ic 02

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INGENIERA DE CARRETERAS 1CAPTULO 1

UBICACIN Y TRAZADO DE RUTAS

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERA

CARRERA DE INGENIERA CIVIL

Profesor: Fernando Jos Campos De la Cruz

Ingeniero Civil - Arquitecto

CAMINA.PE 161

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Tres posibles rutas

Fuente: Adaptado de Quintana y Altezorigen

destino

Fuente: Quintana y Altez

CAPTULO 1

UBICACIN/TRAZO DE RUTAS

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PROYECTO DE UNA CARRETERA NUEVA

Fase 1 Pre-factibilidad

Evaluar si el proyecto tiene posibilidades

de ser viable econmicamente.

Fase 2 Factibilidad

Definir si el proyecto es rentable a partir de

datos mas detallados.

Fase 3 Diseos definitivosElaborar los planos de diseo que

permitan construir la carretera.Fuente: Quintana y Altez

CAPTULO 1


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Fase 1

-

Prefactibilidad

1. Adquisicin de cartografa: mapas topogrficos y geolgicos de la zona, fotografas

areas, restituciones fotogramtricas, imgenes de satlite o SIG.

2. Estudio de transito: proyeccin del trnsito a 20 aos.

3. Identificar posibles corredores de ruta: estabilidad geolgica y geotcnica, terreno,drenaje, cauces, fuente de materiales, ecosistemas. Se pueden trazar lneas de

ceros provisionales.

4. Reconocimiento areo: si es necesario para corroborar supuestos realizados a partir

de la cartografa.

Para cada uno de los corredores:

5. Reconocer tramos homogneos.

6. Asignar velocidad de diseo preliminar a cada tramo homogneo.

7. Trazado de lnea de ceros.

8. Reconocimiento terrestre: permite descartar algunos corredores.

CAPTULO 1


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9. Ajuste de los tramos y sus velocidades.

10. Estudio de capacidad y nivel de servicio

11. Asignacin de la velocidad de diseo definitiva: si es necesario cambiar la velocidad

de diseo debido a los resultados del punto 10, se debe revisar el procedimientodesde el punto 5.

Fase 1

-

Prefactibilidad

12. Trazado de lnea de ceros en el terreno.

13. Elaboracin del croquis de la lnea de ceros.

14. Estudio preliminar de impacto ambiental.

15. Evaluacin econmica preliminar: comparar durante un periodo determinado el costo

inicial de construccin y el costo de mantenimiento y operacin con los beneficios,

representados en los ahorros en el costo de operacin y el tiempo de viaje.

16. Informe final de la fase 1: si el resultado de la fase 1 es favorable, se debe escoger

el, o los, corredores con mayores posibilidades de ser viables para continuar con la

siguiente fase.

CAPTULO 1


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Fase 2

-

Factibilidad

1. Reconocimiento terrestre del corredor.

2. Replanteo de la lnea de ceros en el terreno.

3. Levantamiento topogrfico del corredor.

4. Estudio preliminar de la estratigrafa a lo largo del corredor.

5. Diseo definitivo del eje en planta, prediseo en perfil, prediseo en seccin

transversal

6. Estudio definitivo de impacto ambiental

7. Diseos y estudios preliminares complementarios

Taludes, predios, pavimentos, estructuras, intersecciones, botaderos, etc.

8. Presupuesto preliminar

9. Evaluacin econmica definitiva

10. Informe final fase 2

CAPTULO 1


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Fase 3 Diseo Definitivo

1. Eventual mejoramiento de la topografa.

2. Evaluacin geotcnica a lo largo de la carretera.

3. Estudios previos para el diseo en perfil y seccin transversal.

4. Diseo definitivo del eje en perfil.5. Diseo definitivo de la secciones transversales.

6. Anlisis del movimiento de tierras.

7. Estudios y diseos complementarios definitivos.

8. Elaboracin del presupuesto definitivo.

9. Documentacin final. Planos planta perfil.

Planos de secciones transversales.

Carteras de campo y oficina.

Planos detallados y memorias de clculo punto 7.

Pliegos de licitacin para construccin.

CAPTULO 1


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UBICACIN DE RUTAS

En general la ubicacin de rutas en reas urbanas y rurales deben seguir los

mismos principios generales como:

Debe ser lo ms directa posible.

Bajas y cortas pendientes

Debe ser segura para todos los usuarios

Menor costo econmico. Minimizar daos en el medio ambiente

Fuente: Adaptado de Quintana y Altezorigen

destino

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Factores de ubicacin de rutas en zona rural

Los factores de ubicacin de rutas en zona rural se dividen bsicamente en

factores relacionados conel fl u jo d e t rfic o y fac to res fsi co s.

Factores relacionados con el flujo de trfico:

o Poblacin (existente y propuesta)

o Patrones de viaje O-D (origen-destino)

o Rutas alternativas

o Tamao y clase

o Volmenes de trfico existentes

o Actual y futuro uso del suelo

Ruta B

Ruta A

Es preferible que una ruta pasecerca de zonas urbanas. Ruta A es

preferible a B.

Zona urbana

Zona urbanaZona urbana

Zona urbana

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Entre los factores fsicos podemos mencionar:

1. Pendientes

No deben ser tan pronunciadas o

mantenidas en tramos considerables,

especialmente debido al efecto sobre

los camiones.

Si la pendiente es muy pronunciada

estudiar la necesidad de carriles deascenso.

Tratar de compensar el movimiento

de tierras, es decir cortes y rellenos.Fuente: Propia

CAPTULO 1


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Chequeo de las pendientes longitudinales y transversales

El chequeo de la pendiente se realiza con eclmetro


Eclmetro

Fuente: M. Silvera

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2. Movimientos de tierra

Los continuos movimientos de tierra elevan considerablemente el costo deconstruccin de una carretera. Debe tratarse de que exista un balance entre los

volmenes de corte y relleno. Si el material excavado no cumple con losrequisitos para la construccin de terraplenes, deber utilizarse material de

prstamo.

Evitar la excesiva importacin/exportacin de

material Uso eficiente de equipos

Efectuar los rellenos en sentido de avance de

la carretera

Minimizar el uso de explosivos (que se

pueden requerir segn la dureza del material).


Recomendaciones:


CAPTULO 1


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Movimientos de tierra

Cambio de ruta debido a

zona rocosa.



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3. Facilidad de unin con la actual red de carreteras

4. Puentes y viaductos

Algunas veces la carretera debe cruzar ros o acantilados y para ello debenusarse puentes. Sin embargo debe recordarse que:

Hay que tratar de minimizar la luz del

puente.

Se van a necesitar trabajos de

cimentacin.

La posicin y ancho del ro es

importante.

Fuente: M. Silvera


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Adems hay otros factores fsicos como:

Zonas con material orgnico o de mala calidad para la construccin de la va

Napas freticas muy cercanas a la superficie

Nmero y direccin de los cursos de agua

Acumulacin de nieve en la carretera.

Efecto en la armona del paisaje

Paso de la carretera por zonas destinadas a la agricultura o sobre zonas

protegidas (arqueolgicas)

Caractersticas geolgicas de la zona

Clima de la regin

Evitar en lo posible la expropiacin de terrenos.

En las siguientes diapositivas se muestran ejemplos de factores fsicos:


CAPTULO 1


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Zona de taludes inestables debido a

presencia de material orgnico y

abundante presencia de agua.Requerir drenaje.


Orientacin desfavorable de

los estratos con respecto a la

va.Fuente: M. Silvera


CAPTULO 1


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Zona con abundante material

orgnico y presencia de agua.


Napa Fretica muy alta, que podra

afectar la estabilidad y resistencia del

terrapln o pavimento de la va.


CAPTULO 1


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Fuente: Propia

El nmero de estructuras a

proyectarse como:

Alcantarillas, puentes, muros

de proteccin, etc. influye

directamente en la seleccin

de las posibles alternativas

de rutas.


CAPTULO 1


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19/56

Se aprecian las formaciones rocosas extensas, adems se

tienen pendientes transversales casi verticales de las

paredes rocosas.


Chequeo de la geologa existente

Mapa geolgico


CAPTULO 1


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Presencia de suelo inestable

en la ruta que pone en riesgo

la superficie de rodadura


CAPTULO 1


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Condiciones climatolgicas


Las condiciones climatolgicas y la

presencia de nieve y lluvias puede

ser un factor esencial en elfuncionamiento futuro de la

carretera. Si en una zona lluviosa el

agua ingresa en las capas interiores

de la calzada y luego se solidifica

debido a las temperaturas bajo cero

de la zona, el pavimento sufrirserios daos debido a losesfuerzos generados.


CAPTULO 1


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Actividades de las poblaciones y zonas agrcolas

Fuente: Quintana y Altez Fuente: Quintana y Altez

Debe evitarse cruzar zonas agrcolas para no daar la infraestructura

implementada o reducir los ingresos econmicos de la poblacin afectada.


CAPTULO 1


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Los factores fsicos mencionados anteriormente tambin se puedenclasificar en:

Determinantes primarios (puntos de paso obligatorio)

Determinantes secundarios-puntos de control (positivos y negativos)

Factores geolgicos, hidrolgicos, climticos, tcnico - econmico

(movimiento de tierras) y sociales (actividades de la poblacin).


CAPTULO 1


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Ejemplos de determinantes secundarios positivos y negativos

poblado

poblado

ZonaAgrcola

DS-

PantanoDS-

Restos ArqueolgicosDS+-

Fuente: adaptado de Jos Cspedes

Parte msestrecha de ro

DS+ AbraDS+

Va existenteDS+

D. Primario

D. Primario

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Informacin requerida para la ubicacin de rutas

El propsito del reconocimiento de rutas es determinar cual de las rutasplanteadas es la mejor. Esto se determina a travs de una comparacin de

las caractersticas fsicas de cada una de las posibles rutas y los costos deconstruccin, uso y mantenimiento que originan.

Permite indicar en que ruta se debe realizar los estudios definitivos de

ingeniera

Permite establecer el efecto posible de la carretera en el desarrolloeconmico de la regin.

Indica los posibles efectos negativos en el paisaje natural y medio ambiente.

CAPTULO 1


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CAPTULO 1 INGENIERA DE

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Informacin requerida para el reconocimiento de rutas

Las fuentes de informacin comunes son: planos de la regin, fotografas,

recorridos de la zona de proyecto y estudios ya existentes.

Fuentes en el Per Instituto Geogrfico Nacional

Fuerza Area del Per: Direccin de Servicio Aerofotogrfico Nacional (SAN)

Ministerio de Transportes y Comunicaciones

Ministerio de Defensa

Para estudios de carreteras se pueden usar los siguientes mapas:

Mapa del Per a escala 1/1000 000 redactado en base a la carta nacional y

otros levantamientos evaluados por el IGN.

Planos de Curvas de Nivel del IGN a una escala adecuada dependiendo

de las dimensiones del proyecto.

CAPTULO 1


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Fotografas areas a diferentes escalas a cargo del SAN.

Los estudios bsicos de ruta se realizan generalmente sobre una carta, o

sobre fotografas areas donde se sealan los determinantes primarios,secundarios, y se podr marcar informacin de las poblaciones, zonas de

produccin, intensidad de lluvias, tipos de terrenos, formaciones geolgicas

etc.

Cartas nacionales Planos existentes

Informacin Preliminar

CAPTULO 1


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Fuente: IGN



Cartas nacionales

(1:50000 - 1:25000)

Cartas nacionales (1:25000)

Planos existentes (1:5000) zonas urbanas

Trazo de ruta sobre plano de curvas de nivel

CAPTULO 1


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Fotografas areas

Fuente: SAN


Fuente: M. Silvera

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Fuente: M. Silvera

Fotografas areas Estereoscopio

CAPTULO 1


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Reconocimiento de rutas por tierra

Instrumentos bsicos para el reconocimiento

Eclmetro

Brjula

Podmetro

Altmetro (Aneroide compensado para las temperaturas)

Reloj

Prismticos

Cmara fotogrfica

Cinta mtrica ( 30m mnimo)

GPS (podr reemplazar a alguno de los anteriores

Libreta de campo, y dems tiles de escritorio

Se evalan todos los factores fsicos, y condiciones de desarrollo que estn

involucrados con las alternativas.

CAPTULO 1


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Trazo de rutas sobre un plano de curvas de nivel

Fuente: propia

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1. Alineamiento Ideal AB (lnea recta que une Determinantes Primarios)

2. Alineamiento Terico ACDB (considera Determinantes Secundarios)

3. Alineamiento real

Tipos de Alineamientos

Fuente: Adaptado de Jos Cspedes

CAPTULO 1


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Fuente: Propia

CAPTULO 1


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Mtodo de la pendiente constante o lnea de gradienteTRAZADO DE RUTAS

CAPTULO 1


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TRAZADO DE RUTAS

Determinacin de la pendiente

La pendiente es la relacin que existe entre el desnivel que debemos

superar y la distancia horizontal que debemos recorrer.

0.11000

100

distancia

desnivelPendiente

(desnivel)

(distancia

)

10%x1001000

100x100

distancia

desnivel%)Pendiente(

CAPTULO 1


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Determinacin de la pendiente

25%x100205Pendiente(AB)

12.5%x10040

5Pendiente )(AB'

28.9%x10017.25

5Pendiente(AC)

TRAZADO DE RUTAS

CAPTULO 1


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Los tramos en tangente en una carretera tienen valores de pendiente que

dependen de: la velocidad directriz, la orografa y la demanda.

Los valores mximos varan segn las condiciones, pudiendo ser por ejemplo

5%, 6%, 7%. El valor mnimo por drenaje sugerido en zona de corte es 0.5%.

Se acostumbra trabajar con un valor de pendiente menor al mximo para

establecer la lnea de gradiente que servir para determinar los posibles ejes

de la carretera.

En zonas montaosas el trazo debe acomodarse de tal forma de evitar los

movimientos de tierra excesivos. Lo comn es el faldeo de las reas elevadas.

TRAZADO DE RUTAS

CAPTULO 1


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pendiente mxima = 10% Va de tercera clase. Terreno accidentado (tipo 3). Velocidad de diseo = 40 km/h.

Ejemplo:

CAPTULO 1


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Lnea de gradiente: est formada por la unin de puntos trazados sobre las

curvas de nivel manteniendo una pendiente constante.

Mtodo de la pendiente constante o lnea de gradiente

Lnea de gradiente

CAPTULO 1


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ESCALA 1/5000

275

300

AB

A (280)

B (285)

5m

X

X

5

100

55%Pendiente

Cuntos cm en el plano representan a 100 m?

Si 1cm del plano = 50 m

? = 100 m

X = 100 m

Qu distancia horizontal se debe recorrer para que el tramo AB tenga una pendiente de

5%?

? = 2 cm

Ejemplo:

CAPTULO 1


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ESCALA 1/5000

Con el comps se obtiene una abertura de 2cm y se va pasando de una curva

de nivel a otra. De esta manera al unir los puntos de corte se tendr una

polilnea con una pendiente de 5% que representa la lnea de gradiente.

AB

275

300

Ejemplo (continuacin):

UBICACIN/TRAZO DE RUTAS CARRETERAS 1


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Trazo del eje valindose de la lnea de gradiente constante

Fuente: Adaptado de Guerra Bustamante

(1) Lnea de gradiente

(2) Tramos tangente

(3) Trazo definitivo



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El alineamiento que se cia ms a la lnea de gradiente tendr un mayor

recorrido, disminuir la pendiente, el trazo ser ms sinuoso, tendr curvas de

menor radio y el movimiento de tierras ser menor

Pero debe haber un equilibrio entre la caractersticas tcnicas y el costo de laobra.

En proyectos importantes suelen necesitarse estudios geolgicos y geotcnicos

para determinar las alturas mximas y la inclinacin de los taludes en corte.

Cuando los estudios lo determinan es necesario recurrir a muros de contencin,

concreto lanzado y escalonamiento de taludes.

La estabilidad de los taludes tambin es determinante por que si no son

estables los costos de mantenimiento son elevados.

Lnea de gradiente constante

Secciones transversales - taludes



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Ejemplo de alineamiento en terreno plano



Se aprecian tangentes largas, curvas circulares de radios extensos y grandes

longitudes de curvas verticales



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Ejemplo de alineamiento en terreno montaoso

Fuente: Quintana y Altez Fuente: Ing. Carreteras-PUCP, 1998

Es comn el mtodo de faldeo

Bajas velocidades de diseo

Curvas cerradas

Constantes subidas y bajadas

Fuertes movimientos de tierras

Altos costos econmicos

Presencia de curvas consecutivas

Ancho mnimo de calzada.


CAPTULO 1

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EVALUACION DE RUTAS

La mejor ruta entre varias alternas ser aquella que de acuerdo a las

condiciones topogrficas, geolgicas, hidrolgicas y de drenaje, ofrezca el

menor costo con el mayor ndice de utilidad econmica, social y esttica.

Existen varios mtodos para evaluar los trazados alternos, uno de ellos es elmtodo de Bruce, que aplica el concepto de longitud virtual.


CAPTULO 1

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EVALUACION DE RUTAS METODO DE BRUCE

Uno de los mtodos que nos permite elegir la mejor ruta de las alternativas

obtenidas en el trazo preliminar es el mtodo de Bruce, el cual se basa en el

concepto de longitud resistente que es la comparacin entre la distancia real de

la ruta y una distancia equivalente teniendo en cuenta nicamente el mayor

esfuerzo que realizan los vehculos subiendo cuestas muy empinadas y el

mayor riesgo y desgaste de los frenos al bajarlas.

x0 = x + kyDonde:

x0 : Longitud resistente (m)

x : Longitud total del trazado (m)

y: Suma de desniveles ascendentes en el sentido de

evaluacin (m)

k : Inverso del coeficiente de traccin

Tipo superficie K

Tierra 21

Grava o asfalto 35

Concreto 44


CAPTULO 1

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x0 = x + k[y+li(pi-pr)]Donde:

li : Longitud tramo descendente con pi > pr (m)

pi : pendiente del tramo analizado (en decimal)

pr : pendiente recomendada o especificada para el proyecto (en decimal)

La evaluacin se realiza en los dos sentidos de circulacin a partir de una

pendiente recomendada o especificada para la va. Cuando la pendiente de un

tramo descendente de la ruta sea mayor a la recomendada, la (y) de la

ecuacin anterior se afecta de la siguiente manera:

Adems de esta evaluacin debe hacerse un anlisis que tenga en cuenta, para cada

ruta:

- Las condiciones geolgicas y de estabilidad del terreno.- La construccin de obras adicionales (puentes o tneles por ejemplo).

- Condiciones hidrolgicas y de drenaje.


CAPTULO 1


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RUTA PUNTOS PROGRESI VA COTAS

Ruta 1

A 0+000 100

d 2+400 180

e 7+500 170

f 9+000 210

B 10+800 250

Ruta 2

A 0+000 100

g 2+600 120

h 6+000 110

i 7+300 165

B 8+300 250


CAPTULO 1


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RUTA PUNTOS PROGRESIVA COTAS

Ruta 1

A 0+000 100

d 2+400 180

e 7+500 170

f 9+000 210

B 10+800 250

Ruta 2

A 0+000 100

g 2+600 120

h 6+000 110

i 7+300 165

B 8+300 250

Ruta 1

Tramo Ad:

Desnivel = 80 m p = (80/2400)*100 = 3.3%

Tramo de:

Desnivel = 10 m p = (10/5100)*100 = -0.2%

Tramo ef:

Desnivel = 40 m p = (40/1500)*100 = 2.7%

Tramo fB:

Desnivel = 40 m p = (40/1800)*100 = 2.2%



CAPTULO 1


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CAPTULO 1


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Si suponemos que las vas a travs de estas rutas sern pavimentadas en

concreto y que la pendiente recomendada es de 4%. Para cada ruta se tendrn

las siguientes longitudes resistentes:

Ruta 1

Desniveles perjudiciales por pendientes = 80 + 40 + 40 =160 m

x0 = x + ky, x = 10800 m, k = 44, y = 160 m

x0 = 10800 + 44(160) = 17840 m

Ruta 2

Desniveles perjudiciales por pendientes = 20 + 55 + 85 =160 m

x0 = x + ky, x = 8300 m, k = 44, y = 160 m

x0 = 8300 + 44(160) = 15340 m



CAPTULO 1


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Si analizamos las longitudes resistentes (x0) en sentido contrario, es decir deB

aA, se tiene:

Ruta 1

Desniveles perjudiciales por pendientes = 10 mDesniveles por exceso de pendientes = 0 m

x0 = x + k[y+li(pi-pr)], x = 10800 m, k = 44, y = 10 m

x0 = 10800 + 44[10] = 11240 m

Ruta 2

Desniveles perjudiciales por pendientes = 10 m

Desniveles por exceso de pendientes = ((8.5-4.0)*1000 + (4.2 4.0)*1300)/100 =

47.6 m

x0 = 8300 + 44[10 + 47.6] = 10834 m



CAPTULO 1


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Note que en ambos casos la ruta 2 es la de menor resistencia; sin embargo ella

incorpora la construccin de un puente en el punto h, que elevara los costos.

Por lo tanto, desde el punto de vista econmico, la mejor ruta sera la ruta 1.



CAPTULO 1


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CONCLUSIONES


ic 02

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