UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁCENTRO REGIONAL DE CHIRIQUÍFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

PROFESOR: ING. CARLOS RUÍZINTEGRANTES:

GONZÁLEZ NÉSTORORTEGA JORGEGRUPO: 2IC-141

FECHA DE ENTREGA: 26 DE JUNIO

INTRODUCCIÓN

El presente informe es un compendio sobre el diseño geométrico de una carretera ubicada en el distrito de Gualaca, el contenido del informe presenta tres alternativas posibles por donde estaría ubicada.

Se escogió la alternativa que a nuestro criterio es la que menos volumen de relleno presenta, el terreno es tipo ondulado y en ciertas partes atraviesan quebradas el eje central de la carretera y que por tal motivo se tiene que analizar de otra forma como se creará el alineamiento.

Más adelante en el desarrollo del contenido se mostrarán todos los análisis y cálculos correspondientes.

FASE DE ANTE-PROYECTO Y EVALUACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS

Ubicación del Proyecto

El proyecto está ubicado en el distrito de Gualaca entre la Chichicosa y el Guabo Abajo. (Puntos seleccionados por el profesor)

La ubicación de los puntos de origen y destino son los siguientes:

P.F:      LONG= 82°15'57'' O   LATITUD= 8°32'18''N P.I:       LONG= 82°17'23'' O  LATITUD= 8°32'51''N

Selección de las rutas posibles para el Proyecto vial

A

continuación se muestran sobre el terreno el trazo de las tres alternativas posibles ubicadas en consenso mutuo por los integrantes del grupo.

Ruta 1

Ruta 3

Usos del suelo

Estuvimos revisando la página web del Ministerio de Vivienda y Ordenamiento Territorial y nos percatamos que sólo tienen un mapa de zonificación para la ciudad de Panamá, por tal motivo asumimos que para el resto del país no existen normas restrictivas, pero a su vez investigamos las actividades económicas del distrito de Gualaca y los usos del suelo para determinar el tipo de carretera y el vehículo de diseño que se debe utilizar.

La página web de los municipios de la República de Panamá provee la siguiente información:

La principal actividad económica de Gualaca es la generación de energía a través de hidroeléctricas. Actualmente se tiene capacidad de generación de 420 Mega vatios la cual constituye una cuota importante de la energía que mueve al país. La ganadería de carne y leche es la segunda actividad comercial en importancia; de allí se destaca la producción de piña de exportación, la produc-ción de granos y el cultivo del café con certificación comprobada de café especial. Existen proyectos acuícola del distrito, y comercios minoristas como abarrotería/minisúper, restaurantes, estación de combustible, centros de hospedajes, ventas de artesanías, ventas de bienmesabe y queso blanco.

Ruta 2

Impacto Ambiental

La industria de la construcción es la que más contamina el medio ambiente, por tal razón es necesario prestar atención a los posibles impactos que genera la construcción de una carretera, y las posibles medidas de mitigación para el proyecto, en general consideramos que este punto es válido para las tres y cualquiera de las alternativas estudiadas.

Contaminación del aire: el aire presenta contaminación cuando contiene materias o formas de energía que impliquen riesgo, daño o molestia grave a las personas, animales o plantas.En la fase de obras de la autovía, debido al movimiento de tierras y al transporte, se produce un aumento de emisión de partículas que puede ser en parte corregido utilizando la tecnología apropiada.Cuando la carretera entra en funcionamiento, la contaminación se produce por las emisiones de los vehículos. Los principales contaminantes son: Monóxido de carbono (CO), Hidrocarburos no quemados, Óxidos de nitrógeno, Plomo (Pb), y Dióxido de azufre (SO2). En menor medida se emiten Partículas en Suspensión y ciertos Metales Pesados (Zn, Mn, y Fe).La concentración de contaminantes se expresa en partes por millón (ppm) o en microgramos por metro cúbico. En el cuadro siguiente se puede ver cómo los distintos tipos de motores y carburantes producen distintos porcentajes de contaminantes:

CONTAMINANTES EFECTOS ENANIMALES Y PERSONAS

EFECTOS EN LAVEGETACIÓN

Partículas Irritación en membranas respiratorias

Obstrucción de estomas, necrosis y

caída de hojasCompuestos de

azufre:SO, SO2, SH2

SO: Irritación en mucosas y ojos

SH: Olores desagradables y

tóxicos

Pérdida de color en las hojas y necrosis en la

vegetación

Compuestos orgánicos:

hidrocarburos

Irritación de mucosas

Óxidos de N: NO, NO2, NO3

Enfermedades de las vías respiratorias.

Tóxico para algunas especies animales

Anula el crecimiento en algunos vegetales

CO y CO2 EL CO es tóxico, interfiere en el

transporte de oxígeno a las células

Compuestos halogenados: Cl, ClH,

FH, CFC

Irritación en las mucosas

Ozono (O3) Irritaciones en nariz y garganta, fatiga y falta de coordinación en los

animales

Manchas blancas en la vegetación

Metales pesados Pb, Zn, Fe, Mn Acumulativos

En la dispersión de los contaminantes intervienen las condiciones atmosféricas: la temperatura del aire y sus variaciones en altura, los vientos relacionados con la dinámica horizontal atmosférica, las precipitaciones y la insolación. También intervienen las características geográficas y topográficas.

Contaminación acústic a: Podemos definir el ruido como todo sonido indeseable que puede producir molestias.

La intensidad del sonido se mide en belios, en honor de Graham Bell, o en submúltiplos llamados decibelios (db)

Efectos del ruido en la salud

Fisiológicos: deterioro de la audición, fatiga. Directos sobre la salud: alteraciones temporales del ritmo cardíaco y

respiratorio, de la -tensión muscular, de la visión, de la presión arterial y descargas hormonales en la sangre.

Psicológicos y subjetivos: interferencias en las conversaciones y captación de los mensajes en los medios de comunicación sonoros (molestias irritabilidad, nerviosismo).

Sobre el trabajo y las actividades humanas: reducción de la eficacia y de la concentración

Otras alteraciones: dificultad en la comunicación oral (esfuerzos suplementarios, elevación de la voz)

Alteración del sueño: dificulta de para conciliar el sueño, despertar a una persona sormida. Los efectos dependen de la naturaleza del ruido, edad y sexo.

Alteraciones en el rendimiento laboral: efecto sobre la tarea que implica memorización u concentración, dado que ocasionen disminución de eficacia.

A continuación se propone una lista de medidas preventivas:

Diseño de la vía para adaptarla al terreno y no estropear en lo posible el paisaje.

Evitar pendientes pronunciadas y elevar o deprimir las vías para disminuir el ruido.

Diseño del trazado de una carretera de forma que no pase a menos de 150 m de los cursos de agua para reducir la afección a los cauces, a la zona inundable y a la fauna.

Elevar la rasante de una carretera cerca Del curso de agua para evitar la afección a la vegetación de ribera.

Situar el elemento inferior de la carretera 1, 5 m por encima de la capa freática para no afectar a la hidrología.

VEHÍCULO DE DISEÑO

La información obtenida con anterioridad, propone el momento preciso para tomar la decisión sobre qué vehículo será tomado para el diseño de la carretera.

Tomando en cuenta las actividades que se realizan en la zona donde está ubicado el proyecto, y pensando con visión futurista de un crecimiento poblacional pese a las actividades crecientes en la provincia, se toma la decisión de escoger el vehículo de diseño WB-12.

VEHÍCULO DE DISEÑO

Las características geográficas, hidrológicas, geológicas y geotécnicas de nuestro país dan lugar a la existencia de problemas complejos en materia de drenaje superficial y subterráneo aplicado a carreteras; por lo tanto y dado el carácter

general y orientativo del presente proyecto, para el tratamiento de los problemas señalados se deberá aplicar los adecuados criterios profesionales.

El correcto conocimiento del comportamiento hidrológico de un río, arroyo, o de un lago es fundamental para poder establecer las áreas vulnerables a los eventos hidrometeorológicos extremos; así como para prever un correcto diseño de obras de infraestructura vial.

En la figura 1 se muestran las respectivas arterias fluviales que interceptan a las 3 alternativas, proporcionando parte de la información meteorológica e hidrológica para el análisis de las opciones, a fin de que se seleccione la alternativa más apropiada.

En busca de información que nos permita seleccionar la mejor opción entre las tres rutas ya existente se efectúan estudios de campo con el propósito de identificar,

Fig. 1. Arterias Fluviales

obtener y evaluar la información referida: como el estado actual de las obras de drenaje existente (si las hay) condiciones topográficas e hidrológicas del área de su emplazamiento.

Asimismo el estudio de reconocimiento de campo permite identificar y evaluar los sectores críticos actuales y potenciales, de origen hídrico como deslizamientos, derrumbes, erosiones, áreas inundables, asentamientos, etc. que inciden negativamente en la conservación y permanencia de la estructura vial.

Por otro lado, el estudio de reconocimiento de campo permite localizar y hacer el estudio correspondiente de todas las cuencas y/o microcuencas hidrográficas, cuyos cursos naturales de drenaje principal interceptan el eje vial en estudio.

Para la elaboración de un estudio o informe de hidrología, la actividad de estudio de campo a lo largo del proyecto vial, es de carácter obligatorio, por parte del o los especialistas a cargo de los estudios hidrológicos e hidráulicos.

En la figura 2.1 se muestra el perfil longitudinal de la opción n° 1 obteniendo mediante los estudios de campo los datos que necesitamos.

Fig. 2. Componentes del Terreno

Fig. 2.1. Perfil longitudinal, Opción N° 1

Se identifica en el perfil longitudinal los puntos más bajos que posee la opción en estudio, estos puntos pertenecen a las arterias fluviales que interceptan a la ruta aproximadamente de manera perpendicular.

Los puntos en amarillo sobre la gráfica representan los puntos de cambio en la dirección que toma la ruta en estudio.

A una distancia de 0.68 Km, la ruta se ve interceptada por la quebrada El Jobo con una elevación de terreno de 134 m.

Se debe tener en cuenta que en las cuencas donde no existen registros fluviométricos, se deben usar relaciones empíricas para ajustar los valores a una distribución de probabilidad.

A una distancia de 2.30 Km la ruta se ve interceptada por una segunda quebrada, una de las ramas de la quebrada El Guabo, con una elevación de terreno de 143m.

El área tributaria se toma de manera aproximada tomando en cuenta los niveles de terrenos adyacentes a la dirección del flujo. Tanto la estabilidad y la inestabilidad dinámica de la quebrada en la época seca y lluviosa juegan un papel importante en el cálculo.

A una distancia de 2.65 Km la ruta se ve interceptada por una segunda rama de la quebrada El Guabo, donde esta tiene una elevación de terreno de 133m.

Nota: se debe tomar en cuenta que las elevaciones mostradas son medidas con referencia al nivel del mar.

En la figura 3 se muestra las componentes del terreno que contempla la ruta en estudio N°2.

Posteriormente se muestra en la figura 3.1 el perfil de elevación de la misma.

A una distancia de 0.66 Km la ruta se ve interceptada por la quebrada El Jobo, en la que el terreno presenta una elevación de 154m.

A una distancia de 2.05 Km de la ruta en estudio una de las ramas de la quebrada El Guabo logra interceptarlo, con una elevación de terreno en ese kilómetro de 139m.

Fig. 3. Componentes del Terreno

Fig.3.1 Perfil longitudinal, Opción N° 2

A una distancia de 2.69 Km una segunda rama de la quebrada El Guabo intercepta la ruta con una elevación de terreno de 135m.

En la figura 4 se muestra las componentes del terreno que contempla la ruta en estudio N°3.

Fig. 4. Componentes del Terreno

Posteriormente se muestra en la figura 4.1 el perfil de elevación de la misma.

Fig.4.1 Perfil longitudinal, Opción N° 3

A una distancia de 0.75 Km la quebrada El Jobo intercepta la ruta en estudio con una elevación de terreno de 133m.

A una distancia de 1.73 Km la quebrada La Tigra intercepta la opción N°3 con una elevación de terreno de 145m.

A una distancia de 2.34 Km con una elevación de terreno de 141m la quebrada El Guabo intercepta la ruta en estudio.

A una distancia de 2.70 Km la segunda rama de la quebrada El Guabo intercepta la ruta de estudio con una elevación de terreno de 132m.

Las quebradas (para el proyecto) desde el punto de vista físico, constituye el primer elemento a ser definido en el estudio hidrológico, ya que el conocimiento de la red de drenaje y del área tributaria permite conocer o estimar la disponibilidad del recurso en el sitio de interés.

Se debe tomar en cuenta los diseños de puentes en los tramos que interceptan cauces de ríos o quebradas, de manera que se modifique lo menos posible el entorno en el que se desenvuelve el proyecto vial.

Es importante señalar la necesidad de escoger de manera beneficiosa una pendiente de bombeo adecuada para un desalojo eficiente de las aguas en épocas de lluvia, diseñando vías de desagües y desembocaduras en lugares estratégicos adyacentes al proyecto.

El relieve del terreno por donde se construira una carretera afecta significativamente los parametros de diseño y su costo final. La topografía para las vías terrestres se suele clasificar en tres categorías fundamentales: llano o plano, ondulado o montañoso.

La clase de topografía prevalente influencia los parámetros de diseño para el alineamiento horizontal y vertical. Los relieves planos por lo general producen diseños geométricos más sencillos y requieren de menores volúmenes de movimiento de tierra, repercutiendo así con el costo total del proyecto. En cambio el relieve montañoso resulta en un mayor cuidado en el trazao de curvas horizontales principalmente y en un mayor volumen de movimiento de tierra, implicando un aumento en los costos directos del proyecto.

En presencia de un terreno ondulado para nuestro diseño, nos orientamos a buscar una compensación entre los volúmenes de corte y terraplén. Esta compensación contribuye a que las magnitudes de los cortes y los rellenos se mantengan en niveles razonables, con lo cual se incrementa su estabilidad. Al lograr esto se alcanza también una disminución en los costos del movimiento ya que la magnitud de los cortes disminuye y parte de este material puede ser usado en la construcción de muchos terraplenes. Esta solución no solamente favorece la parte económica sino también la ambiental y de igual manera se requiere una menor disponibilidad de sitios para depositar el material de corte.

La compensación entre los volúmenes de corte y relleno es posible siempre y cuando la pendiente transversal permita la construcción de terraplenes. Se debe tener especial cuidado con las corrientes de agua y las vías existentes que sean atravesadas por el proyecto.

Las condiciones del subsuelo en cuanto a su composición y características son factores muy importantes a considerar en el diseño de una carretera. Los estudios geológicos y geotécnicos permiten identificar los tipos de rocas y suelos que se encontrarián a lo largo del proyecto, presencia de fallas geológicas locales, posibles fuentes de materiales necesarios para el proyectco, etc. Es necesario prever las condiciones de cimentación en zonas de rellenos cuando se han detectado suelos de baja capacidad de soporte o plásticos. Los estudios geotécnicos ayudan a definir los parámetros de diseño para los taludes en las secciones de corte así como estimar los niveles de asentamiento en las zonas de relleno. En términos generales, la geología permite identificar las zonas favorables y las desfavorables de forrna que se eviten problemas técnicos o de construcción.

En nuestro proyecto resulta imprescindible la investigación geológica para el trazado de la carretera. En la elección del trazado de una carretera tienen un peso decisivo las características geológicas del terreno.

En este sentido, es importante detectar los principales problemas geológicos que se pudieran presentar y en consecuencia definir soluciones en el ámbito de la ingeniería civil, adaptando el proyecto a las características geológicas singulares de cada caso. Los mapas geológicos aportan una importante información sobre las características del terreno y sirven de base para la realización de una cartografía geotécnica de detalle

DISEÑO GEOMÉTRICO DE LA CARRETERA

Con referencia a los criterios mostrados por el manual AASHTO se obtiene un dato indispensable a la hora de diseñar nuestra carretera, como lo es la velocidad de diseño.

La velocidad de diseño asumida es consistente con la topografía, los usos de los suelos adyacentes y la clasificación funcional de la carretera, tomando en cuenta que debe ser consistente con la velocidad a la que un conductor probablemente conduzca con comodidad en la vía construida.

Teniendo presente:

La distribución de las velocidades Tendencias de las velocidades El tipo de área Las condiciones del terreno Los estudiados volúmenes de tránsito y Condiciones ambientales

Se escoge una velocidad de diseño de 70 kmph para el proyecto

SECCIÓN TÍPICA A UTILIZAR

Calculo de visibilidad de parada y adelantamiento

En esta etapa ya es posible conocer uno de los datos más importantes en la confección de las curvas horizontales, como lo es el Radio Mínimo de curvatura. Este valor nos permite tener una visión sobre el intervalo en el que se puede diseñar las curvas a lo largo de toda la ruta.

Con referencia al AASHTO, el radio mínimo viene dado por la expresión:

Rmin=

V 2

127(0.01 emax+ f max) ecua. (3-10)

Con emax = 8% porcentaje de sobreelevación adecuado para el proyecto

f max = 0.14

V=¿ 70 Kmph

Rmin=

702

127 ( 0.01 (8 )+0.14 )=175.37 m

Esta información nos permite determinar un valor adecuado a la hora de tomar la decisión sobre que radio usaremos para el diseño de las curvas. De igual manera a la hora de tomar esta decisión se obtuvo previamente el comportamiento del terreno para una adaptación adecuada del mismo.

En función de lo antes mencionado se toma un radio de curvatura para el diseño en base a 300m.

Se procede a trazar las curvas horizontales de manera aproximada a cada una de las opciones, para luego realizar los cálculos pertinentes a la ruta seleccionada.

Nota: el valor de f max se obtiene a partir de la tabla (3-14) AASHTO 2001

Trazado aproximado de las curvas horizontales

R300

R300

R 300

RUTA 1

Ya que la ruta 2 cumple con las exigencias de distancia, economía y eficiencia, se escoge como la ruta para la realización del proyecto, al presentar entre las otras opciones los mínimos volúmenes de corte y relleno.

DISTRIBUCIÓN DE e y f MÉTODO 5 AASHTO

Rmín=0.0079 V D

2

0.01 emáx+f máx

=¿ 0.0079¿702

0.01∗8+0.14

Rmín=175.95 m

R30

0,00

R30

0,00

R350

,00

R300

,00

R30

0,00

R30

0,0

0

R30

0,0

0

R3

00

, 00

RUTA 2

RUTA 3

Tabla 3-26 AASHTO

V D=70 KPH por lotanto V R=63 KPH

RPI=0.0079 V R

2

0.01 emáx

=0.0079∗632

0.01∗8

RPI=142.52 m

hPI=0.01emax V D

2

V r2 −0.01 emáx=

0.01∗8∗702

632 −0.01∗8

hPI=0.0187

S1=hPI∗RPI=0.0187∗142.52

S1=2.665 m

S2=f máx−hPI

1Rmín

− 1RPI

= 0.14−0.01871

175.95− 1

142.52

S2=−93.14 m

MO= 1RPI

( 1Rmín

− 1RPI

)( S2−S1

2 )Rmín

¿ 1142.52 ( 1

175.95− 1

142.52 )(−93.14−2.662 )175.95

MO=0.0766

(0.01 emax+ f )D=0.01 emax+ f max

R∗Rmín=

0.01∗8+0.14300

∗175.95

(0.01 emax+ f )D=0.129

NOTA: R para la curva 300m

1R

< 1RPI

f 1=MO[ RPI

R ]2

+S1

R

f 1=0.0766 [ 142.52300 ]

2

+ 2.665300

f 1=0.0262

0.01 e1=(0.01emax+ f )D−f 1=0.129−0.0262

e1=10.28 % Usar eD= 8%

NOTA :e2 es igual a e D

Sigue las distancia de rotación del peralte

Luego se procede a los cálculos.

CÁLCULO DE LAS CURVAS HORIZONTALES

1era Curva (espiral-circular-espiral)

I°= 37°6´

Rc= 300

V D=70Kmh

le=0.036(70 )3

300=41.60 m ≈ 50 m

Comprobando le min=√24 (0.20 ) (300 )=37.94 m ó

le min=0.0214(70 )3

(300 ) (1.2 )=20.38 m

le max=√24 (1.0 ) (300 )=84.85 m Luego le=50 m o . k

θe=50

2 (300 )=0.0833 rad

X c=le[1− θ2

10+ θ4

216− θ6

9360 ]X c=50[1−0.08332

10+ 0.08334

216−0.08336

9360 ]=49.965 m

yc=le [ θ3− θ3

42+ θ5

1320− θ7

75600 ]yc=50 [ 0.0833

3−0.08333

42+0.08335

1320−0.08337

75600 ]=1.397 m

P= yc−Rc (1−cos θe)

P=1.387−300 (1−cos0.0833 )=0.346

K=Xc−Rc sin θe K=49.965−300 sin 0.0833=25.00

T S=(Rc+P) tan( I °2 )+K T S= (300+0.346 ) tan (37 ° 6 ´

2 )+25.00=¿ 125.786

ES=(Rc+P) sec( I °2 )−Rc ES=(300+0.346)sec( 37 ° 6 ´

2 )−300=16.81

TS=0 K+522.10

SC=0 K+572.10

CS=0 K+766.32

ST=0 K+8163.2

2da Curva (circular simple)

Rc=300

I °= 38°18´ T=R tan ( I °2 )

T=300 tan (38 ° 18 ´2 )=104.18 m

E=R[sec( I °2 )−1]E=300[sec( 38 ° 18´

2 )−1]=17.57m

M=R [1−cos( I °2 )]M =300[1−cos( 38 °18 ´

2 )]=21.37m

C=2 R sin( I °2 )C=2(300)sin ( 38° 18 ´

2 )=196.83 m

Lc=I ° πR180 °

Lc=38 ° 18 ´ π 300

180 °=200.54 m

Gc=1145.92

RG c=

1145.92300

=3.82

PC=1K+091.60

PT=1 K+292.15

3era Curva (circular simple)

Rc=300

I °= 40°11´ T=R tan ( I °2 )

T=300 tan ( 40 °11´2 )=109.73 m

E=R[sec( I °2 )−1]E=300[sec( 40° 11´

2 )−1]=19.44 m

M=R [1−cos( I °2 )]M =300[1−cos ( 40 ° 11´

2 )]=18.26 m

C=2 R sin( I °2 )C=2 (300 )sin ( 40 °11´

2 )=206.11m

Lc=I ° πR180 °

Lc=40 °11´ π 300

180 °=210.40 m

Gc=1145.92

RG c=

1145.92300

=3.81

PC=1K+992.69

PT=2 K+203.06

4 ta Curva (curva simple)

Rc=300

I °= 46°26´ T=R tan ( I °2 )

T=300 tan ( 46 ° 26´2 )=128.17 m

E=R[sec( I °2 )−1]E=300[sec( 46 °26 ´

2 )−1]=26.23m

M=R [1−cos( I °2 )]M =300[1−cos( 46 ° 26 ´

2 )]24.12m

C=2 R sin( I °2 )C=2 (300 )sin ( 46 °26 ´

2 )=235.72 m

Lc=I ° πR180 °

Lc=46 °26 ´ π 300

180 °=242.25 m

Gc=1145.92

RG c=

1145.92300

=3.82

PC=2K+237.54

PT=2 K+480.69