Informe de Carretera

DISEÑO DE CARRETERAS

DISEÑO DE CARRETERA

DISEÑO DE CARRETERA 1. INTRODUCCIÓN

La movilización o transporte de personas y mercancías de todo tipo, dentro un país específicamente dentro de una provincia, distrito, etc. se realiza en gran parte usando vías y sistemas de transporte terrestre. La práctica: TRAZO Y REPLANTEO DE CARRETERA DE 0+000 A 0+1000 KM, realizada dentro del curso de Caminos I; responde a la necesidad de formación del estudiante de Ingeniería Civil tomando en cuenta que parte de egresados de la Escuela de Ing. Civil se encuentran trabajando actualmente en proyectos y obras viales. Esta práctica fue realizada en el terreno ubicado al espaldar del Terminal Terrestre de Ilo, de la cual habiéndose realizado el respectivo trabajo de campo consistente en el trazo y replanteo de la zona y prosiguiendo con la nivelación geométrica, se obtuvo así los datos necesarios para la elaboración del trabajo de gabinete. Para culminar con esta introducción, el trabajo ha sido realizado con dedicación, ya que en algunas oportunidades se presentaron condiciones adversas, que fueron superadas consiguiendo así nuestro objetivo de realizar el diseño de carretera.

CAMINOS I

2

DISEÑO DE CARRETERA

2. ANTECEDENTES En la zona a realizar la práctica existe una vía en trocha por la que hay poco tránsito. Sin embargo debe manifestarse que el tránsito en esta vía es de índole militar ya que la zona está cercada por el Ejército del Perú, pero en ocasiones también hay transito civil con el permiso pertinente.

3. JUSTIFICACIÓN El desarrollo continuo de la tecnología provoca el aumento de los vehículos motorizados, esto demandas más construcción de vías de transporte. La elaboración de esta práctica contempla dos objetivos principales, el primero de ellos es desarrollar este tipo de proyectos con conocimientos de cartografía, fotointerpretación y por supuesto de la topografía vial – trazo. El segund0 objetivo es poder estudiar y comprender más a fondo tanto el diseño como el trazo y así poder realizar más estudios y pruebas que puedan dar un mayor desarrollo a la tecnología en la construcción de vías de comunicación.

4. OBJETIVOS 

El objetivo principal es el de poner en práctica los conocimientos adquiridos en el aula, aplicándolos en el trabajo de campo, siendo útil en un futuro en el desarrollo de proyectos de obras viales.



Reconocer y analizar la topografía del terreno, asimismo poder dar alternativas para diseñar la carretera, respetando el reglamento de Diseño Geométrico DG-2014 para carreteras.



Adquirir las habilidades necesarias para realizar un levantamiento.



Saber calcular, clasificar y corregir.

CAMINOS I

3

DISEÑO DE CARRETERA

5. UBICACIÓN Y LOCALIZACIÓN 

Departamento

:

Moquegua



Provincia

:

Ilo



Distrito

:

Ilo



Lugar de Trabajo:

La ubicación de nuestro terreno se encuentra al espaldar del

Terminal Terrestre de Ilo. 

FECHAS DE TRABAJO •

•

Trabajo de campo: -

10 de julio del 2016

-

13 de julio del 2016

-

14 de julio del 2016

Horas de trabajo: -

Día 10 Hora de inicio

-

-

•

:

5:00 am

Hora de culminación:

18:30 pm

Día 13 Hora de Inicio

:

8:00 am

Hora de Culminación

:

15:00pm

Hora de Inicio

:

15:00 pm

Hora de Culminación

:

18:00pm

Día 14

Condiciones climáticas: -

Día 10 y 13 Temperatura

CAMINOS I

: 13ºC – 24ºC

4

DISEÑO DE CARRETERA

-

Vientos

: leves

Cielo

: Nublado

Día 14 Temperatura : 15ºC – 22ºC

•

•

Vientos

: Moderado

Cielo

: soleado

Trabajo de gabinete: -

14 de julio del 2016

-

15 de julio del 2016

Horas de trabajo: -

Día 14

Hora de inicio

: 15:00 pm

Hora de culminación: 20:00 pm -

Día 15

Hora de inicio

: 15:00 am

Hora de culminación: 20:00 pm

CAMINOS I

5

DISEÑO DE CARRETERA

6. MATERIALES Y METODOS 6.1.

MATERIALES Y EQUIPOS

Los materiales que se han utilizado para la elaboración de esta práctica son los siguientes: 

Un Teodolito Electrónico CST/BERGER, modelo DGT10 El teodolito es un instrumento de medición mecánico-óptico que se utiliza para obtener ángulos verticales y, en el mayor de los casos, horizontales, ámbito en el cual tiene una precisión elevada. Con otras herramientas auxiliares puede medir distancias y desniveles. Es portátil y manual; está hecho con fines  topográficos e ingenieriles, sobre todo en las triangulaciones. Con ayuda de una  mira y mediante la taquimetría, puede medir distancias.



Un Nivel de Ingeniero El nivel topográfico, también llamado nivel óptico o equialtímetro es un instrumento que tiene como finalidad la medición de desniveles entre puntos que se hallan a distintas alturas o el traslado de cotas de un punto conocido a otro desconocido.



02 Miras Topográficas No es más que una regla con una escala para tomar las medidas de desnivel.



03 Jalones

CAMINOS I

6

DISEÑO DE CARRETERA

Un jalón o baliza es un accesorio para realizar mediciones con instrumentos topográficos, originalmente era una  vara larga de madera,  de sección cilíndrica, rematada por un regatón de acero en la parte inferior, por donde se clava en el terreno.



Estacas Una estaca es un objeto largo y afilado que se clava en el suelo. Tiene muchas aplicaciones, como demarcador de una sección de terreno.



Cinta Métrica Es una cinta métrica flexible, enrollada dentro de una caja de plástico o metal, que generalmente está graduada en centímetros en un costado de la cinta y en pulgadas en el otro.

CAMINOS I

7

DISEÑO DE CARRETERA



Pintura

6.2. METODOS 6.2.1.

ESTUDIO DE TOPOGRAFIA, TRAZO Y DISEÑO GEOMÉTRICO

Trazo y Replanteo de Carretera en zona ubicada al espaldar del Terminal Terrestre de Ilo 0+1000 kilómetros.

ESTUDIO DE TOPOGRAFIA El punto de inicio del trazado tomando como referencia un punt0 en el eje existente de la carretera de tierra km 0+000 con coordenadas E = 252419.638 , N = 8045118.471, con una cota de BM-1 = 200 m.s.n.m. y termina en el km 1+000 con coordenadas E = 251929.545 , N = 8044652.21, cerca de los rieles del tren.

CAMINOS I

8

DISEÑO DE CARRETERA

El estacado de la vía esta dado cada 20 m en tangentes y 10 m en curvas, que están marcadas en rocas fijas, y estructuras fijas existentes convenientemente, para poder ser identificadas en la ejecución de la obra. Se fijan todo los puntos importantes del eje en rocas fijas, como los PCs, PIs, PTs. Los vértices (PIS) de la poligonal definitiva del eje del Diseño Geométrico, están referidos a marcas en el terreno; dichos vértices se monumentan y referencian. Para el cálculo de las coordenadas (UTM) correspondientes a los vértices de la poligonal definitiva, se tomaron como referencia las coordenadas de la imagen satelital geo referenciada. El trabajo de nivelación comprende a todas las estacas del eje, levantándose el perfil longitudinal del terreno tomando como punto de referencia las cotas de los BMs en el terreno. Para efectuar los trabajos se ha contado con una brigada de trazo y replanteo y una brigada de nivelación geométrica. Igualmente se ha contado con un equipo de procesamiento en campo.

6.2.1.1. 

ESTUDIO BASICO DE TOPOGRAFIA TRABAJO DE CAMPO

Todos los trabajos topográficos realizados se han apoyado en una red de BMS y punto de apoyo para el trabajo con

Teodolito electrónico,

las cuales se desarrollan en una

superficie poco accidentada y ondulada.

RECONOCIMIENTO DEL ÁREA DE TRABAJO En el trazo de la vía “TRAZO Y REPLANTEO DE CARRETERA 1+000 kilómetros”,   se

ha

tratado de utilizar al máximo, la geometría y la superficie de rodadura existentes a fin de lograr el menor movimiento de tierras y luego trazo del tramo en construcción

CAMINOS I

9

DISEÑO DE CARRETERA

considerando las características de la norma de diseño geométrico para bajo volumen de tránsito. El reconocimiento se ha realizado la siguiente manera: Como primera actividad de los trabajos de campo, fue la ubicación de los puntos importantes del tramo. Se ubicó el BM inicial, verificando su ubicación y altura, a su vez se le monumento pintado con pintura de color blanco. Se hizo un nuevo estacado cada 20.00 m. monumentado. DESCRIPCION GENERAL DEL TRAZO

LONGITUD: La carretera tiene una longitud de 0+000 al 1+000 Km. Ubicación Cartográfica Coordenadas UTM. DATOS DE PUNTOS INICIAL Y FINAL ESTACA

ESTE

NORTE

COTA

0+000

252419.64

8045118.471

192

1+000

251929.55

8044652.210

177

TRAZO EN PLANTA El trazo se inicia en el eje de la carretera de tierra, en la progresiva 00+000 en el BM-1 = 200 ubicado a un costado de la vía. En el trazo se ha estacado todos los PI que es el punto de intersección entre dos tangentes que conforma una curva horizontal colocándose estacas y monumentación

en cada caso los que se expresan en los planos de perfil

correspondiente.

A. ALINEAMIENTO HORIZONTAL Del Km. 0+000 al Km. 1+000, con una velocidad de 60 km.

CAMINOS I

10

DISEÑO DE CARRETERA

Se procedió el alineamiento de trazo con tangentes y curvas horizontales cuyos radios sean compatibles con la velocidad directriz, topografía existente, radio mínimo de 25 m.

POLIGONAL DE BASE Se hicieron las verificaciones topográficas mediante estacado, cada 20 m. en tangentes y cada 10 m en curvas. El levantamiento se ha realizado con instrumento topográfico de precisión teodolito electrónico el eje geométrico, se fijaron varios puntos apoyo poligonal para el Teodolito Electrónico y los mismos que servirán para el replanteo y trazo del eje geométrico de la carretera, cuya relación de los elementos de curva son: ELEMENTOS DE CURVA N°

PI

a

R

 

PI-1

60.661

90 37 39

60

45 18 49.5

I

PI-2

337.91

50 46 45

175

25 23 22.5

PI-3

582.13

55 40 41

125

PI-4

760

82 13 52

50

 

T

C

 

E

F

LC

PC

PT

60.661 85.316 42.658 25.321 17.807

94.91

0+000

0+94.905

I

83.057 150.07 75.035

16.903

155.1

0+254.853

0+409.949

27 50 20.5

D

66.014 116.75 58.373 16.361 14.467

121.5

0+516.116

0+637.587

41 6 56

D

43.642 65.758 32.879 16.367 12.331

71.76

0+716.358

0+788.118

18.71

B. NIVELACION La nivelación del eje ha sido cerrada cada kilómetro y se ha monumentado BMs. cada 500 m. a lo largo del eje trazado en un total de 3 BMs, cuyos valores figuran en los perfiles longitudinales respectivos.

Nº DE BM DESCRIPCION BM 0+000 Lado derecho del eje BM 0+500 Lado derecho del eje BM 1+000 Lado izquierdo del eje C. PERFIL LONGITUDINAL

COTA 200.000 192.205 184.194

Para la confección del perfil longitudinal y el posterior diseño de la sub-rasante se ha efectuado la nivelación a lo largo del eje total, colocándose BMS. Cada 0.5 Km. cuyas cotas han sido determinadas con referencia al nivel del mar, los cuales están debidamente estacadas monumentadas. La rasante del proyecto seguirá en lo posible las inflexiones de la rasante actual de la vía afirmada, considerando resolver las limitaciones de la visibilidad.

CAMINOS I

11

DISEÑO DE CARRETERA

Las pendientes de la rasante considerada en el proyecto varían entre 3%, y 7.55% (siguiendo la pendiente actual de la vía).

6.2.2 TRABAJO DE GABINETE Los trabajos de gabinete se han efectuado de la siguiente e manera: Para el dibujo de la poligonal y el perfil longitudinal de la carretera se utilizó los datos de campo obtenidos con el teodolito, (distancia entre PIs, ángulos de deflexiones y Coordenadas) y cotas de nivelación del estacado, con lo cual se obtiene el eje; así como el perfil longitudinal para lo cual nos ayudamos con los software (CIVIL CAD). Luego se procedió al diseño de las rasantes. Para el cual usamos el reglamento de carreteras.

6.3. DISEÑO GEOMETRICO 6.3.1. DISEÑO VIAL Para la definición de las características geométricas del Estudio de la CARRETERA 1 + 000 kilómetros, se ha tomado en cuenta las características Técnicas, definidas en el Estudio de Factibilidad, las cuales se adecuan a Manual de Diseño Geométrico de Carreteras DG-2014 del MTCVC en concordancia con las exigencias de las normas supletoriamente las Normas de diseño AASHTO, procurando optimizar el movimiento de tierras consecuentemente reduciendo el monto de la inversión en la obra .

6.3.2. CURVAS CIRCULARES SIMPLES Las curvas circulares simples son arcos de circunferencia de un solo radio, que constituye la proyección horizontal de las curvas reales o espaciales, especialmente al unir dos tangentes consecutivas.

Elementos de una curva circular Punto de vértice (PI): Es el punto de intersección de las tangentes.

CAMINOS I

12

DISEÑO DE CARRETERA

Punto de curvatura (PC): Es el punto en donde termina la tangente de entrada e inicia la curva. Punto de tangencia (PT): Es el punto en dónde termina la curva y comienza la tangente de salida. Angulo de deflexión (D): Es el ángulo central subtendido entre las dos tangentes. Tangente (T): Es la distancia del PC al PI o desde el PI al PT. T = R tan (D/2) Cuerda larga (CL): Es la distancia recta entre el PC y el PT. CL = 2R sen (D/2) Externa (E): Es la distancia desde el PI al punto medio de la curva. E = T tan (D/4) Ordenada media (M): Es la distancia desde el punto medio de la curva, al punto medio de la cuerda larga. M = R [1 - cos (D/2)] Centro de la curva circular (RP): Es el mismo punto de radio. Radio de la curva circular (R): Es la distancia del RP al PC o al PT. R = T / tan(D/2) Longitud de la curva circular (L): Es la distancia del PC al PT por el arco de la curva. L = c D /G D = Delta

7. MARCO TEORICO Y DESARROLLO GEOMETRICO 7.1.

ALINEAMIENTO Y PUNTOS OBLIGADOS

En la construcción de un camino se trata siempre de que la línea quede siempre alojada en terreno plano la mayor extensión posible, pero siempre conservándola dentro de la ruta general. Esto no es siempre posible debido a la topografía de los terrenos y así cuando

CAMINOS I

13

DISEÑO DE CARRETERA

llegamos al pie de una cuesta la pendiente del terreno es mayor que la máxima permitida para ese camino y es necesario entonces desarrollar la ruta. Debido a estos desarrollos necesarios y a la búsqueda de pasos adecuados es por lo que los caminos resultan de mayor longitud de la marcada en la línea recta entre dos puntos. Sin embargo, debe tratarse siempre, hasta donde ello sea posible, que el alineamiento entre dos puntos obligados sea lo más recto que se pueda dé acuerdo con la topografía de la región y de acuerdo también con él transito actual y el futuro del camino a efecto de que las mejoras que posteriormente se lleven a cabo en el alineamiento no sean causa de una perdida fuerte al tener que abandonar tramos del camino en el cual se haya invertido mucho dinero. Es decir, que hay que tener visión del futuro con respecto al camino para evitar fracasos económicos posteriores, pero hay que tener presente también que tramos rectos de más de diez kilómetros producen fatiga a la vista y una hipnosis en el conductor que puede ser causa de accidentes.

7.2.

TRAZO PRELIMINAR

Cuando se tienen localizados los puntos obligados se procede a ligar estos mediante un procedimiento que requiere:

1. El trazo de una poligonal de apoyo lo más apegada posible a los puntos establecidos, con orientación astronómica, PIS referenciados y deflexiones marcadas con exactitud ya que será la base del trazo definitivo. 2. La poligonal de apoyo es una poligonal abierta a partir de un vértice o punto de inicio clavando estacas a cada 20 metros, y lugares intermedios hasta llegar al vértice siguiente. 3. La pendiente será cuatro unidades debajo de la máxima especificada donde sea posible para que al trabajador en gabinete tenga más posibilidades de proyectar la subrasante, incrementando la pendiente a la máxima si es necesario para economizar volúmenes. 4. Nivelación de la poligonal, generalmente a cada 20 metros, que será útil para definir cotas de curvas de nivel cerradas a cada 2 metros. 5. Obtención de curvas de nivel en una franja de 80 o 100 metros. En cada lado del eje del camino a cada 20 metros o estaciones intermedias importantes. CAMINOS I

14

DISEÑO DE CARRETERA

7.3. TRAZO DE CURVA HORIZONTAL Como se ha visto en nuestro trazo definitivo, tenemos que calcular una curva circular simple, con los datos obtenidos de la tabla de clasificación y tipos de carretera, procederemos al cálculo de la curva.

7.4.

NIVELACIÓN

CAMINOS I

15

DISEÑO DE CARRETERA

Así como se nivelo la línea preliminar, ahora con el trazo definitivo se deberá realizar una nivelación del perfil, obteniendo las elevaciones de las estaciones a cada 20 metros o aquellas donde se presenten detalles importantes como alturas variables intermedias, cruces de ríos, ubicación de canales, etc. los bancos de nivel se colocaran a cada 500 metros aproximadamente y se revisara lo ejecutado con nivelación diferencial ida y vuelta, doble punto de liga o doble altura del aparato. En el registro de la nivelación se deben anotar las elevaciones de los bancos aproximadas al milímetro y las elevaciones de las estaciones aproximadas al centímetro.

7.5.

PROYECTO DE LA SUBRASANTE.

La subrasante es una sucesión de líneas rectas que son las pendientes unidas mediante curvas verticales, intentando compensar los cortes con los terraplenes. Las pendientes se proyectan al décimo con excepción de aquellas en las que se fije anticipadamente una cota a un PI determinado. Las condiciones topográficas, geotécnicas, hidráulicas y el costo de las terracerías definen el proyecto de la subrasante, por ello se requiere, el realizar varios ensayos para determinar la más conveniente. Una vez proyectada las tangentes verticales se procede a unirlas mediante curvas parabólicas.

7.6.

AREAS DE CORTE Y TERRAPLEN

Las siguientes áreas de corte y terraplén, fueron arrojadas del cálculo de la subrasante más económica, este procedimiento puede ser sencillo si se dibuja el perfil y la subrasante en el programa de Civil cad, ya que solo es necesario cambiar de lugar la subrasante y pedirle a la computadora que calcule área, esto para poder comparar las áreas de corte y terraplén hasta llegar a punto más económico.

CAMINOS I

16

DISEÑO DE CARRETERA

8. RESULTADOS 

RESULTADOS DE COMPENSACION DE NIVELACION GEOMETRICA

CAMINOS I

17

DISEÑO DE CARRETERA

CAMINOS I

18

DISEÑO DE CARRETERA

9. CONCLUSIONES 

Luego de haber hecho los estudios correspondientes y haber analizado cada tramo de la carretera, se ha decidido optar por una carretera casi plana con pocos desniveles y curvas el cual ayudara a mejorar la accesibilidad y trayectoria del automóvil en 1 km de longitud.



En todos los estudios analizados y evaluados por todos involucrados, se llegó a la conclusión de que la futura carretera debe contar con todas las señales de tránsito en curvas y desniveles para poder evitar accidentes.

CAMINOS I

19