Solucion de Examen Final Diseño Vial a 2015-II 13-01-2016

FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL EXAMEN FINAL A Asignatura: Docente:

NOTA: DISEÑO VIAL 2015-II ING. GENARO INCHICAQUI BAUTISTA

1 ½ horas

Alumno: Observaciones

Duración:

-El examen se realizara con tablas entregas en el clase o se entregara en acto. -No está permitido el uso de ningún material de consulta (cuaderno, copias, etc.) - No se permite el uso de teléfono celular o cualquier otro equipo electrónico durante el examen.

13-01-2016

1. En un tramo de proyecto de carretera en área rural de tercera clase-1, está ubicado en 3,000 msnm y en curva volteo C-2 va voltear un OMNIBUS DE 4 EJES (B4-I) con un pendiente de -6% de la figura adjunta. (4 ( 4 ptos) Datos: Ingresa por C-1 con Vd. = 70 km/h y sale por la C-4 con Vd = 4 0 km/h., ∆1= 145º, ∆2=180º, ∆3=155º y ∆4=135º, las longitudes de ingreso y salida son Lmax y longitudes internos son LminS, progresiva en A = 10+500. 1 0+500. Hallar: Longitud de A-B y Puntos de control Radios mínimos exteriores e interiores de la curva C-2 con el vehículo de estudio. Peso neto aplicando la configuración, considere el peso de vehículo el 30% de peso bruto Resistencia al movimiento, considerando m=peso bruto y ø=10% Resistencia al movimiento (aire) C-1 Distancia de visibilidad de cruce para (camionetas, volquetes y semirremolques) en PC1      

Solución: Rmin1 = 70x70/127(0.08+.14 )= 4,900/27.94 = 175.40 m Rmin2 = 60x60/127(0.08+.15 )=3,600/29.21 = 123.20 m Rmin3 = 50x50/127(0.08+.16 )=2,500/30.48 = 82.00 m Rmin4 = 40x40/127(0.08+0.17) = 1,600/31.75 = 50.40 m Lmax = L1 =16.70X70 = 1,169.00 m Lmin.s = 1.39x65 = 90.35m. Lmin.s = 1.39x55 = 76.45m. Lmin.s = 1.39x45 = 62.55m. Lmax = L5 = 16.70X40 = 668.00m Lc1 = 2x3.1416x175.40(145/360) = 443.90 m. Lc2 = 2x3.1416x123.20(180/360) = 387.00 m. Lc3 = 2x3.1416x 82.00(155/360) = 221.80 221.80 m. Lc4 = 2x3.1416x 50.40(135/360) = 118.80 118.80 m. o

Longitud de A-B y Puntos de control: A-B = 3,237.85 m.

A 10+500

PC1 11+669.00

PT1 12+112.90

PC2 12+203.25

PT2 12+590.25

PC3 12+666.70

PT3 12+888.50

PC4 12+951.05

PT4 13+069.85

B 13+737.85

Radios mínimos exteriores e interiores en la curva volteo C-2 con el vehículo de estudio. De la tabla 304-01 y 304-02 tercera clase-1 el ancho de vía es = 1.20+6.60+1.20 = 9.00+cunetas 3 = 12.00 m entrada y salida de curva. Dela tabla 202.01 de dimensiones de B4-1: 2.60x4.10 De la tabla 202-05, B4-1 en 180º radio mínimo rueda exterior es = 15.72 m y radio mínimo rueda interior 8.74m Luego: Radio exterior de la curva: 15.72+0.45+1.20+1.50 =18.77 m, Radio interior de curva: 18.87-12.00 = 6.87 m., si cumple. 

Peso neto aplicando la configuración, considere el peso de vehículo el 30% de peso bruto De la tabla de pesos y medidas B4-1 = 30.00tn. Configuración: 30 TN – 4% = 28.80 TN de carga permitida 30 TN – 10% = 27.00 TN 27 TN – 9 TN (peso del vehículo) = 18.00 TN neto 

o



Resistencia al movimiento, considerando m=peso bruto y ∆=10%

Fs = 30,000x9.81xsen10º = 51,104.70 kg-m/seg2 = 51,104.70 N = 500.83 tnf. Resistencia al movimiento (aire), C-1, pero la V= 70 km/h se convierte =70,000/3,600 = 19.44m/seg Dela tabla 202.01 de dimensiones de B4-1: 2.60x4.10 FL = ½( 0.49x4.10x2.60x0.9467x19.44x19.44) = ½(1,869.60) = 934.80 kg-m/seg2 = 934.80 N = 8.30 tnf. 

Distancia de cruce para camioneta, volquete y semirremolque en PC1, Vd= 70km/h zona rural De la tabla 304-01 y 304-02 el ancho de vía es = 1.20+6.60+1.20 = 9+cunetas 3 = 12.00 m o

Tc1 = 2+(2(5.00+1.50+9.00)/9.8x0.15)`1/2 = 2+4.60 = 6.60 s Tc2 = 2+(2(10.00+1.50+9.00)/9.8x.075)`1/2 = 2+7.50 = 9.50 s Tc3 = 2+(2(18.00+1.50+9.00)/9.8x0.055)`1/2 = 2+10.30 = 12.30 s.

Dc1 = 70x 6.60/3.6 = 128.30 m vehículo liviano Dc2 = 70x 9.50/3.6 = 184.70 m vehículo rígido Dc3 = 70x12.30/3.6 = 239.20 m vehículo articulado

2. Un tramo de proyecto de autopista de área urbana de segunda clase-2, está en diseño y requiere la información de ingeniería, pero en PC3 hay un cruce tendrá que hacer el frenado y parada con la misma velocidad de curva, el vehículo ingresa con Vd = 70 km/h por A, y sale con Vd = 90 km/h por B, circulen vehículos pesados y el pendiente (p1 = - 6%) y (p2 = +6), ∆1=120º, ∆2=115º y ∆3=105º; (L1, L2) = Lmax y progresiva en A =15+500, el vehículo es (T3S2S2). (4ptos) Hallar: Longitud A-B y puntos de control La distancia de visibilidad de percepción-reacción, frenado y parada (Dp) en C1, C2 y C3 la distancia de visibilidad en una curva (F) para C1, C2 y C3 Longitud mínima (Lmin) y parámetro de espiral (Amin.) para C1, C2 y C3 sobre ancho (Sa) para C1, C2 y C3 Distancia de cruce para camioneta, volquete y semirremolque en PC3 Distancia de visibilidad de paso en curva C-1, C-2 y C-3 con las mismas de Vd.       

Solución: Rmin1 = 70x70/127(0.04+.14 )= 4,900/22.86 = Rmin2 = 80x80/127(0.04+.14 )=6,400/22.86 = Rmin3 = 90x90/127(0.04+.13 )=8,100/21.59 =

214.30 m 280.00 m 375.20 m

Lmax1 = 16.70x70 = 1,169.00 m Lmin1S = 1.39X75 = 104.25 m Lmin2S = 1.39x85 = 118.15 m Lmax2 = 16.70x90 = 1,503.00 m Lc1 =2Πx 214.30(120/360) = 448.80 m Lc2 = 2Πx 280.00(115/360) = 562.00 m Lc3 = 2Πx 375.20(105/360) = 687.60 m o

A 15+500.00

Longitud de A-B y Puntos de control, A-B = 4,592.80 m. PC1 16+669.00 

PT1 17+117.80

PC2 17+222.05

PT2 17+784.05

PC3 17+902.20

PT3 18+589.80

B 20+092.80

La distancia de visibilidad de percepción-reacción, frenado y parada (Dp) en C-1,C2 y C3

Dp = 70x2.5/3.6+70x70/254(0.330-0.06) = 48.60+4,900/99.06 = 48.60+71.40 = 120.00 m. Dp = 80x2.5/3.6+80x80/254(0.320+0.06) = 55.60+6,400/96.52 = 55.60+66.30 = 121.90 m. Dp = 90x2.5/3.6+90x90/254(0.315-0.00) = 62.50+8,100/80.01 = 62.50+101.20 = 163.70 m. 

La distancia de visibilidad en una curva (F).en C1, C2 y C3

F1 = 120.00x120.00/8x214.30-1.50 = 8.40-1.50 = 6.90 m. F2 = 121.90x121.90/8x280.00-1.50 = 6.60-1.50 = 5.10 m F3 = 163.70x163.70/8x375.20-1.50 = 8.90-1.50 = 7.40 m 

Longitud mínima (Lmin) y parámetro de espiral (Amin.) para C1, C2 y C3 Lmin1 = (70/46.656x0.7(70`2/214.30-1.27x0.04))`1/2 = (2.10)(22.80) = 47.90 m Lmin2 = (80/46.656x0.7(80`2/280.00-1.27x0.04))`1/2 = (2.40)(22.80) = 54.70 m Lmin3 = (90/46.656x0.8(90`2/375.20-1.27x0.04))`1/2 = (2.40)(21.50) = 51.80 m

Parámetro mínima de espiral (Amin.) en cada curva. Amin1 = (70x214.30/46.626x0.7(70`2/214.30-1.27x0.04))`1/2 = (459.30(22.80))`1/2 = 102.30 m Amin2 = (80x280.00/46.626x0.7(80`2/280.00-1.27x0.04))`1/2 = (685.90(22.80))`1/2 = 125.10 m Amin3 = (90x375.20/46.626x0.8(90`2/375.20-1.27x0.04))`1/2 = (904.70(21.50))`1/2 = 139.50 m //161.10m 

Sobre ancho (Sa) para vehículo (T3S2S2) en cada curva De la tabla No 202.01: del vehículo de entre ejes 20.40+2.00 = 22.40m Sa1 = 2(214.30-( 214.30`2-22.40`2)`1/2)+70/10(214.30)`1/2 = 2(1.20)+0.50 = 2.90 m Sa3 = 2(280.00-(280.00`2-22.40`2)`1/2)+80/10(280.00)`1/2 = 2(0.90)+0.50 = 2.30 m Sa2 = 2(375.20-(375.20`2-22.40`2)`1/2)+90/10(375.20)`1/2 = 2(0.70)+0.50 = 1.90 m 

o

Distancia de cruce para camioneta, volquete y semirremolque en PC3, Vd= 90km/h

De la tabla 304-01 y 304-02 el ancho de vía es = 3.00+7.20+3.00 = 13.20 m + acera ambos lados de 3.00 m. Tc1 = 2+(2( 5.00+3.00+13.20)/9.8x0.15)`1/2 = 2+5.40 = 7.40 s Tc2 = 2+(2(10.00+3.00+13.20)/9.8x.075)`1/2 = 2+8.40 = 10.40 s Tc3 = 2+(2(18.00+3.00+13.20)/9.8x0.055)`1/2 = 2+11.80 = 13.80 s.

Dc1 = 90x 7.40/3.6 = 185.00 m vehículo liviano Dc2 = 90x10.40/3.6 = 260.00 m vehículo rígido Dc3 = 90x13.80/3.6 = 345.00 m vehículo articulado

o

Distancia de visibilidad de paso en curva C-1, C-2 y C-3 con las mismas de Vd.

Se ha encontrado que el tiempo promedio que un vehículo ocupa un carril izquierdo varia de 9.3 a 10.4 s.

En la curva C-1, Vd = 70 km/h D1 = 0.278x4.30(85-15+2.37x4.30/2) = 89.80 m D2 = 0.278x85x10.4 = 245.80 m D3 = 45.00 m D4 = 2/3x245.80 = 163.90 m. /////// Da1 = 544.50 m En la curva C-2, Vd =80 km/h D1 = 0.278x4.30(95-15+2.37x4.30/2) = 101.70 m D2 = 0.278x95x10.4 = 274.70 m D3 = 45.00 m D4 = 2/3x274.70 = 183.10 m. /////// Da2 = 604.50 m En la curva C-3, Vd =90 km/h D1 = 0.278x4.30(105-15+2.37x4.30/2) = 113.70 m D2 = 0.278x105x10.4 = 303.60 m D3 = 45.00 m D4 = 2/3x303.60 = 202.40 m. /////// Da3 = 664.70 m 3. El tramo de proyecto de carretera en área rural tercera clase-3 está en prueba para que circulen vehículos pesados y el pendiente (p1 = - 8%) y (p2 = +6); y Vd1 = 50 km/h y Vd2 = 40 km/h; ∆1=155º, ∆2=175º; distancias de ingreso y salida son Lmax y progresiva en II = 20+200. (2.5 ptos) Hallar: o Distancia de I-II, puntos de control en las curvas, o Replanteo de curvas c/.20 por método Angulo deflexión o La distancia de visibilidad de percepción-reacción, frenado y parada (Dp) en C1 y C2 o la distancia de visibilidad en una curva (F) para C1 y C2

Solución: Rmin1 = 50x50/127(0.12+.16 )= 2,500.00/35.56 = Rmin2 = 40x40/127(0.12+.17 )= 1,600.00/36.83 = Lmax1 = 16.70x50 = Lmin1S = 1.39X45 = Lmax2 = 16.70x40 =

70.30 m 43.40 m

835.00 m 62.55 m 668.00 m

Lc1 =2Πx 70.30(155/360) = 190.20 m Lc2 = 2Πx 43.40(175/360) = 132.60 m o

I 18+311.65

Longitud de I-II y Puntos de control, A-B = 1,888.35 m. PC1 19+146.65

PT1 19+336.85

PC2 19+399.40

PT2 19+532.00

II 20+200.00

Abcisa I

19+146.65

19+336.85

LminS PC2

19+399.40

19+532.00

LminS II 

parcial

acumulado

∆

0.00

0.00 0º00`00``

20.00

20.00 08º08`57.54``

20.00

40.00 10º55`01.31``

20.00

60.00 16º22`31.97``

40.00

100.00 21º50`02.62``

90.20

190.20 77º30`00``

62.55

C2

PT2

Cuerda

835.00

C1 PT1

Cuerda

18+311.65

Lmax1 PC1

 

0.00

0.00 0º00`00``

20.00

20.00 13º11,51.31``

20.00

40.00 16º18`15.65``

20.00

60.00 24º27`23.48``

20.00

80.00 24º27`23.48``

20.00

100.00 24º27`23.48``

32.60

132.60 87º30`00``

668.00 20+200.00

0.00

0.00 0º00`00``

La distancia de visibilidad de percepción-reacción, frenado y parada (Dp) en C1 y,C2

Dp = 50x2.5/3.6+50x50/254(0.370-0.08) = 48.60+2,500/73.66 = 34.70+33.90 = 68.60 m. Dp = 40x2.5/3.6+40x40/254(0.40+0.06) = 55.60+1,600/116.84 = 27.80+13.70 = 41.50 m. 

La distancia de visibilidad en una curva (F).en C1 y C2

F1 = 68.60x68.60/8x70.30-1.50 = 8.40-1.50 = 6.90 m. F2 = 41.50x41.50/8x43.40-1.50 = 5.00-1.50 = 3.50 m

Solución: R1= 3.1416(15X15)/4 = 176.70 m2/2 = 88.40m2, R2= 3.1416(17X17)/4 = 227.00 m2/2 = 113.50m2 área de corte circular Tramo : A-B VR1 r2-c1 = 45.50x45.50/(45.50+20.00)50/2 = 790.20m3 VR2 r3-r4 = (35.50+25.00)50/2 = 1,512.50m3 VC1 c1-r2 = 20.00x20.00/(45.50+20.00)50/2 = 152.70m3 Tramo; B-C VR3 r4-c3 = 25.00x25.00/(25.00+25.00)75/2 = 468.80m3 VC2 c3-r4 = 25.00x25.00/(25.00+25.00)75/2 = 468.80m3 VC3 c1-c2 = (20.00+35.50)75/2 = 2,081.30m3 Tramo: C-D VC4 c2-c3-R1 = (35.50+25.00+88.40)100/2 = 7,445.00m3 Tramo: D-E VC5 R1-R2 = (88.40+113.50)500/2 = 50,475.00m3 Tramo: E-F VC6 R2-c2-c3 = (113.50+35.50+25.00)100/2 = 8,700.00m3 Tramo: F-H VR4 r4-c3 = 25.00x25.00/(25.00+25.00)75/2 = 468.80m3 VC7 c3-r4 = 25.00x25.00/(25.00+25.00)75/2 = 468.80m3 VC8 c1-c2 = (20.00+35.50)75/2 = 2,081.30m3 Tramo : H-I VR5 r2-c1 = 45.50x45.50/(45.50+20.00)50/2 = 790.20m3 VR6 r3-r4 = (35.50+25.00)50/2 = 1,512.50m3 VC9 c1-r2 = 20.00x20.00/(45.50+20.00)50/2 = 152.70m3 Tramo : I-J VR7 r2-r3-r1 = (45.50+35.50+60.50)50/2 = 3,537.50m3 

Volumen de corte VC = 72,025.60m3x1.40 = 100,835.80m3



Volumen de relleno VR = 9,080.50m3x1.30 = 11,804.70m3, piloto en 1,000.00 ml. Para 80km, luego hacemos

o

VC = 100,835.80x80,000.00/1,000.00 = 8,066,864.00m3 x300.00 = $ 2,420,059,200.00 VR = 11,804.70X80,000.00/1,000.00 = 944,368.00m3x200.00 = $ 188,873,600.00 De la tabla 304.01-304.02 ancho de vía = 1.20+6.60+1.20 = 9.00m VB = 9.00x80,000.00x0.50x1.35 = 486,000.00m3x250.00 = $ 121,500,000.00 Pavimentado = 9.00x80,000.00 = 720,000.00m2x150.00 = $ 108,000,000.00 Cunetas = 1,700.00x80,000.00/1,000.00 = 136,000.00mx200 = $ 27,200,000.00

o

Inversión del proyecto

o o

o o

$ 2,865,632,800.00

5. Calcular las cotas de la rasante de la curva vertical convexa y cóncava simétrica con las siguientes características: Velocidad de diseño = 70 km/h, C1 = +6%, -5%, C2 = -5%, +6%. (2.5 ptos) Cota PI = 2,500.00 msnm, progresiva del PI = 10+500, L3 = 1,000.00 m, y el estacado Cu = 20m

Solución: C-1, P=11, L= 360.00m

C-2, P=11, L= 280.00m

PROGRESIV A

PENDIENTE (%)

COTA TANGENTE

X (m )

 Y CORRECCION DE COTA

COTA DEL RASA NTE DE LA CURVA

10+320

2489.20

0.00

0.000

2489.20

10+340

2490.40

20.00

0.061

2490.34

2491.60

40.00

0.244

2491.36

2492.80

60.00

0.550

2492.25

10+400

2494.00

80.00

0.978

2493.02

10+420

2495.20

100.00

1.528

2493.67

10+440

2496.40

120.00

2.200

2494.20

10+460

2497.60

140.00

2.994

2494.61

10+480

2498.80

160.00

3.911

2494.89

2500.00

180.00

4.950

2495.05

10+520

2499.00

160.00

3.911

2495.09

10+540

2498.00

140.00

2.994

2495.01

10+560

2497.00

120.00

2.200

2494.80

10+580

2496.00

100.00

1.528

2494.47

10+600

2495.00

80.00

0.978

2494.02

10+360 10+380

10+500

6%

C-1

10+620

2494.00

60.00

0.550

2493.45

10+640

-5%

2493.00

40.00

0.244

2492.76

10+660

2492.00

20.00

0.061

2491.94

10+680

2491.00

0.00

0.000

2491.00

2441.00

1000.00 11+680

2441.00

0.00

0.000

11+700

2440.00

20.00

0.079

2439.92

2439.00

40.00

0.314

2438.69

11+740

2438.00

60.00

0.707

2437.29

11+760

2437.00

80.00

1.257

2435.74

11+780

2436.00

100.00

1.964

2434.04

11+800

2435.00

120.00

2.829

2432.17

11+720

11+820

-5%

2434.00

140.00

3.850

2430.15

11+840

2435.20

120.00

2.829

2432.37

11+860

2436.40

100.00

1.964

2434.44

2437.60

80.00

1.257

2436.34

11+900

2438.80

60.00

0.707

2438.09

11+920

2440.00

40.00

0.314

2439.69

11+940

2441.20

20.00

0.079

2441.12

11+960

2442.40

0.00

0.000

2442.40

11+880

C-2

6%

6. Para un proyecto de carretera en área rural de tercera clase-2, se quiere verificar las profundidades de cunetas y área de alcantarillado que sirve como escurrimiento de cunetas y cuencas chicas, la longitud A-B es piloto para proyectar a 70 km que es igual geográficamente, los caudales fluirán a 80% de las dimensiones calculadas. (3 ptos). Datos: Considerando la talud de ancho 100.00 m, Qd método racional, la intensidad de precipitación (I) en el lugar 100 mm/h. y el coeficiente de escorrentía (C) tiene una cobertura de suelo, bosques, vegetación densa, semipermeable con pendiente 25%, el diseño de vía está considerado para 60 km/h, de la figura adjunto.

Hallar:      

Información Ubicacion Área cuenca Longitud Talud 100.00 Área ha I = 100 mm C = 0.40 Qcuneta 80% Qcuneta 100 Área ha Qd80% Qd100%

Caudales de diseño para alcantarillas y cunetas Dimensión de alcantarilla, dimensión de cuneta solo con caudal mayor Cantidad de tubo (3.00 m), costo $ 100.00/und Área de cuneta para el proyecto, costo 50.00/m2 Excavación de cunetas esp. 1.30, solo por un lado, costo $ 150.00/m3 La inversión del proyecto en drenaje superficial A 00+000 +a = 6.00 Para cuneta

Para alcantar

A-1 01+200 16.00 Ha 2,500 106.00 26.500 Ha

A-2 03+800 18.00Ha 2,800

A-3 06+800 19.00Ha 2,500

A-4 08+800 18.50Ha 2,100

A-5 11+000 19.50Ha 2,200

29.680

26.500

22.26

23.32

1.472

1.648

1.472

1.237

1.296

1.840

2.061

1.840

1.545

1.619

42.50

47.680

45.500

40.760

42.820

4.722

5.298

5.056

4.529

4.758

5.903

6.622

6.319

5.661

5.947

B 12+200

“b”

(a+b)

De la tabla 304.01-304.02, ancho de vía = 1.50+1.20+6.60+1.20+1.50 = 12.00m/2 = 6.00m esto se considera para “ a” o

o

Calculo de cuneta con mayor Qd = 2.061m3/seg, A = 2.061/4.5 = 0.458 m2 A= 2.5HxH/2 =0.458, H = 0.605 ////// H = 0.65 m A= 0.528m2, Qh = 4.5x0.528 = 2.377m3/seg >Qd, entonces las dimensiones son : B=1.60 m y H= 0.65 m. Calculo de perímetro: 1.70+0.70 = 2.40 m Calculo de alcantarrillado con Qd = 6.620 m3/seg, A = 6.620/4.5 = 1.471m2 D^2 =1.471x4/3.1416 = 1.873, luego D = 1.369 /////// D = 1.40 m Comprobando A= 1.539m2 /////Qh = 1.539x4.50 = 6.927m3/seg > Qd = 6.620m3/seg Cantidad de tubo (3.00 m), costo $ 100.00/und 12.00/3 = 4und x 5 = 20.00und /// 20x70,000.00/12,200.00 = 115.00und x 100.00 = $ 11,500.00 Área de cuneta para el proyecto, costo 50.00/m2 2.40x70,000.00 = 168,000.00m2 x50.00 = $ 8,400,000.00 Excavación de cunetas solo por un lado, costo $ 150.00/m3 1.90x0.80x70,000.00x1.30/2 = 69,160.00m3 x 150.00 = $ 10,374,000.00 







La inversión del proyecto en drenaje superficial

TABLAS: Tabla 202.01

$ 18,785,500.00