TEMA DE EXPOSICION

DISEÑO DE CAMINOS, ESTUDIO Y TRAZO

EXPOSITOR: ING. CIP. WESLEY SALAZAR.BRAVO

1. Método topográfico2. Método de trazo directo3. Métodos fotogramétricos.

METODOS DE DISEÑO

1. Reconocimiento 2. Estudio Preliminar 3. Estudio Definitivo.

Método Topográfico: ETAPAS

1. RECONOCIMIENTO. Con la finalidad de seleccionar la mejor ruta.

RUTA: Corresponde a aquella franja de terreno de ancho variable comprendida entre dos puntos obligados de paso extremos y que pasa por puntos obligados intermedios dentro de la cual es factible hacer la localización del trazado de una ruta.-

1. METODO TOPOGRAFICO:ETAPAS DE LOS ESTUDIOS DE INGENIERIA

DE CARRETERAS PARA EL DISEÑO DE

CARRETERAS.

Antes de realizar el Reconocimiento DE RUTA, se debe obtener información sobre la zona en estudioMapa del Perú 1/1´000,000 redactados a base de la Carta Nacional Carta Nacional 1/ 200,000Carta Nacional 1/100,000Diagramas viales Mapas viales .

PUNTOS DE CONTROLa. Clases de Puntos de Control

a.1. Puntos de Control Naturales:

Abras o punto de paso entre dos cuencas, laderas apropiadas para el trazo, zonas rocosas, pantanos (no adecuado para el trazo).

P1, P2 = Puntos Cima de Cerros A = Abra 1, 2 = Posibles rutas de trazo Abra. Son puntos importantes de la topografía del terreno, que se

busca para pasar de una cuenca a otra. Toda Abra parta ser utilizada debe cumplir con los siguientes

requisitos: Que tenga menor elevación, respecto a las abras próximas. Que tenga accesos favorables. Que se aproxime mas a la dirección del trazo.

a.2. Puntos de Control Artificiales. Son puntos hechos por el hombre, como, pueblos, ciudades, zonas arqueológicas, puentes, alcantarillas

a.3. Punto de Control Positivos. Puntos que atraen el trazo de la carretera debido a otorgan facilidad para la ubicación de curvas, puentes, alcantarillas, etc., dentro de estos se encuentran las abras, cuellos en ríos, laderas apropiadas para el trazo, etc.

a.4. Punto de Control Negativo. Generalmente son hechos por la naturaleza y que dificultan o impiden el trazo de la carretera, dentro de estos puntos, se tiene los pantanos, zonas rocosas, zonas agrícolas, cementerios, casas de campesinos, etc.

Río = Natural (+) Puente = Artificial (+) Pantano = Natural (-) Abra = Natural (+) Cementerio = Artificial (-) Zona Agrícola = Artificial (-)

TRAZO DE LÍNEA DE GRADIENTE

Material a usar: Plano topográfico: A escala 1/2000 con equidistancia de curvas de

nivel de 2.00 m Compás. Escalímetro o regla centimetrada Calculadora lápiz, borrador y papel para calcular. Es muy

aconsejable que se encuentren cuente con un plano geológico.

PROCESO Definir los puntos inicial, puntos positivos de control (por donde

debe pasar la carretera), los puntos negativos de carreteras (por donde no debe pasar la carretera, punto final).

Para cada dos puntos de control mas inmediatos determine sus cotas y la longitud de la Línea de vuelo entre ellas (distancia recta) a la se le aumentará un porcentaje (de acuerdo a la Topografía), obteniéndose la Longitud Probable de Trazo, a fin de que con estos valores calculamos la pendiente para la siguiente formula :

Si la i calculada es un dato compatible de diseño o trazo se procede a calcular la abertura del compás.

Si la diferencia de alturas es considerable se hace la necesidad de generar una mayor longitud esto, se hace planteando desarrollos y consecuentemente se tendría que buscar en el plano los lugares más convenientes para las curvas de vuelta.

La definición de la abertura de compás se ejecuta así: Si tenemos un plano topográfico consecuentemente conocemos su escala: 1/k y también la equidistancia entre curvas de nivel: E , si deseamos trazar una línea de gradiente con pendiente i, entonces:

Habiéndose definido la abertura del compás se procede a tratar de unir los puntos en referencia, pudiéndose dar los siguientes casos:

1. Que se logre unirlas

2. Que no se logre unirlas, en este caso tendremos que abrir o cerrar la abertura del compás, en procesos alternativos hasta que logremos unir los puntos, logrando unir los puntos tendremos que recalcular el i para dicha abertura de compás. Así sucesivamente abra de procederse para los otros puntos hasta lograr el puntos final sin descuidar las estipulaciones que fijan la NPDC. para la pendiente.

A medida que se va trazando las líneas de gradiente se va obteniendo el cuadro de características para cada ruta:

CALIFICACIÓN Y SELECCIÓN DE LA MEJOR RUTA Se formula un cuadro comparativo de las características

fundamentales de las rutas trazadas, las características o trazo son: longitud, pendiente, medida y máxima, longitud de puentes, número de alcantarillas, número de curvas de vuelta, badenes, comunidades que se logran unir u otras características que nos darán mayor y mejor elementos de juicio en el proceso de calificación.

Entre los métodos para calificar y dar: Método de las pesos absolutas Método de las pesos relativas.

Método de las Pesos Absolutos Este método es bastante sencillo pues consiste en calificar con el guarismo 1 a la característica o factor: lo más económico, lo más cómodo, lo más seguro, y lo de mayor beneficio social; con 2 a lo regular y con el guarismo 3 a lo más antieconómico, lo menos cómodo, lo menos seguro, y es de menos beneficio social.

1. Lo más económico, lo más cómodo, lo más seguro. 2. Lo regular e intermedio. 3. Lo antieconómico, lo incómodo, lo menos seguro.

RECOMENDACIONES PARA EL TRAZO DE LAS LÍNEAS DE GRADIENTE

No es muy adecuado tomar las pendientes límites sino un valor ligeramente menor ya que en los estudios posteriores probablemente haya reducción de longitud lo que conllevaría a que suba la pendiente y si habríamos usado, los valores extremos lógicamente.

Para las pendientes máximas pueden tomarse una holgura 0.5, 1, 2 o 3%; para la pendiente media la holgura puede 0.3, 0.2 %.

Al trazar los compasados no se debe saltear ni repetir curvas de nivel.

Es adecuado saber relacionar la ubicación para las curvas de volteo.

No es muy apropiado exagerar el número de los cambios de las pendientes.

Tener cuidado en los cálculos ni en el manejo de las escalas. En el dibujo del plano en planta en los puntos de cambio de

pendiente se ubicara la pendiente que se modifica por medio de una flechita y el correspondiente guarismo.

DESARROLLOS

No se utilizarán desarrollos en Carreteras de Primer clase, Multicarril y de Segundo clase, en las restantes se evitará, en lo posible, los desarrollos artificiales. Cuando las circunstancias hagan indispensable su empleo, el proyectista hará una amplia justificación de ello.

Las ramas de los desarrollo tendrán la máxima longitud posible y la máxima pendiente admisible, evitando la superposición de varias de ellas sobre la misma ladera.

Al proyectar una sección de carretera en desarrollo, será probablemente necesario reducir la velocidad directriz, lo que se hará con sujeción a lo dispuesto en el Presente Reglamento

ESTUDIO PRELIMINAR Después de haber hecho en la etapa de estudio del trazado un

reconocimiento de cada una de las rutas seleccionadas, y luego de hacer una evaluación de cada una de las alternativas y seleccionar la que reúna mejores condiciones se llega a la etapa del estudio preliminar o anteproyecto donde se debe fijar en los planos la línea que represente la ruta seleccionada y para tal fin hay que realizar un estudio topográfico de la misma a través de una poligonal base.

POLIGONAL BASE.

La poligonal base recibe este nombre debido a que servirá de apoyo para el futuro replanteo de la obra.

El levantamiento de esta poligonal consiste en la medición de los ángulos y los lados, en la nivelación de todos sus vértices y en la toma de las secciones transversales.

Estas poligonales son abiertas, por que comienzan y terminan en puntos diferentes, pero deben tener controles en su trayectoria, según esto se pueden presentar dos casos:

a) Poligonales que comienzan y terminan en puntos de coordenadas conocidas, las cuales tendrán control azimutal y métrico.

b)Poligonales que comienzan y terminan en puntos de coordenadas desconocidas, las cuales tendrán control azimutal a través de azimuts determinados por medio de observaciones solares y que se aconsejan realizar cada 5 kilómetros.

OBJETIVO. El objetivo fundamental es plantear la poligonal del eje. Este trabajo comprende:

Planteamiento de la poligonal propiamente dicha. Determinación de las coordenadas de los puntos intersección (PI) o

vértices de la poligonal. Obtención del perfil longitudinal. Obtención de secciones transversales. Analizar el trazo, respecto a los cortes y relleno, a fin de obtener un

buen estudio definitivo TRAZO DE LA POLIGONAL PRELIMINAR Cuando se tienen localizados los puntos obligados se procede a ligar

estos mediante un procedimiento que requiere: El trazo de una poligonal de apoyo lo mas apegada posible a los

puntos establecidos por la Ruta Elegida, ya que será la base del trazo definitivo.

La poligonal base es una poligonal abierta a partir de un vértice o punto de inicio procediéndose a estacar a cada 50 ó 100 metros, y lugares intermedios hasta llegar al vértice siguiente.

Se recomienda que la pendiente será de dos a cuatro unidades debajo de la máxima especificada donde sea posible para que al trabajo en gabinete tenga mas posibilidades de proyectar la subrasante, incrementando la pendiente a la máxima si es necesario para economizar volúmenes.

Nivelación de la poligonal, es a cada estaca trazada, que será útil para definir el Perfil Longitudinal y Secciones Transversales.

PROCESO DEL OBTENCIÓN DEL PERFIL LONGITUDINALLuego del estacado de la poligonal. Cuando se ha llegado a complementar un kilómetro.Se determinar la cota para cada estaca, de la siguiente manera:

Resulta bastante ventajoso formular el siguiente cuadro

Con los valores distancia y cota de cada estaca se procede a dibujar a dibujar en la lamina usando las correspondientes escalas. Planteados los puntos, estos se unen por medio de segmentos. Previamente al dibujo deberá hacerse vaciado los valores de las cotas de cada estaca en el formato correspondiente.

Estudio de la línea rasante (o sub – rasante). Hay dos métodos: Método del hilo o filo de la escuadra. Método de los mínimos cuadrados.

Método del hilo. Consiste en:

Ayudándonos con un hilo plantear líneas de rasante (o sub–rasante) para un conjunto de puntos del terreno que sigan muy aproximadamente una misma inclinación; definir el extremo obteniendo la distancia el tramo en estudio y la cota que se había alcanzando. Luego se calcula posible pendiente que se está planteando, debiendo seguidamente ejecutar el redondeo al décimo del porcentaje o a los 5 céntimos, para proceder luego a calcular la cota del extremo del tramo en estudio.

1. Se calcula las cotas intermedias, puesto que se conoce:

2. i = Pendiente

3. Espacio entre cotas

Cota de la estaca inicial, que generalmente para el inicio del trazo es la cota del terreno.

Luego del cálculo, los valores son colocados en el formato correspondiente.

Se procede en pasos análogos a lo anteriormente descrito para el resto de puntos del terreno, de acuerdo a su inclinación o pendiente.

Ejemplo: Si se plantea ir del nivel 1050.00 al nivel 1058.91 en una longitud de 600.00 metros.

Se adopta = 1.50% Por lo que la cota del extremo será:

Por consiguiente La cota = 1050.00 + 9.00 = 1059.00

En este método los criterios para ubicar las líneas de rasante son: Toda línea deberá cumplir con las especificaciones de las Normas

Técnicas pertinentes, tanto en el valor de “i” como en la correspondiente longitud.

Es preferible tener corte a un relleno. Los PIs. Verticales deben ubicarse en estacas enteras. No generar innecesariamente continuos cambios de pendientes

DIBUJO DE PERFIL LONGITUDINAL.

Este se hace en papel milimetrado, en escalas 1:1000 horizontal y 1:100 vertical, o 1:2000 horizontal y 1:200 vertical. Esta relación de escala facilita la visualización de los datos del perfil.

En estos planos se dibujará el perfil natural del terreno deducido de las curvas de nivel de la planimetría, indicando todos los detalles importantes de la topografía del terreno, quiebres del mismo, quebradas, ríos, rumbos obligados, etc.

SECCIONES TRANSVERSALES Para obtener las secciones transversales en un trazo topográfico, se

debe seguir los siguientes pasos:

• En el plano en planta, donde se tiene ya el trazo horizontal

• Con lo que se había obtenido un conjunto de pasos ordenados que pueden ser trasladados a un dibujo a escala, dicho dibujo es la forma del terreno en sentido perpendicular al eje, para lo cual resulta muy ventajoso llevar el siguiente registro

A escala 1/200, tanto horizontal como vertical, se llevar los datos a fin de ubicar cada uno de los puntos de las secciones transversales y luego de graficarlos, unirlos con segmentos de recta.

En cada sección transversal se ubica la cota de la sub-rasante. Con la ayuda de una plantilla o caja, de acuerdo a las Secciones

Típicas, la que previamente se habrá diseñado y dibujado la plataforma de la carretera con sus correspondientes taludes de corte y/o relleno en forma abierta, se procede a dibujar la caja del siguiente modo.

1.Se desliza la plantilla por debajo de la lámina de las secciones transversales, debiendo hacer coincidir la cota de rasante (o sub-rasante) que se señala en el plano con el centro de la plataforma que corresponde ubicar (sea corte completo, o relleno completo o media ladera), según como se haya encontrado el nivel de la rasante o sub-rasante respecto del nivel del terreno de la estaca en estudio.

2. Luego se calcula y se dibuja la caja correspondiente. Se anota las cotas de la rasante en el plano para cada una de las

estacas, tal como se detalla en el ejemplo que se adjunta.

3.Se obtiene las áreas de corte y/o relleno, anotando sus valores también en el plano

PARA CONFECCIONAR UNA SECCION TIPICA SE DEBE TENER EN CUENTA LOS SIGUIENTES ELEMENTO QUE

INTERVIENEN, COMO SON:

Espesor del Pavimento (0.40 m.) Ancho de la Faja de Rodadura (3.00 metros por carril), en

total 6.00 metros. Ancho de la Berma de acuerdo a las Normas 2001. Ancho que genera el talud de relleno del pavimento (se

calcula) Bombeo hacia la cuneta de acuerdo a normas 2001. Talud de Corte de acuerdo a normas 2001 Talud de Relleno de acuerdo a normas 2001 Ancho y Alto de la cuneta de acuerdo a normas 2001, pero

debido a que esta norma califica con mayor ancho y profundidad que las normas 69, se recomienda usar el ancho y alto establecido por dichas normas, para una zona lluviosa.

NOTA. Se recomienda a los alumnos que lean las normas 2001 que se supone ya deben de tenerlas

ESTUDIO DEFINITIVO.1.00 GENERALIDADES.

El Estudio Definitivo tiene el propósito u objetivo es adaptar o acomodar el trazo de la carretera al terreno, en detalles y tanto como sea posible a la topografía y dentro de las Normas Técnicas respectivas. El proyecto es un proceso de ensayo (tanteos sucesivos), teniendo en cuenta que la habilidad del proyectista viene con la práctica y la experiencia, es así que pocas veces los mejores Ingenieros pueden encontrar la mejor solución a la primera tentativa.

Después de haber realizado el Estudio Preliminar, y haber evaluado y aprobado este estudio, se procede a realizar el Estudio Definitivo, donde se estaca definitivamente tanto en el terreno (si es trazo directo) o el plano (si se trata de un estudio topográfico).

PLANTA DEL EJE

PERFIL LONGITUDINAL

PLANO DE SECCIONES TRANSVERSALES

El Estudio Definitivo consta de las siguientes Etapas:

1° Diseño en Planta del Eje.

Alineamientos.

Cálculo de Coordenadas.

Diseño de Curvas Horizontales.

2° Diseño del Perfil del Eje. Línea de sub-rasante. Diseño de Curvas Verticales.

3° Diseño de las Secciones Transversales. Taludes de Corte Taludes de Relleno Cajas para Corte Completo, Relleno Completo y media Ladera.

4 Diseño de las Obras de Arte. Alcantarillas. Aliviaderos. Puentes y Muros de Contención.

5 Especificaciones Técnicas para la Construcción.

6° Presupuesto de Obra. Metrados. Costos Unitarios. Presupuestos (Parciales y General) Fórmula Polinómica de Ajuste Automático de Precios.

7° Programación de Obra.

2.00 DISEÑO EN PLANTA DEL EJE. El proyectista debe tener en cuenta que el trazado de definitivo es el resultado de combinar armónicamente las características de la arquitectura de la vía (planta), a la topografía del terreno y a las normas de carreteras vigentes sin descuidar la parte económica para la construcción.

Antes de realizar el estacado del eje (a cada 20 metros en tramos rectos y a cada 20, 10 ó 5 metros en tramos curvos, de acuerdo a la amplitud de la curva), se procede a estudiar y reformular de ser necesario el estudio preliminar con la intensión de mejorarlo

2.01PRINCIPIOS GENERALES.

1. En terreno ondulado, emplear alineamientos ondulados suaves con curvas amplias en lugar de tangentes largas.

2. En terrenos de topografía muy plana, emplear tangentes largas que se acomoden a la forma del terreno.

3. Evitar cambios bruscos en el alineamiento.

4. Cuando sea necesario disponer curvas cerradas trate de introducir en el alineamiento una serie de curvas menos pronunciadas para ir preparando al conductor antes de entrar a la curva aguda.

5. Cuando sea posible ubicar los puentes en ángulo recto a las curvas de agua, ya que ello simplifica el trazo y la construcción.

6. Los puentes pueden diseñarse para cualquier alineamiento, gradiente u oblicuidad.

7. Evitar curvas horizontales severas la distancia mínima entre curvas seguidas y de dirección opuesta estará acorde con las transiciones del peralte.

8. Evitar tangentes cortas entre curvas que siguen una misma dirección, se denomina a estas “CURVAS DE DORSO QUEBRADO” y que las considera inconvenientes debido a su dificultad para mantenerse un diseño generalmente es posible eliminar la tangente de corta longitud utilizando curva compuesta.

9. Respete las normas técnicas peruanas de carreteras vigentes.

CURVAS HORIZONTALES TIPOS:

1. Trazo poligonal en elevacion. 2. Diseño de Curvas Verticales. 3. Cálculo de cotas del terreno y subrasante

DISEÑO DEL PERFIL

Secciones Transversales.