INSTITUTO TECNOLOGICO DE CERRO AZUL

CARRERA:INGENIERIA CIVIL

MATERIA: CARRETERAS

UNIDAD: 4Proyecto geométrico de carreteras

TRABAJO:INVESTIGACIÓN DE LA UNIDAD 4

DOCENTE:SERGIO ARRIETA VERA

ALUMNO:Miguel angel Santiago Pérez

4.1. Alineamiento horizontal y vertical.

Los elementos del proyecto geométrico son el alineamiento horizontal y el alineamiento vertical.

a) Alineamiento horizontal es la proyección del eje de proyecto (eje de la subcorona) de una carretera sobre un plano horizontal.

Sus elementos son tangentes y curvas horizontales. Tiene puntos de inflexión (PI), formando entre sí un ángulo de deflexión (A).La longitud máxima de una tangente está condicionada por la seguridad, ya que tangentes largas son causa potencial de accidentes. La longitud mínima de una tangente entre dos curvas consecutivas está definida por la longitud necesaria para proporcionar a cada curva la transición entre el bombeo en tangente y la sobrelevación en curva y la ampliación en las curvas.

CLASES DE CURVAS CIRCULARES:

SimplesCompuestasInversasTransición

CURVAS COMPUESTASUna curva compuesta es una curva continua, formada por dos o más curvas circulares simples del mismo sentido y diferente radio. Los arcos circulares que la forman son tangentes entre sí en su punto de unión que se denomina punto de curva compuesta (PCC), estando dichos arcos del mismo lado de la tangente común.

Las curvas AC y CB se trazan en el campo como dos curvas por separado, sólo que el PT de la primera coincide con el PC de la segunda.

Las curvas compuestas podrían ser útiles en muchos casos porque facilitarían la adaptación de la curva a la topografía del terreno, pero el cambio brusco de radio de una a otra ocasiona incomodidad al conductor y muchas veces son peligrosas por lo que debe evitarse el uso de estas curvas cuando sea posible.

4.2. Diseño de la Subrasante.La respuesta del suelo de subrasante es el factor más importante en la determinación de los espesores de diseño del pavimento

La respuesta de la subrasante ante las cargas del tránsito depende de los tipos de suelo que la constituyen y de la densidad y la humedad de ellos, tanto durante la construcción como durante el servicio

La caracterización de los suelos de subrasante comprende las siguientes etapas: — Exploración de la subrasante

— Definición del perfil y delimitación de áreas homogéneas

— Ejecución de ensayos de resistencia sobre los suelos predominantes

— Determinación del valor de resistencia o de respuesta de diseño para cada área homogénea

EXPLORACIÓN DE LA SUBRASANTESe debe adelantar una investigación a lo largo del alineamiento aprobado, con el fin de identificar la extensión y la condición de los diferentes depósitos de suelos que se encuentren

La investigación se realiza mediante perforaciones a intervalos definidos de acuerdo con la variabilidad del terreno, la longitud y la importancia del proyecto y los recursos técnicos y económicos disponibles

Las perforaciones deberán alcanzar, cuando menos, 500 mm bajo la cota proyectada de subrasante

Se debe tomar suficiente cantidad de muestra de cada suelo encontrado en las perforaciones para determinar:

—Humedad natural

—Límites de consistencia

—Granulometría

—Compactación

—Resistencia o respuesta ante cargas transitorias

Igual tratamiento se debe dar a los suelos de préstamo que se colocarán en los rellenos y que influirán en el comportamiento del pavimento

CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS

Los sistemas de clasificación encuadran los suelos en una determinada tipología a partir de su granulometría y límites de consistencia

El sistema más apropiado para clasificar los suelos para estudio de calles y carreteras es elAASHTO

Las muestras para clasificación y otros ensayos no se deben tomar al azar, sino de acuerdo con el desarrollo del perfil a lo largo de la vía y la secuencia en que se presenten las diferentes capas de suelo

DETERMINACIÓN DE LAS ÁREAS HOMOGÉNEAS DE DISEÑO

Se determina la longitud en la cual predomina cada suelo y se delimitan áreas homogéneas para efectos de diseño, teniendo en cuenta el tránsito de proyecto

Las secciones escogidas deben ser de suficiente longitud, con el fin de que los diseños resultantes den lugar a una construcción práctica y económica

DETERMINACIÓN DE LAS ÁREAS HOMOGÉNEAS DE DISEÑO

Si en un tramo hay gran heterogeneidad en los suelos y no se puede definir uno como predominante, el diseño se basará en el más frecuente de los suelos débiles encontrados

EJECUCIÓN DE ENSAYOS DE RESISTENCIA O DE RESPUESTA SOBRE LOS SUELOS PREDOMINANTELos ensayos de resistencia o de respuesta se deben realizar sobre muestras representativas de los suelos predominantes, reproduciendo las condiciones de humedad y densidad que se espera prevalezcan en servicio

El ensayo más utilizado es el CBR, el cual es una medida de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante bajo condiciones de humedad y densidad controladas, que tiene aplicación en el diseño y en la evaluación de pavimentos asfálticos

El soporte de la subrasante se puede expresar, también, en términos del módulo de reacción, obtenido a través de pruebas de placa directa. Este módulo se usa en el diseño de pavimentos rígidos

La respuesta del soporte se puede caracterizar también en términos de parámetros elásticos (módulo resiliente y relación de Poisson), los cuales se aplican en los procedimientos empírico mecanísticos de diseño de pavimentos asfálticos

4.3. Secciones transversales.

Generalidades. - Proyectar con acierto la se CClOn transversal de un camino es problema delicado, al cual debe el ingeniero dedicar la máxima atención. De la sección transversal, depende en proporción importante la capacidad de tráfico del camino; y al mismo tiempo, la secciones transversal pesa, fundamentalmente, en el coste de construcción de la vía. Por otra parte, para fijar con a:cierto una sección transversal, es imprescindible prever el tráfico futuro del camino; y en esta previsión, no sujeta a la rigidez de una fórmula, es el buen sentido del proyectista el que ha de determinar la solución más conveniente. Visión amplia debe porvenir y, al mismo tiempo, sentido económico, para no hacer irrealizable, o al menos inconveniente desde el punto de vista económico, el proyecto. Para coordinar ambas necesidades, es aquí, tal vez más claramente que en ningún otro problema de ingeniería, donde el proyectista ha de tener como guía el lema de máxima ambición al p1'oyectar, ejecutando de momento sólo aquello que el momento exige, pero haciendo posible para el futuro una ampliación fácil y económica. Que la falta de visión no ·constituya en el porvenir un obstáculo insuperable para la ampliación. Vamos a ver cómo influyen cada uno de los factores que en la fija- ción del perfil intervienen.

El factor económico del coste de la obra. - Si un camino de dos vías de circulación cuesta, por' m. l., 2 p, con tres vías costará, por lo menos, 3 p; efectivamente, el firme con su cimiento, etc., vendrá siempre aumentado proporcionalmente al incremento del ancho; el movimiento de tierras, en cuanto el terreno no sea transversalmente uniforme, aumentará más que proporcionalmente al incremento de ancho de la vía (fig. 59). La repercusión económica del ancho del camino es, pues, muy grande, máxime si tenemos en cuenta que el aumento del ancho ha de hacerse siempre por el total que corresponda a una vía completa. de circulación, ya que, hacerlo con dimensiones menores, nada resuelve en la práctica.

El factor económico de explotación de la vía. - Un camino tiene que servir para un tráfico determinad'o; la máxima capacidad de circulación con un ancho determinado, exige que el tráfico pueda mar- char con la mayor velocidad comercial y la máxima seguridad; la veloci- dad para lograr el mínimo consumo de combustible ha de poderse man- tener 10 más uniforme posible. La determinación del ancho preciso por vía de circulación depende de las dimensiones de los vehículos y su velocidad.

2 vías...... Desmonte = 3,25 m.2

Terraplén= 8,80 m.2.

3 vías...... Desmonte = 7,00 m.2

Terraplén.= 16,00 m.2

Aumento proporcional ... De ancho . . 50 %

Las dimensiones norma: 1 es de los vehículos son las acotadas en las figuras 60 y 61; la tendencia en la construcción de vehículos de transporte de mercancías, es, aún hoy, a aumentar sus dimensiones. El ancho de una vía de circulación está formado por el ancho del vehículo propiamente dicho, más los anchos a y e de las zonas que quedan hasta el bordillo y b entre las vías de circulación; el ancho del vehículo es una cantidad fija; para cada vía se tomará el ancho del vehículo de mayores dimensiones que ha de circular por ella; los anchos a, b y e de- penden de la naturaleza del vehículo y la velocidad de marcha; velocidades altas exigirán mayor dimensión suplementaria. En el gráfico de la figura 62, utilizado para las auto estradas alemanas después de un detenido estudio, puede determinarse el sobre ancho total s = a + b + e preciso, según las diferentes clases de vehículos y su velocidad, sea en recta o en curva. En el Congreso de Carreteras de Washington se fijó el ancho de 3 metros por vía de circulación. En Inglaterra se admite 10 pies (3,05 m.) por cada vía de circulación y 11 pies (3,355 m.) cuando se trata de vías con una elevada proporción de vehículos de gran ancho; el ancho mínimo total admitido es de 20 pies (6,10 m.), excepto en zonas muy poco pobladas. La Instrucción española, para el cálculo de los anchos de las diferentes categorías de caminos, prescribe las siguientes dimensiones mínimas.

4.4. Análisis y diseño de la curva masaDIAGRAMA DE MASAS.La curva masa busca el equilibrio para la calidad y economía de los movimientos de tierras, además es un método que indica el sentido del movimiento de los volúmenes excavados, la cantidad y la localización de cada uno de ellos.

Las ordenadas de la curva resultan de sumar algebraicamente a una cota arbitraria inicial el valor del volumen de un corte con signo positivo y el valor del terraplén con signo negativo; como ábsidas se toma el mismo cadenamiento utilizado en el perfil.

Los volúmenes se corrigen aplicando un coeficiente de abundamiento a los cortes o aplicando un coeficiente de reducción para el terraplén.

El procedimiento para el proyecto de la curva masa es como sigue:

1. se proyecta la subrasante sobre el dibujo del perfil del terreno.

2. se determina en cada estación, o en los puntos que lo ameriten, los espesores de corte o terraplén.

3. se dibujan las secciones transversales topográficas (secciones de construcción)

4. se dibuja la plantilla del corte o del terraplén con los taludes escogidos según el tipo de material, sobre la sección topográfica correspondiente, quedando así dibujadas las secciones transversales del camino.

5. se calculan las áreas de las secciones transversales del camino por cualquiera de los métodos ya conocidos.

6. se calculan los volúmenes abundando los cortes o haciendo la reducción de los terraplenes, según el tipo de material y método escogido.

7. se dibuja la curva con los valores anteriores.

 

Dibujo de la curva masa.Se dibuja la curva masa con las ordenadas en el sentido vertical y las ábsidas en el sentido horizontal utilizando el mismo dibujo del perfil.

Cuando esta dibujada la curva se traza la compensadora que es una línea horizontal que corta la curva en varios puntos.

Podrán dibujarse diferentes alternativas de línea compensadora para mejorar los movimientos, teniendo en cuenta que se compensan mas los volúmenes cuando la misma línea compensadora corta mas veces la curva, pero algunas veces el querer compensar demasiado los volúmenes, provoca acarreos muy largos que resultan mas costosos que otras alternativas.

 

El sobre acarreo se expresa en:M3 – Estación cuando no pase de 100 metros, la distancia del centro de gravedad del corte al centro de gravedad del terraplén con la resta del acarreo.

M3 – Hectómetro a partir de 100 metros, de distancia y menos de 500 metros.

M3 – Hectómetro adicional, cuando la distancia de sobre acarreo varia entre los 500 y 2000 metros.

M3 – Kilómetro, cuando la distancia entre los centros de gravedad excede los 2000 metros.

Determinación del desperdicio:Cuando la línea compensadora no se puede continuar y existe la necesidad de iniciar otra, habrá una diferencia de ordenadas.

Si la curva masa se presenta en el sentido del cadenamiento en forma ascendente la diferencia indicara el volumen de material que tendrá que desperdiciarse lateralmente al momento de la construcción.

Determinación de los prestamos:Se trata del mismo caso anterior solo que la curva masa se presentara en forma descendente, la decisión de considerarlo como préstamo de un banco cercano al camino o de un préstamo de la parte lateral del mismo, dependerá de la calidad de los materiales y del aspecto económico, ya que los acarreos largos por lo regular resultan muy costosos.

Determinación del acarreo libre:Se corre horizontalmente la distancia de acarreo libre 20 metros, de tal manera que toque dos puntos de la curva, la diferencia de la ordenada de la horizontal al punto mas alto o mas bajo de la curva, es el volumen.

Determinación del sobre acarreo:Se traza una línea en la parte media de la línea horizontal compensadora y la línea horizontal de acarreo libre.

La diferencia de ábsidas X – B será la distancia a la que hay que restarle el acarreo libre para obtener la distancia media de sobre acarreo convertida en estaciones y aproximada al décimo.

El volumen se obtendrá restando la ordenada de la línea compensadora A –B a la de la línea de acarreo libre a-b.

 Propiedades de la curva masa:

1. La curva crece en el sentido del cadenamiento cuando se trata de cortes y decrece cuando predomina el terraplén.

2. En las estaciones donde se presenta un cambio de ascendente a descendente o viceversa se presentara un máximo y un minimo respectivamente.

3. Cualquier línea horizontal que corta a la curva en dos extremos marcara dos puntos con la misma ordenada de corte y terraplén indicando así la compensación en este tramo por lo que serán iguales los volúmenes de corte y terraplén.

Esta línea se denomina compensadora y es la distancia máxima para compensar un terraplén con un corte.

4. La diferencia de ordenada entre dos puntos indicara la diferencia de volumen entre ellos.

5. El área comprendida entre la curva y una horizontal cualquiera, representa el volumen por la longitud media de acarreo

Cuando la curva se encuentra arriba de la horizontal el sentido del acarreo de material es hacia delante, y cuando la curva se encuentra abajo el sentido es

hacia atrás, teniendo cuidado que la pendiente del camino lo permita.

Ordenada de Curva Masa.A continuación podemos observar la forma en que se realiza el calculo de la ordenada de curva masa, en la cual se realizo el calculo de los primeros doscientos metros de nuestro camino.

El hecho de observar en la tabla que las cantidades de la elevación de la subrasante, las cotas de la tangente vertical y la elevación del terreno son los mismos, es al hecho de que al principio de nuestro camino, estas tres coinciden en el mismo punto.

En la casilla de corrección de la curva vertical, se alojan las cantidades de corrección en curva, como se observa en el cálculo anterior de la curva vertical, solo que hasta estos doscientos metros no se encuentra ninguna corrección.

Al igual que la corrección de la curva vertical, los espesores de corte y terraplén, se ubican en cero hasta este punto.

Las áreas de corte y terraplén son obtenidas del cálculo anterior de las áreas de secciones.

En la última casilla de O.C.M. se da un valor arbitrario y se restan o suman los valores de corte o terraplén.

V O L U M E N

Coef. Variab. Vol. Increm.

Suma algebraica

Ordenada

D/2Cort

eTerrapl

én volumétrica o reducidos TotalTerr

a (+) (-)curva masa

1 90%cort

eterrapl

én corteterrapl

énCort

e plenCort

eTerrapl

én O C M

10.00 95.70 105.00 1.35 0.95

129.20 99.75

129.20

99.75 29.45 0.00 3029.45

10.00

200.90 215.00 1.35 0.95

271.22 204.25

271.22

204.25 66.97 0.00 3066.97

10.00

214.50 235.00 1.35 0.95

289.58 223.25

289.58

223.25 66.33 0.00 3066.33

10.00

234.30 240.00 1.35 0.95

316.31 228.00

316.31

228.00 88.31 0.00 3088.31

10.00

248.00 211.00 1.35 0.95

334.80 200.45

334.80

200.45

134.35 0.00 3134.35

10.00

233.00 185.10 1.35 0.95

314.55 175.85

314.55

175.85

138.70 0.00 3138.70

10.00

211.00 169.70 1.35 0.95

284.85 161.22

284.85

161.22

123.63 0.00 3123.63

10.00

200.00 140.70 1.35 0.95

270.00 133.67

270.00

133.67

136.33 0.00 3136.33

10.00

177.00 131.60 1.35 0.95

238.95 125.02

238.95

125.02

113.93 0.00 3113.93

10.00

138.00 123.70 1.35 0.95

186.30 117.52

186.30

117.52 68.78 0.00 3068.78

10.00

245.30 52.20 1.35 0.95

331.16 49.59

331.16

49.59

281.57 0.00 3281.57

TOTAL CORTE = 1248.35 mts^3

TOTAL TERRAPLEN = 0.0 mts^3

Se puede observar que los valores de elevación del terreno y elevación de la subrasante son iguales, esto se debe a que en esta tesis solo se tomo para el calculo los primeros doscientos metros de camino, en los cuales estos dos últimos valores mencionados coinciden.

Ordenada de Curva Masa.

A R E A S A1 + A2

Est. Elev.Tangente vertical

Curva vertical

Elevación Espesores

Corte

Terraplén

Corte

Terraplén

terreno

Pendiente

Cotas

corrección

subrasante

Corte

Terraplén 1 90% 1 90%

0+00 115.2 0.5%

115.2 0.0 115.2

0.325 0.525 9.57 10.50 9.57 10.50

0+020 115.1 0.5%

115.1 0.0 115.1

0.400 0.550

10.52 11.00

20.09 21.50

0+040 115.0 0.5%

115.0 0.0 115.0

0.460 0.625

10.93 12.50

21.45 23.50

0+060 114.8 0.5%

114.8 0.0 114.8

0.625 0.575

12.50 11.50

23.43 24.00

0+080 114.6 0.5%

114.6 0.0 114.6

0.615 0.560 12.3 9.60

24.80 21.10

0+100 114.6 0.5%

114.6 0.0 114.6

0.550 0.575 11 8.91

23.30 18.51

0+1 114.5 0.5% 114. 0.0 114.5 0.50 0.520 10.1 8.06 21.1 16.97

20 5 5 0 0

0+140 114.5 0.5%

114.5 0.0 114.5

0.495 0.455 9.90 6.01

20.00 14.07

0+160 114.4 0.5%

114.4 0.0 114.4

0.390 0.300 7.80 7.15

17.70 13.16

0+180 114.3 0.5%

114.3 0.0 114.3

0.300 0.260 6.00 5.22

13.80 12.37

0+200 114.7 0.5%

114.7 0.0 114.7 0.00 0.800

18.53 0.00

24.53 5.22

CURVA MASA

La curva masa esta definida como un diagrama, el cual en las ordenadas nos representa los volúmenes acumulados de tanto cortes como de terraplén. En las abscisas representa kilometrajes de los puntos de estudio.

Aquí se representa un tramo muy pequeño pero al tener un tramo mayor se tendrá lo siguiente.

REGISTRO DE CALCULO PARA LA OBTENCION DE LA ORDENADA CURVA MASA.

1) ESTACION: en esta columna se anotan los kilometrajes de las estaciones correspondientes a las secciones en estudio, es decir a cada 20 m y en los puntos de interés.

2) ELEVACION DEL TERRENO: en esta columna se anotan las cotas o elevaciones del terreno natural, tomadas del perfil del mismo o bien de la nivelación definitiva realizada en campo.

3) TANGENTE VERTICAL: Columna para pendientes: se deben indicar las pendientes tanto de entrada como de salida de las tangentes verticales.

Columna para cotas: se anotan las cotas de cada uno de los puntos sobre la tangente vertical.

4) CURVA VERTICAL: se subdivide en tres las cuales se llenan solamente cuando existen curvas verticales junto con todo el cálculo de la corrección de la curva.

5) ELEVACION DE SUBRASANTE: se anotan las cotas de cada uno y todos los puntos de la subrasante.

6) ESPESORES: se harán las anotaciones respectivas ya sea en corte o terraplén, dependiendo del signo que resulte realizar la diferencia entre la elevación natural y la subrasante.

7) AREAS: se anotaran las áreas correspondientes a la seccion de construcción de la estación, ya sea en corte o terraplén.

8) SUMA DE AREAS: en esta columna se registran la suma de área que se tiene en una estación más el área de la estación anterior.

9) SEMIDISTANCIA: se anotara la semidistancia entre dos secciones de estudio consecutivas.

10)VOLUMEN: se registran los volúmenes ya sea en corte o en terraplén.

11)COEFICIENTE DE VARIABILIDAD VOLUMETRICA: es la relación que existe entre el peso volumétrico del material en su estado natural y el peso volumétrico que ese mismo tiene al formar parte del terraplén. Este coeficiente es proporcionado por el laboratorio.

12)VOLUMENES ABUNDADOS O REDUCIDOS:

13)en esta columna se registran los volúmenes abundados o reducidos.

14)SUMA ALGEBRAICA:

15)se registra el resultado de la suma algebraica de los volúmenes.

16)ORDENADA CURVA MASA:

17)finalmente se llega al calculo de la ordenada curva masa que no es otra cosa que ir sumando o restando según lo indique la columna 13 a un valor arbitrario.