III

Caminos II UNCESTUDIO DEFINITIVO

INTRODUCCIN

Luego del estudio preliminar hecho en el plano topogrfico para una carretera, se procede a trazar la lnea de gradiente, ubicar la poligonal que servir de base para el eje longitudinal, realizar el diseo del eje en planta, en perfil, secciones transversales, ubicacin de las obras de arte y clculo de movimiento de tierras; todo este proceso se denomina estudio definitivo de una carretera.En el presente informe se presenta los clculos y justificaciones de todos los valores tomados y caractersticas asumidos para dicho estudio, teniendo como gua fundamental las normas peruanas para el diseo de carreteras ( NPDC ), a la vez se presenta los planos respectivos de todo el proceso antes mencionado.La importancia que radica en este trabajo es que nos ensea lo importante y primordial que resulta ser la precisin en los trazos y clculos que se hacen, ya que esto influye directamente en los costos de la va que se quiere construir. Nosotros como ingenieros civiles debemos de solucionar los problemas de costos muy elevados sin que esto afecte la seguridad y funcionalidad que se espera obtener de la va a construir.Se espera con este trabajo enmendar los errores cometidos para que en un futuro se los evite y no se tengan carreteras inservibles e inseguras.

I. OBJETIVOS:

Capacidad del estudiante para plantear una poligonal. Estudio del eje en planta y en perfil: Diseo de curvas horizontales y verticales Clculo de los elementos de curva. Estacado cada 20 m. y cada 10 5 m. en tramos de curva. Confeccin de planos del Km. asignado: planta y perfil, secciones transversales y tpicas. Elaboracin de la tabla de metrado de explanaciones.

II. DESARROLLO DEL TRABAJO:

2.1. DETERMIJNACION Y FUNDAMENTACION DE LOS PARMETROS GENERALES:Los parmetros que a continuacin se detallan son basados en aquellos presentados en el curso de Caminos I, de los cuales se justifica su utilizacin mas adelante.

2.1.1. PARMETROS GENERALES SEGN LAS NPDC:Los parmetros tomados de las NPDC corresponden a una carretera de 2 clase, topografa accidentada, altitud menor a los 3000 m.s.n.m.

ParmetroValorUnidades

TopografaAccidentada-

MaterialTierra Suelta-

Material para RellenosEnrocadoV:1 ; H:1

Material de CortesTierra CompactadaV:2 ; H:1

ZonaLluviosa-

Coeficiente de Friccin (Cf)0.176-

Tipo de PavimentoSuperior-

Bermas0.9m.

Nmero de Carriles (n)2-

Vehculo de DiseoC2R2-

Altitud< 3000m.s.n.m.

Trfico (IMD)400 - 2000Veh/da

Velocidad Directriz (V)30Km/h

Espesor del pavimento (e)0.6m.

Ancho de la Superficie de Rodadura (a)6m.

Pendiente Mnima0.5%

Pendiente Mxima6%

Pendiente Mxima Excepcional7%

Pendiente Media3.8%

Radio Mnimo Normal (Rmn)30m.

Radio Mnimo Excepcional25m.

Peralte Normal6%

Peralte Excepcional10%

Bombeo (B)2%

Peralta Mnimo2%

Longitud del Vehculo de Diseo 23m.

Longitud Entre Ejes del Vehculo de Diseo (L)6.1m.

Ancho del Vehculo de Diseo ( a' )2.6m.

2.1.2. PARMETROS GENERALES CALCULADOS:

Longitud de transicin del Peralte (Lt):El peralte se calcul de la tabla 5.3.2.2 de las NPDC: P = 8 % para un IMD de 400 2000 veh./da, el bombeo 2%. Como el peralte tomado es mayor que 6% la ecuacin anterior queda as:

Clculo de la Longitud por Bombeo:

Clculo de la Longitud por Peralte:

Clculo del Radio Mnimo:

Segn la norma se toma el valor mnimo de ella, lo cual indica que debe ser de Radio Mnimo 30 m.

2.1.3. JUSTIFICACIN DE LOS PARMETROS PARA EL ESTUDIO DEFINITIVO:

La topografa del terreno fue estudiada, analizada y clasificada como ACCIDENTADA, resultado obtenido en el estudio Preliminar.

En cuanto al material, como no se otorgan ningn dato acerca de ello se lo asume como TIERRA SUELTA.

En cuanto a la altitud esta se lo pudo sacar del plano topogrfico en el cual el punto mas elevado es MENOR de 3000 m.s.n.m.

El IMD de 400 2000 veh/da se lo tom de las NPDC, valor que corresponde a una carretera de 2 clase, y se lo considera como un trfico pesado.

La VELOCIDAD DIRECTRIZ de 30 Km./h. se lo tom considerando el tipo de topografa y la clase de carretera segn la norma.

El espesor de Pavimento = 0.6 m. es Dato proporcionado en clase.

Las pendientes: mnima = 0.5 %, media = 3.8 % , mxima = 6 % y mxima excepcional = 7 % se las tom como referencia para no sobrepasarlas, pues son lmites permitidos por las NPDC.

El RADIO MNIMO primero se lo calcul, para verificar si es mayor que el mnimo recomendado por las normas, pero como dicho valor fue menor se tom el de la norma = 30 m. El BOMBEO = 2%, se lo tom considerando el tipo de pavimento a colocarse en la carretera, segn las NPDC en su pg. 45.

El PERALTE fue considerado teniendo en cuenta el tipo de trfico, que segn las normas en la tabla 5.3.2.2 lo considera de 8 % para un trafico pesado con un IMD entre 400 y 2000 veh/da.

Para el VEHCULO DE DISEO = C2R2, se lo tom considerando de que en la zona existe mediana produccin en lo que respecta al Agro y productos lecheros y las normas peruanas de transito consideran un ancho de 2.60 m. y una longitud mxima de 23 m. la altura no fue considerada ya que este valor se lo necesitara en caso de diseo de tneles, si se tom la longitud entre ejes 6.10 m. para calcular sobreanchos.

El coeficiente de friccin = 0.176 se lo obtuvo de la frmula: ; con velocidad = 30 y peralte = 6% y con el radio mnimo.

El ancho de la superficie de rodadura = 6 m. se lo tom considerando el nmero de carriles, el ancho del vehculo de diseo y una luz libre por carril de 0.40 m.

2.2. ESTUDIO DEL EJE EN PLANTA: DISEO DE CURVAS HORIZONTALES:

2.2.1. METODO Y JUSTIFICACIN PARA CALCULAR LOS RADIOS:

El mtodo usado para calcular los radios en las curvas fue el de la EXTERNA, que consiste en dar un valor a la externa y de la frmula de sta despejar el radio, luego del clculo se redonde los valores con aproximacin al decmetro.Este mtodo permite que la curva a disear vaya muy paralela con las curvas de nivel, lo cual es lo que se busca en una curva horizontal.Para las curvas de volteo se utiliz radios mnimos y tambin en tramos donde la longitud de transicin se complicaba.

2.2.2. FORMULAS EMPLEADAS PARA CALCULO DE LOS ELEMENTOS DE CURVA:

2.2.3. CALCULO DE UNA CURVA HORIZONTAL:

Curva Horizontal N 17:

Valor dado a la Externa: E17 = 9 m.

Angulo de Inflexin ( I ): I17 = 69 7 30

Despejando de la frmula de la externa se tiene el Radio ( R ) :Valor redondeado: R17 = 42.00 m.

Valor de la Tangente ( T ):

Valor de la Nueva Externa ( E ):

Valor de la Longitud de Curva :

Valor de la Cuerda ( C ):

Valor de la transicin del peralte (Lt):

Valor de la Flecha ( F ):

Valor del peralte (p): ; por norma se toma el peralte Mnimo, entonces:

Valor del sobreancho (S/A): pero el S/A se expresa en mltiplos de 0.30 m. entonces: TABLA DE RESULTADOS DE LAS DEMAS CURVAS Y SUS ELEMENTOS :

2.2.4. VERIFICACIN DE LA LONGITUD DE TRANSICIN: esta verificacin se hizo para el caso de segmentos en la poligonal menores de 100 m. como en el caso del segmento entre las curvas 19 y 20 (PI19-PI20=94.67m.

Como las longitudes por peralte y por bombeo son iguales para ambas curvas, la longitud mnima ser:

Como la primera relacin no cumple, es decir que introduciendo la mitad del peralte a las curvas no cumple; pero la norma nos permite introducir la longitud de transicin hasta la tercera parte de la longitud de curva, que se ser la segunda opcin para hacer cumplir la transicin; esto es:

Como los otros tramos de la poligonal si cumplen con la transicin, ya no se hizo el anlisis respectivo.

2.2.5. ESTACADO DEL EJE LONGITUDINAL Y COTAS DEL TERRENO @ 20 m, @ 10 m @ 5 m:

El objetivo principal del estacado es obtener el perfil del terreno, el mtodo seguido fue hallando h que es una altura que se le suma a la cota de la curva inferior tomada como referencia, esto es:

Luego de aplicar este mtodo se obtuvo la siguiente tabla:

Con esta tabla se elabor el perfil del terreno.

2.2.6. CALCULO DE LAS COORDENADAS DE LOS PIs:

Estas coordenadas fueron calculadas en el trabajo de estudio preliminar, dado en Caminos I (a excepcin de PI-15 y PI-16 que fueron calculados con relaciones trigonomtricas), del cual obtuvimos las coordenadas siguientes:

PuntoCoordenada

ESTENORTE

PI-14624214.579244596.06

PI-15624277.009244489.28

PI-16624331.009244531.56

PI-17624207.579244652.06

PI-18624086.579244596.06

PI-19624001.579244420.06

PI-20623952.579244501.06

PI-21623852.579244505.06

PI-22623823.579244385.06

2.2.7. CALCULO DE LAS PROGRESIVAS Y COORDENADAS DE LOS PCs, PIs y PTs:

Las progresivas se calcularon mediante una suma sucesiva usando el valor de las tangentes de cada curva, a la vez el valor del segmento comprendido entre un PT y un PC; valor que se obtuvo restando del segmento de la poligonal menos la sumatoria de las tangentes involucradas. Solo para la primera progresiva de PC-14 se rest de la distancia al PI-14 el valor de la tangente T-14.El proceso se presenta en la siguiente tabla:

Las coordenadas de estos puntos se los obtuvo utilizando relaciones trigonomtricas y tambin usando los valores de las tangentes y sus respectivos azimut, los resultados se presentan en la tabla.

2.3. ESTUDIO DEL PERFIL LONGITUDINAL: DISEO DE CURVAS VERTICALES:

Para en clculo de curvas verticales se calcul la distancia de visibilidad de parada: , para luego calcular la longitud de las curvas: , segn el caso en el que estemos; si ninguno de los casos anteriores se cumpliese se usar: :

CURVA VERTICAL DE PIv3:

Como ambos casos no cumplen se tomar:

las normas permiten que L sea como mnimo de 80 m. por lo tanto se toma:

la tabla siguiente presenta los resultados obtenidos utilizando una curva simtrica:

PuntoProgresivaCota Poligonal en ElevacinOrdenadaCota Corregida

PCv3262193,740,002193,74

26+102193,330,012193,34

282192,920,052192,97

28+102192,510,112192,62

PIv3302192,100,202192,30

30+102192,090,112192,20

322191,680,052191,73

32+102191,480,012191,49

PTv3342191,270,002191,27

CURVA VERTICAL DE PIv4:

Como ambos casos no cumplen se tomar:

las normas permiten que L sea como mnimo de 80 m. por lo tanto se toma:

la tabla siguiente presenta los resultados obtenidos utilizando una curva simtrica:

PuntoProgresivaCota Poligonal en ElevacinOrdenadaCota Corregida

PCv4742182,930,002182,93

74+102182,730,012182,72

762182,520,052182,47

76+102182,310,122182,19

PIv4782182,100,212181,89

78+102181,460,122181,34

802181,260,052181,21

80+102180,620,012180,61

PTv4822180,200,002180,20

El mtodo seguido obedece a curvas verticales simtricas, que son las ms comunes o ms empleadas.

2.3.1. FORMULAS EMPLEADAS PARA CALCULO DE LOS ELEMENTOS DE CURVA: estas frmulas pertenecen al tema de curvas simtricas.

Para curva vertical PIv3:

:

Para curva vertical PIv4:

:

2.3.2. CALCULO DE LAS COTAS DE LA SUB-RASANTE:

Las cotas de la sub-rasante se los calcul en una hoja de clculo de EXCEL, cuyos datos necesarios eran las pendientes y las distancias entre estacas. En la tabla se muestra los resultados:

2.4. OBTENCIN DE LAS SECCIONES TRANSVERSALES:

las secciones transversales se obtuvieron tomando las medidas desde el eje hacia la izquierda y derecha 15 metros, colocando distancia y cota respectiva.

2.4.1. METODO Y JUSTIFICACIN:

El mtodo empleado para obtener las secciones a sido a travs de un escalimetro y una escuadra, y se anotaba seccin por seccin segn el avance.La justificacin de este mtodo est en que se pidi realizar el clculo manualmente, ya que tambin se lo puede realizar a mquina, pero con la desventaja de no saber que clculos realiza ella, as como tambin tiene la ventaja de que se lo hace en menos tiempo.2.4.2. TABLA DE RESULTADOS:

2.5. OBRAS DE ARTE:

En todo el kilmetro designado solo se encuentra una alcantarilla, que hipotticamente se lo a dimensionado con una tubera de 36 pulgadas, una longitud de 10 m. y un ancho de 1m. segn norma debe ser dimensiones que permitan su limpieza y mantenimiento.

MURO DE CONTENCION:Se a considerado un muro de contencin entre las estacas 56 y 62 debido a que el relleno es bastante grande y el talud del mismo es paralelo con el terreno.

2.6. METRADO DE EXPLANACIONES:

Este metrado viene a ser el clculo de material de corte y relleno tanto en rea como en volumen.

2.6.1. METODO Y JUSTIFICACIN:

El mtodo empleado para calcular el rea se lo a determinado a travs del programa Auto Cad mediante la creacin de una polyline cerrada, que luego en propiedades de esta lnea se observa el rea limitada por ella.Para el clculo de volmenes se a empleado el programa Excel, mediante la creacin de una hoja de clculo, cuyas frmulas insertadas fueron las dictadas en clase.

Este mtodo se justifica debido a la precisin que se adquiere, ya que hacindolo manualmente nos arrojara un considerable error, y ala vez nos demanda mucho ms tiempo.

2.6.2. FORMULAS EMPLEADAS:

Estas frmulas fueron dadas en clase, se los usa para calcular los volmenes del material tanto para relleno como para corte.

2.6.3. RESULTADOS:

III. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:3.1. CONCLUSIONES:

Se logr los objetivos -planteados para el trabajo. Durante el trazo de la poligonal se debe evitar el desequilibrio entre corte y relleno. El estacado y perfil longitudinal fue el proceso que ms tom tiempo ya que primero se calcul los segmentos b,c y a para encontrar h. Es importante tener en cuenta la ubicacin de las quebradas en el perfil del terreno ya que debido a su ubicacin provocan algunos cortes o rellenos muy grandes. El exceso de reas tanto en corte como en relleno se debe al trazo de la ruta y de la poligonal. Debido al tipo de topografa que presenta el terreno es que en curvas de volteo se genera grandes cortes. Una topografa accidentada implica tener muchos quiebres en la poligonal lo cual conlleva comprobar las longitudes de transicin en cada segmento.

El volumen de tierra a mover es muy grande, lo cual debe arreglarse.

El total de material a movilizar es mucho, debindose hacer un anlisis para equilibrar corte y relleno.

3.2. RECOMENDACIONES:

Evitar en lo posible movimiento de tierras muy excesivos. En una topografa accidentada se debe hacer mas curvas. Se debe investigar algo ms acerca del drenaje, ya que en el trabajo solo se suponen dimensiones. Se debe desplazar el eje de la va hacia la izquierda o derecha para compensar los cortes y rellenos.

IV. PLANOS

Estudio Definitivo Seqs