viales 2010

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Diseño y Cálculo Geométrico de

VialesDiseño y Cálculo Geométrico de

Viales

Ing. Moisés Suárez Campos.

Unidades

Etapas y documentación de un proyecto de carretera

Diseño Geométrico

Movimiento de Tierra

Drenaje de la Vía

Company L/O/G/O

Objetivo de la AsignaturaEsta asignatura tiene como objetivo fundamental que al terminar el estudiante el programa, esté capacitado para diseñar geométricamente un camino.

Lo anterior implica adquirir las competencias para el diseño en planta y perfil de carreteras y los correspondientes movimiento de tierra y obras de drenaje que deben ejecutarse para asegurar el buen funcionamiento de la vía y su vida útil proyectada.


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Unidad I: Etapas y documentación de un proyecto de carreteras.

Objetivo de la unidad:

Conocer los pasos que deben seguirse para la confección de un proyecto vial.


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ESTUDIO PRELIMINAR O SELECCIÓN DE RUTA

Estudio PreliminarEl estudio preliminar, es la primera etapa de un proyecto de carretera, en el cual se hace un estudio comparativo de todas las rutas posibles, teniendo en cuenta las necesidades que éstas deben satisfacer, las características del terreno y en general las ventajas e inconvenientes de las distintas posibilidades.

RUTA: La faja del terreno de ancho variable entre dos puntos obligados, dentro de la cual es factible hacer la localización de un camino. Mientras más detallado y precisos sean los estudios, para determinar la ruta, el ancho de la franja será más reducido.

Este estudio permitirá conocer los costos y ventajas de las diferentes rutas para elegir, que sea más conveniente, es decir la que tiene mejores condiciones para que se emplace en ella la vía.

Pasos del estudio preliminarEl estudio preliminar debe contener los siguientes pasos:

Recopilación de información

Establecimiento de controles: no técnicos, técnicos.

Reconocimientos: Aéreo, terrestre.

Evaluación de las rutas y elección de la mejor.

Definición del eje preliminar de la vía.

Determinación de la Línea de Bandera

Confección de los planos topográficos.

Recopilación de la informaciónLa información más determinante en la localización se obtiene de los estudios de los mapas de la república, del o los departamentos donde se proyecta la vía y los planos de la región específica. Estos mapas y/o planos deben contener información: topográfica, hidrológica, geológica, geotécnica, del uso del suelo, tipos de suelos, potencial económico, etc.

La información obtenida le servirá al ingeniero para tener una idea clara de las características de la región y de todos los elementos que puedan influir en la toma de decisiones.

Los mapas deben tener una escala que permita apreciar como un todo la zona donde se proyectará la vía. La escala a usarse debe ser 1:50,000 ó 1: 25,000. Actualmente se cuenta con fotografías aéreas a escala 1:30,000.

Aportes de Google Earth

Establecimiento de controles

Los controles son aquellos puntos por donde debe o no pasar la vía, lo cual se debe a razones técnica o no técnicas.

Cuando se tiene previsto la construcción de una carretera se trata siempre de que la línea entre los puntos de control quede alojada en terreno plano la mayor extensión posible para evitar incurrir en movimientos de tierra y así evitar altos costos.

En ocasiones la pendiente al pie de una cuesta es mayor que la permitida y esto obliga a tomar otra ruta que probablemente aumentará la longitud.

Controles NO TECNICOS“La construcción de una carretera es para el bien de todos”

La construcción de una carretera responde a intereses económicos, sociales, políticos y militares, de tal forma que estos aspectos definen el objetivo fundamental de la vía, lo que obliga en mayor o menor grado a que la carretera se trace por puntos o zonas, a los que se le denomina CONTROLES NO TECNICOS. Estos lugares por donde pasará la vía son seleccionados por el inversionista, con o sin participación del Ingeniero proyectista.

Ejemplo de controles no técnicos:

• El punto inicial y final del proyecto (A y B).• Zona Agrícola (C).• Zona Ganadera (D)• Zona Minera. (E)

Controles NO TECNICOS

RECUERDA:

En general es conveniente no pasar la carretera por los centros de los pueblos como se hacía antiguamente, sino que pase por las afueras.

Controles TECNICOSCon base en la información recopilada en los planos y fotografías aéreas de la zona, pueden establecerse puntos por donde debe o no pasar la vía en atención a factores: topográficos, hidráulicos, geológicos, etc.

Estos controles pueden ser positivos o negativos, por ejemplo:

Los controles técnicos positivos: Son los puntos por donde hay buenas condiciones para que pase la vía, entre ellos tenemos: las partes rectas de los ríos, donde está bien definido el cauce, con buen acceso y posibilidades de cimentación adecuada, también los puertos son un punto de control positivo.

Controles TECNICOS

PUERTO: Se entiende por puerto a un punto bajo de paso a través de una coordillera, siendo los puertos los lugares más decisivos en la localización de una vía terrestre.

Los controles técnicos negativos son: los puntos por donde no debe pasar la vía, entre ellos tenemos: las zonas de inundaciones, las área de deslizamientos geológicos, los cerros, farallones o acantilados.

Reconocimiento

Una vez establecidos los controles queda definida la ruta o corredor.

a) Reconocimiento Aéreo: Es el que ofrece mayor ventaja sobre los demás, por lo que permite tener una idea de conjunto de un área extensa, además que pueden apreciarse importantes detalles. Este reconocimiento se efectua en avioneta o helicóptero. El reconocimiento aéreo tiene como objetivo comparar y corroborar la información suministrada por los planos utilizados para la marcación de los puntos.

b) Reconocimiento Terrestre: Se lleva a cabo cuando no es posible realizar el aéreo. Es menos efectivo ya que el ingeniero no puede observar grandes áreas. Este reconocimiento se realiza a pie, a caballo o en vehículo de campo y se lleva a cabo después de haber estudiado las cartas geográficas. Durante este reconocimiento se deben dejar señales sobre la ruta para que luego puedan ser seguidas por el trazo preliminar.

Evaluación de las rutas y elección de la mejorLa mejor solución de la ruta entre varias posibles es un problema de cuya solución depende el futuro de la carretera.

Con los datos que se han recopilado y verificado se hace un estudio técnico-económico de cada una de las rutas posibles. Se recomienda trazar por lo menos tres rutas. Al comparar las ventajas que ofrezcan se debe comparar los gastos de construcción, mantenimiento de la vía contra los beneficios probables que se deriven de ella.

Pasos a seguir en el trazado de las rutasEl trazado de las rutas o alternativas se hará a mano alzada sobre un mapa o plano topográfico a escala 1:50000, con el objetivo de unir por distintas rutas los extremos de la vía.

En el trazado de la vía se deben atender los siguientes puntos:

Puntos de control técnico y no técnico. Evitar grandes cortes o rellenos. Que las curvas tengan radios adecuados y que no varíen

bruscamente de una curva a otra, etc. Sacar el perfil longitudinal del terreno a partir de las curvas de

nivel. Trazo de la subrasante atendiendo la coordinación entre la planta

y el perfil, se debe procurar que exista compensación entre excavación y terraplén, que las pendientes estén acorde a las normas en cuanto a su valor, y que se deje el mínimo de relleno para las obras de drenaje.

Entre las obras de drenaje se tienen:

1. Obras de drenaje mayor: Puentes.

2. Obras de drenaje menor: cunetas, contra-cunetas, alcantarillas.

Tipos de obras de drenaje

Definición del eje preliminar de la víaTeniendo como base la ruta seleccionada, se procede a definir la localización del eje de la carretera. Se entiende por localización, a todas las actividades de campo y gabinete realizadas, encaminadas a replantear en el terreno el eje definitivo de la carretera.

Uno de los criterios para el trazado en planta dice:

“ La alineación debe ser tan directa como sea posible, pero debe estar de acuerdo con la Topografía del terreno”.

Una alineación sinuosa que siga los contornos naturales es estéticamente preferible a una con grandes pendientes que irrumpa a través del terreno, pues así las huellas de la construcción pueden ser reducidas a un mínimo y conservarse las pendientes y arbolados naturales. Lo anterior depende de razones económicas y normas geométricas.

Determinación de la Línea de BanderasLa línea de banderas, es una línea quebrada localizada en el terreno, cuyos segmentos tienen pendientes constantes. Para determinar dicha línea se utiliza un CLISIMITRO, el cual es un instrumento que permite medir las pendientes del terreno, marcará el ángulo de inclinación o el correspondiente en porcentaje. La línea de bandera es la base para el levantamiento topográfico.

Para tener el eje del corredor basta con unir los puntos de control, dicho corredor tendrá un ancho de 50mt a cada lado del eje de la vía, sobre este corredor se hará un levantamiento topográfico que se traducirá en un plano con curvas de nivel de la faja en estudio, un plano de perfil longitudinal del terreno en el eje de la poligonal (Línea de Banderas) y un plano de secciones transversales a dicho eje. Sobre estos planos se efectuará el Anteproyecto del eje de la vía. Se recomienda que los planos se elaboren a escala de 1:5000 con equidistancia de 5m entre curvas de nivel, de manera que se aprecien mejor los detalles del terreno.

Elaboración de planos Topográficos

Actividad de Aprendizaje

Junto a tu equipo de trabajo máximo cuatro integrantes, recopila un plano de un municipio o región cualquiera y realiza lo siguiente:

Identifica la ruta actual para llegar de un punto de origen a otro de destino (Por ejemplo: Estelí – San Nicolás).

Con base a los criterios estudiados en el ESTUDIO PRELIMINAR selecciona tres posibles rutas alternativas a la existente y realiza un análisis mediante un informe de las características de las rutas marcadas, haciendo énfasis en los puntos de control, ventajas y desventajas desde el punto de vista técnico y económico, etc.

Sería muy importante que conozcas la zona a fin de proporcionar conclusiones más acertadas y realistas.

El mapa puede ser en formato digital o impreso, atendiendo las escalas estudiadas.

Esta tarea debes entregarla en el próximo encuentro, a primera hora.

Características del Informe

1. Portada2. Introducción3. Desarrollo3.1 Descripción General de la zona (ubicación, morfología del

terreno, clima, riesgos existentes, usos de la tierra, etc)3.2 Descripción de la ruta existente (Ventajas, desventajas,

longitud, etc)3.3 Descripción de las rutas propuestas.3.4 Justificación de la nueva ruta seleccionada.4. Conclusiones5. Recomendaciones6. Anexos (Fotografías, plano, imágenes de Google Earth, etc)

Forma de entrega: Impreso

ANTEPROYECTO

El Anteproyecto es la segunda etapa en la proyección de una vía, es el resultado del conjunto de estudios y levantamientos topográficos que se llevan a cabo con base en los datos previos.

Una vez obtenidos los planos con curvas de nivel a una escala apropiada, se inicia el estudio para el trazo del camino, considerando un número variable de posibilidades, hasta seleccionar la más conveniente para el eje de la carretera.

Económicamente el mejor trazado es aquel que se adapta a la topografía del terreno. Sin embargo la selección de una línea debe atender el tipo y volumen de tránsito previsto para el período de diseño de la carretera, así como de la velocidad de proyecto.

Criterios para el trazado de la vía

Se refieren específicamente al trazado geométrico en armonía con el estado natural del terreno que atraviesa la carretera. Como resultado de la aplicación de estos criterios puede que el costo inicial de la obra no sea el mínimo posible, pero al final será económica, puesto que no se gastará en mantenimiento constante, bajo número de accidentes y pérdidas humanas y materiales.

Normas generales para el alineamiento horizontalEstas normas están reconocidas en la práctica y son importantes para lograr una circulación cómoda y segura, entre las cuales están: La seguridad al tránsito. La topografía condiciona los radios de curvatura y velocidad de

proyecto. La distancia de visibilidad debe ser tomada en cuenta en todos

los casos. El proyectista debe procurar usar curvas suaves, el ángulo de las

curvas debe ser tan pequeño como sea posible hasta donde lo permita las condiciones físicas, de manera que la carretera tenga el trazado más directo posible.

Se debe evitar pasar repentinamente de tramos con curvas suaves a tramos con curvas forzadas.

En rellenos altos y largos sólo son aceptables alineamientos rectos o de muy suave curvatura.

En caminos abiertos debe evitarse el usos de curvas compuestas.

Debe evitarse cualquier inversa brusca en la alineación. Tal cambio dificulta al conductor del vehículo mantenerse dentro del carril. El Manual de Proyecto Geométrico de Carreteras dice: “ Que la longitud mínima entre curva inversas debe ser igual a la semisuma de la longitud de transición de ambas curvas.

Normas generales para el alineamiento horizontal

Normas generales para el alineamiento horizontalDebe evitarse las curvas de lomo roto ( dos curvas en la misma dirección

con una pequeña recta entre ellas). Tal alineación es peligrosa, ya que la mayoría de los conductores no esperan que las curvas sucesivas tengan la inflexión en el mismo sentido.

Es conveniente limitar el empleo de tangentes muy largas, pues la atención de los conductores se concentra largo tiempo en puntos fijos, que motivan somnolencia, especialmente durante la noche, por lo cual es preferible proyectar un alineamiento ondulado con curvas amplias.

Normas Generales para el alineamiento verticalEn el perfil longitudinal de una carretera, la subrasante es la que define el alineamiento vertical. La posición de la subrasante depende principalmente de la topografía de la zona atravesada, pero existen otros factores que deben atenderse:

Una subrasante suave con curvas graduales es consistente con el tipo de camino y el carácter del terreno.

Normas Generales para el alineamiento vertical Las depresiones escondidas contribuyen a aumentar los

accidentes en las maniobras de paso, ya que el que va a efectuar éstas es engañado por la visión de la carretera.

Es importante el redondeo de las cimas y depresiones para que no hagan el efecto de puntos angulosos. El cambio o variación de altura debe ser lo más gradual posible. Se debe evitar tener una vía con un perfil semejante a la MONTAÑA RUSA.

Normas Generales para el alineamiento verticalUn perfil escalonado es preferible a una sóla

pendiente sostenida, porque permite aprovechar el aumento de velocidad previo al ascenso y el correspondiente impulso.

Coordinación entre alineamiento Vertical y Hz

Los alineamientos horizontal y vertical no deben considerarse independientes en el proyecto, pues debe existir una coordinación entre ambos.

Las tangentes o las curvas horizontales suaves en combinación con pendientes fuertes o viceversa, corresponde a diseños pobres. Un diseño apropiado es igual que combinar ambos alineamientos ofreciendo lo máximo en seguridad, capacidad, velocidad, etc.

No deben proyectarse curvas horizontales cerca de una cima, o curva vertical en cresta pronunciada. Esta condición es peligrosa porque el conductor no puede percibir el cambio en el alineamiento hz especialmente en la noche, por lo que las luces de los coches alumbran adelante hacia el espacio y en línea recta.

En pocas palabras:

La coordinación entre el alineamiento horizontal y vertical debe de iniciarse en la etapa de ANTEPROYECTO, donde pueden realizarse los ajustes correspondientes, mediante estudios exhaustivos.

Se puede afirmar que en la etapa de anteproyecto, se realiza el trazado de la subrasante, con soluciones prácticamente definitivas, sólo sujetas a modificaciones pequeñas.

Trazado de la víaYa teniendo el plano de la faja por donde deberá trazarse la vía a escala 1:50,000 y con equidistancia entre curvas de nivel de 5m, se realiza el trazado de la misma tanto en planta como en perfil.

Trazado en plantaLa alineación debe ser tan directa como sea posible, pero debe estar de acuerdo con la topografía del terreno. Una alineación sinuosa que siga los contornos naturales del terreno es estéticamente preferible que una que irrumpa a través del terreno, pues así las huellas de la construcción pueden ser reducidas a un mínimo y conservar las pendientes y arbolados naturales.

Trazado en plantaPara el trazado en planta se debe atender la LINEA A PELO DE TIERRA, la cual es una línea quebrada localizada en el plano , el trazado será el más óptimo a medida que nos apeguemos más a ésta.

Trazado en PerfilSi el eje de la vía ha sido definido en el plano, se puede deducir del plano topográfico el perfil del terreno. Si el eje de la vía ha sido definido directamente en el campo, el perfil del terreno se obtendrá mediante un levantamiento topográfico, osea por procedimiento de nivelación, fijando estacas y puntos de amarre.

El perfil se dibujará en papel milimitrado con escala horizontal 1:50000 o la que tenga la planta del anteproyecto y la escala vertical 10 veces mayor 1:500 con el objetivo de apreciar mejor el relieve del terreno.

Trazado en PerfilLA SUBRASANTE , es un trazado vertical compuesta por líneas rectas inclinadas, unidas por arcos de círculos, que generalmente son Parábolas.

Cuando se realiza el trazo de la subrasante se debe atender los siguientes factores de diseño:1. Pendiente gobernadora:2. Pendiente máxima permisible3. Longitud Crítica4. Pendiente mínima 0.5%

Trazado en perfil

1. En el trazado del perfil es necesario definir todos los puntos de altura obligada, entre estos:• Punto de inicio y final del proyecto.• Altura de puentes• Altura de alcantarillas2. Debe existir compensación entre excavación y relleno.3. Calcular la longitud de las curvas verticales y colocar sobre el perfil su estación y elevación y su longitud de curva.4. Los cambios de pendientes para ajustarse al terreno y facilitar la evacuación de las aguas, para esto se recomienda:a) Cambios de pendientes de (+) a (–) en excavación.b) Cambios de pendientes de (-) a (+) en relleno.

En la etapa de Anteproyecto se deben considerar además:

Condiciones Topográficas: Plano, montañoso u ondulado.Condiciones Geotécnicas: La naturaleza y calidad de los

materiales que se encuentran en la zona donde se localiza la carretera.

Costos de ConstrucciónCostos de supervisión de construcciónCostos de mantenimientoCostos de operación

Replanteo del eje de la vía

La forma más usual de hacer el replanteo de la vía es basándose en los vértices de la poligonal que se realizó, con vista al levantamiento del corredor, previo a la etapa de anteproyecto. Así conocida las coordenadas de los vértices de la poligonal se pueden determinar los puntos de inflexión del eje de la vía definiendo así los valores para el replanteo.

PROYECTO DEFINITIVOEs la etapa más importante del proyecto vial. Ya que en ella se profundiza en el estudio y los cálculos, y se detallan más los planos con el objetivo de brindar la información necesaria para la revisión y aprobación del proyecto, así como su replanteo y ejecución.

Debido a los reajustes que se han hecho en la etapa de proyecto definitivo se hace necesario hacer una evaluación de los costos de construcción, mantenimiento y operación.

Documentación de un proyecto de carretera Memoria descriptiva o propuesta técnica.

Planos: Carátula, plano general, plano de planta, planta-perfil, sección transversal típica de la vía, obras de drenaje mayores y menores y diagrama de masas.

Pliego de condiciones (documentos de licitación y contrato).

Presupuesto


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Adquirir un juego de plano de un proyecto de carreteras de por lo menos cinco kilómetros, dicho tramo debe contener :

Curvas Horizontales y verticalesTérminos de referenciaSecciones TransversalesDiagramas de Masas

Asignación

Dentro de 15 días en conjunto con tu grupo de trabajo debes presentar el material al profesor para que te de su Visto Bueno (Vo.Bo).


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Ing. Moisés Suárez Campos.

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