DISEO Y ESTUDIO DE CARRETERAS

En el presente informe se presenta el Diseo Geomtrico, como parte de la ejecucin de los estudios y diseos de una va, y tiene como finalidad analizar el trazado y diseo del eje de una carretera

TEDRATICO:

G. JOAQUIN TUNQUE YAURI

TEGRANTES:

RUZ GUTIERRES, Gissela

ROJAS, Gloria

EZ HUAMAN, Marisol

UAMANI , Miriam

ZA BENITO, William

INTRODUCCIN

En el presente informe se presenta el Diseo Geomtrico, como parte de la ejecucin de los estudios y diseos de una va, y tiene como finalidad analizar el trazado y diseo del eje de una carretera.Como punto de partida del anlisis, se realiza casi siempre resolviendo primero su ubicacin planimetra y luego la altimtrica, algunas veces con escasa relacin entre ambas En tales casos, muy probablemente la lnea espacial resultante presentar diversos defectos denominados genricamente de coordinacin planialtimtrica cuyas consecuencias pueden ser diversas, como ser: pobre guiado visual, prdidas de trazado, etc. El diseo geomtrico de una carretera se refiere a conformar su geometra de acuerdo con las expectativas del conductor. Una inconsistencia en el diseo puede describirse como una caracterstica geomtrica, o combinacin de ellas, con rasgos inusuales que los conductores pueden abordar de manera insegura. Esta situacin puede llevar a errores en la seleccin de la velocidad o inapropiadas maniobras de manejo que pueden provocar accidentes.

Existen mtodos de evaluacin del diseo geomtrico de las carreteras basadas en la velocidad de operacin de los vehculos, las caractersticas del terreno y la carga mental del conductor.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA(CREADA POR LEY N 25265)FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIAESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE CIVIL-HUANCAVELICA

CAMINOS ILa herramienta que se presenta en este trabajo permite evaluar el diseo geomtrico de una carretera, utilizando vistas bidimensionales del terreno, la distancia horizontal disponible y el perfil de las diferentes rutas.

OBJETIVOS

A travs del Estudio de Diseo Geomtrico de carreteras, se determinarn las caractersticas de la geometra de la va, buscando mantener dichas condiciones, mejorando el trazado en los puntos donde la topografa y la estabilidad geotcnica lo permitan.

Desarrollar un proyecto econmicamente factible que solucione las necesidades de movilidad y accesibilidad a los municipios que se intercomunican a travs de la va en estudio.

Desarrollar un proyecto que cumpla, donde la topografa existente y la estabilidad geotcnica lo permitan, con la normativa vigente garantizando un corredor apto para la movilizacin de los vehculos que utilizan el corredor vial, con unas condiciones aceptables de seguridad.

Conocer un mtodo de BRUCE ms detalladamente para la evaluacin de la mejor ruta en estudio. Explicando detalladamente el procedimiento para el desarrollo del mismo.

MARCO TERICO

La carretera es una faja de terreno con un plano de rodadura especialmente dispuesto para el trnsito adecuado de vehculos y est destinada a comunicar entre s regiones y sitios poblados.El diseo geomtrico en planta o alineamiento horizontal, es la proyeccin sobre un plano horizontal del eje real o espacial de la carretera. En la filosofa

del diseo convencional, dicho eje est constituido por una serie de tramos rectos denominados tangentes, enlazados entre s por curvas horizontales.Las curvas horizontales que conectan dos secciones tangentes rectas pueden ser de dos tipos: arcos circulares y espirales.

Los estudios para trazado y localizacin de una carretera cubren 5 etapas:

Reconocimiento: Es un examen general del terreno para determinar la ruta o rutas posibles de unin entre los puntos primarios de control que se sealan al Ingeniero de Vas.

Trazado ante-preliminar: Se adopta la mejor o mejores ubicaciones de la va.

Trazado preliminar: Se realiza sobre la ruta escogida con aparatos de precisin para el levantamiento topogrfico de una zona de terreno en la cual va a proyectarse.Proyecto: Comprende los diseos en planta y en perfil del eje de la va.

Localizacin: Consiste en las labores necesarias para transferir al terreno el eje de la va determinado en el proyecto.

RUTAS

La RUTA es aquella franja de terreno, de ancho variable, comprendida entre dos puntos obligados extremos y que pasa a lo largo de puntos obligados intermedios, dentro de la cual es factible hacer la localizacin del trazado de una va.

ESTUDIO DE LA SELECCIN DE RUTAS

Con base en estudios anteriores de fotointerpretacin, geologa, planos topogrficos, ecologa e impacto ambiental, se plantean todas las posibles rutas, teniendo en cuenta los siguientes criterios:

1. Accesibilidad

La ruta en lo posible debe estar cerca de carreteras y carreteables, bien sea que estn en uso o para construirse o caminos que se puedan adecuar como carreteras.

2. Alineamientos y deflexiones

La ruta ideal de una lnea de transmisin es una lnea recta. Esto en la prctica no es posible, pero debe tratarse que los alineamientos entre puntos obligados, sea de la mayor longitud posible. Una buena ruta tendr entonces un mnimo de deflexiones, reducindose a los mnimos necesarios.

Los vrtices del trazado se convierten lgicamente en puntos donde se ubicarn estructuras. Estos sitios deben ser estudiados cuidadosamente, con el fin de que permitan la ubicacin de la estructura teniendo en

cuenta factores tcnico-econmicos (poseer buena altura, emplazamiento suficiente, buena estabilidad del terreno). Estos sitios deben ser adems fcilmente identificables.

3. Naturaleza del terreno

De la informacin recopilada se debe tener conocimiento de la naturaleza de los terrenos, con el fin de evitar que las posibles rutas pasen por terrenos con las siguientes caractersticas:

a) Contactos litolgicos o de diferentes formacionesb) Zonas muy rocosas o excesivamente accidentadasc) Zonas inestables de media laderad) Terrenos de muy fuerte pendientee) Zonas hidrogrficas donde se presenten inundaciones, existan malos drenajes y de suelos con bajas capacidades portantes.f) Terrenos con alto grado de erosing) Terrenos de alta acidez y en proyectos donde se ha definido utilizar fundaciones tipo parrilla nicamente.

4. Influencia Fsica y Ambiental

Se debe tener en cuenta las reservas forestales, parques ecolgicos, el paisajismo, zonas arqueolgicas.

5. Vecindades de Aeropuertos

Se debe tener en cuenta las normas de la Aeronutica Civil, cuando la ruta est en las vecindades de un aeropuerto. Se debe tener en cuenta el cono de aproximacin de los aviones. Se deben hacer sealizaciones adecuadas, como balizas de colores vistosos.

6. Obstculos Naturales

Se consideran obstculos naturales aquellas zonas con un nivel ser nico elevado, valles encaonados donde se presenten fuertes vientos, zonas de alta contaminacin (industrial o salina).

7. Vegetacin y Cultivos

Se debe tener en cuenta para tratar de evitar el paso por cultivos costosos y de alto rendimiento como algodn, cacao, arroz, caf o zonas de reforestacin.

8. reas Restringidas

Existen zonas restringidas, donde la ruta debe tratar de alejarse como:

Yacimientos minerales, depsitos de combustibles, refineras, fbricas que produzcan excesiva contaminacin. Se debe tener en cuenta la direccin de los vientos procedentes de fuentes de contaminacin.

9. Fuentes de Materiales

CAMINOS ISe debe tener en cuenta las fuentes de materiales para la construccin de las fundaciones de las estructuras.

10. Zonas Pobladas y Urbanizaciones

Se debe considerar las zonas pobladas o caseros. El paso por estas zonas debe ser estudiado con cuidado ya que existen efectos de la lnea sobre los seres vivos y sobre las comunicaciones.

11. Estaciones de Radio y Redes Microondas

La lnea debe estar por debajo del haz de una red de microondas una distancia "d1" que depende de la frecuencia del haz, distancia entre estaciones y posicin de la lnea de alto voltaje.

Una lnea debe estar alejada por lo menos 500 metros de una antena de radio o televisin.

12. Distancias de Seguridad

Deben tenerse en cuenta las d distancias de seguridad, de acuerdo al nivel de voltaje, con diferentes tipos de obstculos.

13. Cruces y Paralelismos

En lo posible se deben evitar el cruzar frecuentemente vas frreas, autopistas, carreteras principales, redes elctricas de voltajes superiores a 33 kv. Si por alguna razn se debe colocar una estructura cerca de la franja reservada a otra lnea o una carretera, el vrtice de la fundacin de la estructura debe estar retirada por lo menos 20 metros

del borde de la franja. De igual manera la distancia entre el vrtice del trazado y la orilla ms prxima de la carretera debe ser de por lo menos1.5 veces la altura de la estructura.

Los ngulos mnimos de cruce del eje de la lnea con carreteras, ferrocarriles, lneas de alta tensin, etc., deben ser los siguientes:

Carreteras hasta de tercera categora15

Lneas de alto voltaje15

Vas frreas60

Lneas de telecomunicaciones60

Vas navegables15

Oleoductos y gasoductos90

Estos ngulos de cruce podrn reducirse pero soportados en un estudio previo, sobre todo el cruce con oleoductos y gasoductos.

Los cruces con lnea de alto voltaje deben hacerse en lo posible en la mitad del vano.

Por lo tanto los puntos obligados son: Son aquellos sitios extremos o intermedios por los que necesariamente deber pasar la va. La

identificacin de una ruta a travs de estos puntos y su paso por otros puntos secundarios, hace que aparezcan varias rutas alternas.

Para todas las rutas alternas es necesario llevar a cabo la seleccin, que comprende una serie de trabajos preliminares que tienen que ver con acopio de datos (recoleccin de informacin bsica relacionada con la topografa, la geologa, la hidrologa, el drenaje y los usos del suelo), estudio de planos, reconocimientos areos y terrestres, poligonales de estudio, etc.

EVALUACIN DE LAS RUTAS:

La mejor ruta, ser aquella que de acuerdo a las condiciones topogrficas, geolgicas, hidrolgicas y de drenaje, ofrezca el menor costo con el mayor ndice de utilidad econmica, social y esttica.

Existen varios mtodos de evaluacin de rutas entre los que se encuentra el de Bruce que utiliza la siguiente frmula matemtica:

Donde:xo = Longitud resistente (m)

x = Longitud total del trazado (m)Sumatoria y = desnivel o suma de desniveles (m) k = Inverso del coeficiente de friccin.

TIPO DE SUPERFICIE VALOR MEDIO DE k

TIPO DE SUPERFICIEVALOR DE K

Tierra21

Grava o asfalto35

Macadam32

Concreto44

LINEA DE PENDIENTE

La lnea de pendiente es aquella lnea que, pasando por los puntos obligados del proyecto, conserva la pendiente uniforme especificada y que de coincidir con el eje de la va, ste no aceptara cortes ni rellenos, por lo cual tambin se le conoce como lnea de ceros.

TRAZADO DE LA LINEA DE CEROS SOBRE UN PLANO

Pendiente de AB = tangente del ngulo = BC / AC

Si se quiere mantener una lnea de pendiente uniforme, se despeja AC en la formula, BC es la diferencia de nivel o la equidistancia y la tangente del ngulo es la pendiente de la recta AB, AC sera la distancia horizontal entre curvas sucesivas.

Para trazar la lnea de ceros sobre un plano, se prev que la distancia AC en metros, reducida a la escala del plano, es la distancia con que se debe abrir un comps de puntas secas a partir del punto inicial, acto seguido se materializan los puntos donde coincide la abertura del comps sobre la curva de nivel inmediatamente superior.

TRAZADO DE LA LINEA DE CEROS EN EL TERRENO

Se lleva marcndola en la direccin requerida, pasando por los puntos de

control y por los lugares ms adecuados. Para tal efecto se emplean miras, jalones y clasmetros nivel Locke o nivel Abney.

ESTUDIO DE RUTAS

En el plano dibujado a la escala dad con curvas de nivel equidistancia 5m, se identifican los puntos A y B.Sobre el plano dado se han trazado tres posibles rutas, mediante la identificacin de los puntos de paso encontrados, tales rutas son:

Para cada una de las rutas trazadas aparecen sus puntos, abscisas y cotas.

ESTUDIO DE RUTAS QUE UNEN LOS PUNTOS

CON EL METODO DE BRUCELONGITUD RESISTENTE:Xo = X + K*(Y)

RUTAS

PUN TOS

ABCIS AS

COT ASDIST. ACUMDISTANCIA HORIZONT ALDESNI VELPENDIE NTE

XDESNIVELES PERJUDICIAL ES (Y)

KLONGIT UD RESISTE NTE Xo

RUT A1AK0+00 03734000

534,15

38

21

1332,15

aK0+11 7374211711786,84%

BK0+12 7.253750127,25110,2587,26%

cK0+23 5.253758235,2510887,41%

CK0+32 3.453764323,4588,266,80%

DK0+43 4.153772434,15110,787,23%

RUT A2AK0+00 037340000,00%689,18

38

211487,18

1K0+12 8.73744128,7128,7107,77%

BK0+22 5375022596,366,23%

2K0+33 9.753754339,75114,7543,49%

3K0+44 8.653762448,65108,987,35%

4K0+57 1.053766571,05122,443,27%

5K0+63 8.553770638,5567,545,93%

DK0+68 9.183772689,1850,6323,95%

RUT A 3K0+00 037340000,00%

860,85

38

21

1658,85

K0+12 8.7373876,9576,9545,20%

K0+22 53744192,15115,265,21%

K0+33 9.753748289,897,6544,10%

K0+44 8.65375237888,244,54%

K0+57 1.053756473,495,444,19%

K0+63 8.553760567,994,544,23%

K0+68 9.183762675107,121,87%

K0+33 9.753768785,7110,765,42%

K0+86 0,653772860,8575,1545,32%

DISEO GEOMTRICO EN PERFIL LONGITUDINAL

En un perfil que represente la longitud de la va y las alturas respectivas de sus puntos (abscisas) principales en un plano, se aprecian (al igual que en alineamiento horizontal) una serie de tramos rectos que deben ser empalmados por curvas verticales que permitan una transicin suave, que resulte cmoda y segura entre las pendientes rectas.

Perfil longitudinal de una va

Pendientes

Las pendientes de los tramos rectos se expresan en porcentaje y corresponden a la cantidad de metros (altura) de ascenso o descenso por cada metro que se recorre horizontalmente (en la figura, a cada alineamiento recto le corresponde una pendiente i1, i2 e i3).

La pendiente longitudinal tiene un efecto directo sobre la velocidad de operacin de los vehculos, excepto si existe un tramo completamente horizontal de pendiente cero. De ahora en adelante las pendientes sern positivas si en el sentido de diseo de la va el tramo es ascendente (si un vehculo que la transite sube) y negativa si en el mismo sentido el tramo es descendente (el mismo vehculo baja); de manera que en la figura se observan las pendientes -i1, +i2 y +i3.

Si la pendiente es negativa aparece un componente longitudinal del peso del vehculo que le da un impulso adicional y por tanto, el vehculo tiende a aumentar su velocidad pero, por razones de seguridad, los conductores acostumbran reducir la velocidad.

Si la pendiente es positiva, ese mismo componente del peso se opone al movimiento del vehculo, especialmente en vehculos pesados y genera velocidades menores a las que desean los conductores. Para que los efectos sobre las velocidades se minimicen (pues tienen consecuencias econmicas tambin), es conveniente trabajar con pendientes menores al 3%. Sin embargo, cuando el terreno no lo permite, el Manual de Diseo Geomtrico de Carreteras del INVIAS recomienda las siguientes pendientes en funcin del tipo de terreno y de va:

Pendientes mximas segn el manual de diseo geomtrico

De otro lado, para garantizar el drenaje no se recomiendan pendientes longitudinales menores al 0,5%; a menos que la pluviosidad de la zona sea muy baja y la va est sobre un terrapln.

Longitud Crtica

Para que la velocidad no se reduzca considerablemente se deben manejar tramos no muy largos (relativamente) con la misma pendiente. En Colombia se ha establecido como longitud mxima la distancia horizontal medida desde el comienzo de una pendiente, necesaria para lograr una altura de 15 metros con respecto al mismo origen, y se conoce como longitud crtica de la pendiente. Este concepto slo aplica si las pendientes consideradas son mayores al 3%.

Aunque parezca arbitrario a simple vista, la longitud crtica de la pendiente est determinada por la disminucin de la velocidad que sta causa en vehculos pesados. Se considera que el ascenso de 15 m con la misma pendiente causa una reduccin de 25 km/h en la operacin de los vehculos de carga, lo cual tambin ocasiona demoras para los vehculos que viajan detrs y podran ir ms rpido. Para evitar la formacin de colas, o maniobras de adelantamiento que suponen mayor riesgo, se puede evaluar la posibilidad de disear un segundo carril de ascenso cuando la longitud de la pendiente es superior a la crtica.

LONGITUD CRTICA DE UNA PENDIENTE

Tampoco se podrn proyectar pendientes ms cortas que la distancia recorrida en 10 segundos a la velocidad de diseo.

CURVAS VERTICLAES

Para empalmar los tramos rectos se utilizan mayormente curvas parablicas debido a la facilidad que presentan para replantearse en el terreno. Si retomamos la figura inicial, cuando la parbola se abre hacia arriba, se habla de una curva vertical cncava; y si se abre hacia abajo se trata de una curva vertical convexa.

Se definen entonces los siguientes puntos:

PCV: Punto (abscisa) donde comienza una curva vertical. PIV: Punto de inflexin, abscisa donde cambia la pendiente. PTV: Punto donde termina la curva vertical.Cuando la distancia horizontal medida desde el PCV hasta el PIV es igual a la que va desde el PIV hasta el PTV se dice que la curva vertical es simtrica. Si no son iguales entonces es una curva vertical asimtrica.PERFILES LONGITUDINALES DE LAS RUTAS ALTERNAS

La evaluacin preliminar de las tres rutas se har en base en la comparacin de sus tres longitudes, desniveles y pendientes. Para tal efecto, se supone q las vas a

construir sobre estas rutas sern pavimentadas en concreto que la pendiente recomendada es de 4%.

De acuerdo a la ecuacin:

Xo = X + K*(Y)

ANALISIS DE LONGITUD RESISTENTE: Xo = X + K*(Y)

ESTUDIO DE RUTAS QUE UNEN LOS PUNTOS

LONGITUD RESISTENTE: Xo = X + K*(Y)

RUTAS

PUN TOS

ABCIS AS

COT AS

DIST. ACUM

DISTANCIA HORIZONT AL

DESNI VEL

PENDIE NTE

XDESNIVELE S PERJUDICIA LES (Y)

KLONGITU D RESISTEN TE Xo

RUT A1AK0+00 03734000

534,15

38

21

1332,15

aK0+11 7374211711786,84%

BK0+12 7.253750127,25110,2587,26%

cK0+23 5.253758235,2510887,41%

CK0+32 3.453764323,4588,266,80%

DK0+43 4.153772434,15110,787,23%

AK0+00 037340000,00%689,183821

RUT A21K0+12 8.73744128,7128,7107,77%

1487,18

BK0+22 5375022596,366,23%

2K0+33 9.753754339,75114,7543,49%

3K0+44 8.653762448,65108,987,35%

4K0+57 1.053766571,05122,443,27%

5K0+63 8.553770638,5567,545,93%

DK0+68 9.183772689,1850,6323,95%

RUT A 3K0+00 037340000,00%

860,85

38

21

1658,85

K0+12 8.7373876,9576,9545,20%

K0+22 53744192,15115,265,21%

K0+33 9.753748289,897,6544,10%

K0+44 8.65375237888,244,54%

K0+57 1.053756473,495,444,19%

K0+63 8.553760567,994,544,23%

K0+68 9.183762675107,121,87%

K0+33 9.753768785,7110,765,42%

K0+86 0,653772860,8575,1545,32%

TRAZADO DE LINEA DE PENDIENTE O DE CERO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA(CREADA POR LEY N 25265)FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIAESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE CIVIL-HUANCAVELICA

INICIAMOS DE A

PRIMERA PENDIENTE7%

EQUIDISTANCIA

P1ABERTURA DE COMPS

ABERTURA DE COMPS A ESCALA

20,0728,576.4 cm

10,0714,293,18 cm

30,0742,863.30 cm

DISTANCIA HORIZONTAL

CON LA FORMULA

DIFERENCIA DE NIVEL

CAMINOS I

DE "a" a "B"(X1)117Y1=(P1)x(X1)ENTRE "A" a "C"(Y1)8

DE "B" a "C"(X2)110,25Y2=(P2)x(X2)ENTRE "B" a "C"(Y2)8

PENDIENTE MXIMA

0,0704070417,04%

INICIAMOS DE A

PENDIENTE MAXIMA4,48%

EQUIDISTP1ABERTURA DE COMPS

27,04%28,406

17,04%14,203

37,04%42,609

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se concluy que la mejor ruta es la 1, de acuerdo a lo calculado por el mtodo de bruce. Se realiz correctamente el desarrollo del mtodo. Se recomienda no cambiar bruscamente las pendientes, porque ah se hara ms difcil el desarrollo del mtodo, en todo caso tratar en lo ms mnimo el cambio brusco de las pendientes en el trazo de las rutas.

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Se recomienda tambin tener la mayor precisin posible en el trazo delas rutas para la realizacin de los perfiles, ya que con los cuales se trabaja para la extraccin de datos para realizar el mtodo de bruce.