CONCEPTOS DE VIALIDAD

PROYECTO DEFINITIVO

El proyecto definitivo del trazo se establecerá sobre el dibujo del trazo preliminar, por medio de tangentes unidas entre sí, a traves de sus PIS o puntos de intersección que se utilizaran para ligar las tangentes a traves de curvas horizontales; cuanto más prolongadas se tracen las tangentes sé obtendrá mejor alineamiento horizontal con la consecuencia que marcarlas prolongadas implica un mayor movimiento de volúmenes, por lo que se intentara ir compensando esta línea del lado izquierdo y derecho donde sea posible y cargar la línea hacia el lado firme donde sé presenten secciones transversales fuertes cada vez que en el planola línea de proyecto cruce la línea preliminar, se marcara este punto L y su cadenamiento , y con transportador se determina el ángulo X de cruce. En el caso de que no se crucen estas líneas, se medirá cada 500 metros o cada 1000 metros, la distancia que separa a una y otra para determinar los puntos de liga con los que iniciara el trazo definitivo en el campo.

Cuando se encuentra dibujado en planta el trazo definitivo, podemos antes de trazarlo en el campo dibujar un perfil deducido, de acuerdo con los datos que tenemos de la poligonal de apoyo y las curvas de nivel. El procedimiento para dibujarlo es diferente al que se utiliza con un perfil normal ya que a cada estación ubicada en la línea teórica del camino se le asigna la elevación de la curva de nivel en este punto. Con este perfil tenemos una idea más clara de cómo se compensaran los volúmenes según el trazo propuesto e inclusive tener unas secciones deducidas para suponer un volumen.

Una vez dibujado el trazo definitivo se procede a trazar en el campo para corregir algún error o mejorar lo proyectado.

El tener trazada la línea en el terreno requiere del uso de referencias en los PI, PC, PT, y PST, para poder ubicarlos nuevamente cuando por alguna circunstancia se pierden los trompos o estacas que indican su localización, ya sea por un retraso o construcción del camino.

Para referenciar un punto se emplea ángulos y distancias medidas con exactitud, procurando que las referencias queden fuera del derecho de vía. Se dejaran referenciados los puntos que definen el trazo como PI, PC, PT y PST, que no disten entre sí mas de 500 metros. Los ángulos se medirán en cuadrantes, tomando como origen el eje del camino y en los PIS el origen será la tangente del lado de atrás y la numeración de los puntos de referencia se hará en el sentido de las manecillas del reloj de adentro hacia fuera y comenzando adelante y a la derecha del camino, cuando menos se tendrán dos visuales con dos P. R. Cada una, como visuales podrán emplearse árboles notables, aristas de edificios, postes fijos, etc. en caso de no encontrar ninguno de estos se

colocaran trompos con tachuela en cada punto y junto una estaca con el numero de referencia del punto y su distancia al eje del camino. Una vez que sé ubicado el trazo preliminar en los planos topográficos, y también así decidido el tipo de camino que será necesario construir, es necesario definir algunas de las características importantes de la carretera como lo son, Velocidad de proyecto, Grado máximo de curvatura, Longitudes, Sobreelevacion, y muchasotras de gran importancia. Es necesario revisar que en todo momento la pendiente de nuestro trazo definitivo nunca sea mayor que la pendiente máxima permitida.

Con la siguiente tabla de clasificación y características realizada por la Secretaria de Comunicaciones y Transportes, es fácil ubicar todas y cada una de estas características.Para poder explicar con mas facilidad algunos de los puntos mencionados en esta tesis, se ejemplificara durante las siguientes paginas algunos de las solucionesposibles.

Se ha elegido un camino tipo "C" para la realización de algunos ejemplos, con lassiguientes características de carretera.

o TDPA de 500 a 1500 unidadeso Tipo de terreno: planoo Velocidad de proyecto de 70 km/ho Distancia de visibilidad de parada de 95 mto Distancia de visibilidad de rebase de 315 mto Grado máximo de curvatura de 7.5o Porcentaje de pendiente en curvas verticales en cresta de 20o Porcentaje de pendiente en curvas verticales en columpio de 20o Longitud mínima en curvas verticales de 40 mto Pendiente gobernadora de 5%o Pendiente máxima de 7%

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 mas 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. Para la ubicación de estos se utiliza el clisímetro o él circulo vertical del tránsito, empleando la pendiente deseada.

3. La pendiente será cuatro unidades debajo de la máxima especificada donde sea posible para que al trabajador en gabinete tenga mas 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.

6. Dibujo de trazo y curvas de nivel con detalles relevantes como cruces, construcciones, fallas geológicas visibles, etc. Como el dibujo del trazo y las curvas de nivel se puede proyectar en planta la línea teórica del camino a pelo de tierra, para proyectarla se utiliza un compás con una

abertura calculada según la pendiente con que se quiere proyectar.

La separación de curvas de nivel dividida entre la pendiente a proyectar, es la abertura del compás con la cual se ubicaran los puntos de la línea a pelo de tierra utilizando la misma escala del plano.

RECONOCIMIENTO TOPOGRÁFICO DISEÑO DE UNA CARRETERA

Antes de iniciar propiamente los estudios topográficos se requiere de un reconocimiento preliminar en el cual, primero se hará una entrevista o reunión con los beneficiarios para recoger datos de gran utilidad en el proyecto como lo relativo a afectaciones, características de ríos, nombre de lugares intermedios, localización de zonas bajas o inundables, niveles de agua en crecientes y si es posible alguna de esas personas auxiliara como guía en el reconocimiento técnico del camino.

Una vez hecho esto se procederá a hacer un reconocimiento directo del camino

para determinar en general características:

o Geológicas

o Hidrológicas

o Topográficas y complementarias

Así sé vera el tipo de suelo en el que se construirá el camino, su composición y características generales, ubicación de bancos para revestimientos y agregados para las obras de drenaje, cruces apropiados para el camino sobre ríos o arroyos, existencia de escurrimientos superficiales o subterráneos que afloren a la superficie y que afecten el camino, tipo de vegetación y densidad, así como pendientes aproximadas y ruta a seguir en el terreno.

Este reconocimiento requiere del tiempo que sea necesario para conocer las características del terreno donde se construirá el camino, y para llevarlo a cabo se utilizan instrumentos sencillos de medición como brújulas para determinar rumbos, clisímetro para determinar pendientes, odómetro de vehículos y otros instrumentos sencillos.

A través del reconocimiento se determinan puertos topográficos que son puntos obligados de acuerdo a la topografía y puertos determinados por lugares obligados de paso, ya sea por beneficio social, político o de producción de bienes y servicios. Con todos los datos recabados, resaltando los más importantes, se establecerá una ruta tentativa para el proyecto. Existen procedimientos modernos para el reconocimiento como el fotogramétrico electrónico, pero resulta demasiado costoso, muchas veces para el presupuesto que puede tener un camino, también es importante decir que el tipo de vegetación y clima de algunas regiones no permite usar este procedimiento por lo que se tiene que recurrir al reconocimiento directo que se puede auxiliar por cartas topográficas.

DEFINICION DE TERMINOS DE VIALIDAD

Acera: Parte de una vía destinada principalmente para circulación de peatones, separada de la circulación de vehículos.

Avenida: Vía vehicular de tipo troncal o colectora que cuenta con mediana como refugio peatonal.

Base Granular o Base no Ligada: Base conformada exclusivamente por una mezcla de suelos, que habitualmente cumplen con ciertos requisitos en cuanto a granulometría, límites de Atterberg, capacidad de soporte y otros.

Calle: Vía vehicular de cualquier tipo que comunica con otras vías y que Comprende tanto las calzadas como las aceras entre dos propiedades privadas o dos espacios de uso público o entre una propiedad privada y un espacio de uso público.

Calzada: parte de una vía destinada al transito de vehículos.

Peralte: Inclinación dada al perfil transversal de un camino en los tramos de curvatura horizontal, para contrarrestar el efecto de la fuerza centrífuga que actúa sobre un vehículo en movimiento.

Rasante: Plano que define la superficie de una carretera.

Sub-base Granular: Capa constituida por un material de calidad y espesor determinados y que se coloca entre la subrasante y la base.

Talud: Tangente del ángulo que forma el paramento de un corte o un terraplen con respecto a la vertical.

Tratamiento Superficial Asfáltico: Una o más aplicaciones alternadas de ligante asfáltico y agregado pétreo sobre una base granular. Un tratamiento superficial doble o triple consiste de dos o tres tratamientos aplicados consecutivamente, uno sobre otro.

Vía: Espacio destinado al tránsito.

CLASIFICACION DE LA RED VIAL

AUTOPISTAS

Es una vía de calzadas separadas, cada una con dos o más carriles, con control total de acceso y salida. Se denomina con la sigla A.P.

La autopista ese tipo de vía que proporciona un flujo completamente continúo. No existen interrupciones externas ala circulación, tales como intersecciones semaforizadas o controladas por señal de PARE. El acceso y salida desde la vía se reduce únicamente en los ramales, que están proyectados para permitir las maniobras de confluencia y bifurcación a latas velocidades y por lo tanto, minimizando las alteraciones del transito de la vía principal.

CARRETERAS MULTICARRILES

Son carreteras divididas, con dos o más carriles por sentido, con control parcial o total de acceso y salida. Se denominan con la sigla M.C.

CARRETERAS DE DOS CARRILES

Constan de una calzada de dos carriles, uno por cada sentido de circulación, con intersecciones a nivel y accesos directos desde sus márgenes. Se denominan con la sigla C.C.

SEGUN SU FUNCION

PRINCIPALES O DE PRIMER ORDEN

Son aquellas troncales, transversales y accesos a capitales de departamento que cumplen la función básica de integración de las principales zonas de producción y de consumo del país y de este con los demás países.

SECUNDARIAS O DE SEGUNDO ORDEN

Aquellas vías que unen cabeceras municipales entre si y/o provienen de una cabecera municipal y conectan con una principal.

TERCIARIAS O DE TERCER ORDEN

Aquellas de acceso que unen las cabeceras municipales con sus comunidades, o unen comunidades entre si.

DISEÑO DE REFUERZOS y CAPAS NIVELANTES

El Estudio de Mantenimiento Periódico de la Infraestructura Vial de la carretera estudiada, plantea realizar trabajos de Conservación, Mantenimiento y Transitabilidad, adecuándose a las características geométricas de la vía.

Para el tratamiento del Pavimento se ha efectuado la Evaluación Estructural y Funcional, determinándose los trabajos de tratamientos de fisuras, parchados, reparaciones y un revestimiento de la superficie de rodadura.

De la evaluación del pavimento se tiene lo siguiente:

Sectores con problemas de suelos con arcillas expansivas, sujeto a variaciones por el contenido de humedad (zonas de regadío).

Sectores con problemas solo estructurales (Deflexiones características mayores a las Admisibles proyectadas al quinto año).

Sectores con problemas funcionales relacionados a la rugosidad valor IRI (IRI característico mayor al IRI Admisible = 3.5 m/Km, establecido por la Entidad).

Sectores con problemas funcionales relacionados solo con el Estado superficial (deterioros).

Sectores con problemas estructurales y funcionales relacionados al IRI.

Sectores con problemas estructurales y funcionales relacionados al IRI y a los deterioros superficiales importantes (de altos porcentajes).

Sectores con deterioro superficial mínimo (de bajos porcentajes).

DISEÑO DE PAVIMENTOS RIGIDOS

Introducción a métodos de diseño

Los dos métodos de diseño descritos en este Sistema de Diseño de Pavimentos de Concreto, el de la American Association of State Highways and Transportation Officials (AASHTO) y el de la Portland Cement Association (PCA) corresponden a los métodos de diseño de espesores de pavimentos más ampliamente usados a nivel mundial. Por este motivo se ha decidido incluir ambos métodos en el Sistema Pavimentos de Concreto.

Método AASHTO

Diseño por método AASHTO

a. Prueba de pavimentación AASHTO

El método de diseño de espesores de pavimentos rígidos esta basado en los resultados obtenidos de la prueba de carreteras concebida y promovida gracias a la organización que ahora conocemos como AASHTO para estudiar el comportamiento de estructuras de pavimento de espesores conocidos, bajo cargas móviles de magnitudes y frecuencias conocidas y bajo el efecto del medio ambiente en secciones conocidas de pavimentos rígidos y flexibles. La planeación empezó en 1951, la construcción del proyecto comenzó en 1956 muy cerca de Ottawa, Illinois. El tráfico controlado de la prueba se aplicó de octubre de 1958 a noviembre de 1960 y el método estuvo listo para 1961.

b. Formulación del método de diseño

El objetivo principal de las pruebas consistía en determinar relaciones significativas entre el comportamiento de varias secciones de pavimento y las cargas aplicadas sobre ellas, o bien para determinar las relaciones significativas entre un número de repeticiones de ejes con cargas, de diferente magnitud y disposición, y el comportamiento de diferente espesores de pavimentos, conformados con bases y sub-bases, colocados en suelos de características conocidas.

En total se examinaron 368 secciones de pavimento rígido y 468 secciones de pavimento flexible.

Las mediciones físicas de las secciones de prueba se transfirieron a fórmulas que podían dar nuevamente valores numéricos de capacidad de servicio. Estos valores graficados contra las aplicaciones de carga forman una historia de comportamiento para cada sección de prueba que permiten la evaluación de cada uno de los diversos diseños.

c. Evolución de la guía AASHTO

Aproximadamente después de un año de terminar la prueba AASHO para 1961 salió publicada la primer "Guía AASHO para Diseño de Pavimentos Rígidos y Flexibles". Posteriormente para 1972 se realizó una revisión y se publicó como la "Guía AASHTO para Diseño de Estructuras de Pavimento - 1972". Para 1981 se hizo una Revisión al Capítulo III, correspondiente al Diseño de Pavimentos de Concreto con Cemento Portland. Para 1986 se publicó una revisión de la "Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimento". En 1993 se realizó una Revisión del Diseño de Sobrecarpetas de pavimento. Para 1998 se publicó un método alternativo para diseño de pavimentos, que corresponde a un "Suplemento a la guía de diseño de estructuras de pavimento".

d. Variables del método de diseño

Las variables que intervienen en el diseño de los pavimentos constituyen en realidad la base del diseño del pavimento por lo que es necesario conocer las consideraciones más

importantes que tienen que ver con cada una de ellas para así poder realizar diseños confiables y óptimos al mismo tiempo.

Variables de diseño de Pavimentos Rígidos:

Espesor.

Serviciabilidad (inicial y final).

Tráfico (ejes equivalentes).

Transferencia de carga.

Propiedades del concreto (módulos de ruptura y elasticidad).

Resistencia de la subrasante (módulo de reacción).

Drenaje.

Confiabilidad (confiabilidad y desviación estándar).

Método PCA

Diseño por método PCA

a. Formulación del método

El método de diseño de la Portland Cement Association es exclusivamente un método de diseño desarrollado para pavimentos de concreto.

Teniendo como base el conocimiento de varias teorías de pavimentos como Westergaard, Picket and Ray así como de elementos finitos. También la experiencia en el comportamiento de varias pruebas e investigaciones como la Arlington Test y diversos proyectos de la misma PCA. Y derivado de lo anterior se generó finalmente este método de diseño.

Parte del método fue desarrollado interpretando los resultados del modelo de elementos finitos basados en el comportamiento de una losa de espesor variable y dimensiones finitas (180 x 144 pulgadas) a la cuál se le aplicaron cargas al centro, de borde y de esquina, considerando diferentes condiciones de apoyo y soporte.

El método de diseño de la PCA considera dos criterios de evaluación en el procedimiento de diseño, el criterio de erosión de la sub-base por debajo de las losas y la fatiga del pavimento de concreto.

El criterio de erosión reconoce que el pavimento puede fallar por un excesivo bombeo, erosión del terreno de soporte y diferencias de elevaciones en las juntas. El criterio del esfuerzo de fatiga reconoce que el pavimento pueda fallar, presentando agrietamiento derivado de excesivas repeticiones de carga.

A diferencia del método AASHTO el método de diseño PCA, consideró un valor fijo de módulo de elasticidad del Concreto (Ec) = 4’000,000 psi que no lo hizo variar en relación con la resistencia a la flexión del concreto (MR), así como tampoco varió el coeficiente de poisson de 0.15.

Este método considera algunas limitaciones en los valores de módulo de reacción K del suelo, en donde el rango de valores para los que el método fue desarrollado oscila entre los 50 y 700 pci.

Una ventaja que se debe reconocer en el método del PCA es que toma el tráfico real que estima circulará sobre el pavimento, sin convertirlo Ejes Sencillos Equivalentes.

b. Variables

Las variables que intervienen en el diseño son:

Espesor Inicial del Pavimento.

Módulo de Reacción K del suelo.

Tráfico.

Transferencia de Carga y Soporte Lateral.

Propiedades del Concreto.

Módulo de Ruptura (Considera una reducción del 15% por seguridad).

Módulo de Elasticidad Fijo = 4,000,000 psi.

Módulo de Poisson Fijo = 0.15.

Comparativa entre los métodos de diseño

Ambos métodos de diseño son apropiados para el diseño de espesores de pavimentos rígidos en cualquier tipo de proyecto, sin embargo el método AASHTO hace intervenir un mayor número de variables que nos ayudan a modelar de mejor manera las condiciones del proyecto al momento de estar diseñando su espesor. Los resultados del método de la PCA son adecuados para cualquier tipo de proyecto a pesar de que no se puedan tomar en cuenta algunos factores importantes como lo son la serviciabilidad inicial y final. En cambio considera de una manera máss real la contribución del tráfico en la formulación.

ESTRUCTURAS DE PASO:

PUENTES

1. Definir Tráfico inducido para el proyecto

El objeto de inducir o pronosticar el trafico es el de cuantificar la demanda de uso de sistemas de transporte y su proyección al futuro.

Los pronósticos de tráfico son necesarios para:

• Planeamiento del transporte en general, elaboración de planes de transporte.

• Dimensionamiento de la infraestructura

• Evaluación técnica, económica y financiera de proyectos.

2. Definir la altura total de la infraestructura y recomendar el tipo a analizar

Para definir la altura del puente se deben tener muchos estudios, ya sean hidrológicos, de suelos y de sedimentos, ya que según estos se definirá la altura del puente sin que corra riesgo de alguna riada por una crecida máxima y para que soporte el máximo caudal y transporte de sedimentos lo que provoca socavación, son los aspectos con los que se debe tener cuidado al proyectar un puente

3. Definir el concepto de accesos e identificar en los planos

Accesos es lo que se podría decir la transición entre la carretera y el puente un lugar que cambia la carretera para el ingreso y salida del puente este debe tener una pendiente dependiendo del alcance del puente ya que si esta en mayor altura a la carretera se deberá colocar una pendiente mas pronunciada al acceso pero en lo general se trata de utilizar un 3 % de pendiente gracias a esto se denomina también la distancia a la que se deberá empezar el acceso, es por eso que cuando se realiza el diseño de una carretera se debe identificar los lugares en los que se emplazaran puentes y también decidir que tipo de puente.

CLASIFICACION DE LOS PUENTES:

Los puentes pueden clasificarse de acuerdo a su longitud tota, longitud de vano, calzada, objetivo, materiales y diseño o restructuración.

Longitud totalDe acuerdo a la longitud total (L) los puentes pueden agruparse según el siguiente criterio de clasificaciónAlcantarillas y puentes losas 0,50 m ≤ L ≤ 10,0 mPuentes menores 10,0 m < L ≤ 40 mPuentes medianos 40,0 m < L ≤ 200 m

Puentes mayores 200,0 m < LLongitud de vanoDe acuerdo a la longitud de la luz libre o vano (Lv) las estructuras se clasifican en.Alcantarillas y estructuras menores 0,5 m ≤ Lv ≤ 10 mEstructuras medianas 10 m < Lv ≤ 70 mEstructuras mayores 70 m < Lv CalzadaDe acuerdo al numero de carriles o vías de transito para el cual esta diseñado el puente, este se puede clasificar como puente simple vía, doble vía, triple vía o mas.

Por el objetivoCon relación a su finalidad y objetivo, los puentes pueden clasificarse en:Puentes ruralesPuentes urbanosViaductosPasos DesniveladosPuentes Peatonales o PasarelasPuentes FerroviariosPuentes MilitaresPuentes Provisorios

MaterialesDe acuerdo a los materiales constituyentes del puente, estos pueden ser:De MaderaDe AceroDe Hormigón ArmadoDe Hormigón pretensadoDe Mampostería y Sillería yPuentes mixtosDiseñoDe acuerdo a su diseño o estructuración, los puentes pueden clasificarse de acuerdo a los siguientes:Puentes de tramos simples apoyados, continuos o de vigas voladizas (Herber)Puentes en arcoPuentes Apuntalados en el que el tablero actúa como puntal entre estribosPuentes Aporticados, marcos.Puentes colgantes, con o sin viga atiesadoraPuentes Atirantados

BADENES

Los badenes son depresiones en el perfil de una carretera que permiten el paso de vehículos y además del flujo de una quebrada que atraviesa la vía la superficie de rodadura actúa tanto como una porción del canal como le tramo corto de una carretera una desventaja del Baden es que por lo general implica una reducción en la velocidad de los vehículos que pasan por dicha estructura. La mayor ventaja es que permite el paso

de material de arrastre que trae el curso del agua, particularmente si este es de gran tamaño. El badén debe tener una longitud aproximadamente igual al ancho del cauce, de manera que la topografías natural se altere mínimamente.

Así mismo el perfil de la vía debe mantener una transición suave y se debe instalar señales que prevengan al conductor de la existencia de un badén para evitar el transito durante lluvias muy intensas y cuando la vía se encuentre seca, los vehículos no “salten” debido al cambio brusco de pendiente en los extremos del badén.

Es importante proteger el cauce aguas debajo de los mismos debido a que se puede producir erosión regresiva que termina destruyendo el camino.

ALCANTARILLAS DE CAJON O PORTICOS (BOX COULVERT)

Los cajones son estructuras de sección rectangular con paredes, techos y piso de concreto reforzado cuya construcción requiere cuidados especiales. Trabajan en conjunto como un marco rígido que absorbe el peso y el empuje del terraplén la carga viva y la reacción del terreno.

Tanto las losas como los muros son delgados y de poco peso, el conjunto tienen una amplia superficie de sustentación.

El rango más usual de aplicación de este tipo de estructura es de luces entre 3 metros y 6 metros, alturas entre 4 metros y 9 metros, admitiéndose varios múltiples para luces iguales o mayores a cuatro metros. En general este tipo de alcantarilla no se la diseña con tapada de terraplén sino que la losa (con una capa de recubrimiento) se utiliza como superficie de rodamiento.

Esta situación requiere el diseño de losa de aproximación para disminuir los asentamientos relativos entre estructura y terraplena adyacente.

El modelo con platea admite menores tensiones del suelo de fundación (del orden de 40% del que requieren pórticos sobre zapatas), haciendo posible el uso de este tipo de obra sobre terrenos de baja calidad.

ALCANTARILLAS DE BOVEDAS

Las bóvedas son estructuras cuya sección transversal interior esta formada por tres partes principales: El piso, dos paredes verticales que son las caras interiores de los estribos y sobre estas, un arco circular de medio punto o rebajado, que es el intradós de un arco estructural de sección variable con un mínimo de espesor en la clave.

En general, las bóvedas se construyen con mampostería de tercera y mortero de cemento 1:5. Para construir el arco se requiere un molde de madera, que se aprovecha también

para colocar la clave a lo largo de la obra. La clave, de concreto simple de f´c= 100 Kg/m2, cierra le arco en el centro con juntas radiales y tienen un ancho medio mínimo de 35 cm.. Las piedras d el arco tienen hasta donde es posible, juntas radiales, con cuatropeo longitudinal y una mayor dimensión del estrados. Cuando se use cemento normal, el descimbrado se hará a los catorce días de colocada la clave, tiempo a partir del cual se construirá el terraplén.

El zampeado del piso y los dentellones ubicados aguas arriba y abajo para proteger el suelo contra la erosión pueden omitirse en terrenos rocosos. Para eliminar el empuje hidrostático sobre los muros, se coloca una capa de 30 cm de espesor de material graduado en el respaldo de cada estribo.

TIPOS DE ALCANTARILLAS

Principalmente se emplean los siguientes materiales: concreto reforzado y el metal corrugado; con menos frecuencia se realiza alcantarilladas de madera, tubo de hierro fundido, tubos de barro vitrificado y ocasionalmente de mampostería.

ALCANTARILLAS DE CONCRETO

Los tubos de concreto destinados a usarse en las alcantarillas están fabricados de diámetros de 12 o 108 pulgadas y son de diferentes longitudes, la más usual es de 4 a 8 pies las especificaciones estándar establecen cinco clases de tubos en los que la resistencia aumenta en la clase I a la clase V. Las especificaciones muestra las secciones transversales del acero de refuerzo y la resistencia del concreto para tres medidas de espesores de pared. El refuerzo puede ser circular o elíptico.

Los tubos para alcantarillas fabricados de concreto reforzado que se emplea en aplicaciones especiales, se fabrican con una sección transversal distinta a la circular, las formas elípticas y de arco son de uso común. Los tubos de concreto para alcantarillas tienen juntas machihembradas o de campana; durante la construcción se sellan las juntas con concreto de cemento Pórtland, empaques de caucho, u otros materiales. La preparación de pisos de lecho donde va a colocarse el tubo requiere de mayor o menor cantidad de cuidado.

Esta preparación o plantilla puede variar desde la forma simple del fondo de una zanja o del suelo sobre el que coloca el tubo hasta embeber el tubo en una cuna de concreto dependiendo de las condiciones de cimentación, de las cargas sobre el tubo y de otros factores. Las alcantarillas de tubo se construyen con mayor frecuencia en la llamada “en proyección” que es la alcantarilla que se construye sobre la superficie del suelo en la zanja, y el relleno se coloca a su alrededor. En estos casos, y teniendo suelos y altura de relleno comunes sólo necesita darle al alojamiento del tubo un poco mas de atención.

Las alcantarillas de cajón de concreto se construye en el sitio con una sección transversal cuadrada o rectangular. Las alcantarillas de cajón simple varían en su tamaño desde 2 hasta 12 pies por lado, dependiendo del área necesaria para la vía de

agua. La mayoría de las oficinas de carreteras de los estados utilizan diseños estandarizados para diferentes medidas del cajón para las alcantarillas quizás las medidas para el cajón para las alcantarillas de concreto mas comúnmente empleadas se encuentran 4 y 8 pies por lado incluyendo medidas tales como 4’ x 4’, 4’ x 6’, 6’ x 6’, 4’ x 7’, y muchas otras las alcantarillas de sección transversal rectangular en los lugares en que se desea reducir la altura de la misma para proporcionar una protección adecuada entre la parte superior de la alcantarilla y la superior de la calzada.

ALCANTARILLAS DE METAL CORRUGADO

El acero corrugado se utiliza en diversas formas en la construcción de alcantarillas para el drenaje de las carreteras.

Para tubos de metal corrugado (acero galvanizado) se hacen en diámetros que varían en 8 96 pulgadas y en longitudes que van desde los 20 hasta los 40 pies. Se emplea material de diferentes espesores, por lo general de calibre comprendido entre 16 y 8. los canales formados en las hojas de metal miden 2 2/3 de pulgada de cresta a cresta, y ½ pulgada de profundidad. El tubo estándar se manufactura flexionando la hija del metal corrugado para darle una forma circular y remachando la junta longitudinal. Los tubos corrugados helicoidales tendrán de preferencia una junta longitudinal cosida con doblez en lugar de una ribeteada. En el campo los tramos de metal corrugado pueden unirse por medio de una camisa o por medio de una banda conector que tiene varias acanaladuras en su longitud, en cada extremo de la banda se remachan ángulos de hierro y se unen por medio de pernos

El diámetro de los tubos de metal corrugado tipo es de 8 pies. Este hecho ha conducido al desarrollo de un método de construcción en el cual se utiliza placas de metal corrugado más pesadas y curvas y se unen con pernos entre si para formar tubos circulares o arcos.

La medida estándar es de 13 pies 2 pulgadas de altura y 20 pies 7 pulgadas de claro.

MUROS Y ALAS DE ALCANTARILLAS

Los muros principales de las alcantarillas se construyen principalmente para proteger los lados del terraplén contra erosión. Algunas autoridades hacen referencia al muro aguas arriba como “muro de cabeza” y a la de aguas abajo como “muro terminal”. Además de cumplir la función de control de la erosión, los muros sirven para evitar la separación de las alcantarillas formadas por tramos de tubos y para retener el relleno. Los materiales más comúnmente empleados en los muros son concreto, mampostería (piedra o grava), y metal. De éstos, el concreto es el de uso más amplio debido a su adaptabilidad a todos los tipos de alcantarilla y por que se presta a un trato arquitectónico interesante.

En la selección del tamaño y tipo de muro que convenga utilizarse en un caso dado, debe considerarse los puntos relativos a la economía. Además, debe dársele alguna importancia a las cuestiones astáticas, pues el muro es la parte principal de la estructura de la alcantarillas promedio que queda visible para el viajero. Por supuesto, no siempre es necesario, y su empleo deberá evitarse donde sea posible, debido a su costo. Los muros son la parte más cara de la instalación de las alcantarillas promedio; el muro deberá hacerse tan pequeño como sea posible y consistente con un diseño adecuado. También, deberá considerarse la seguridad del transito par escoger el tipo de muro.

Muchos tipos diferentes de muro son utilizados por diversos organismos de carretera; por lo general, cada organismo ha desarrollado diseños estándar que se utilizan siempre que sea posible. Diferentes organizaciones ha dado diversas ilustraciones de instalaciones típicas de los muros empleados con mayor frecuencia.

La figura 11 – 13 es un dibujo que ilustra los detalles de los muros terminales estándar utilizados por Virginia Department of Highways en alcantarillas de tubo múltiple. Las partes acompañadas de este muro generalmente se llaman “aleros”. El muro terminal que se ilustra en la figura 11 – 12 es típico del tramo final metálico y prefabricado que se utiliza en pequeñas alcantarillas de tubo metálico corrugado.

En interés de la seguridad, los organismos de carreteras deberán considerar la colocación de una reja atravesada en el extremo de la alcantarilla si existe peligro de que los vehículos choquen con el muro

SELECCIÓN DEL TIPO DE ALCANTARILLA

La selección del tipo de alcantarilla que se debe utilizar en un lugar determinado, depende de la necesidades hidráulicas y de la resistencia requerida para soportar el peso del relleno o de la carga que se mueve sobre ruedas después de que se han establecido estos elementos la selección se vuelve por mucho, un asunto económico, deberá tomarse en consideración la durabilidad y el costo de la estructura completa, incluyendo aspectos tales como el costo inicial de las unidades manufacturadas y los costos de transporte e instalación. En cualquier comparación total del costo de los diferentes tipos de alcantarilla que pueda seleccionarse para su uso en una instalación dada, deberán considerarse también el costo de mantenimiento

OBRAS DE ARTE EN CARRETERAS

DISEÑO DE ALCANTARILLAS DE HORMIGO Y METÁLICOS

El manual de diseño de alcantarillas de mayor empleo y aceptación en el mundo sea el “Hydraulic Chart for the selectiion of highway culverts” de U.S.A.

En el diseño convencional se evalúan los controles de flujo de entrada y de salida. El tirante de agua a la entrada (tirante del estanque corriente arriba sobre la parte mas baja de la entrada) se calcula para el gasto de descarga para el proyecto suponiendo que:

1) rige el control de entrada y

2) que rige el control de salida.

Entonces el tirante mas alto de agua requerida de los dos define el tipo de control y la alcantarilla adquiere la categoría de “control de entrada” o de “control de salida”. Con objeto de hacer expeditos los cálculos se simplifican las suposiciones, y por comparación de los tirantes de entrada, se evita la difícil labor de definir el perfil del flujo real a lo largo del conducto de la alcantarilla no obstante con este método de diseño convencional, no se hace el intento de modificar las condiciones de flujo des-balanceado que pueda existir. La curva de comportamiento de control de entrada representa la capacidad de flujo real de la alcantarilla en tanto que el comportamiento más favorable de la curva de control a la salida es el potencial del conducto de la alcantarilla y estos términos no se logra la capacidad completa del conducto y existe una situación que no es económica.

ESPECIFICACIONES DE LAS DIFERENTES CPAS DEL PAVIMENTO FLEXIBLE

• CAPA DE RODADURA.

Superficie de rodamiento constituida por materiales endurecidos para pasar minimizados los esfuerzos hacia las tracerías. Pueden ser materiales granulares con o sin liga, o mas comúnmente de concreto asfáltico o hidráulico, en sus diferentes variantes. Constituye el área propiamente dicha por donde circulan los vehículos y peatones.

Especificaciones de las diferentes capas del pavimento flexible (capa base)

CAPA BASE.

Constituye la capa intermedia entre la capa de rodamiento y la subbase. Generalmente se la usa en los pavimentos flexibles. Se compone de materiales pétreos con buena distribución granulométrica. Esta capa permite reducir los espesores de carpeta, dada su función estructural importante al reducir los esfuerzos cortantes que se transmiten hacia las capas inferiores. Además cumple una función drenante del agua atrapada dentro del cuerpo del pavimento.

Esta capa puede componerse de grava o agregados triturados, aun cuando los agregados se obtengan de gravas no menos de un 50 5 en peso de de los agregados gruesos, deberá tener por lo menos una cara fracturada

.

CARACTERISTICAS CALIDAD

DESEABLE ADECUADA

Tamaño Máximo (mm) 38 51

% de Finos 10 Max. 15 Max

(Mat. 0.074 mm) - -

Limite Liquido % 25 Max. 30 Max.

Índice plástico % 6 Max. 6 Max.

Compactación % 100 Min. 100 Min

(AASHTO Est.) - -

Equivalente de Arena % 45 Min 30 Min.

CBR % 100 Min. 80 Min.

Desgaste los Angeles 40 Max. 40 Max.

CAPA SUB-BASE.

Es una capa de materiales pétreos, de buena graduación, construida sobre la subrasante. Esta capa, al igual que la anterior, deberá cumplir con los requisitos de compactación y de calidad a que se hace referencia para la capa subrasante.

Esta capa es la que subyace a la capa base, cuando esta es necesaria, como es el caso de los pavimentos flexibles. Normalmente, la sub-base se construye para lograr espesores menores de la capa Base, en el caso de pavimentos flexibles.

En el caso de pavimentos de concreto, en muchos casos resulta conveniente colocar una capa Sub-base cuando las especificaciones para pavimento son mas exigentes.

CARACTERISTICAS

CALIDAD

DESEABLE

ADECUADA

TOLERABLE

Tamaño Máximo (mm)

51 51 76

% de Finos 15 Max. 25 Max 10 Min.

(Mat. 0.074 mm) 20 Max.

Limite Liquido % 25 Max. 30 Max. 40 Max.

Índice plástico % 6 Max. 10 Max. 15 Max.

Compactación % 100 Min. 100 Min 95 Min.

(AASHTO Modif.) - - AASHTO estandar

Equivalente de Arena %

45 Min 30 Min. -

CBR % 40 Min. 30 Min. 30min.

Desgaste los Angeles 30 Max. - -

Especificaciones de las diferentes capas del pavimento flexible

CAPA SUBRASANTE.

La subsazante se refiere al suelo que se encuentra aproximadamente un metro bajo el pavimento. Para terraplén es la parte que se encuentra a una profundidad de un metro bajo la superficie acabada del mismo. En caso de corte la subrasante implica la parte bajo un metro bajo la superficie excavada. Esto también incluye material de relleno que reemplaza completa o parcialmente al suelo natural inapropiado para la construcción de caminos suelos estabilizados tratado con cal cemento, el material de relleno utilizado en una sección de transición entre el corte y el terraplén y la capa filtrante diseñada para impedir que el suelo de la sub rasante se introduzca a la capa sub. base. La superficie de sub rasante terminada se introduzca a la capa sub base.

De acuerdo al estudio que se realiza (ensayo de laboratorios),se emplea para el diseño preliminar el valor de capacidad Sopote California. En esta capa el uso de suelo generalmente es el suelo que se encuentra en la Sub-rasante, en caso de que este suelo sea malo se lo cambia por otro.

Entre las especificaciones que debe cumplir el suelo para esta capa están detallados en la siguiente tabla:

CARACTERISTICAS CALIDAD

DESEABLE ADECUADA TOLERABLE

Tamaño Máximo (mm) 76 76 76

% de Finos - - -

(Mat. 0.074 mm) 25 Max. 35 max. 40 Max.

Limite Liquido % 30 Max. 40 Max. 50 Max.

Índice plástico % 10 Max. 20 Max. 25 Max.

Compactación % 100 Min. 100 + - 2 100 + - 2

(AASHTO Est.) (1) - - -

CBR % 30 Min. 20 Min. 15 min.

(1) con la humedad de compactación hasta 3% mayor a la optima.

ESTUDIOS PRELIMINARES AL DISEÑO ESTRUCTURAL DE CARRETERAS:

Para iniciar cualquier proyecto de pavimentación se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones.

Tránsito vehicular.

Consideraciones del terreno de apoyo (Estudio de suelos de fundación).

Descripción y especificaciones de materiales (Material granular, arena).

Confiabilidad del proyecto (Sobre la base de los tres puntos o incisos anteriores).

E) Diseño geométrico

ESTUDIO DE SUELOS PARA CARRETERAS Y CALLES

La ingeniería de caminos, y la construcción de calles y autopistas es, a la vez, arte y ciencia. Sin embargo los caminos son, en primer lugar, un medio de transporte. Deben construirse para resistir y mantener adecuadamente el paso de los vehículos. Con objeto de lograrlo, el diseño de adoptar ciertos criterios de resistencia, seguridad y uniformidad. La mayor parte de estos criterios proceden de la dura escuela de la experiencia, mientras que algunos han evolucionado con la investigación y sus correspondientes ensayos. Así se ha establecido normas generales. Pero Estas se encuentran sujetas a modificaciones, ya que los caminos están asociados Íntimamente con la superficie de la tierra, la cual rara vez se sujeta a criterios matemáticos.

Se denomina pavimento a toda la estructura de una carretera, el pavimento esta conformado por:

Rasante de pavimento

Capa o Carpeta de Rodadura

Capa Base

Capa Drenante / Capa Binder (Esta capa se encuentra entre las capas Base y Sub – base)

Capa Sub – base

Capa Sub – rasante

Terreno de Fundación o Explanada

Estudio hidrológico de por lo menos de 50 años de antigüedad

Existen tres tipos de pavimentos que son:

Pavimentos Flexibles (Concreto asfáltico - Tratamiento Superficial).

Pavimento Rígido.

Pavimento Articulado.

DISEÑO DE DRENES DE PAVIMENTOS:

La importancia del drenaje en carreteras es bastante ya que gracias a esto se garantiza mas durabilidad de la carretera en construcción, aquí se presenta algunos parámetros para el diseño de carreteras: