Estudio Definitivo Informe Caminos 2

0 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

ESTUDIO DEFINITIVO DE

UNA CARRETERA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

ASIGNATURA: CAMINOS II

DOCENTE: EVER RODRIGUEZ GUEVARA

ALUMNO: YRIGOIN APAESTEGUI, Carlos Omar


INTRODUCCIÓN

Desde el principio de la existencia del ser humano se ha observado su necesidad

por comunicarse de un lugar a otro, por lo cual fue desarrollando diversos métodos para

la construcción de caminos, desde los caminos a base de piedra y aglomerante hasta

nuestra época con métodos perfeccionados basándose en la experiencia que conducen a

grandes autopistas de pavimento flexible o rígido.

Es por esto, que el presente informe, tratará de desarrollar el tema sobre uno de

estos métodos, el cual se refiere al trazo y construcción de una carretera, éste informe

describirá el “Estudio Definitivo” de una carretera después de haber efectuado los

Estudios Preliminares, así como todas aquellas especificaciones necesarias para poder

cumplir con todos los requisitos de las “Normas Peruanas Para El Diseño De Carreteras”

- (N.P.D.C.)

En esta etapa del estudio definitivo, se define la ubicación del eje de la carretera

que viene a ser una secuencia de alineamientos o tramos rectos y curvos de acuerdo a lo

establecido por las N.P.D.C., al igual que en el estudio preliminar se obtienen los perfiles

longitudinales cada 20 m. por KM.; adicional a esto también se tiene que hacer las

secciones transversales a cada 20 m. en tramo recto y para tramos en curva cada 20 m,

10 m. y 5 m.; si es que el radio de la curva es mayor de 100 m., esta entre 50 m. y 100

m., o es menor de 50 m. respectivamente, además se presentará planos de secciones

típicas de la vía. Del estudio definitivo se obtienen los metrados especiales del

movimiento de tierras a fin de obtener el presupuesto si es que se lo requiere.

I. OBJETIVOS

Diseñar cada uno de los elementos geométricos que se presentan en una

carretera: curvas horizontales, estacado del eje, curvas verticales, bombeo,

bermas, obras de arte, etc. Para luego poder contrastándolos en los respectivos

planos de planta, perfil, secciones transversales y secciones transversales típicas.

Poder dar solución a los diferentes problemas que se puedan presentar en el

diseño de los diferentes elementos geométricos antes mencionados si es que se

presentaran ciertos inconvenientes.

Como punto final el presente nos servirá con el fin de tener conocimientos previos

para luego poder contrastar el trazo de una carretera en el campo.

CAMINOS II YRIGOIN APAESTEGUI, Carlos Omar


II. CARACTERÍSTICAS GENERALES

3.1. Ubicación

Geográficamente, el área del Proyecto se ubica en la Microcuenca del río Cascasén,

cuenca del Río Cajamarquino. Las coordenadas UTM del punto de partida y de

llegada son:

Punto De Partida (KM. 04 + 00)

o Este : 625,534.140

o Norte : 9´245, 411.21

o Elevación : 3530.00 m.s.n.m.

Punto De Llegada (KM. 05 + 00)

o Este : 625,542.640

o Norte : 9´245,929.640

o Elevación : 3583.00 m.s.n.m.

Políticamente, el área del estudio se ubica en:

Departamento : Cajamarca.

Provincia : San Marcos.

Distrito : Pedro Gálvez.

3.2. Clima

La zona del proyecto pertenece al piso altitudinal Yunga o Yunca.- En runa simi

equivale a valle cálido; en aymara a mujer estéril. Ambas connotaciones están

referidas a una región cálida y de aspecto rocoso, con escasa vegetación por falta de

riego. Se extiende entre los 500 y 2,500 m.s.n.m.



El clima es variado, propio de la sierra norte, con precipitaciones pluviales anuales

promedio de 650 mm. que se presentan con mayor intensidad en los meses de

diciembre a marzo; tiene una temperatura mínima de 5°C y máxima de 25°C

3.3. Topografía

La región por donde se va a desarrollar la carretera presenta una topografía

accidentada, dominada por varias quebradas, pendientes fuertes y laderas. La

cobertura vegetal es escasa, desde algo de vegetación arbustiva y arbórea hasta

algunas especies herbáceas.

Dentro de los drenajes naturales destacan nítidamente el Río Cascasén y las

quebradas: Huayna Marca y Shitamalca.

3.4. Estudio Socio Económico

Debido a que son dos comunidades que necesitan de la presencia de una vía de

comunicación que les permita el intercambio cultural y comercial, para lo cual se han

seguido una serie de procedimientos para determinar si es factible la construcción de

dicha carretera. Para esto se ha determinado que se diseñará una carretera cuyo

tránsito se basará mayormente por la presencia de vehículos de transporte de

pasajeros, vehículos de carga (alimentos, animales, etc.) y el número dependerá de la

cantidad de comercio que se logre realizar en la zona.

Supondremos que la carretera será para el Distrito de Pedro Gálvez y será de

TERCERA CLASE.

La vida económica del Distrito de Pedro Gálvez está en función de la agricultura,

esto se debe a que tiene un clima favorable para el cultivo de diferentes productos

especialmente la vid, cultivo que ha influenciado a mejorar el nivel económico de los

agricultores. Para realizar un análisis socio-económico lo haremos basándonos en

una serie de datos y veremos en que sectores socio-económicos se ha elevado el

nivel del Distrito de Pedro Gálvez, hasta convertirlo en una ciudad en desarrollo de la

parte norte de Cajamarca.

POBLACIÓN



Es indudable que el adelanto de los pueblos va unido con el crecimiento y grado

de desarrollo de sus habitantes, puesto que el hombre es el principal un ente de

transformación social, política y económica. Es por ello que el estudio demográfico de

una circunscripción tiene una gran importancia porque no solamente permite conocer

el grado de crecimiento o disminución de la población, sino también las causas

condicionantes de esos fenómenos.

Permitiendo de esa manera a los organismos gubernamentales tomar las

medidas convenientes y oportunas para una mejor conservación del capital humano o

de la población.

ANÁLISIS DE LA ESTRUCTURA ECONÓMICA

En el Distrito de Pedro Gálvez el sector agrícola-ganadero es la base

fundamental de la actividad económica por ello el gran porcentaje de población rural,

la familia campesina es la célula productiva básica que cumple sus funciones para

asegurar su subsistencia.

III. TIPO DE CARRETERA – VEHICULO DE DISEÑO

Clasificación según su Jurisdicción

La carretera en estudio comprende al Sistema Departamental, ya que

constituye la red vial circunscrita al departamento de Cajamarca, uniendo zonas de

influencia económica social dentro del departamento de Cajamarca.

Clasificación según su servicio

Según el servicio que deben prestar, es decir, el transito que soportaran, las

carreteras serán proyectadas con características geométricas adecuadas, según la

siguiente normalización:

CARRETERAS DE 2a CLASE: Para IMD comprendido entre 400 a 2000

veh./día. (N.P.D.C. Página 08)



Para nuestro presente estudio consideraremos un vehículo de diseño de 18

Ton. para poder obtener nuestro IMD (Índice Medio Diario), al cual se agregará un

total de 600 vehículos por parte de los particulares y otros 200 por turismo; así :

IMD = producción total / capacidad del vehículo + 600 + 200

IMD = 12,063 / 18 +800 → IMD = 1470 veh./día.

Vehículo de Diseño: Para el presente proyecto se considero como vehículo de

diseño al C3 cuyas dimensiones son:

o Ancho : 2.60 m.

o Largo : 12.20 m.

o Alto : 4.10 m.

IV. PARÁMETROS DE DISEÑO

De acuerdo con lo establecido por la N.P.D.C. luego de examinar los diferentes ítems

que tenemos para el diseño de una carretera de segunda clase, se presenta el

siguiente cuadro resumen:

Velocidad Directriz 30 Km./h.

Pendiente Máxima Normal 7%

Pendiente Máxima Excepcional 8%

Pendiente Media Máxima 3.8%

Pendiente Mínima 0.5%

Radio Máximo

Radio Mínimo Normal 30 m.

Radio Mínimo Excepcional 25 m.

Peralte Máximo Excepcional 10 %

Peralte Máximo Normal 6%

Peralte Mínimo 2%



V. DISEÑO DEL EJE EN PLANTA

Estacado del Eje

El estacado se lo realiza partiendo del punto inicial en este caso del Km 02 +

00, ubicando puntos a cada 20 m. a lo largo del eje de la vía. A estos puntos así

encontrados se les denomina estacas y al proceso “estacado”.

Para el trabajo este estacado lo realizamos cada 20 m. en tramos rectos y

para tramos en curva cada 20 m., 10 m. y 5 m.; si es que el radio de la curva es

mayor de 100 m., esta entre 50 m. y 100 m., o es menor de 50 m. respectivamente,

para mejor entendimiento se puede referir a la figura siguiente que muestra el

estacado del eje en una curva de vuelta de radio 25 metros y en donde el estacado

aparece cada 5 m., para luego complementar con el plano del eje en planta.

02+700

02+800

PI-24

PI-25

O23

O24PC24

PC25PT24

PT25

24

25

O25

9'244,400

Cálculo de las Coordenadas de los PIs, PCs y PTs.



Para ello en función del punto de partida, procederemos a calcular las

coordenadas de los PIs para luego poder calcular las coordenadas respectivas de los

PCs y PTs.

De igual manera proseguimos con los siguientes PIs, PCs y PTs, así

sucesivamente, para ello elaboramos los cuadros siguientes:

Para el caso de las Coordenadas De Los PIs, estas son:

ANGULO I

PROYECCIONES

COORDENADAS

PP-PI LONGITUD VALOR SENTIDO AZIMUT x y ESTE NORTE 625534,14 9245411,21

PP-PI01 52,79 119,76 45,83 -26,20 625579,97 9245385,01 112,33 I

PI01-PI02 202,93 7,43 26,25 201,22 625606,22 9245586,23

106,77 D PI02-PI03 234,34 114,20 213,74 -96,07 625819,96 9245490,16

68,67 I PI03-PI04 88,81 45,54 63,38 62,21 625883,35 9245552,37

87,21 I PI04-PI05 38,21 -41,67 -25,41 28,54 625857,94 9245580,91

78,94 I PI05-PI06 82,63 -120,61 -71,11 -42,08 625786,83 9245538,83

59,39 D PI06-PI07 138,25 -61,22 -121,18 66,55 625665,65 9245605,38

52,64 D PI07-PI08 75,06 -8,59 -11,21 74,22 625654,44 9245679,60

62,70 I PI08-PI9 83,28 -71,29 -78,88 26,71 625575,56 9245706,31

85,42 I PI09-PF 83,26 -156,71 -32,92 -76,48 625542,64 9245629,83



Cálculo de los Elementos de Curva

Para el PI18

Tangente :

Luego tenemos al reemplazar:

T18 = 19.75 m.

Longitud de Curva :


LC-18 = 38.63 m.

Externa :


E18 = 2.56 m.



Peralte

Si sabemos que: →

→

Al despejar la relación anterior en función de , tenemos:

Luego con una velocidad directriz de 30 km./h. le corresponde un radio

mínimo de 30 m. al que le corresponde un peralte máximo de 6%. Entonces al

reemplazar tenemos.

Sobreancho : Para calcular el sobreancho en la curva 18,

hacemos uso de la siguiente expresión.

Donde:

n : 2 (Número de carriles diseño de la vía)

R : 75 m.

L : 7.60 m. (Distancia entre los ejes de los extremos)

V : 30 km./h.

Luego reemplazando tenemos:



Sa = 1.12 m.

Luego ya que según las N.P.D.C. este valor varía de 0.30 m. en 0.30 m.

entonces aproximando hacia el límite inferior tenemos que el sobreancho para

esta curva será:

Sa = 0.90 m.

Longitud de transición: Según norma tenemos que:

Donde:

Lb : Longitud de transición por bombeo.

Lp : Longitud de transición por perlate

Luego al reemplazar con, A = 7.60 m., b = 2 %, p = 2.4 %, y 0.010 para

peraltes menores que 6%, tenemos:

Lt = 33.44 m.

Luego de igual manera procedemos para las demás curvas, así tenemos el

cuadro de resumen al final.

Cálculo de las Progresivas de los PCs y PTs.

Para cumplir con dicho punto ya que el kilómetro 02 + 00, empieza en tramo

en curva procederemos primero a diseñar la curva horizontal correspondiente al final

del kilómetro 01 y el comienzo del kilómetro 02, para así poder tener datos suficientes

para poder calcular las progresivas.



Ahora ya que tenemos los datos de la tangente y la longitud de curva del

cuadro anterior podemos usarlos y encontrar las progresivas de los PCs y PTs

correspondientes, así tenemos por ejemplo para el caso del PI18, este se encuentra

como ya se menciono antes en tramo en curva y para hallar esta progresiva bastará

restar al KM 02 la mitad de la longitud de curva, por ser este punto medio.

o Para el PI1

Tangente : T1 = 19.75 m.

Longitud de Curva : LC-1 = 38.63 m.

Cálculo de la progresiva del PC18

PC1 = 2000 m. - 38.63 m./ 2 ≈ KM. 04 + 98 + 0.69 m.

Cálculo de la progresiva del PT18

PT18= 2000 m . + 38.63 m. / 2

PT18= 2019.31 m. ≈ KM. 04 + 00 + 19.31 m.

o Para el PI2

Tangente : T2 = 48.62 m.

Longitud de Curva : LC-19 = 83.49 m.

Cálculo de la progresiva del PC19

PC2 = 2102.65 m. - 48.62 m.

PC2 = 2154.03 m. ≈ KM. 04 + 14 + 11.03 m.

Cálculo de la progresiva del PT19

PT = 2150.83 m + 83.49 m.

PT19= 2237.52 m. ≈ KM. 04 + 22 + 17.52 m


h

Cota Superior

Cota Inferior

Cota de la Estaca 2

cb

a


De Igual manera procedemos para los siguientes PCs y PTs así tenemos a

el cuadro resumen al final.

VI. DISEÑO DEL PERFIL LONGITUDINAL

Cálculo de las cotas del Terreno

Las cotas del estacado no siempre van a coincidir con una curva de

nivel, para lo cual se hace el siguiente análisis:

Algunas cotas del estacado se

pueden medir mediante el

método de las “cuerdas de

guitarra”, tal como se muestra

en la figura de al lado; por

ejemplo la cota del punto en

estudio sería 2174.30 m.s.n.m.

aproximadamente.

Para las cotas del estacado que no se pueden precisar por el

método de las cuerdas de guitarra, como se presenta en el

siguiente gráfico, se procede de la siguiente manera:

2170.00 a b

c

Las distancias (a,b,c) son medidas a cualquier escala.


02+700

2170.00


Cálculo de cotas de Sub-Rasante

Las cotas del punto inicial y final se miden y/o calculan (solo se hará del perfil del

KM 02 + 00 de la poligonal).

Según la primera pendiente (%) indica que en 100 unidades se sube o se baja

una distancia I1= -2.00 %.

Como el estacado esta cada 20m para el caso del perfil longitudinal, entonces:

Distancia del estacado para la pendiente I1 =-2.00 %

100 → 2.00

20 → X

De donde: X = 0.40 m.

De igual manera procedemos con los siguientes tramos con diferentes cambios

de pendiente y para ello elaboramos el siguiente cuadro:

Cálculo de Curvas Verticales

Para el diseño de las dos curvas verticales se tendrá que tener en cuenta

los siguientes parámetros.

o VD=30 Km/h

o

Tipo de Curvas Verticales

o CV01 → CV Convexa, Simétrica

o CV02 → CV Cóncava, Simétrica



Determinamos la longitud de las curvas verticales

o Para la CV01

Calculo de la longitud mínima

a. Cuando DV > L

Pero según las N.P.D.C. se puede usar la siguiente expresión:

Pero:

→ i = 3.96 % (Para mayor en descenso)

DP = 39.46 m.

Luego:

→

Lmín. = -147.61 m.

Ahora como: DP > Lmín. (OK)

Luego como Lmín. nos sale negativo, entonces tendremos que asumir un

L = 80 m. por cuestiones de seguridad.



Cálculo de las progresivas PCV1, PTV1, PIV1

o PIV1 = KM. 02 + 325 m.

o PCV1 = KM. 02 + 285 m.

o PTV1 = KM. 02 + 365 m.

Cálculo de las cotas.

o Calculamos h:

→ → h = 0.20 m.

o Calculamos la altura y a 20 m. a ambos lados.

→ → y = 0.05

Luego con estos datos procederemos a dibujar la CV1, en el perfil

longitudinal, para mejor referencia ver el Plano N° 01.

o Para la CV02

Al igual que en la curva anterior procederemos hacer el diseño de la

curva vertical que para este caso es cóncava con las fórmulas

proporcionadas por las N.P.D.C.

Como ya se dijo para mejor referencia se puede ver el Plano N° 01 en la

sección del Perfil Longitudinal en donde se observa en forma detallada las

dos curvas verticales que se han considerado diseñar para el presente

kilómetro.

VII. SECCIONES TRANSVERSALES DE LA CARRETERA



Como primer paso procederemos a hallar las secciones transversales a nivel de

terreno de cada estaca, para ello se hace el siguiente proceso

En el plano en planta donde se tiene además de las curvas de nivel el

trazo de la poligonal y ubicado en esta poligonal el estacado, se traza en

cada una de las estacas una perpendicular que representará a la línea de

corte de la sección transversal.

Se configuran y se llena una libreta de campo de gabinete donde interviene

la cota de la estaca que corresponde a la cota del terreno del perfil

longitudinal y las cotas de las curvas de nivel que son cortadas por la

perpendicular así como la distancia a cada una de ellas.

El ancho promedio de levantamiento será de 40 m. esto quiere decir que

se tomará 20 m. hacia la derecha y hacia la izquierda, salvo que se detecte

algún problema de interposición de secciones transversales. (Ver Anexos)

Se dibujan las secciones transversales a una escala adecuada, que según

las N.P.D.C. esta debe ser 1/200

A cada sección transversal a un costado se le colocará la cota del terreno y

cota de la subrasante así como el número que le corresponda.

Con ayuda de una plantilla previamente diseñada de acuerdo al ancho de

explanación o ancho de la subrasante a la clase de cuneta y a los taludes

de corte y relleno se impondrá sobre la sección transversal del terreno esta

plantilla.

La ubicación de las secciones transversales es de abajo hacia arriba y de

izquierda a derecha.

Determinación de los anchos típicos de las secciones transversales.

Para poder determinar los anchos típicos para cada sección transversal, en

función de los diferentes parámetros que nos da las N.P.D.C. tanto para

sección en corte y en terraplén, tenemos:

o Ancho de pavimento : Según las N.P.D.C. (6 .00 m.)

o Bombeo : 2 % (Para pavimento de tipo superior)

o Ancho de bermas : 1.00 metros

o Cunetas



En zona lluviosa las N.P.D.C. nos sugieren:

Ancho : 0.50 m.

Profundidad : 0.30 m.

o Taludes

Taludes en corte : Clase Terreno : Conglomerado

V:H → 3:1

Taludes en relleno : Clase Terreno : Terrenos Varios

V:H → 1:1.5

Luego con estos datos elaboramos la siguiente tabla resumen:

Ancho de Pavimento 6.00 m.

Bombeo 2 %

Ancho de Bermas 1.00 m.

CunetasAncho: 0.50 m.

Profundidad: 0.30 m.

TaludesEn Corte: 3/1

En Relleno: 1/1.5

Ahora nos podemos referir a los planos tanto planos de secciones típicas

como de secciones transversales para poder contrastar a plenitud lo antes

mencionado.

Cálculo de Áreas de Corte y Relleno

Una vez formulado el plano de secciones transversales, se debe proceder

a calcular las áreas de cada una de ellas que nos permitan luego

determinar los volúmenes de explanaciones



Dentro de este contexto procederemos a realizar 3 ejemplos en donde se

observen la aplicación de las respectivas fórmulas, ya que por cuestiones

de mejor precisión se opto por calcularnos mediante AutoCAD.

o Sección Homogénea Simple.

Yi=

4.44

Yd

=1.

65

Y=

2.59

B/2=4.50

Xi=5.98 Xd=5.05

B/2=4.50

B/2=4.00 B/2=4.00

Yd

=3.

92

Yi=

1.80

Y=

2.44

Xi=5.65 Xd=9.76



Luego según la fórmula tenemos:

A08 = 32.64 m2

A22+10.00 = 30.24 m2

o Sección Homogénea Mixta

Yi=

3.2

2

Xi=5.57

B/2=4.50

Xd=9.50

Yd=

3.75

Y=

0.2

3

Xod=0.73

Xi=4.00

Luego según la fórmula tenemos:



AC44 = 7.97 m2

AR44 = 6.13 m2

De manera similar se puede seguir para las siguientes áreas, pero como y a se

explico antes por motivos de mejor precisión se puede usar AutoCAD.

VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El trazo de la poligonal no siempre se ajustará a la línea de gradiente, ya que

hay tramos en donde la topografía no lo permite; y tramos donde

obligadamente tenemos que salirnos de los límites de la línea de gradiente

por cuestiones de parámetros de diseño (curvas)., tal caso se presento a la

altura de la alcantarilla N° 01 ya que esta no superpone la línea de gradiente

como en el resto del trazo, ya que se tubo que abrir dicha poligonal por

motivos de no diseñar una curva compuesta, ya que además no nos daba la

longitud de transición mínima de 30 metros, es por ello que dicha acción es

justificada.

Otro punto a parte tuvo la compensación tanto del corte como del relleno ya

que tratar de hacer una compensación adecuada implicaba realizar curvas

verticales, mas no se contaba con la longitud sugerida de 80 metros, es por

ello que solo se opto por dos cambios de pendientes, el cual nos dio dos

curvas verticales en tramos restos.

Para no tener este tipo de problemas es que el trazo de la carretera debe

hacerse teniendo en consideración que se debe diseñar convenientemente

las curvas (tratando de evitar el uso de curvas horizontales y verticales

compuestas), de forma tal que cumpla con la comodidad y seguridad para la

circulación de vehículos, considerando además que los gastos de

construcción sean los mínimos posibles.

También se debe evitar el cambio brusco de radios de curvatura para el caso

del eje en planta ya que esto implicará que el conductor tenga que hacer



maniobras que pueden llevar a accidentes, además que una buena elección

de los radios de curvatura le dan cierta armonía a la carretera.

Se recomienda que en la toma de datos de los perfiles, se tome la mayor

cantidad de puntos, ya que con más puntos más se asemejará el perfil, al

relieve del terreno.

IX. BIBLIOGRAFÍA

Normas Peruanas para el Diseño de Carreteras, 2001.

Apuntes de clase.

Topografía, Wolf Brinker (Internet).


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