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FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL “Año del Diálogo y la Reconciliación Nacional”

DESTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS EN CARRETERAS Y VIAS FERRIAS

DOCENTE: ING. JORGE VASQUEZ

CURSO: RECURSOS HIDRAULICOS

ALUMNO: LAYALME TICLIAHUANCA LIZANA

CICLO: VI

FECHA: 12-04-18

TARAPOTO - SAN MARTIN

Indice

INTRODUCCIÓN Para los efectos de ordenar y organizar la gestión de mantenimiento, se han definido tareas o actividades destinadas a resolver o prevenir un problema especial de deterioro; cada una de esas tareas tiene un carácter específico y es fácilmente individualizable; se considera como una unidad básica y se denomina operación de mantenimiento o, simplemente, operación. El mantenimiento adecuado y oportuno de un camino requiere de la realización de un conjunto de operaciones durante la vida útil de la obra. Como una manera de ordenar y facilitar la programación de las muy diversas operaciones de mantenimiento, éstas se clasifican en tres niveles, en función de las características del trabajo y de la periodicidad con que suelen requerirse: operaciones de conservación rutinaria, operaciones de conservación periódica y restauraciones.

1.OBJETIVO GENERAL Identificar las fallas que sufren los pavimentos flexibles y rígidos, y otorgar soluciones para la conservación y rehabilitación de los mismos, al mínimo costo y con el más eficiente resultado posible. Conocer las explanaciones de ferrocarriles, su construcción y mantenimiento y principales fallas. 1

El estudios e investigación de las mejores formas de diseño de alcantarillas

2.OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Desarrollar una guía que permita conocer los diferentes deterioros existentes en pavimentos y sus soluciones constructivas.  Revisar en la bibliografía existente, fallas típicas en pavimentos flexibles y rígidos.  Desarrollar el estudio de las vías férreas  Las consideraciones de la construcción de alcantarillas  Tipos de diseños de las alcantarillas  Entregar los principales parámetros de construcción para realizar los diferentes

3. PAVIMENTOS.

Los pavimentos se dividen en flexibles y rígidos. El comportamiento de los mismos al aplicarles cargas es muy diferente, tal como se puede ver.

En un pavimento rígido, debido a la consistencia de la superficie de rodadura, se produce una buena distribución de las cargas, dando como resultado tensiones 2

muy bajas en la subrasante. Lo contrario sucede en un pavimento flexible, la superficie de rodadura al tener menos rigidez, se deforma más y se producen mayores tensiones en la subrasante. 4.ELEMENTOS ESTRUCTURALES QUE INTEGRAN UN PAVIMENTO. 4.1. Base. La base es la capa situada debajo de la carpeta (pavimento flexible). Su función es eminentemente ser resistente, absorbiendo la mayor parte de los esfuerzos verticales y su rigidez o su resistencia a la deformación bajo las solicitaciones repetidas del tránsito suele corresponder a la intensidad del tránsito pesado. Así, para tránsito medio y ligero se emplean las tradicionales bases granulares, pero para tránsito pesado se emplean ya materiales granulares tratados con un cementante.

Etapas para la preparación de la base 4.2. Sub- Base. En los pavimentos flexibles, la subbase es la capa situada debajo de la base y sobre la capa subrasante, debe ser un elemento que brinde un apoyo uniforme y permanente al pavimento. Cuando se trate de un pavimento rígido, esta capa se ubica inmediatamente 3

abajo de las losas de hormigón, y puede ser no necesaria cuando la capa subrasante es de elevada capacidad de soporte. Su función es proporcionar a la base un cimiento uniforme y constituir una adecuada plataforma de trabajo para su colocación y compactación. Debe ser un elemento permeable para que cumpla también una acción drenante, para lo cual es imprescindible que los materiales usados carezcan de finos y en todo caso suele ser una capa de transición necesaria. Esta capa no debe ser sujeta al fenómeno de bombeo y que sirva como plataforma de trabajo y superficie de rodamiento para las máquinas pavimentadoras. En los casos que el tránsito es ligero, principalmente en vehículos pesados, puede prescindirse de esta capa y apoyar las losas directamente sobre la capa subrasante.

4.3. Sub-rasante. Esta capa debe ser capas de resistir los esfuerzos que le son transmitidos por el pavimento. Interviene en el diseño del espesor de las capas del pavimento e influye en el comportamiento del pavimento. Proporciona en nivel necesario para la subrasante y protege al pavimento conservando su integridad en todo momento, aún en condiciones severas de humedad, proporcionando condiciones de apoyo uniformes y permanentes. Con

respecto

a

los

materiales

que

constituyen

la

capa

subrasante,

necesariamente deben utilizarse suelos compactables y obtener por lo menos el 95% de su grado de compactación.

Etapas para la preparación de la subrasante 4.4. Tipos de pavimentos. 4.4.1. Pavimento flexible. 4

Una carpeta constituida por una mezcla asfáltica proporciona la superficie de rodamiento; que soporta directamente las solicitaciones del tránsito y aporta las características funcionales. Estructuralmente, la carpeta absorbe los esfuerzos horizontales y parte de los verticales, ya que las cargas de los vehículos se distribuyen hacia las capas inferiores por medio de las características de fricción y cohesión de las partículas de los materiales y la carpeta asfáltica se pliega a pequeñas deformaciones de las capas inferiores sin que su estructura se rompa.

4.4.1.1. Asfalto Es un material aglomerante de color oscuro, constituidos por mezclas complejas de hidrocarburos no volátiles de alto peso molecular, originarios del petróleo crudo, en el cual están disueltos, pueden obtenerse por evaporación natural de depósitos localizados en la superficie terrestre, denominados Asfaltos Naturales, o por medio de procesos de destilación industrial cuyo componente predominante es el Bitumen. Los asfaltos destilados del petróleo son producidos ya sea por destilación por vapor o soplados. La destilación por vapor produce un excelente asfalto para pavimentos, mientras que el producto de destilación por aire o soplado tiene una escasa aplicación en pavimentación. 4.4.1.2. Obtención y tipos Según el origen del petróleo crudo la composición de base se divide en: - Base Asfáltica - Base Parafínica - Base Intermedia Los asfaltos de base asfáltica, es decir, asfaltos obtenidos de petróleos asfálticos, son mas deseables para pavimentación, ya que tienen buenas características ligantes y de resistencia al envejecimiento por acción del clima. Los asfaltos de base parafínica, se oxidan lentamente expuestos a la intemperie, dejando un residuo escamosos y de poco valor como ligante. De acuerdo a su aplicación, los asfaltos los podemos clasificar en 2 grandes grupos:

5

 Asfaltos para Pavimentos  Asfaltos Industriales

4.4.1.3. Asfaltos para pavimentos Éstos se subdividen en:  Cementos Asfálticos  Asfaltos Cortados  Emulsiones Asfálticas

4.4.2. Pavimento de Rígido. La superficie de rodamiento de un pavimento rígido es proporcionada por losas de hormigón hidráulico, las cuales distribuyen las cargas de los vehículos hacia las capas inferiores por medio de toda la superficie de la losa y de las adyacentes, que trabajan en conjunto con la que recibe directamente las cargas. Por su rigidez distribuyen las cargas verticales sobre un área grande y con presiones muy reducidas. Salvo en bordes de losa y juntas sin pasajuntas, las deflexiones o deformaciones elásticas son casi inapreciables. Este tipo de pavimento no puede plegarse a las deformaciones de las capas inferiores sin que se presente la falla estructural. Es te punto de vista es el que influye en los sistemas de cálculos de pavimentos rígidos, sistemas que combinan el espesor y la resistencia de hormigón de las losas, para una carga y suelos dados. Aunque en teoría las losas de hormigón hidráulico pueden colocarse en forma directa sobre la subrasante, es necesario construir una capa de subbase para evitar que los finos sean bombeados hacia la superficie de rodamiento al pasar los vehículos, lo cual puede provocar fallas de esquina o de orilla en la losa. La sección transversal de un pavimento rígido esta constituida por la losa de hormigón hidráulico y la subbase, que se construye sobre la capa subrasante.

4.4.2.1.

Tipos de pavimento rígido. 6

Existen 5 tipos de pavimentos rígidos:  De hormigón simple  De hormigón simple con barras de transferencia de carga.  De hormigón reforzado y con refuerzo continuo.  De hormigón presforzado.  De hormigón fibroso.

5.CAUSAS Y EFECTOS DE LA DESTRUCCION DE PAVIMENTOS

5.1.

Fisuras y grietas por fatigamiento.

Son una serie de fisuras interconectadas con patrones irregulares, generalmente ubicadas en zonas donde hay repeticiones de carga. La fisuración tiende a iniciarse en el fondo de las capas asfálticas, donde los esfuerzos de tracción son mayores bajo la acción de cargas, en donde desarrollan un parecido con la piel de cocodrilo. Este tipo de daño no es común en carpetas asfálticas colocadas sobre pavimentos de hormigón.

Posibles Causas: La causa más frecuente es la falla por fatiga de la estructura o de la carpeta asfáltica principalmente debido a: 

Espesor de estructura insuficiente.



Deformaciones de la subrasante. 7



Rigidización de la mezcla asfáltica en zonas de carga (por oxidación del asfalto o envejecimiento).



Problemas de drenaje que afectan los materiales granulares.



Compactación deficiente de las capas granulares o asfálticas



Deficiencias en la elaboración de la mezcla asfáltica: exceso de mortero en la mezcla, uso de asfalto de alta penetración (hace deformable la mezcla), deficiencia de asfalto en la mezcla (reduce el módulo).



Reparaciones mal ejecutadas, juntas mal elaboradas e implementación de reparaciones que no corrigen el daño.

5.2.

Fisuras y grietas en bloque.

En este tipo de falla la superficie del asfalto es dividida en bloques de forma más o menos rectangular. Este deterioro difiere de la piel de cocodrilo en que este aparece en áreas sometidas a carga, mientras que los bloques aparecen usualmente en áreas no cargadas. Sin embargo, se pueden encontrar fisuras en bloque que han evolucionado en piel de cocodrilo debido al tránsito.

Posibles Causas: 

Es causada principalmente por la contracción del pavimento asfáltico debido a la variación de la temperatura durante el día, lo que se produce en ciclos de esfuerzo – deformación sobre lamezcla. La presencia de este tipo de fisuras indica que el asfalto se ha endurecido, lo cual sucede debido al envejecimiento de la

mezcla o al uso de un tipo de asfalto inapropiado

para el clima de la zona. 

Reflejo de grietas de contracción provenientes de materiales estabilizados 8

utilizados como base. 

Combinación del cambio volumétrico del agregado fino de la mezcla asfáltica con el uso de un asfalto de baja penetración.



Espesor del pavimento inadecuado para el nivel de solicitaciones



baja capacidad de soporte de la subrasante.

5.3.

Grietas de borde.

Son grietas con tendencia longitudinal a semicircular ubicadas cerca del borde de la calzada, se presentan generalmente por la ausencia de berma o por la diferencia de nivel de la berma y la calzada. Generalmente se ubican dentro de una franja paralela al borde, con ancho hasta 0,60 m2.

Posibles Causas: 

La principal causa de este daño es la falta de confinamiento lateral de

la estructura debido a la carencia de bordillos, anchos de berma insuficientes o sobrecarpetas que llegan hasta el borde del carril y quedan en desnivel con la berma; en estos casos la fisura es generada cuando el tránsito circula muy cerca del borde. Las fisuras que aparecen por esta causa generalmente se encuentran a distancias entre 0.30 m a 0,60 m del borde de la calzada.

5.4. Fisuras y grietas longitudinales y transversales. Corresponden a discontinuidades en la carpeta asfáltica, en la misma dirección del tránsito o transversales a él. Son indicio de la existencia de esfuerzos de tensión en alguna de las capas de la estructura, las cuales han superado la resistencia del material afectado. La localización de las fisuras dentro del carril puede ser un buen indicativo de la causa que las generó, ya que

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aquellas que se encuentran en zonas sujetas a carga pueden estar relacionadas con problemas de fatiga de toda la estructura o de alguna de sus partes.

Posibles Causas: Las causas más a ambos tipos de fisuras, son: 

Rigidización de la mezcla asfáltica por pérdida de flexibilidad debido a un exceso de filler, o al envejecimiento del asfalto, ocurre ante bajas



temperaturas o gradientes térmicos altos (generalmente superiores a 30°).



Reflexión de grietas de las capas inferiores, generadas en materiales estabilizados o por grietas o juntas existentes en placas de concreto hidráulico subyacentes.

5.5.

Fisuras y grietas Reflejadas.

Este tipo de daño ocurre cuando existe una capa de pavimento asfáltico sobre placas de pavimento rígido; estas fisuras aparecen por la proyección en superficie de las juntas en dichas placas, en cuyo caso presentan un patrón regular, o también cuando hay grietas en el pavimento rígido que se han reflejado hasta aparecer en la superficie presentando un patrón irregular.

10

Posibles Causas: 

Son generadas por los movimientos de las juntas entre placas de

pavimento rígido o de los bloques formados por las grietas existentes en éste, debido a los cambios de temperatura y de humedad. Generalmente no se atribuyen a las cargas de tránsito, auque éstas pueden provocar fisuración en las zonas aledañas incrementando la severidad del daño. 5.6.

Parches deteriorados.

Los parches corresponden a áreas donde el pavimento original fue removido y reemplazado por un material similar o diferente, ya sea para reparar la estructura (a nivel del pavimento asfáltico o hasta los granulares) o para permitir la instalación o reparación de alguna red de servicios (agua, gas, etc.)

Posibles Causas: 

Procesos constructivos deficientes.



Sólo se

recubrió

la zona

deteriorada sin

solucionar

las

causas que lo originaron. 

Deficiencias en las juntas.



Parche estructuralmente insuficiente para el nivel de solicitaciones y características de la subrasante.



Mala construcción del parche (base insuficientemente compactada, mezcla asfáltica mal diseñada).

5.7.

Baches en carpetas asfálticas y tratamientos superficiales.

Cavidad, normalmente redondeada, que se forma al desprenderse mezcla asfáltica. Para considerarla como bache al menos una de sus dimensiones un mínimo debe tener de 150 mm.

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Posibles Causas: 

Pavimento estructuralmente insuficiente para el nivel de solicitaciones y características de la subrasante.



Drenaje inadecuado o insuficiente.



Defecto de construcción.



Derrame de solventes (bencina, aceite, etc.) o quema de elementos sobre el pavimento. 5.8.

Ahuellamiento.

Es una depresión de la zona localizada sobre la trayectoria de la llanta de los vehículos. Con frecuencia se encuentra acompañado de una elevación de las áreas adyacentes de la zona deprimida y de fisuración. Un Ahuellamiento significativo puede llevar a la falla estructural del pavimento y posibilitar el hidroplaneo por almacenamiento de agua.

Posibles Causas: 

El

Ahuellamiento

ocurre

principalmente

debido

permanente de alguna de las capas del pavimento generada 

o

a de

una

deformación

la

subrasante,

por

deformación plástica del pavimento asfáltico o por deformación de la subrasante debido a la fatiga de la estructura ante la repetición de cargas.

5.9.

Deformación transversal.

Las fisuras de desplazamiento se ocasionan por la falta de adherencia entre la carpeta de superficie y la carpeta inferior. La falta de adherencia puede

12

deberse por la presencia de polvo, aceite, agua o cualquier otro material no adhesivo entre estas dos carpetas. Generalmente la falta de adherencia se produce cuando no se ha colocado un riego de liga. Algunas veces la mala compactación ocasiona la rotura de la adherencia entre las dos carpetas.

Posibles Causas: 

Estructura

insuficiente para el

nivel de

solicitaciones

y

características de la subrasante. 

Drenaje inadecuado o insuficiente.



Defecto de construcción.

 Derrame de solventes (bencina, diesel, etc.) o quema de elementos sobre el pavimento.

5.10. Exudaciones. Esta tipo de daño se presenta con una película o afloramiento del ligante asfáltico sobre la superficie del pavimento generalmente brillante, resbaladiza y usualmente pegajosa. Es un proceso que puede llagar a afectar la resistencia al deslizamiento.

Posibles Causas: 

La exudación se genera cuando la mezcla tiene cantidades excesivas 13

de asfalto haciendo que el contenido de vacíos con aire de mezcla sea bajo, sucede especialmente durante épocas o en zonas calurosas. También puede darse por el uso de asfaltos muy blandos o por derrame de ciertos solventes

5.11. Desgaste. Corresponde al deterioro del pavimento ocasionado principalmente por la acción del tránsito, agentes abrasivos o erosivos. Se presenta como pérdida del ligante y mortero. Suele encontrarse en las zonas por donde transitan los vehículos. Este daño provoca aceleración del deterioro del pavimento por acción del medio ambiente y del tránsito.

Posibles Causas: 

El desgaste superficial generalmente es un deterioro natural del pavimento, aunque si se presenta con severidades medias o altas a edades tempranas puede estar asociado a un endurecimiento significativo del asfalto.



Falta de adherencia del asfalto con los agregados.



Deficiente dosificación de asfalto en la mezcla.



Acción intensa del agua u otros agentes abrasivos además del tránsito.

6.11. Erdida de áridos. Conocida también como desintegración, corresponde a la disgregación

14

superficial de la capa de rodadura debido a una pérdida gradual de agregados, haciendo la superficie más rugosa y exponiendo de manera progresiva los materiales a la acción del tránsito y los agentes climáticos. Este tipo de daño es común en tratamientos superficiales, caso en el que pueden aparecer estrías en la dirección del riego y debe ser reportado como surcos.

Posibles Causas: 

Aplicación irregular del ligante en tratamientos superficiales.



Problemas de adherencia entre agregado y asfalto.



Uso de agregados contaminados con finos o agregados muy absorbentes.



Lluvia durante la aplicación o el fraguado del ligante asfáltico.



Endurecimiento significativo del asfalto.



Deficiencia de compactación de la carpeta asfáltica.

 Contaminación de la capa de rodadura con aceite, gasolina y otros.

6.12. Ondulaciones. Es un daño caracterizado por la presencia de ondas en la superficie del pavimento, generalmente perpendiculares a la dirección del tránsito, con longitudes entre crestas usualmente menores a 1,0 m.

Posibles causas: La ondulación es una deformación plástica de la capa asfáltica, debido generalmente 15

a una pérdida de estabilidad de la mezcla en climas cálidos por mala dosificación del asfalto, uso de ligantes blandos

o

agregados redondeados. Muchos de los casos pueden presentarse en las zonas de frenado o aceleración de los vehículos. Bajo este contexto, las causas más probables son: 

Pérdida de estabilidad de la mezcla asfáltica.



Exceso de compactación de la carpeta asfáltica.



Exceso o mala calidad del asfalto.



Insuficiencia de triturados (caras fracturadas).



Falta de curado de las mezclas en la vía.



Acción del tránsito en zonas de frenado y estacionamiento.

6.13. Hundimientos Depresión o descenso de la superficie del pavimento en un área localizada del mismo; puede estar acompañado de un fisuramiento significativo, debido al asentamiento del pavimento.

Posibles Causas: 

Asentamiento o consolidación de la subrasante.



Zonas contiguas a estructuras de drenaje o retención.



Deficiente

compactación

inicial.

Asentamientos

diferenciales. 

Deficiencias durante el proceso de construcción de las losas.

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Como evitarla: 

Buena compactación a los materiales de soporte.



Abatimiento del nivel freático cercano a la estructura.

 Correcto proceso constructivo Empleo de drenajes

6. Explanación de ferrocarriles En esta lección se incluyen los conceptos fundamentales y específicos de los proyectos y obras de ferrocarril, como infraestructura del trasporte terrestre para posibilitar el desplazamiento del material móvil ferroviario, ya sea para el trasporte de viajeros ó de mercancías. Esta es una especialidad de la ingeniería que ha tenido una gran actividad y desarrollo en España en los últimos años, con la construcción de nuevas líneas de alta velocidad y otras que están en proceso de construcción. El diseño y las actividades a desarrollar, previstas en los distintos capítulos del proyecto de un ferrocarril se suelen dividir en dos partes diferenciadas: 

Infraestructura



Superestructura

En la primera se incluyen todas las partidas necesarias para que definir la obra lineal, con explanaciones, drenajes, estructuras de paso y obras especiales: túneles, viaductos, etc.

CO MP ON EN TE S

17

DE LA VÍ La superestructura se ha de diseñar en una fase posterior, para construir la vía férrea sobre la infraestructura anteriormente proyectada, por tanto ésta incluirá la plataforma ferroviaria con la estructura base acorde al tráfico previsto, balasto, traviesas, carriles y aparatos de vía. También se incluyen en la superestructura el balizamiento, la señalización, las comunicaciones y todas aquellas obras complementarias para que la obra lineal pueda ponerse en servicio. Los capítulos dedicados a diseñar y definir los trabajos de: 

Replanteo; Movimiento de tierras; Drenaje; Estructuras, Túneles

Todos ellos incluidos en la Infraestructura tienen una similitud casi total con los proyectos de otras obras lineales, como las carreteras, con las diferencias lógicas en cuanto a la geometría de las obras acordes a los gálibos de trenes y los parámetros que definen el trazado en planta y en alzado.

6.1.

La Infraestructura Y La Superestructura

La infraestructura de un proyecto de ferrocarril abarca todas aquellas actuaciones necesarias para generar y dar forma a la explanada, es decir, las explanaciones, las estructuras: puentes, viaductos, pasos inferiores, pasos superiores, el drenaje: longitudinal y transversal, etc. 

Explanada ó Plataforma:

Está constituida por suelos, naturales ó tratados, de distinta calidad en función de las exigencias del proyecto. Se debe compactar para conseguir una buena compacidad e impermeabilidad; y para facilitar la salida lateral del agua de lluvia se proyecta con una pendiente transversal simétrica del 4% (bombeo). Funciones: 18



Transmitir

las

cargas

al

terreno,

la

escorrentía de

atenuadas

por las

capas

superiores. 

Facilitar

aguas superficiales de

la

superestructura.

6.1.1. La estructura base En una vía férrea la estructura base se compone de tres capas que soportan las cargas del tráfico, y que superpuestas en orden desde la superior a la inferior son las siguientes 

Balasto



Sub-balasto



Plataforma

Las funciones de ésta estructura base son: 

Repartir las cargas del material móvil sobre el terreno



Colaborar en la estabilidad longitudinal y transversal de la vía.

El espesor de las capas que la componen dependerá de las características de del suelo ó roca sobre la que discurre y del tipo de tráfico previsto que circulará por la línea proyectada. De las tres capas, la plataforma se considera que es infraestructura y las otras dos capas son superestructura. La sección transversal tipo se define en el proyecto y se corresponde con los anchos normalizados preestablecidos.

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Sección tipo de FFCC sobre balasto en recta

6.1.2. La superestructura La componen los materiales que permiten circular los trenes por la línea proyectada y que se han de colocar sobre la plataforma ó explanada. Son materiales compatibles con la geometría y condiciones del tráfico de los trenes. 6.1.3. Sub-balasto: Material granular seleccionado, normalmente procedente del machaqueo de rocas adecuadas para su fabricación, con tamaño de partículas de 2 a 30 mm., extendido en capas de 30 cm. de espesor, debidamente compactadas. Funciones: 

Protección de la plataforma del punzonamiento del balasto



Reparto de las cargas sobre el terreno



Impermeabilización de la plataforma

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Balasto para vía férrea

Vía de FFCC

6.1.4. Balasto: Es un material granular de tamaño grueso, procedente del machaqueo de rocas, normalmente silíceas, que han pasado por una serie de ensayos de control que aseguren sus prestaciones, de resistencia a compresión, desgaste, etc. Su granulometría está comprendida entre 20 y 60 mm.

6.1.5. Vía en Placa Se trata de una solera o base de hormigón en masa o armado, sobre la que se asienta la vía, y que por tanto, sirve de alternativa al balasto. Es una capa más rígida, y por ello más ruidosa al paso de los trenes, por lo que su uso está limitado a zonas específicas, como son: las estaciones, los pasos a nivel y en tramos subterráneos.

6.1.6. Plataforma Tiene como función principal soportar la carga de la superestructura y del tráfico ferroviario que es transmitida por la capa de sub-balasto. Además, tiene que facilitar el drenaje, permitiendo la evacuación del agua de lluvia, mediante la pendiente transversal (bombeo) del 4%. Las especificaciones generales se establecen en la normativa Renfe, norma de referencia N.R.V 3-4-10, que recoge las exigencias de la UIC. Según la normativa internacional UIC, se clasifican según capacidad soporte ó resistencia a las cargas en QS0, QS1, QS2 y QS3, de menor a mayor calidad. Para el dimensionamiento se utilizan los siguientes parámetros: 21



Explanada ó plataforma (QS)



Capacidad drenante y condiciones ciimatológicas



Tráfico, medido según el índice de clasificación G1 a G9 (mayor a menor)

7. Trazado De Vías Férreas Las características del ferrocarril exigen unas limitaciones más restrictivas al trazado que las establecidas para carreteras, con diseños más flexibles. 7.1.

Trazado en Planta

El primer condicionante relaciona Radio de curvatura y Velocidad de circulación Vc=K√R, por lo que el R mínimo se fija en 500 m, para una Vc=85 Km/h. El trazado en planta se configura con una sucesión de de tres tipos de alineaciones: rectas, curvas circulares y curvas de transición entre éstas.

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Esquema de un trazado en planta con sus referencias externas  Curva circular: Definida por la longitud de su radio en metros y comprobada “in situ” mediante la flecha (distancia entre la secante al punto medio) ó con mecanismos automatizados instalados en maquinas de auscultación. R aprox.=C²/ 8f, siendo C, la cuerda y f la flecha y el desarrollo de la curva viene dado por la expresión L=(П.R.Ø)/ 180, siendo Ø el ángulo de reflexión de la curva.  Curvas de transición Se insertan entre las alineaciones rectas y curvas para conseguir: 

Cambio gradual de curvature



Transición progresiva del peralte (rampa de peralte)

Operación de flecado de curvas

Medición de la flecha a la secante

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7.2. Trazado en Alzado Está constituido por una sucesión de rectas y curvas que enlazan estas, denominadas acuerdos verticales, y que serán cóncavos ó convexos, en función del signo de la pendiente de las rectas que unen. Normalmente se trata curvas parabólicas de tipo convexo, cuando enlaza una rampa con una pendiente (figura superior) y

de

tipo

cóncavo,

cuando

enlazan

pendiente con rampa (figura inferior) Los

parámetros

que

definen

estos

acuerdos dependen de la velocidad y de las pendientes de alineaciones rectas, por tanto quedan definidas con la constante Kv y las tangentes T de entrada y salida. Las condiciones de adherencia entre el carril y la llanta de rueda, cuando se trata de una rampa; y la velocidad máxima en cuando se trata de una pendiente, hacen que se limite las inclinaciones del trazado vertical al diez por mil (10º/ºº).

Otra consideración a tener en cuenta es la limitación del valor máximo del peralte a 160 mm, para evitar descompensaciones en los esfuerzos de los carriles e inestabilidad en la circulación. 7.3.

La Vía

Dentro del concepto de Vía se engloban, tanto la superestructura, a la que nos referimos en apartado anterior, como el resto de elementos e instalaciones necesarias para poner en explotación el ferrocarril, es decir, la electrificación, la señalización, las comunicaciones, etc.

24

7.4.

Características de la vía.

 Flexibilidad: proporcionada por la absorción de esfuerzos dinámicos  Continuidad: Geométrica, Estática y Dinámica  Robustez: que será función del tipo de cargas del tráfico  Inclinación lateral del carril (1:20 a 1:40): necesaria para la estabilidad

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8. Consideraciones Practicas Que Gobiernan El Diseño De Alcantarillas Son ductos que permiten el paso del agua de un lado a otro de la vía. Las alcantarillas deben clasificarse principalmente desde el punto de vista de su ubicación. Capacidad (diseño hidráulico) y resistencia (diseño estructural). Se requiere la ayuda de personal calificado para escoger debidamente la alcantarilla de acuerdo con los factores mencionados. Las alcantarillas pueden tener forma circular, rectangular o elíptica. Las alcantarillas pueden prefabricarse o construirse en el sitio, a criterio del encargado. Por lo general, aquellas construidas en el sitio tienen forma cuadrada o rectangular, mientras que las prefabricadas son circulares o elípticas. A menudo se construyen pasos de dos o tres ductos en forma cuadrada o rectangular una al lado de la otra, o “baterías de tubos” unos al lado de los otros. Las alcantarillas de sección cuadrada o rectangular se fabrican de concreto armado, las de forma circular se hacen con tubos de concreto o de acero corrugado.

Las

secciones elípticas se fabrican, por lo general, con planchas de hierro corrugado y las recomendaciones técnicas son las siguientes: 

diámetro mínimo 30”



pendiente tubería 2 a 3 %, pudiendo aumentar según topografía del terreno



compactar primero los lados sin tocar el tubo



la compactación sobre el tubo se debe hacer una vez que este tenga una capa de 20 cm. sobre su corona. MATERIAL CLASIFICADO

60 cms.

D

minimo

BALASTO ESPESOR 15 A 20 CMS

1/4 D =20 cms

D

1/2 D

2D

8.1.

CAMA DE MATERIAL GRANULAR SELECTO

Selección del Tipo de Alcantarilla

La selección del tipo de alcantarilla que se debe utilizar en un lugar determinado, depende de la necesidades hidráulicas y de la resistencia requerida para soportar el peso del relleno o de la carga que se mueve sobre ruedas después de que se han establecido estos elementos la selección se vuelve por mucho, un asunto económico, deberá tomarse en consideración la durabilidad y el costo de la estructura completa, incluyendo aspectos tales como el costo inicial de las unidades manufacturadas y los costos de transporte e instalación. En cualquier comparación total del costo de los diferentes tipos de alcantarilla que pueda seleccionarse para su uso en una instalación dada, deberán considerarse también el costo de mantenimiento.

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Como podemos ver la alcantarilla debe seleccionarse de acuerdo con muchos factores. Los más relevantes son: 

Deben usarse elementos con la forma y tamaño acorde con el caudal o cantidad de agua que le llega.

 Si se seleccionan elementos prefabricados tales como tubos de concreto, debe asegurarse un buen control de calidad en el sitio de fabricación. Si se usan los tubos de acero corrugado, el calibre de los tubos debe ser de acuerdo con la profundidad a la que se ubique la alcantarilla, Así mismo como las tuberías de PVC deben cumplir con las Especificaciones Técnicas requeridas.

8.2.

Aspectos a considerar durante la etapa de construcción de alcantarillas

Para la construcción de alcantarillas, es necesario tomar en cuenta los siguientes aspectos: 

Seleccionar el punto de ubicación de la alcantarilla.



Determinar la longitud de la alcantarilla de acuerdo con el ancho del camino.



Al localizar la alcantarilla, procurar no forzar los causes. Es decir, la dirección del alcantarillado, en lo posible, debe ser consecuente con la dirección de la quebrada.



Seleccionar el diámetro de los tubos de acuerdo con el caudal de diseño y con los sedimentos que son arrastrados por las aguas de lluvia o por pequeñas quebradas. La alcantarilla deberá permitir el paso del máximo caudal sin generar daños al camino.

Río Río Cabezal

Alcantarilla

Cabezal

Alcantarilla

Cabezal

Cabezal

Río Río Forma incorrecta de encauzar las aguas

Forma correcta de encauzar las aguas

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

Preparar la zanja de la alcantarilla con un ancho igual al diámetro externo del tubo más 30 cm. A ambos lados mínimo.



Cimentar la alcantarilla a una profundidad igual al diámetro externo del tubo más 60 cm. De relleno mínimo sobre la corona del tubo.



Usar pendientes en las alcantarillas de un 2% a un 3%.



Inspeccionar el alineamiento vertical y horizontal.



Agregar mortero (arena + cemento + agua) a las juntas de los tubos, si la tubería es de concreto.



Construir adecuadamente la cama en la cual se cimentará la tubería.



Compactar primero los lados sin tocar el tubo.

8.3.

Mantenimiento

Con el fin de garantizar el perfecto funcionamiento de las alcantarillas se debe verificar, al menos:  Capacidad hidráulica de la tubería.  Posibles problemas de erosión.  Posibles problemas de sedimentación.  Alineamiento horizontal y vertical.  Infiltración de aguas, arriba y abajo.  Agrietamientos de las paredes de la tubería. Posibles problemas de taponamiento de la alcantarilla. Para ello debe asegurarse que la limpieza de las alcantarillas se realice 2 o 3 veces al año y que se eliminen árboles caídos y otros sedimentos que se ubiquen en sitios inmediatos a la entrada o la salida de la alcantarilla.

8.4.

Tipos De Alcantarillas

Principalmente se emplean los siguientes materiales: PVC, concreto reforzado y el metal corrugado; con menos frecuencia se realiza alcantarilladas de madera, tubo de hierro fundido, tubos de barro vitrificado y ocasionalmente de mampostería.

8.4.1. Alcantarillas De Concreto Los tubos de concreto destinados a usarse en las alcantarillas están fabricados de diámetros de 12 o 108 pulgadas y son de diferentes longitudes, la más usual es de 4 a 8 pies las especificaciones estándar establecen cinco clases de tubos en los que la resistencia aumenta en la clase I a la clase V. Las especificaciones muestran las secciones transversales del acero de refuerzo y la resistencia del concreto para tres medidas de espesores de pared. El refuerzo puede ser circular o elíptico. Los tubos para alcantarillas fabricados de concreto reforzado que se emplea en aplicaciones

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especiales, se fabrican con una sección transversal distinta a la circular, las formas elípticas y de arco son de uso común. Los tubos de concreto para alcantarillas tienen juntas machihembradas o de campana; durante la construcción se sellan las juntas con concreto de cemento Portland, empaques de caucho, u otros materiales. La preparación de pisos de lecho donde va a colocarse el tubo requiere de mayor o menor cantidad de cuidado. Esta preparación o plantilla puede variar desde la forma simple del fondo de una zanja o del suelo sobre el que coloca el tubo hasta embeber el tubo en una cuna de concreto dependiendo de las condiciones de cimentación, de las cargas sobre el tubo y de otros factores. Las alcantarillas de tubo se construyen con mayor frecuencia en la llamada “en proyección” que es la alcantarilla que se construye sobre la superficie del suelo en la zanja, y el relleno se coloca a su alrededor. En estos casos, y teniendo suelos y altura de relleno comunes sólo necesita darle al alojamiento del tubo un poco mas de atención. Las alcantarillas de cajón de concreto se construyen en el sitio con una sección transversal cuadrada o rectangular. Las alcantarillas de cajón simple varían en su tamaño desde 2 hasta 12 pies por lado, dependiendo del área necesaria para la vía de agua. La mayoría de las oficinas de carreteras de los estados utilizan diseños estandarizados para diferentes medidas del cajón para las alcantarillas quizás las medidas para el cajón para las alcantarillas de concreto más comúnmente empleadas se encuentran 4 y 8 pies por lado incluyendo medidas tales como 4’ x 4’, 4’ x 6’, 6’ x 6’, 4’ x 7’, y muchas otras las alcantarillas de sección transversal rectangular en los lugares en que se desea reducir la altura de la misma para proporcionar una protección adecuada entre la parte superior de la alcantarilla y la superior de la calzada.

8.4.2. Alcantarillas De Cajón O Pórtico Los cajones son estructuras de sección rectangular con paredes, techos y piso de concreto reforzado cuya construcción requiere cuidados especiales. Trabajan en conjunto como un marco rígido que absorbe el peso y el empuje del terraplén la carga viva y la reacción del terreno. Tanto las losas como los muros son delgados y de poco peso,

el

conjunto

tienen

una

amplia

superficie

de

sustentación.

El rango más usual de aplicación de este tipo de estructura es de luces entre 3 metros y 6 metros, alturas entre 4 metros y 9 metros, admitiéndose varios múltiples para luces iguales o mayores a cuatro metros. En general este tipo de alcantarilla no se la diseña con tapada de terraplén sino que la losa (con una capa de recubrimiento) se utiliza como superficie de rodamiento. Esta situación requiere el diseño de losa de aproximación para disminuir los asentamientos relativos entre estructura y terraplena adyacente.

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8.4.3. Alcantarillas De Bóveda Las bóvedas son estructuras cuya sección transversal interior está formada por tres partes principales: El piso, dos paredes verticales que son las caras interiores de los estribos y sobre estas, un arco circular de medio punto o rebajado, que es el intradós de un arco estructural de sección variable con un mínimo de espesor en la clave. En general, las bóvedas se construyen con mampostería de tercera y mortero de cemento 1:5. Para construir el arco se requiere un molde de madera, que se aprovecha también para colocar la clave a lo largo de la obra. La clave, de concreto simple de f’c= 100 Kg/m2, cierra el arco en el centro con juntas radiales y tienen un ancho medio mínimo de 35 cm.. Las piedras del arco tienen hasta donde es posible, juntas radiales, con cuatropeo longitudinal y una mayor dimensión del estrados. Cuando se use cemento normal, el descimbrado se hará a los catorce días de colocada la clave, tiempo a partir del

cual

se

construirá

el

terraplén.

El zampeado del piso y los dentellones ubicados aguas arriba y abajo para proteger el suelo contra la erosión pueden omitirse en terrenos rocosos. Para eliminar el empuje hidrostático sobre los muros, se coloca una capa de 30 cm de espesor de material graduado en el respaldo de cada estribo.

8.4.4. Alcantarillas De Metal Corrugado El acero corrugado se utiliza en diversas formas en la construcción de alcantarillas para el drenaje de las carreteras. Para tubos de metal corrugado (acero galvanizado) se hacen en diámetros que varían en 8 96 pulgadas y en longitudes que van desde los 20 hasta los 40 pies. Se emplea material de diferentes espesores, por lo general de calibre comprendido entre 16 y 8. Los canales formados en las hojas de metal miden 2 2/3 de pulgada de cresta a cresta, y ½ pulgada de profundidad. El tubo estándar se manufactura flexionando la hija del metal corrugado para darle una forma circular y remachando la junta longitudinal. Los tubos corrugados helicoidales tendrán de preferencia una junta longitudinal cosida con doblez en lugar de una ribeteada. En el campo los tramos de metal corrugado pueden unirse por medio de una camisa o por medio de una banda conector que tiene varias acanaladuras en su longitud, en cada extremo de la banda se remachan ángulos de hierro y se unen por medio de pernos el diámetro de los tubos de metal corrugado tipo es de 8 pies. Este hecho ha conducido al desarrollo de un método de construcción en el cual se utiliza placas de metal corrugado más pesadas y curvas y se unen con pernos entre sí para formar tubos circulares o arcos. La medida estándar es de 13 pies 2 pulgadas de altura y 20 pies 7 pulgadas de claro.

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8.5.

Diseño de alcantarillas

En el diseño convencional se evalúan los controles de flujo de entrada y de salida. El tirante de agua a la entrada (tirante del estanque corriente arriba sobre la parte más baja de la entrada) se calcula para el gasto de descarga para el proyecto suponiendo que: 1) rige el control de entrada y 2) que rige el control de salida Entonces el tirante más alto de agua requerida de los dos define el tipo de control y la alcantarilla adquiere la categoría de “control de entrada” o de “control de salida”. Con objeto de hacer expeditos los cálculos se simplifican las suposiciones, y por comparación de los tirantes de entrada, se evita la difícil labor de definir el perfil del flujo real a lo largo del conducto de la alcantarilla no obstante con este método de diseño convencional, no se hace el intento de modificar las condiciones de flujo desbalanceado que pueda existir. En resumen debemos tener las siguientes Consideraciones hidráulicas: El escurrimiento a través de una alcantarilla generalmente queda regulado por los siguientes factores: 

Pendiente del lecho de la corriente aguas arriba y aguas abajo del lugar.



Pendiente del fondo de la alcantarilla.



Altura de ahogamiento permitido a la entrada.



Tipo de entrada.



Rugosidad de las paredes de la alcantarilla.



Altura del remanso de salida.

Todos los factores se combinan para determinar las características del flujo a través de la alcantarilla. El estudio de los tipos de flujo a través de las alcantarillas a permitido establecer las relaciones existentes entre la altura del agua a la entrada del conducto, el caudal y las dimensiones de la alcantarilla. Para el diseño de una alcantarilla el proyectista deberá fijar: 

El caudal de diseño.



La altura de agua permisible a la entrada.



La altura de agua a la salida.



La pendiente con la se colocara el conducto.



Su longitud.



El tipo de entrada.



Longitud y tipos de transiciones.



La velocidad del flujo permisible a la salida.

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8.6.

Consideraciones de diseño.

Las siguientes consideraciones para el diseño de una alcantarilla son  Son diseñados para presión hidrostática interna mínima, es decir, el gradiente hidráulico está un poco por encima de la parte superior del tubo y a veces dentro del tubo mismo.  La elección del diámetro de la alcantarilla, se hace en función del caudal de tal forma que no sobrepase la velocidad admisible, se puede usar la tabla 1. con la tabla 1 se puede definir el diámetro para:  Una velocidad máxima admisible de 1.06 m/seg (3.5 pies/seg ), para una alcantarilla con transición en tierra tanto en la entrada como para la salida.  Una velocidad máxima admisible de 1.5 m/seg (5.0 pies/seg), para una alcantarilla con transición de concreto, tanto para la entrada como para la

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ANEXOS

33

34

CONCLUSIONES

 La conservación de pavimentos requiere de personal capacitado, es decir, que dominen ampliamente el tema.  Para que los fondos destinados a mantención sean ocupados en forma eficiente,

es

necesario

inspeccionar

los

pavimentos

frecuente

y

minuciosamente  Tan pronto ha sido determinada la necesidad de hacer reparaciones, éstos deben

hacerse

inmediatamente,

ya

que

los

pavimentos

continúan

deteriorándose día a día, produciendo así una conducción peligrosa.  Es necesario determinar primero la causa que produjo el daño en el pavimento, para poder realizar una reparación correcta, pudiendo así evitar una recurrencia.  Es importante conocer como futuros ingenieros civiles la construcción de vías de ferrocarriles asi como también sus causas posibles de su deterioro de estas vías.  El estudio del conocimiento de los diseños de las obras de alcantarillas en la contruccion civil en el campo de las carreteras.

BIBLIOGRAFIA

 www.monografias.com  www. es.wikipedia.org  www.eluniverso.com  www.es.scribd.com  www.es.slideshare.net