (mts)
n = Numero de pistas de la calzada
R = Radio de la curva (m)
El sobreancho se desarrollará en la recta que precede a la curva, alcanzando su ancho total en el principio de la curva. Se ubicará al costado de la carretera que corresponde al interior de la curva manteniéndose a lo largo de ésta de forma constante y desaparece del mismo modo como se generó, a partir del fin de curva.
2.2.6. - Arcos de Enlace o Transición.
La incorporación de elementos de curvatura variable con el desarrollo, entre recta y curva circular
o entre dos curvas circulares, se hace necesaria en carreteras de categoría elevada por razones de seguridad, comodidad y estética.
El uso de estos elementos permite que un vehículo, circulando a la velocidad de diseño, se mantenga en el centro de su pista. Esto no ocurre, por lo general, al enlazar directamente una recta con una curva circular, ya que en tales casos el conductor adopta instintivamente una trayectoria de curvatura variable que lo aparta del centro de su pista e incluso lo puede hacer invadir la adyacente, con el peligro que ello implica.
La curvatura variable permite desarrollar el peralte a lo largo de un elemento de curvatura variable, evitando calzadas peraltadas en recta; al mismo tiempo la aceleración transversal no compensada por el peralte crece gradualmente desde cero en la recta a su valor máximo al comienzo de la curva circular, lo que hace más confortable la conducción. Las ventajas estéticas están relacionadas con el grado de adaptación al medio y la variación uniforme de la curvatura que se logra mediante estos elementos.
2.2.6.1. - La Clotoide
Como elemento de curvatura variable en arcos de enlace, o como elemento de trazado propiamente tal, se empleará la clotoide, que presenta las siguientes ventajas:
a) El crecimiento lineal de su curvatura permite una marcha uniforme y cómoda para el usuario, quien solo requiere ejercer una presión creciente sobre el volante, manteniendo inalterada la velocidad, sin abandonar el eje de su pista.
b) La aceleración transversal no compensada, propia de una trayectoria curva, puede controlarse limitando su incremento a una magnitud que no produzca molestia a los ocupantes del vehículo. Al mismo tiempo, aparece en forma progresiva, sin los inconvenientes de los cambios bruscos.
c) El desarrollo del peralte se logra en forma también progresiva, consiguiendo que la pendiente
transversal de la calzada sea en cada punto exactamente la que corresponde al respectivo radio de curvatura.
d) La flexibilidad de la clotoide permite acomodarse al terreno sin romper la continuidad, lo que conlleva a mejorar la armonía y apariencia de la carretera.
e) Las múltiples combinaciones de desarrollo versus curvatura facilitan la adaptación del trazado a las características del terreno, lo que en oportunidades permite disminuir el movimiento de tierras logrando trazados más económicos.
Todas las clotoides tienen la misma curvatura y solo se diferencian en su tamaño, el cual es definido por su parámetro “A”. Las clotoides grandes aumentan lentamente su curvatura lo que las hace aptas para velocidades mayores y aquellas de parámetros pequeños aumentan fuertemente su curvatura lo que las hace aptas para velocidades bajas.
- Ecuación Paramétrica: La clotoide es una curva de la familia de las espirales, cuya ecuación paramétrica esta dada por:
A^2 = R* L
A = Parámetro (m) Factor de ampliación de la clotoide.
R = Radio de curvatura en un punto (m)
L = Desarrollo (m) Desde el origen hasta el punto de radio R
- Ecuación General de Parámetro Mínimo:
____________________________________ (V*R)/3.6*J) * ((V^2/R) –127*P) = Amin.
Corresponde a una clotoide calculada por distribuir la aceleración transversal no compensada a una taza uniforme (J) compatible con la seguridad y la comodidad.
Tabla Nº 2.6. -
Variación de la Aceleración transversal
V (Kph) J Normal J Extraordinario
30-70 0.5 0.8
80-120 0.4 0.5
Fuente: Volumen 3, Manual de Carreteras
- Parámetros Mínimos y Deseables.
El valor “Amin” calculado según el criterio de limitación del crecimiento de aceleración transversal no
compensada, deberá cumplir además las siguientes condiciones:
a) Por Estética y Guiado Optico:
(R/3) O AO R
La condición A ∗ R/3 corresponde al parámetro mínimo que asegura la adecuada percepción de la existencia de la curva de enlace. La condición A ∗ R asegura la adecuada percepción de la existencia de la curva circular.
b) Por Condición de Desarrollo del Peralte.
Para velocidades bajo los 60 Kph, cuando se utilizan radios del orden del mínimo, o en calzadas de mas de dos pistas, la longitud de la curva de enlace correspondiente a Amin puede resultar menor que la longitud requerida para desarrollar el peralte dentro de la curva de enlace. En estos casos se determinará A, imponiendo la condición que L (largo de la curva de enlace) sea igual al desarrollo de peralte “P”, requerido a partir del punto en que la pendiente transversal de la calzada o pista (s) es nula.
Luego: _____________________
Amin = (n*a*P*R) / ∆)
n = Numero de pistas entre eje y borde de calzada
a = Ancho normal de una pista (m)
P = Peralte de la curva enlazada (%)
∆ = pendiente relativa de borde respecto al eje
Luego de obtener los tres valores calculados de Amin, se escogerá el valor mayor de los tres
- Radios que Permiten Prescindir de la Curva de Enlace.
Cuando no existe una curva de enlace, el desplazamiento instintivo que ejerce el conductor respecto del eje de la pista disminuye a medida que el radio de curva circular crece. Se estima que un desplazamiento < 0.1 mts es suficientemente pequeño como prescindir de una curva de enlace que la evitaría.
Los radios circulares limite calculados, aceptando un Jmax de 0.4m/seg3 y considerando que al punto inicial de la curva circular se habrá desarrollado solo un 70% del peralte necesario, son:
Tabla Nº 2.7. -
Radios Sobre los cuales se Puede Presindir de la Curva de Enlace por Condicion de Aceleracion Transversal.
V(Kph) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
R (mts) 80 150 225 325 450 600 750 900 1200 1500
Fuente: Volumen 3, Manual de Carreteras.
La anterior tabla no significa que para los radio superiores a los indicados se deba suprimir la curva de enlace; ello es optativo y dependerá en parte del sistema de
trabajo adoptado ya que se ocupo la clotoide como elemento de trazado y se cuenta con los programas de computación para realizar los cálculos y obtener los datos de
replanteo, no se justificará suprimir las curvas de enlace, al menos hasta que la amplitud del radio alcance el nivel en que el peralte requerido sea igual al bombeo normal de la calzada en recta.
- Elementos de la Clotoide
La introducción de un arco de enlace implica el desplazamiento del centro de la curva circular
original en una magnitud que es función del retranqueo y del ángulo de deflexión de las alineaciones. El radio de la curva circular permanece constante y el desarrollo de esta es parcialmente reemplazado por secciones de las clotoides de enlace.
R (m) : Radio de la curva circular que se desea enlazar. L : Longitud o desarrollo de la clotoide.
: Angulo de la clotoide.
X : Abscisa
Y : Ordenada
X0 : Abscisa del centro del sistema.
DR : Retranqueo o desplazamiento de la curva circular enlazada, medido sobre la normal a
la alineación considerada, que pasa por el centro de la circunferencia retranqueada de radio R.
Y0 : Ordenada del centro del sistema.
T.C. : Tangente corta.
ϖ : Angulo de centro de la curva circular.
& : Angulo del centro del sistema
T : Tangente principal
V : Vértice principal
Vk : Vértice de la clotoide
Bk : Bisectriz principal
Dc : Desarrollo de la curva circular.
2.2.7. – Alineamiento Vertical
Las cotas de eje en planta de una carretera o camino, al nivel de la superficie del pavimento o
carpeta de rodado, constituyen la rasante o línea de referencia del alineamiento vertical. La representación gráfica de esta rasante recibe el nombre de perfil longitudinal.
La rasante determina las características en alzado de la carretera y está constituída por sectores que presentan pendiente de diversa magnitud y/o sentido, enlazada por curvas verticales que normalmente serán parábolas de segundo grado.
Para fines de proyecto, el sentido de las pendientes se define según el avance del kilometraje, siendo positivas aquellas que implican un aumento de cotas y negativas las que producen una pérdida de cota.
Las curvas verticales de acuerdo entre dos pendientes sucesivas permiten lograr una transición paulatina entre pendientes de distinta magnitud y/o sentido, eliminando él quiebre de la rasante. El adecuado diseño de ellas asegura las distancias de visibilidad requeridas para el proyecto. En todo punto de la carretera debe existir por lo menos la distancia de visibilidad de parada.
El alineamiento vertical está controlado principalmente por:
a) Categoría del camino b) Velocidad de diseño c) Topografía d) Alineamiento vertical e) Distancia de visibilidad f) Seguridad g) Drenaje h) Costos de construcción i) Valores estéticos
El sistema de cotas del proyecto se referirá en lo posible al nivel medio del mar, para lo cual se enlazarán los puntos de referencia del estudio con los pilares de nivelación del Instituto Geográfico Militar.
El proyectista procurará utilizar las menores pendientes compatibles con la topografía en que se emplaza el trazado. Carreteras con alto volumen de tránsito justifican económicamente el uso de pendientes moderadas, pues el ahorro en costos de operación y la mayor capacidad de la vía compensan los mayores costos de construcción.
El proyectista deberá verificar que en los sectores de curva la línea de máxima pendiente no supere lo establecido en la siguiente tabla:
Tabla Nº 2.8. -
Pendientes Máximas Admisibles (%), en Condiciones Normales
Velocidad de Diseño Categoría 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Desarrollo 10 9 Local 9 9 8 8 Colector 8 8 8 7 6 Primario 7 6 6 5.5 4.5 4.5 Autopista 5 5 4.5 4.5 4
- Pendientes Mínimas
Es necesario proveer una pendiente longitudinal del orden de 0.5% a fin de asegurar en todo punto de la calzada un eficiente drenaje de las aguas superficiales. Se distinguirán los siguientes casos:
a) Si la calzada posee un bombeo o inclinación transversal superior a 2% y no existen soleras o cunetas se podrá excepcionalmente aceptar secciones con pendiente longitudinal nula.
b) Si al borde del pavimento existen soleras, la pendiente longitudinal mínima deseable será de 0.5% y mínima absoluta de 0.35%.
c) En zonas de transición de peralte en que la pendiente transversal se anula, la pendiente longitudinal mínima deberá ser de 0.5% y en lo posible del orden de 1%.
2.2.7.1. - Curvas Verticales.
El ángulo de deflexión entre dos rasantes queda definido por:
(Radianes) = [i1 – i2], es decir, se calcula como el valor absoluto de la diferencia algebraica de las
pendientes de entrada y salida, expresada en tanto por uno.
i+ Pendiente de subida según avance de kilometraje.
i- Pendiente de bajada según avance de kilometraje.
Toda vez que es igual o mayor a 0.5% se debe proyectar una curva vertical para enlazar las rasantes. Bajo esta magnitud se puede prescindir de la curva de enlace, ya que la discontinuidad es imperceptible para el usuario
La curva que se utiliza en el enlace de rasantes es la parábola de segundo grado, que se caracteriza por presentar una variación constante de la tangente a lo largo del desarrollo, además de permitir una serie de simplificaciones en sus relaciones geométricas que las hace muy prácticas para el cálculo y el replanteo.
La parábola y la curva circular mencionada en la práctica son muy semejantes, tanto así que el cálculo teórico de la curva de enlace requerida por concepto de visibilidad se hace sobre la base de la curva circular, en tanto que el proyecto y replanteo se ejecuta en base a la parábola.
Bajo estas circunstancias el desarrollo de una curva vertical queda dado por:
Lv = R * = R * [i1 – i2]
Adoptando la nomenclatura correspondiente a la parábola de segundo grado, el radio R pasa a llamarse K que corresponde al parámetro de la curva, de modo que:
Lv = K * [i1- i2]
Finalmente, dentro del rango de aproximaciones aceptadas, el desarrollo de la curva de enlace se identifica con Lv = 2T, siendo 2T la proyección horizontal de las tangentes a la curva de enlace. En definitiva para todos los casos los efectos de calculo y replanteo, la longitud de la curvatura vertical de enlace está dada según medidas reducidas a la horizontal y vale:
2T = K * = K * [i1-i2]
- Criterios de Diseño para Curvas Verticales.
a) Las Curvas verticales deben asegurar en todo punto del camino la visibilidad de parada, ya se trate
de calzadas bidireccionales o unidireccionales.
b) En calzadas bidireccionales, si las condiciones lo permiten, el proyectista podrá diseñar curvas de
enlace por criterio de visibilidad de adelantamiento, con lo que asegura la visibilidad de parada.
c) El cálculo de la curva vertical presenta dos situaciones posibles, a saber:
Dv > 2T Dv < 2T
La presente norma considera solo el caso de Dv < 2T ya que representa el caso mas corriente, implica diseños mas seguros y la longitud de la curva de enlace Dv >2T, normalmente debe ser aumentada por criterio de comodidad y estética.
d) En las curvas verticales convexas y cóncavas, la visibilidad de parada a considerar en el cálculo de parámetro corresponde a la distancia de un vehículo circulando a velocidad de diseño en rasante horizontal. Ello en razón de que el recorrido real durante la eventual maniobra de detención se ejecuta parte en subida y parte en bajada, con lo que existe la compensación de efecto de las pendientes
- Parámetros Mínimos por Visibilidad de Parada, en Curva Vertical Convexa.
Se considera la visibilidad de parada sobre un obstáculo fijo situado sobre la pista de tránsito y la altura de los ojos del conductor sobre la rasante de esta pista. El parámetro queda dado por:
Kv = Dp^2/2 * (raíz(h1) + raíz(h2))2
Kv = Parámetro Curva vertical Convexa
Dp = Distancia de parada
h1 = Altura de los ojos del conductor (1.15m)
Luego:
Kv = Dp^2 / 4.26
- Parámetros Mínimos por Visibilidad de Parada, en Curva Vertical Cóncava.
Se considera la visibilidad de parada nocturna la distancia que debe tenerse sobre un obstáculo fijo que queda dentro de la zona iluminada por los faros del vehículo.
El parámetro queda dado por:
Kc = Dp^ 2 / (2 *(h + Dp sen ))
Kc = Parámetro Curva Vertical Cóncava
Dp = Distancia de Parada
h = Altura de focos del Vehículo = 0.60m.
= Angulo de abertura haz luminoso respecto de su eje = 1º
Tabla Nº 2.9. -
Parametros Minimos en Curvas Verticales Por criterio de Visibilidad de Adelantamiento
V (Kph) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Kv (m) 300 400 800 1400 2200 3500 5000 7200 10500 15000
Kc (m) 400 700 1000 1500 2000 2700 3400 4200 5200 6300
2.3. - SECCION TRANSVERSAL
Las dimensiones de los elementos de la plataforma: bermas, medianas y sobreancho de compactación se han normalizado en función de la velocidad de diseño y las demandas de tránsito esperadas al año horizonte del proyecto, todo lo cual se relaciona con los conceptos de capacidad. Las inclinaciones de estos elementos también son objeto de normas y recomendaciones.
La sección transversal de una carretera describe las características geométricas de esta, según un plano normal a su eje de replanteo. Esta sección varía de un punto a otro de la vía, ya que ella resulta de la combinación de sus distintos elementos constitutivos, cuyos tamaños, formas e interrelaciones dependen de las funciones que ellas cumplan y de las circunstancias del trazado en los puntos considerados.
La suma de la calzada, sobre-ancho de compactación y mediana, determinan el ancho de la plataforma, la que a su vez puede contener algunos elementos auxiliares, que pudieran aumentar sus dimensiones, como barreras de seguridad, soleras, cunetas, iluminación o señalización.
La altimetría de la plataforma resulta de perfil longitudinal de la rasante y de las inclinaciones transversales de sus elementos una vez que estos son tipificados.
2.3.1. - La calzada
Una calzada es una faja geométricamente definida, diseñada para soportar un cierto tránsito
vehicular y permitir desplazamientos cómodos y seguros. Una calzada está formada por dos o más pistas, siendo una pista cada una de las divisiones de la calzada que pueda acomodar una fila de vehículos transitando en un sentido.
El ancho de la calzada junto con el estado de su superficie son las características que más influyen en la seguridad y confort del usuario de la vía.
A lo largo de la carretera el ancho de la calzada puede ser variable dependiendo de la localización de la sección en la alineación horizontal y excepcionalmente, en el vertical. Usualmente, el ancho de la calzada se refiere al ancho en recta del alineamiento horizontal.
2.3.2. – Bombeos
El bombeo o inclinación transversal se hará en todos los tramos rectos o en aquellos cuyo radio
de curvatura permita el contraperalte, con el fin de evacuar las aguas superficiales, dependiendo del tipo de superficie de rodadura y los niveles de precipitación de la zona.
2.3.3. - Las Bermas
Las bermas son las fajas que flanquean el pavimento de las calzadas, estas pueden ser pavimentadas, tratadas superficialmente, o construidas por grava chancada o césped.
Algunas funciones principales de las bermas son proteger el pavimento y sus capas inferiores, proveer espacio para el estacionamiento de vehículos accidentados, permitir detenciones ocasionales, asegurar una luz libre lateral que actúe psicológicamente sobre los conductores, ofrecer espacio adicional para maniobras de emergencia, mejorar la visibilidad en los tramos de curvatura, etc.
Para que estas funciones se cumplan, las bermas deben tener un ancho constante, estar libre de obstáculos y estar compactadas homogéneamente en toda su sección, previendo los sobreanchos de compactación necesario para facilitar esto ultimo.
Las pendientes de las bermas deben permitir un drenaje rápido de las aguas lluvia tanto de las que caen sobre ellas como las que provienen de la calzada. Lo primero sucede cuando la berma está en el lado exterior de una curva peralteada y lo segundo, cuando la calzada presenta bombeo normal; en este último caso ambas bermas recibirán el agua proveniente desde una mitad de la calzada.
2.3.4. - La Mediana
La mediana es un espacio que se deja entre dos calzadas bidireccionales, cuyo objetivo es
favorecer el funcionamiento de la vía disminuyendo las interacciones entre las distintas corrientes de tránsito, sean luminosas, sonoras o accidentales.
Debido a que la aparición de la mediana no asegura por completo maniobras de invasión de la calzada opuesta, es que se emplean dentro de ella, una serie de elementos que contribuyen a solucionar total o parcialmente el problema mencionado. Algunos de estos elementos pueden ser:
- Islas elevadas, ejecutadas mediante soleras.
- Barreras de seguridad.
- Cortinas antideslumbrantes.
- Plantaciones arbóreas.
2.3.5. - Sobreanchos de Compactación.
El sobreancho de compactación de la plataforma debe permitir una compactación uniforme de la berma. La función del sobreancho de compactación es de defender la berma, otorgándole un soporte lateral y dándole espacio para barreras, señalización e iluminación.
Esta tendrá un mínimo absoluto de 0.50.m, pero si se provee iluminación y barrera de seguridad este ancho será aumentada según las características del proyecto.
2.4. - NIVELACIONES
Con respecto a la ingeniería de terrenos, él termino nivelación tiene dos significados distintos. Con frecuencia se usa la palabra nivelación para indicar el proceso de la medición de niveles, las alturas de las superficies del terreno en ciertos puntos específicos. El otro significado describe el proceso de poner a nivel, rellenar o excavar.
La nivelación, termino general que se aplica a cualquiera de los diversos procedimientos altimetricos, por medio de los cuales se determinan elevaciones o niveles de puntos, o bien, diferencias de elevación o desniveles, es una operación vital para obtener los datos necesarios para la elaboración de trabajos topográficos.
2.4.1. - Nivelación Geométrica
En este procedimiento se establece un plano horizontal de visión por medio del llamado óptico
fijo, que por lo general consta de un nivel tubular de burbuja y un anteojo telescópico giratorio montado en un trípode, el cual permite leer distancias verticales sobre reglas graduadas llamadas miras de nivelación. Este método altimetrico es de uso más común.
El objetivo es la determinación de desniveles “cotas”, alturas de puntos característicos de un terreno a través de la medida directa de distancias verticales.
2.4.2. - Nivelación Cerrada
Corresponde a la nivelación que, habiendo partido de un punto dado, termina en el mismo punto,
después de recorrer todos los puntos que se requiera nivelar. Por consiguiente, es también nivelación cerrada, la que resulta al nivelar desde A hasta B, y enseguida desde B hasta A, por via de comprobación. Cuando se hace esto conviene hacer el cierre del circuito por otro camino. La comprobación global de la nivelación cerrada, se obtiene verificando si la suma de las lecturas de atrás es igual a la suma de todas las lecturas de adelante.
2.4.3. - Nivelación Abierta.
Cuando se lleva una nivelación desde un punto A, hasta un punto B, de una sola medida, se habla de nivelación simple. La nivelación simple no tiene mas medios de combatir los errores, que el cuidado que se ponga en las mediciones.
Esta nivelación abierta se realiza desde una cota conocida y luego de un itinerario topográfico se llega a un punto del terreno de cota desconocida, Esta nivelación se utiliza generalmente en trabajos de perfiles transversales, chequeo de canchas, cubicaciones, etc.
Capítulo 3. MEDICIONES
3.1. - Medición de Distancias 3.1.1 - Mediciones con Cinta
Las mediciones con cinta se refieren a la ejecución de la medición directa de la distancia
utilizando cintas de acero cuyas longitudes varían desde 1 metro hasta 300 metros. Estas cintas están graduadas en metros, decímetros y milímetros. Originalmente fue común en los levantamientos de precisión ordinaria la utilización de cadena de Gunter para la medición de la longitud de las líneas.
El procedimiento a seguir en la medición de distancia con cinta depende hasta cierto punto de la precisión que se requiere y propósito del levantamiento. La descripción siguiente representa una practica de uso generalizado cuando las mediciones son de una precisión relativa.
a) Medición en Sectores Llanos.
Se sostiene la cinta a lo largo de toda su longitud. Si va a determinarse únicamente la longitud que existe entre dos puntos (como son las esquinas de una parcela), el equipo constará de una o más balizas, fichas de cadeneo y una cinta pesada de acero de 30 metros de longitud graduada. Se coloca una baliza detrás del punto más lejano para indicar su posición.
El cadenero de atrás (zaguero) se posiciona en el punto de inicio con una ficha. El cadenero de adelante avanza hacia el punto lejano con el extremo de la cinta en donde se marca el cero (graduado).
Cuando este ultimo se ha desplazado aproximadamente 30 metros, el cadenero de atrás grita “cinta”, señal que indica que se detenga el cadenero de adelante. El cadenero de atrás sostiene la marca de 30 metros sobre el punto de inicio y, por medio de señales o con la voz, procede a alinear una ficha de cadenamiento (sostenida por el cadenero de adelante) con una baliza u otra señal, marcado el punto más lejano. Durante el procedimiento de la alineación, el cadenero de atrás se encuentra en una posición en cuclillas hacia un lado observando de frente el punto lejano; el cadenero de adelante esta en cuclillas hacia un lado observando de frente la línea, de tal forma que pueda sostener la cinta firmemente y de que el cadenero de atrás pueda ver claramente la señal que marca el punto lejano. El cadenero grita “bien” y el cadenero de atrás suelta la cinta; el cadenero de adelante se mueve hacia el frente en la misma forma que lo hizo anteriormente y se precede a la repetición del proceso (hasta ocupar 11 fichas que son 300 metros).
A final de 10 estaciones o 300 metros, el cadenero de adelante ha colocado la ultima ficha en el terreno y hace la señal para pedir fichas; el cadenero de atrás avanza hacia el frente y entrega 10 ficha al cadenero de adelante; ambos revisan el total, el cual se apunta, y luego se repite el procedimiento. El conteo de las fichas es importante porque, debido a distracciones, fácilmente se olvida el numero de puestas de cinta que se ha marcado.
El procedimiento para efectuar mediciones sobre terrenos inclinados, o bien sobre pasto u
arbustos, es muy parecido al que se describió en terrenos planos y nivelados, con la excepción de que en este caso se usa plomada.
La cinta se sostiene en forma horizontal y ambos cadeneros utilizan plomada o jalón para hacer la proyección de la cinta a la ficha, o viceversa. En trabajos aproximados, la línea a plomo puede obtenerse con una baliza. Se requiere bastante habilidad para asegurarse de que se obtenga una precisión comparable a la que se tiene al medir con cinta en terreno plano. Se necesita algo de experiencia para determinar en que momento esta prácticamente horizontal la cinta; se tiene la tendencia a sostener el extremo de la cinta que queda pendiente abajo mas debajo de lo conveniente. Es útil entonces contar con un nivel de mano para realizar de la altura correcta a la que se deben sujetar ambos extremos de la cinta para tenerla en forma horizontal.
Se recomienda emplear el procedimiento siguiente en aquellos lugares en los que la línea por medirse pasa por terrenos mas inclinados. Supongamos que el terreno esta inclinado hacia abajo con respecto a la dirección de la medición; el cadenero de adelante avanza la longitud completa de la cinta y luego regresa a un punto intermedio desde el cual es posible mantener la cinta horizontal. El cadenero de adelante suspende la plomada hacia una marca al pie, se alinea dé acuerdo con el cadenero de atrás y fija una ficha en el punto indicado. El cadenero de atrás avanza hacia delante, da al cadenero de adelante una ficha y detiene la cinta en la ficha sobre el terreno en la marca del pie que sirvió para ubicar la plomada originalmente.
El cadenero de adelante a otro punto desde el cual puede suspenderse horizontal la cinta y, de esta forma, el proceso se repite hasta que el cadenero de adelante llegue a la marca de cero en la cinta.
En cada punto intermedio de la longitud de la cinta, el cadenero de atrás da una ficha al cadenero de adelante, aunque no lo hace en el punto que indica una longitud de cinta completa. De esta forma, la cinta avanza una longitud completa cada vez; el numero de fichas que tiene el cadenero de atrás en cada punto de 300 metros indica el numero cientos de múltiplos de 30 a partir del ultimo recuento y conteo de las fichas del cadenero de atrás no es equivocado.
3.1.2. - Medición por Estadía.
c) Visuales Horizontales.
El equipo utilizado para la realización de mediciones con la estadía consiste en un telescopio
provisto de dos hilos horizontales, denominados hilos de estadía, y un estadal graduado al que se llama estadal para la estadía o mira topográfica.
El procedimiento para llevar a cabo las mediciones con la estadía consiste en la observación, a través del telescopio, de la posición aparente en la que cruzan dos
hilos de la estadía al estadal, el cual se detiene en posición vertical. El intervalo que se determina de esta forma, denominado intervalo de estadía o lectura de estadía, es una función directa de la distancia existente entre el instrumento y el estadal. La relación de la distancia al intervalo de estadía es de 100en la mayor parte de los instrumentos.
- Teoría de la Estadía
En la siguiente figura se ilustra el principio en el que se basa el método de la estadía. La línea visual del telescopio es horizontal y el estadal esta en posición vertical. Los hilos de la estadía se indican con los puntos a y b, la distancia entre estos hilos es (i). La ubicación evidente de los hilos de la estadía en el estadal se representa con los puntos A y B y el intervalo de estadía es (s).
Los rayos provenientes de a y que pasaron por el centro óptico (O) de la lente y el punto focal de la lente (F), se enfocan en A. En forma similar, se cumple lo inverso, es decir que los rayos provenientes de A y que pasan por (F) y (O), se enfocan en (a).
Ya que ab = a´b´, por triángulos semejantes.
f / i = d / s
Por consiguiente, la distancia horizontal del foco principal al estadal es:
En donde K = f / i es coeficiente denominado “factor de intervalo de la estadía”, el cual es constante para un instrumento en particular, siempre que las condiciones permanezcan sin variar. Por consiguiente, en una visual horizontal, la distancia del foco principal al estadal se obtiene multiplicando el factor de intervalo de estadía por el intervalo de estadía. La distancia horizontal del centro del instrumento al estadales, es entonces.
D = Ks + (f+c) = Ks + C
En donde C es la distancia del centro del instrumento al foco principal. Esta formula se emplea en el calculo de las distancias horizontales a partir de los intervalos de estadía cuando las visuales son horizontales.
- Visuales Inclinadas.
En los levantamientos con estadía, la mayor parte de las visuales son inclinadas y, por, lo tanto, generalmente se requiere encontrar tanto las distancia horizontales como las verticales del instrumento al estadal. El problema se reduce a la obtención de las proyecciones horizontal y vertical de una línea de visual inclinada. Por comodidad en las operaciones de campo, el estadal se detiene siempre en posición vertical (a plomo).
