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Instituto Tecnológico de Cancún Materia: Carreteras. Profesor: Luis Alfonso Marín Priego

Carrera: Ing. Civil. Alumno: Pech Cauich Angel Rodrigo No de control: 18530534

Fecha: 12/11/2019

Semestre: 3

Grupo: A

Unidad 4: Proyecto geométrico de carreteras. 1

Contenido 4.1 Alineamiento horizontal y vertical ................................................................................................ 3 4.2 Diseño de la subrasante. ............................................................................................................... 7 4.3 Secciones transversales............................................................................................................... 11 4.4 Analisis y diseño de la curva masa .............................................................................................. 15 Referencias ........................................................................................................................................ 19

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4.1 Alineamiento horizontal y vertical Al momento de hacer un proyecto o un trazo de una carretera, siempre es importante y primordial saber las especificaciones que regirán el diseño geométrico de la carretera, ya que gracias a estos tendremos información fundamental para poder tener una base de como debe de ir el proyecto y el trazo, esto también nos ayudará a encontrar una armonía entre las normas para el alineamiento vertical y horizontal. Estas ultimas se verán afectadas por factores como ‘’el derecho de vía, la división de propiedades, el efecto de la vía proyectada sobre otras existentes, los cruces con otras carreteras o ferrocarriles y las previsiones para lograr un buen drenaje entre otros, ya que cabe la posibilidad de que se tenga forzar el trazo de la vialidad.

Alineamiento horizontal Para el alineamiento horizontal es importante tener en cuenta doce puntos, los cuales de darán a continuación: 1.-La seguridad al transito que debe ofrecer el proyecto es la condiciones que debe tener preferencia. 2.- La topografía condiciona muy especialmente los radios de curvatura y velocidad de proyecto 3.- la distancia de visibilidad debe ser tomada en cuenta en todos los casos, porque con frecuencia la visibilidad requiere radios mayores que la velocidad en si. 4.-El alineamiento debe ser tan direccional como sea posible sin dejar de ser consistente con la topografía 3

5.-Para una velocidad de proyecto dada, debe evitarse dentro de lo razonable, el uso de la curvatura máxima permisible. 6.-Debe procurarse un alineamiento uniforme que no tenga quiebres bruscos en su desarrollo, por lo que deben evitarse curvas forzadas después de tangentes largas o pasar repentinamente de tramos de curvas suaves a otros de curvas forzadas. 7.-En terraplenes altos y largos solo son aceptables alineamientos rectos o de muy suave curvatura, para que el conductor pueda ajustar su velocidad a las condiciones prevalecientes. 8.-En camino abierto debe evitarse el uso de curvas compuestas, sobretodo donde sea necesario proyectas curvas forzadas. Las curvas compuestas se pueden emplear siempre y cuando la relación entre el radio mayor y el menor sea igual o menor a 1.5. 9.-Debe evitarse el uso de curvas inversas que presenten cambios de dirección rapidos, pues dichos cambios hacen difícil al conductor mantenerse en su carril, resultando peligrosa la maniobra. Las curvas inversas deben proyectarse con una tangente intermedia, la cual permite que el cambio de dirección se suave y seguro. 10.-Un alineamiento con curvas sucesivas en la misma dirección debe evitarse cuando existan tangentes cortas entre ellas, sin embargo puede proporcionarse cuando las tangentes seas superiores a 500. 11.-Para anular la apariencia de distorsion, el alineamiento horizontal debe estar condinado con el vertical. 12.-Es conveniente limitar el uso de tangentes muy largas, ya que normalmente los conductores se concentran en un punto fijo, lo cual les puede causar somnolencia y causar un accidente. Siguiendo y respetando estos 12 puntos se puede conseguir el trazo de una curva horizontal 4

satisfactoriamente, sin embargo se debe de tener mucho cuidado al momento de calcular cada uno de los elementos de la curva, ya que si no se hace con precaución, aun que se sigan estos 12 pasos, si el calculo esta mal, la curva no tendrá lo suficiente para poder evitar accidentes y ser funcional. Alineamiento vertical Para este alineamiento se debe de especificar que la subrasante es la línea que se debe de tomar como referencia y la posiciones de esta dependerá de 8 puntos mencionados a continuación: 1.-La topografía del lugar siempre influirá de distintas formas para definir la subrasante. En terrenos planos la altura de la subrasante será regulada por el drenaje. En lomerío se adoptan subrasantes onduladas y en terreno montañosos, estará regida por la topografía. 2.-Se debe buscar una subrasante suave con cambios graduales. 3.-Debenevitarse vados formados por curvas verticales muy cortas, pues no representa un perfil seguro para los conductores. Asi mismo se deben colocar dos curvas verticales que sean sucesivas y que tengan la misma dirección. 4.-Se prefiere tener un perfil escalonado a una pendiente sostenida, debido a que esta controla más velocidad. 5.-Cuando la magnitud del desnivel motiva largas pendientes uniformes, es conveniente adoptar un carril adicional en la sección transversal. 6.-Se deben considerar carriles auxiliares de ascenso donde la longitud critica de la pendiente esta excedida y donde el volumen horario de proyecto excede del 20% de la capacidad de diseño para dicha pendiente en el caso de caminos de dos carriles y del 30% en caso de varios carriles.

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7.-Cuando se trata de salvar desniveles apreciables, deberá procurarse disponer las pendientes más fuertes al comenzar el descenso. 8.-Donde las intersecciones a nivel ocurren tramos de camino con pendientes moderadas a fuertes, es deseable reducir la pendiente a través de la intersección. Combinación de los alineamientos horizontal y vertical La

finalidad

de

combinar

ambos

alineamientos, es como tal la obtecion de un proyecto eficiente, que ofrezca las condiciones de seguridad y capacidad necesarias, además de resultar la via más económica con uniformidad en la operación. Esta combinación se debe ajustar a la velocidad que marca el proyecto, en caso de que un alineamiento se perjudique se tendrán que tener en cuenta ciertos puntos: 1.-Las curvaturas y pendientes deben estar balanceadas 2.-No deben de haber curvas horizontales forzadas cerca o en un cima o una curva vertical en cresta pronunciada. 3.-No deben de haber curvas horizontales forzadas cerca del punto de una vertical en columpio. 4.-Es necesario colocar tangentes largas para que funcionen como tramos para rebasar.

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4.2 Diseño de la subrasante. Para asegurar que pavimento o el piso industrial de concreto soporte las cargas para las que fue diseñado, sin que se presenten asentamientos, se debe diseñar y construir la estructura de soporte de forma adecuada. Para ello, el material de base o subbase, debe ser un material granular de calidad controlada que pueda proveer y añadir beneficios a la construcción y al desempeño del piso. La subrasante es el mismo terreno natural, graduado y compactado que servirá de soporte para la colocación del piso. En ocasiones para mejorar sus características de drenaje y de compactación la subrasante es mejorada buscando un mejor comportamiento de la estructura de soporte. La Subbase hidráulica, es una capa de materiales pétreos seleccionados que se construye sobre la subrasante, cuyas funciones principales son proporcionar un apoyo uniforme a la base de un pavimento asfáltico o hidráulico y soportar las cargas que éste le transmite aminorando los esfuerzos inducidos y distribuyéndolos adecuadamente a la capa inmediata inferior, y prevenir la migración de finos hacia las capas superiores. La base hidráulica, es una capa de

materiales

seleccionados

pétreos que

se

construye generalmente sobre la subbase o la subrasante, cuyas funciones principales son proporcionar

un

apoyo

uniforme a la carpeta asfáltica, la capa de rodadura asfáltica o la carpeta de concreto 7

hidráulico y soportar las cargas que éstas le transmiten aminorando los esfuerzos inducidos y distribuyéndolos adecuadamente a la capa inmediata inferior, y proporcionar a la estructura del pavimento la rigidez necesaria para evitar deformaciones excesivas, drenar el agua que se pueda infiltrar e impedir el ascenso capilar del agua subterránea.

Debido a que las losas de concreto son estructuras rígidas, las cargas concentradas de las llantas de los vehículos (en el caso de los pisos industriales: de los montacargas o de los postes de los racks), son repartidas uniformemente a lo largo de grandes superficies, teniendo como consecuencia, que las cargas en la subrasante sean normalmente bajas. Por tal motivo, los pisos de concreto no necesitan necesariamente soportes muy rígidos en la subrasante. Sin embargo, el soporte de la subrasante y del material de base contribuye a tener un sólido soporte en los bordes, lo cual es muy benéfico para las juntas en losas expuestas a cargas fuertes en montacargas. Si el soporte de la subrasante es débil o blando, es muy probable que ocurra un fenómeno de consolidación del terreno de soporte provocado por la constante repetición de cargas fuertes sobre la losa, induciendo a la pérdida de soporte en los bordes de las losas. En caso de un suelo extremadamente pobre, la remoción y reemplazo de la subrasante con un material compactable, es la mejor opción para estos casos. El soporte de la sub-rasante, debe ser razonablemente uniforme, sin cambios bruscos de dureza, es decir de áreas rígidas o duras hacia áreas suaves o blandas, y también buscando que la capa superior de la subrasante sea uniforme en material y en densidad.

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Los materiales que se utilicen para la construcción de subbases y bases hidráulicas puede estar conformado por arenas, gravas – arenas, rocas trituradas o combinaciones de estos materiales y deberán cumplir con lo establecido en las Normas de referencia del proyecto. Como ejemplo mencionamos las Normas N·CMT·4·02·001: Materiales para Subbases y N·CMT·4·02·002: Materiales para Bases Hidráulicas, establecidas por Secretaría de comunicaciones y transportes. El material utilizado en la conformación se extenderá en todo el ancho de la corona y se conformará de tal manera que se obtenga una capa de material sin compactar de espesor uniforme. Si se requiere, el material se extenderá en capas sucesivas, con un espesor no mayor que aquel que el equipo sea capaz de

compactar

al

grado

se

puede

indicado en el proyecto. La

capa

extendida

compactar con pata de cabra y rodillo liso, hasta alcanzar el grado indicado en el proyecto. La última capa que se extienda se debe terminar con rodillo liso. La compactación se debe hacer de forma longitudinal, de las orillas hacia el centro en las tangentes y del interior al exterior en las curvas, con un traslape de cuando menos la mitad del ancho del compactador en cada pasada. Pruebas y ensayes Algunos de los criterios de aceptación o rechazo son: Calidad de los materiales. Que los materiales, solos y después de mezclados cuando procedan de dos o más bancos diferentes, cumplan con las características establecidas en las especificaciones.

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Líneas y niveles. Que el alineamiento, perfil y sección de la sub-base o la base hidráulica, cumplan con lo establecido en el proyecto y las tolerancias. Y para ello se requieren realizar levantamientos topográficos. Compactación. Que la compactación de la sub-base o de la base hidráulica, determinada en calas ubicadas al azar mediante un procedimiento basado en tablas de números aleatorios, cumpla con lo establecido en el proyecto.

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4.3 Secciones transversales. Los perfiles transversales son los tomados en sentido normal o perpendicular, al eje o alineamiento. El método para obtener una sección transversal es el mismo para obtener un perfil longitudinal. El punto de partida para obtener cada sección, es el eje del alineamiento, cuya cota ya se determina con la nivelación del perfil longitudinal; se van tomando lecturas de acuerdo a la pendiente y a los cambios de pendiente midiendo sus distancias, luego, esto se consigna en una cartera de campo llamado secciones transversales o topográficas. En el trabajo de oficina se hallan las cotas de los puntos. Después se calculan las cotas se precede a dibujar los perfiles transversales .

La sección transversal de una

carretera

en

un

punto de ésta, es un corte vertical normal al alineamiento horizontal, el cual permite definir la disposición dimensiones

y de

los

elementos que forman la carretera en el punto correspondiente a cada sección y su relación con el terreno natural. Para agrupar los tipos de carreteras se acude a normalizar las secciones transversales, teniendo en cuenta la importancia de la vía, el tipo de tránsito, las condiciones del terreno, los materiales por emplear en las diferentes capas de la estructura de pavimento u otros, de tal manera que la sección típica adoptada influye en la capacidad de la carretera, en los costos de adquisición de zonas, en la construcción, mejoramiento, rehabilitación, mantenimiento y en la seguridad de la circulación. En el presente capítulo se describirán los elementos de la sección transversal normalizando sus dimensiones e inclinaciones, donde sea 11

procedente. El diseño estructural del pavimento y obras de arte, si bien son determinantes en la sección transversal, son materia a ser normadas en otro documento, por ello se exponen aquí sólo aspectos geométricos que brinden coherencia al capítulo. ELEMENTOS Los elementos que integran y definen la sección transversal son: ancho de zona o derecho de vía, calzada ó superficie de rodadura, bermas, carriles, cunetas, taludes y elementos complementarios. ANCHO DE ZONA O DERECHO DE VÍA Es la faja de terreno destinada a

la

construcción,

mantenimiento,

futuras

ampliaciones, si la demanda de

tránsito

servicios ,servicios

así de

lo

exige,

seguridad

auxiliares

y

desarrollo paisajístico. A esta zona no se le puede dar uso privado. El ancho de zona debe estar en el rango presentado en la Tabla, salvo que circunstancias particulares del proyecto justifiquen extrapolar el límite superior. CORONA Es el conjunto formado por la calzada y las bermas. El ancho de corona es la distancia horizontal medida normalmente al eje entre los bordes interiores de las cunetas. Calzada La calzada es la parte de la corona destinada a la circulación de los vehículos y está constituida por dos o más carriles, entendiéndose por carril la faja de ancho suficiente para la circulación de una fila de vehículos. Las calzadas pueden ser pavimentadas o no. Si son pavimentadas, queda comprendida entre los bordes internos de las bermas. La demarcación que ayuda a definir los carriles y el ancho total de la calzada se debe ejecutar de conformidad con las disposiciones del 12

Ancho de calzada En la Tabla se indica el ancho de la calzada en función de la categoría de la carretera, del tipo de terreno y de la Velocidad de diseño del tramo homogéneo(VTR). En carreteras de una sola calzada el ancho mínimo de ésta debe ser de seis metros (6 m) con el propósito de permitir el cruce de dos vehículos de diseño que viajen en sentido contrario

. Pendiente transversal en entretangencias horizontales Es la pendiente que se da a la corona y a la subrasante con el objeto de facilitar el escurrimiento superficial del agua. En entretangencias horizontales las calzadas deben tener, con el propósito de evacuar las aguas superficiales, una inclinación transversal denominada bombeo, que depende del tipo de superficie de rodadura. En la Tabla 5.3 se presentan los valores correspondientes

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Bermas La berma es la faja comprendida entre el borde de la calzada y la cuneta. Cumple cuatro funciones básicas: proporciona protección al pavimento y a sus capas inferiores, que de otro modo se verían afectadas por la erosión y la inestabilidad; permite detenciones ocasionales de los vehículos; asegura una luz libre lateral que actúa sicológicamente sobre los conductores aumentando de este modo la capacidad de la vía y ofrece espacio adicional para maniobras de emergencia aumentando la seguridad. Para que estas funciones se cumplan, las bermas deben tener ancho constante, estar libres de obstáculos y estar compactadas homogéneamente en toda su sección. Ancho de berma El ancho de las bermas depende de la categoría de la carretera, el tipo de terreno y la velocidad de diseño del tramo homogéneo (VTR). En la Tabla 5.4 se presenta el ancho que deben tener

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4.4 Analisis y diseño de la curva masa La economía en la construcción de un camino se consigue excavando y rellenando sólo lo necesario

y acarreando

los

materiales la menor distancia posible y de preferencia cuesta trabajo. Este estudio de los volúmenes de corte y relleno, su compensación y movimiento, se lleva a cabo mediante un diagrama llamado Curva Masa o Diagrama de Masas. En este diagrama las ordenadas representan volúmenes acumulativos y las abscisas los kilometrajes correspondientes. Se dibuja en el mismo papel donde se dibujó el perfil del terreno y se proyectó la subrasante. Se dibujan corrientemente: 1 cm. Igual a una estaca (Kilometraje @ 20 m) esto en abscisas y las ordenadas: 1 cm. igual a 400 m3 , aunque pueden variar. Para determinar volúmenes acumulados se consideran positivos los cortes y negativos los terraplenes y se hace la suma algebraica. El orden a seguir es el siguiente: 1.- Se proyecta la subrasante sobre el perfil longitudinal 2.- Se determina en c/estación (estaca) los espesores de corte o relleno. 3.- Se dibujan las secciones transversales. 4.- Se dibuja la plantilla de corte o de relleno con los taludes escogidos según el tipo de material quedando así dibujados las secciones transversales del camino. 5.- Se calculan las áreas de las secciones transversales de camino por cualquiera de los métodos. 6. - Se calculan los volúmenes: 6.1 Abundando los cortes ó 6.2 Reduciendo los rellenos, según el tipo de material. 7.- Se suman algebraicamente los volúmenes. 15

8.- Se dibuja la curva con los valores anteriores. La Curva Masa Se dibuja de izquierda a derecha, sube de izquierda a derecha en los cortes, teniendo un máximo donde termina el corte, baja donde termina el relleno y comienza otro corte. Se aconseja calcular curvas masa en tramos de 500 a 1 Km ya que se trata de un procedimiento de aproximaciones sucesivas y es difícil que la primera subrasante sea la mejor; la línea de compensación que da los acarreos mínimos es aquella que corta la curva Masa el mayor N° de veces. Los objetivos principales de la Curva Masa son las siguientes: 1. Compensar volúmenes 2. Fijar sentido de los movimientos del material 3.- Fijar los límites de acarreo libre 4. Calcular los sobreacarreos. 5. Controlar préstamos y desperdicios. 1.- COMPENSAR VOLUMENES: Cualquier línea horizontal que corte una cima o un columpio de la curva masa, marca los límites de corte y terraplén que se compensan. Ejemplo., si se traza en la Curva Masa la línea GH que corta ésta en esos 2 puntos. Esta horizontal indica que el volumen de corte comprendido entre GyD es suficiente para construir el terraplén de DH, o bajando al perfil del camino que el volumen de corte I, llena el terraplén II. 2.- SENTIDO DE LOS MOVIMIENTOS. Los cortes que en la Curva Masa queden arriba de la línea de compensación se mueven hacia adelante y los cortes que queden abajo se mueven hacia atrás. 3.- DISTANCIA DE ACARREO LIBRE (DAL) Se ha adoptado en la práctica dentro del precio de excavación una distancia de 20 m. , dentro de la cual no se hace pago adicional y esto es lo que se llama DAL, yo excavo y lo traslado hasta 20 m. y esto no se paga como transporte. Para determinar los volúmenes de acarreo libre se 16

toma un vector que a escala 1:2000 represente los 20 m y se

va

verticalmente

corriendo hasta

que

toque a 2 puntos de la curva, la

cantidad

de

material

movido está dado por la ordenada de la horizontal al punto más alto o más bajo de la curva comprendida (h en la figura anterior). En la figura de la CM líneas ab y cd se suponen que miden una estación y por lo tanto marcan el acarreo libre de cortes y rellenos. Los volúmenes son para c/caso las ordenadas entre a y b y entre c y f. 4.- DISTANCIA DE SOBRE ACARREO (S/A) El sobre acarreo es el transporte de los materiales ya sea del corte o de un préstamo (cantera) a mayor distancia que del acarreo libre. Para determinar la distancia media de sobreacarreo se divide OP en 2 partes iguales, se obtiene P’ y por este punto se traza la horizontal que corta la CM en los puntos e y f; que tienen la propiedad de encontrarse en las ordenada que pasan por los cg de las masas movidas; a la distancia ef(exactamente medida) se le resta la distancia de acarreo libre (20 m.) y se obtiene la distancia de sobreacarreo. ¿COMO SE PAGA? El valor de s/a se obtiene multiplicando esa distancia por los m3 de la excavación (medidos en la misma excavación) y por P.U. correspondiente del m3 por estación (ya que no es lo mismo mover arena que hormigón compacto o roca descompuesta o roca dura) 5.- PRESTAMOS Y DESPERDICIOS: Si se determinan en forma correcta los factores de abundamiento (esponjamiento) y de reducción de los materiales se debe cumplir que los cortes son suficientes para construir los terraplenes. Pero, cuando por una determinada razón sea necesario hacer uso de una cantera, se presenta duda:

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• usar los materiales de la cantera • sobreacarrearlos de un corte Para ello se determina la dist. Económica de Sobreacarreo.

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Referencias Angel Gonzalez. (0000). DISEÑO DE LA SECCIÓNTRANSVERSAL DE LACARRETERA. 01/12/2019, de Universidad Nororiental Gran Mariscal de Ayacucho Alumnus Sitio

web:

https://www.academia.edu/26044904/DISE%C3%91O_DE_LA_SECCI%C3%93N_ TRANSVERSAL_DE_LA_CARRETERA?auto=download

Anonimo. (2015). Diseño Geometrico. 28/11/2019, de UDLAP Sitio web: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/gutierrez_g_f/capitulo3. pdf Acerca de Francisco Pat. (16 noviembre, 2017 ). Pavimentos de Concreto: Consideraciones de diseño de subrasante, sub base y base. 02/12/2019, de Revitalizate Grupo Empresarial SA e CV Sitio web: https://revitalizatemexico.wordpress.com/2017/11/16/pavimentos-deconcreto-consideraciones-de-diseno-de-subrasante-sub-base-y-base EDDY T. SCIPION PIÑELLA. (0000). DISEÑO DE CARRETERAS. 01/12/2019, de UNI Sitio web: https://sjnavarro.files.wordpress.com/2011/08/manual-de-diseno-decarreteras.pdf

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