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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil

DISEÑO VIAL (TV 761-H) “DISEÑO DE UNA CARRETERA DE TERCERA CLASE” LÍNEA DE GRADIENTE Integrantes: JIMENEZ MOTTA, Victor

20175009A

MANRIQUEZ MONFORTE, Juan Carlos

19897011H

VILLANUEVA AREQUIPEÑO, Jhon

20030103G

GRUPO:

04

Fecha de presentación:

11/09/2019

Docente: ING. MERCEDES RODRÍGUEZ Jefe de Práctica: ING. URIBE

Lima – Perú 2019 – II

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN OBJETIVOS 1. MARCO TEÓRICO ........................................................................................................ 5 1.1 DEFINICIONES ........................................................................................................... 5 1.2 PROCESO DE TRABAJO ............................................................................................ 6 2. PROCEDIMIENTO......................................................................................................... 8 2.1. ÍNDICE MEDIO DIARIO ANUAL (IMDA) ..................................................................... 8 2.2. CLASIFICACIÓN POR OROGRÁFICA ....................................................................... 8 2.3. VELOCIDAD DE DISEÑO ........................................................................................... 9 2.4. PENDIENTE ............................................................................................................. 10 2.5. TRAZO DE LA LÍNEA DE GRADIENTE .................................................................... 11 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA

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INTRODUCCIÓN

Antes de empezar un proceso constructivo se exige un estudio previo de la zona de trabajo para luego empezar con un diseño que culminara con la obra en sí. La construcción de carreteras no escapa a estos pasos a seguir. Este trabajo empieza con ver la orografía del terreno para dar paso al primer punto de nuestro diseño: la línea de gradiente. La línea de gradiente (LG) es el primer peldaño que debemos subir y para ello nos valemos de la ayuda de un software como el Civil 3D, el cual hoy en día es una herramienta que facilita el trabajo en demasía. A esto le añadimos las normas que son regidas por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones. Las combinaciones de estos dos dan el mejor resultado esperado. Este trabajo está basado en la combinación antes mencionada, pero añadiendo en cada paso a seguir un factor que es la esencia de un trabajo profesional: el criterio.

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OBJETIVOS



Conocer el significado y la importancia de la Línea Gradiente.



El estudiante debe ser capaz, de poder trazar la línea gradiente con la ayuda del Civil 3D.



Tener el criterio y capacidad de poder dirigir y elegir las distancias de los puntos de la Línea Gradiente.



Realizar un trazo de Línea de Gradiente para saber la pendiente máxima promedio aceptable para el tipo de vía en la cual se va a trabajar



. Tener una distancia apropiada para poder cumplir con la pendiente establecida a trabajar.



Cumplir con las normas establecidas en el Diseño Geométrico de Carreteras 2018.

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1. MARCO TEÓRICO 1.1. DEFINICIONES 1.1.1 Carretera. - Camino para el tránsito de vehículos motorizados de por lo menos dos ejes, cuyas características geométricas, tales como: pendiente longitudinal, pendiente transversal, sección transversal, superficie de rodadura y demás elementos de la misma, deben cumplir las normas técnicas vigentes del Ministerio de Transportes y Comunicaciones. 1.1.2 Carreteras de Tercera Clase. - Son carreteras con IMDA menores a 400 veh/día, con calzada de dos carriles de 3.00 m de ancho como mínimo. De manera excepcional estas vías podrán tener carriles hasta de 2.50 m, contando con el sustento técnico correspondiente. 1.1.3 Terreno plano (tipo 1). - Tiene pendientes transversales al eje de la vía, menores o iguales al 10% y sus pendientes longitudinales son por lo general menores de tres por ciento (3%), demandando un mínimo de movimiento de tierras, por lo que no presenta mayores dificultades en su trazo. 1.1.4 Terreno ondulado (tipo 2). - Tiene pendientes transversales al eje de la vía entre 11% y 50% y sus pendientes longitudinales se encuentran entre 3% y 6 %, demandando un moderado movimiento de tierras, lo que permite alineamientos rectos, alternados con curvas de radios amplios, sin mayores dificultades en el trazo. 1.1.5 Terreno accidentado (tipo 3) Tiene pendientes transversales al eje de la vía entre 51% y el 100% y sus pendientes longitudinales predominantes se encuentran entre 6% y 8%, por lo que requiere importantes movimientos de tierras, razón por la cual presenta dificultades en el trazo. 1.1.6 Terreno escarpado (tipo 4) Tiene pendientes transversales al eje de la vía superiores al 100% y sus pendientes longitudinales excepcionales son superiores al 8%, exigiendo el máximo de movimiento de tierras, razón por la cual presenta grandes dificultades en su trazo. 1.1.7 Velocidad de diseño. - Es la velocidad escogida para el diseño, entendiéndose que será la máxima que se podrá mantener con seguridad y

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comodidad, sobre una sección determinada de la carretera, cuando las circunstancias sean favorables para que prevalezcan las condiciones de diseño. 1.1.8 Línea de Gradiente. – Es uno de los primeros trabajos para definir el alineamiento de una carretera, ello se realiza en función de la pendiente del camino y el intervalo de las curvas de nivel.

1.2. PROCESO DE TRABAJO 1.2.1 PLANO ENTREGADO El primer paso del trabajo consiste en tener un plano en escala 1:2000 de la zona del trazo. Este plano tendrá los siguientes datos: 

Punto de inicio y final del trazo



Curvas de nivel de la zona de trabajo a cada 2 metros



Ubicación georeferencial de la zona de trabajo

1.2.2 OCULTAR SOBREDATOS Se procederá a desactivar los ejes georeferenciales, así como todo elemento que pudiera dar un efecto distractivo o de uso innecesario para nuestro trazo. En el Civil 3D bastará con ir a la ventana de capas y apagarlos. 1.2.3 IDENTIFICACIÓN DE CURVAS DE TRABAJO Con la intención de poder identificar mejor y más rápido la zona de trabajo, cambiaremos en el Civil 3D las curvas principales que correspondan a nuestros puntos de inicio y final de nuestra línea, así también le daremos una mayor tonalidad a las líneas principales y menor a las secundarias, asegurando una mejor visualización para nuestra trayectoria.

1.2.4 CORRECCIONES EN CURVAS DE NIVEL

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Con la ayuda de Civil 3D, procedemos a identificar los malos trazos en las curvas de nivel. En casi todos los casos se trata del mal trazo de curvas sobrepuestas, que el programa identificará como error y que podemos ver en una ventana de errores que muestra el Civil 3D. 1.2.5 CLASIFICACIÓN OROGRÁFICA Con la ayuda del Manual de Diseño Geométrico debemos clasificar la orografía de la zona de trabajo en: plano, ondulado, accidentado o escarpado. 1.2.6 VELOCIDAD DE DISEÑO Teniendo el tipo de orografía y la clase de carretera vamos al manual y buscamos la tabla 204.01 en donde nos dan la velocidad de diseño. 1.2.7 ELECCIÓN DE NUESTRA PENDIENTE Con la velocidad de diseño y la clase de carretera que vamos a realizar vamos a la tabla 303.01 donde obtendremos la pendiente máxima permitida. 1.2.8 TRAZO DE LINEA DE GRADIENTE Con los datos conseguidos procedemos a hallar el radio de trazo en plano del Civil 3D, lo trazaremos cortando a cada curva de nivel (cada 2m) y cambiando de centro a medida que avanzamos. Los criterios para su desarrollo varían según las curvas de nivel a encontrarse y como consecuencia tendremos varias opciones de ruta a seguir, siendo la más simple la ascendente. Otras rutas pueden ser ascendentedescendente o en zigzag.

2. PROCEDIMIENTO

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2.1. ÍNDICE MEDIO DIARIO ANUAL (IMDA) Las carreteras del Perú se clasifican en función a la demanda. El valor del IMDA utilizado en este trabajo ha sido proporcionado en clase, y tiene un valor de 250 veh/día. Por lo tanto, corresponde a una carretera de tercera clase (IMDA menor a 400 veh/día). 2.2. CLASIFICACIÓN POR OROGRÁFICA Para definir el valor correspondiente de la orografía de la zona, se han calculado pendientes transversales en 3 zonas diferentes a lo largo de la línea de gradiente. Los cálculos necesarios se realizaron con la siguiente expresión: 𝛼% =

𝑑𝑣 ∗ 100 𝑑ℎ

Finalmente, reemplazando valores se obtiene lo siguiente: 𝛼1% =

(200 − 160) ∗ 100 = 54.96% 72.78

𝛼2% =

(230 − 190) ∗ 100 = 68.85% 58.10

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𝛼3% =

(230 − 200) ∗ 100 = 55.94% 53.63

De los valores de pendiente obtenidos se concluye que el terreno es accidentado (tipo 3). 2.3. VELOCIDAD DE DISEÑO Una vez obtenida la clasificación de la autopista (carretera de tercera clase) y orografía (terreno accidentado), se procedió a determinar el rango de las velocidades de diseño. De la Tabla 204.01 se obtiene el siguiente rango de valores: 30 km/h, 40 km/h y 50 km/h.

Debido a que en la zona la población actual es baja y se estima que no existirá un importante desarrollo económico en el lugar, se procedió a elegir el valor de 30 km/h como velocidad de diseño.

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2.4. PENDIENTE Para el diseño de la carretera se ha considerado una pendiente mínima de 0.5 %, a fin de asegurar en todo punto de la calzada un drenaje de las aguas superficiales. Asimismo, la pendiente máxima fue determinada con ayuda de la Tabla 303.01, obteniéndose un valor de 10.0 %.

Para conseguir una reserva de pendiente máxima al momento de diseñar la carretera, se ha visto pertinente considerar como pendiente máxima el valor de 9 % (i%max). De igual manera, según las indicaciones realizadas en clase es recomendable utilizar la siguiente expresión para determinar el rango final de pendientes con las que finalmente se realizará el trazo de la línea de gradiente de la carretera. 𝑖%𝐿𝐺 = {𝑖%𝑚𝑖𝑛 + 1%, 𝑖%𝑚𝑎𝑥 − 1%} = {1.5%, 8%}

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2.5. TRAZO DE LA LÍNEA DE GRADIENTE Una vez calculada la pendiente mínima y máxima de la línea de gradiente se procedió a realizar el trazo de la misma. Para ello se han planteado dos alternativas. 2.5.1. Alternativa 1 En esta alternativa, inicialmente se realizó un bosquejo de la línea de gradiente (con el comando polilínea) y se ubicó de forma aproximada el punto medio; como consecuencia de ello la línea de gradiente se trazó considerando dos pendientes.

El cálculo de las pendientes se realizó empleando la siguiente expresión: 𝑖% =

𝑑𝑣 ∗ 100 𝑑ℎ

Según los puntos que se nos fueron asignados (grupo 4), tanto el punto de inicio (D) como de final (H) se encuentran ubicados en la cota 190.0 m.s.n.m. Para los cálculos iniciales se eligió una pendiente de 2 % para ambos tramos. Se tiene entonces que: 𝑖% →

2 𝑑𝑣 = ∗ 100 → 𝑑𝑣 = 52.8 𝑚 ≈ 54 𝑚 100 2643.04

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De lo anterior, la cota máxima de la línea de gradiente será igual a 244.0 m.s.n.m. Recalculando la pendiente se obtiene: 𝑖% =

54 ∗ 100 = 2.04 % 2643.04

El radio de la circunferencia será entonces: 𝑑𝑖𝑠𝑡. ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧 =

𝐷𝑐𝑐𝑛 ∗ 100 2 ∗ 100 = = 98.04 𝑚 𝑖% 2.04

Una vez llegada a la cota 240.0 se procedió a recalcular la pendiente del segundo tramo. 𝑖% =

54 ∗ 100 = 2.99 % ≈ 3.0 % 1802.0

De donde el radio de la circunferencia será. 𝑑𝑖𝑠𝑡. ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧 =

𝐷𝑐𝑐𝑛 ∗ 100 2 ∗ 100 = = 66.7 𝑚 𝑖% 3.0

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2.5.2. Alternativa 2 Inicialmente en esta alternativa también se dividió la línea de gradiente en 2 tramos, pero en este caso se decidió trabajar con una cota mínima. Para esto se adoptó una pendiente de 2.5 %. 𝑖% →

2.5 𝑑𝑣 = ∗ 100 → 𝑑𝑣 = 58 𝑚 100 2321.10

De lo anterior, la cota mínima de la línea de gradiente será igual a 132.0 m.s.n.m. Asimismo, el radio de la circunferencia será: 𝑑𝑖𝑠𝑡. ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧 =

𝐷𝑐𝑐𝑛 ∗ 100 2 ∗ 100 = = 80.0 𝑚 𝑖% 2.50

Para el trazo de la línea de gradiente en el segundo tramo se siguió trabajando con el mismo valor de radio calculado anteriormente, pero conforme el trazo se acercaba al punto final H, se pudo notar que era necesario dividir este segundo tramo en 2 tramos más, ya que la pendiente de 2.5 % era muy pronunciada.

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Realizando los cálculos para este tercer tramo se tiene: 𝑖% =

18 ∗ 100 = 1.98 % 910.12

De donde el valor del radio de la circunferencia correspondiente es: 𝑑𝑖𝑠𝑡. ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧 =

𝐷𝑐𝑐𝑛 ∗ 100 2 ∗ 100 = = 101.01 𝑚 𝑖% 1.98

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES



Obtuvimos dos opciones para la Línea de Gradiente que varían en su trayectoria a seguir, al tener distintas distancias horizontales que en el plano se reflejan en los radios a tomar que irán cortando a cada curva de nivel.



Debido a que los puntos de inicio y final se encontraban en una misma cota, se optó por hacer una trayectoria con un punto intermedio de diferente cota, para esto se hizo un posible trazo tratando de ubicar el punto intermedio a la mitad. De ahí que se encontraran dos alternativas, siendo la primera a una cota intermedia mayor y la segunda a una menor.



Como el punto tomado como medio no es exacto, se hizo un recalculo en el segundo tramo, de este modo se logró acabar en el punto final requerido.



No es recomendable tomar los pendientes límites sino un valor menor



Se recomienda no realizar cambios innecesarios de las pendientes, es decir que el número de curvas verticales sea lo mínimo necesario.



En el caso de que se nos complique hallar la pendiente requerida, trataremos de cambiar de ruta, de tal forma que encontremos la pendiente que habíamos establecido.



Cuando la diferencia de alturas entre dos puntos a unir es extremadamente fuerte, lo que se hace es diseñarse “desarrollos” o curvas de volteo para ir ganando altura paulatinamente.

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BIBLIOGRAFÍA



MANUAL DE CARRETERAS: DISEÑO GEOMÉTRICO DG – 2018



Apuntes de Clase de la Ing. Mercedes Rodriguez



Manual de Civil 3D