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• Vilca Omar Shir

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CAMINOS I INGENIERIA CIVIL ESTUDIO PARA PROYECTOS DE CARRETERAS

INTRODUCCION Al tratar de unir dos puntos, lo ideal sería enlazarlos con un solo valor de pendiente, sin muchas variantes, si la distancia entre los puntos a enlazar es corta, es posible estimar este valor i % de partida, midiendo a groso modo distancia horizontal que pudiera tener nuestra vía siguiendo el contorneo de las curvas de nivel, y con la diferencia de altura entre ambos. Que ambos puntos se encuentren a igual cota. La elección de la gradiente, la posición y el número de cambios, estarán supeditados a puntos adicionales que se deseen enlazar (otro poblado, una carretera, etc.) o zonas que se deseen evadir,

pues

presentan

condiciones

geológicas

desfavorables,

suelos

pantanosos, áreas de alto costo de construcción, expropiación, etc. Las condiciones pluviométricas de la zona condicionarán la pendiente mínima. Se debe tomar muy en cuenta el tipo de Topografía del terreno porque de esta se determinará su funcionalidad, su costo, su seguridad y otros. El trazo de la 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. El presente informe es de trazo de línea de gradiente que se realizó con el fin de conocer más a cerca de un trazo preliminar, considerando la topografía y orografía manteniendo un determinado rango de pendiente, el tramo más corto entre los dos puntos de interés, los posibles recursos que se podrían aprovechar y algunas intervenciones que se realizarían con áreas de cultivo. El trabajo realizado en campo denominado Trazo de Línea de Gradiente elaborado por la presente brigada, tiene la finalidad de brindar el aspecto teórico concerniente y brindar los cálculos obtenidos en el lugar de la práctica.

ARGUMENTO Hoy en día necesitamos transportarnos lo más rápidamente posible, por lo tanto, observamos que la generación de carreteras es cada vez más rápidos y eficaces, lo que demuestra la importancia de las vías para el desarrollo. El cálculo de la orografía sirve para comprender el relieve de una región o zona relativamente pequeña, por lo que su representación cartográfica en mapas a gran escala sirve de manera efectiva para planear obras de infraestructura por ejemplo, el estudio de pendientes en el trazado de una carretera o de una línea de ferrocarril, en el diseño de una represa o de un puente; por lo tanto los resultados de este cálculo son de vital importancia para la elaboración de un trazo definitivo de una determinada ruta. Por otro lado el cálculo de la velocidad de diseño cuyos criterios que en esta sección se presentan, tiene que ver con la variable velocidad como elemento básico para el diseño geométrico de carreteras y como parámetro de cálculo de la mayoría de los diversos componentes del proyecto. La velocidad debe ser estudiada, regulada y controlada con el fin de que ella origine un perfecto equilibrio entre el usuario, el vehículo y la carretera, de tal manera que siempre se garantice la seguridad. De acuerdo a todo lo anteriormente expresado, se cumple con presentar este informe, esperando que sea del agrado tanto del ingeniero, como de los lectores, para así incrementar su sabiduría en este aspecto.

METODO DE TRAZO DIRECTO

Definida la ruta y fijado el punto de partida y los puntos obligados de paso, que definen tramos de la ruta, se ejecuta un estacado preliminar señalando la ruta y se calcula el nivel del terreno en cada estaca. Mediante el seccionamiento transversal del terreno, en cada estaca, midiendo longitudes con cinta métrica y elevaciones con el eclímetro (figura 6.1.3.1), el nivel o el teodolito, se realiza el levantamiento topográfico de la sección transversal que deberá cubrir un área suficientemente amplia para diseñar el camino, sus diversas estructuras y obras de arte y para acondicionar el derecho de vía. Los datos de cada sección transversal deberán ser suficientes para permitir la representación de las curvas de nivel en la franja que ocupara el camino. En la actualidad el levantamiento de la sección transversal también se realiza con la Estación Total. En los tramos en que la pendiente es condicionante principal, se necesita fijar una pendiente en el trazo que garantice llegar al próximo punto obligado de paso. La llamada línea de gradiente corresponde a ese trazo. Para este efecto se fija la pendiente promedio requerida para la distancia entre puntos de paso y se utiliza cuando menos un eclímetro para señalizar los puntos, con banderas. La pendiente promedio de la línea de gradiente en tramos críticos debe ser previsoramente como máximo, un 60% de la pendiente máxima aceptable en la norma, de la rasante en tramo recto para la clase correspondiente de camino. Conocida la ruta preliminar en el terreno, la brigada de trazo, fija el eje, mediante tangentes y un estacado y calcula y traza las curvas entre tangentes.

En cada estaca se levanta la sección transversal en un ancho que depende de la naturaleza del proyecto y del terreno. En el gabinete se reconstruye la planta de la franja del camino, el perfil longitudinal del eje y las secciones transversales. El topógrafo debe levantar adicionalmente la referencia de toda edificación, instalación, propiedad, caminos de acceso y accidente natural o artificial, ubicado en la franja levantada, que se juzgue será necesario tomar en cuenta para el diseño del proyecto; o ampliará el área de levantamiento si el Ingeniero lo juzga necesario. Deberá incluirse también el levantamiento detallado de todos los cursos de agua transversales al camino sean estos permanentes, estacionales y eventuales. El estacado seguido a lo largo del eje, corresponde así

normalmente a la poligonal del levantamiento y salvo eventuales correcciones como consecuencia de posibles cambios, el trazado materializado (estacado) corresponde también al replanteo del proyecto. Se fijan entonces en el terreno las referencias topográficas permanentes que permitirán replantear el alineamiento del eje del camino y el estacado del proyecto en los casos en que el estacado desaparezca por cualquier causa; estas referencias o monumentos se construyen en lugares estables no sujetos a cambios.

LINEAS DE GRADIENTE El objetivo principal de realizar un trazo de línea de gradiente es de saberla pendiente máxima promedio aceptable para el tipo de vía de comunicación dado. Para realizar el trazo de la ruta se hace mediante el uso del eclímetro ubicado estratégicamente en los puntos visados llevando así un porcentaje de pendiente determinada o de criterio según las normas de diseño de carreteras. DEFINICION:  Es la línea que une los puntos que siguen una determinada pendiente, denominada pendiente de trabajo. Se puede trazar. Directamente en campo ó en gabinete sobre un plano topográfico. El trazo directo en campo, se puede realizar mediante cualquier equipo de topografía (nivel, teodolito, eclímetro, etc.), pero el ideal y más práctico es mediante el siguiente equipo:  Eclímetro.- el cual se gradúa con la pendiente de trabajo.  Dos jalones  Una wincha La ruta que sigue una carretera generalmente es seguida preliminarmente por una Línea de Gradiente o línea de Cero. Está definida por una pendiente adecuada para las condiciones topográficas que se presentan y su forma es la que define a la forma de la vía en lo que se refiere a direcciones de los alineamientos. Se podría decir que la Línea de Gradiente sigue la forma del terreno manteniéndose al ras de manera que no se requiere cortar ni rellenar el terreno para que mantenga la pendie3nte de diseño. Por lo tanto cuando el eje de la via se ciñe a la línea de gradiente el resultado es la reducción de costos en movimientos de tierra, ya que serían compensados los volúmenes de gradiente como se verá más adelante, debido a que por la sinuosidad de su forma no es practico hacer trazos del eje de la vía con demasiadas curvas de enlace. Sin embargo indica el camino a seguir.

La línea de gradiente está compuesta por segmentos de recta que unen dos curvas de nivel consecutivas en forma ascendente o descendente y cuya longitud está definida por la pendiente de diseño. CONSIDERACIONES SOBRE LOS TRAZADOS. La localización de una ruta entre dos puntos, uno inicial y otro terminal, establecidos como condición previa, implica encontrar una franja de terreno cuyas características topográficas y factibilidad de uso, permita asentar en ella un camino de condiciones operativas previamente determinadas. El estudio de una línea de pendiente en terreno montañoso puede presentar una gran variedad de situaciones con diferentes soluciones. A continuación se presentan los casos más comunes en el enlace de dos puntos. • Los dos puntos están en el fondo del mismo valle El fondo de un valle es a veces poco aconsejable para desarrollar el trazado de una vía, siendo preferible llevarlo a cabo sobre los flancos de este. Si los puntos están situados a lados distintos de una corriente de agua, se debe buscar el sitio adecuado para atravesar este. Se debe seleccionar un punto tal que considere no solo el aspecto geométrico sino también el estructural, geológico, hidráulico y geotécnico. En algunas ocasiones las zonas más cercanas al cauce presentan una pendiente transversal muy alta por lo que es recomendable ascender, siempre y cuando no sea demasiado, hasta una zona más plana y luego volver a descender para llegar al punto final. Esto evita pendientes transversales fuertes que implican grandes movimientos de tierra (Figura 4.17).

Puede ocurrir también que uno de los lados presenta una pendiente transversal más alta (ruta a) por lo que es recomendable cruzar la línea hacia la otra margen (ruta b), si se requiere, lo más pronto posible (Figura 4.18).

Cuando se debe atravesar un río o corriente profunda, no se requiere definir la línea de ceros hasta el borde de esta, es decir, cortar todas las líneas de nivel hasta llegar al borde de la corriente. En este caso se debe atravesar una línea recta desde una curva de nivel hasta la misma curva u otra cercana de la otra margen, esto se puede observar en la parte final de la ruta a de la Figura 4.18. La curva de nivel seleccionada debe ser la que se encuentre cercana a un cambio fuerte en la pendiente transversal de la corriente o donde se considere

que la obra a proyectar no esté demasiado elevada con respecto al nivel del agua o borde de la corriente. • Los dos puntos están sobre una misma falda o ladera. Si la pendiente no es muy grande la línea recta podría ser la solución, mientras si esta es considerable se debe recurrir a alargar el recorrido generando algunas vueltas con cambios de dirección. Estos cambios de dirección es preferible realizarlos en las zonas más planas y distanciados lo más que se pueda para que luego no se presente un alineamiento horizontal muy forzado o deficiente (Figura 4.19). En algunas ocasiones cuando se asciende o desciende sobre una ladera y se presentan cambios de pendiente fuerte es recomendable modificar la pendiente de la línea de ceros con el fin de evitar las zonas con altas pendientes transversales.

• Los dos puntos están sobre vertientes opuestas de una misma hoya Figura 4.20. En este caso el trazado más evidente sería la línea recta A – B, pero se puede observar que esta solución es inadecuada ya que se requiere de un lleno demasiado alto o un puente muy largo. Otra solución podría ser la ruta A – C – B, siguiendo casi la misma curva de nivel. Aunque esta solución presenta una

pendiente longitudinal muy suave arroja una longitud excesiva. La opción más adecuada sería una intermedia, partiendo de A y bajando hasta el fondo del valle, pasando por D, para luego ascender hasta llegar al punto B, con una pendiente que no sobrepase la máxima permitida. • Los puntos se encuentran sobre vertientes opuestas del mismo contrafuerte Figura 4.21. Esta situación es muy similar al caso anterior, solo que acá primero se asciende y luego se desciende. La línea A – B significa un corte muy alto, mientras que la dirección A – C – B representa un recorrido excesivo e innecesario. La solución más práctica es entonces la línea intermedia ascendiendo y descendiendo con una pendiente adecuada.

LA IMPORTANCIA DEL ECLÍMETRO EN TRAZOS DE CARRETERAS: Sin lugar a duda es de gran importancia el eclímetro en obras civiles como el trazo de vías, ejemplos claros son: vía aérea, vía marítima, vía ferroviaria, vías de transporte de agua (acueducto), de gas (gasoductos), de petróleo (oleoductos) y vías de vehículo; todas están tiene una particularidad de obras civiles, que tienen una gran longitud y un poco ancho, éstas obras se pueden trabajar con una gran variedad de equipos. Por ejemplo para el trazo de carreteras que son las más comunes, se utiliza el Eclímetro y los jalones, específicamente. Primero depende mucho de cómo es el terreno, si nos encontramos en un terreno fofo preferible es voltear el jalón y poner la parte que no tiene punta en suelo, pero lo que hacemos es pasar la altura de la visual al jalón y colocamos una señal que sea vistoso a distancia, luego determinaremos si por ahí podrá pasar la carretera dependiendo de las pendientes mínimas o máximas, en este caso que la pendiente máxima para la carreta es de 10% que nos quiere decir que nunca debe sobre pasar una pendiente del 10%. Para poder llevar este control con el eclímetro fijo en este la pendiente del 10% dependiendo la posición si estoy bajando será como el ángulo de depresión, lo que hacemos es coincidir el hilo metálico con la burbuja y la pendiente que estoy mirando seria de 10% si la marca se encuentra arriba de mi visual la pendiente es menor; si yo miro ángulo de elevación una pendiente del 10% y la marca del jalón se encuentra arriba de la visual la pendiente será mayor. ELECCIÓN DE LA PENDIENTE PARA EL TRAZO DE LA LÍNEA DE GRADIENTE. El rango de valores que puede tener nuestra pendiente de trabajo, para el trazo de la línea de gradiente, estará comprendido entre la pendiente mínima aumentada en 1% y la máxima disminuida en 1%. En esta fase del trabajo se recomienda no utilizar los valores mínimo y máximo de la pendiente, reservar estas ya en el diseño definitivo de la rasante y caso fuese necesario utilizarla. Pendiente de trabajo para LG = (pendiente mínima +1% pendiente máxima -1%).

Trazado línea de Pendiente Constante en el terreno

Cuando no se dispone de planos topográficos o simplemente se desea localizar la línea de ceros directamente en el terreno es necesario el uso de un nivel Abney (o clisímetro) o de pendiente y una mira. La pendiente a utilizar se puede determinar por tramos y para calcularse se debe estimar la distancia a recorrer y la diferencia de altura entre los puntos extremos de cada tramo. El procedimiento, apoyado en la Figura 4.15, es el siguiente: • Se fija en el nivel Abney la pendiente deseada para la línea de ceros. • Se ubica el nivel a una altura determinada y apropiada para el ojo sobre un jalón. • En el terreno se ubica el punto o puntos que tengan una lectura de mira igual a la altura del Abney o Clisímetro sobre el jalón. • La superficie del terreno en la dirección observador menos lectura de mira tendrá entonces una pendiente igual a la marcada en el nivel Abney.

El procedimiento anterior es válido en terrenos muy regulares, pero en terrenos irregulares al ir ubicando los puntos que cumplan la altura de mira buscada probablemente se obtendrán direcciones que generen alineamientos erróneos o defectuosos. Para evitar este problema el procedimiento a seguir es el siguiente: • Se definen ciertos límites para corte y para lleno a lo largo de la línea a trazar. • Teniendo en cuenta el valor del corte o lleno estimado en un punto cualquiera la lectura de la mira será variable de modo que la dirección general que debe llevar el alineamiento es más fácil de controlar. • Con el valor leído en la mira se puede calcular la altura del lleno o del corte (Figura 4.16).

En la Figura 4.16 se tiene el punto A con un corte establecido Ca y una altura del ojo Ho y con la pendiente definida fija en el nivel Abney se obtiene una lectura en la mira en el punto B de Mb. Para calcular la altura de corte Cb en el punto B se tiene:

Cb = Ca + Ho – Mb

Si la mira se ubica en el punto C donde se presenta un lleno, la altura de este sería: LLc = Ca + Ho – Mc El valor para Cb es positivo mientras que el obtenido para LLc es negativo, significa que la expresión general para calcular el corte o lleno de un punto 2 a partir de un punto 1 es: (Corte o Lleno)2 = Altura Ojo ± (Corte o Lleno)1 – Lectura Mira. Al igual que el trazado en planos, la localización directa en el terreno puede presentar diferentes casos y situaciones lo que obliga a realizar diferentes tanteos con el fin de obtener la línea de ceros más apropiada. Esta serie de tanteos, ajustes y correcciones en el campo representan, además de un alto costo, una gran demora en el estudio de la línea de ceros, por lo tanto es recomendable, principalmente cuando se tienen terrenos muy irregulares o trazados relativamente largos, obtener la topografía de la franja o franjas de las diferentes rutas que se quieren estudiar. La obtención de está topografía aunque también puede representar un alto costo es indispensable para desarrollar un buen estudio de alternativas y además será de mucha ayuda para las siguientes etapas dentro del trazado y diseño de la vía.

CONCLUSIONES

 No es recomendable tomar los pendientes límites sino un valor ligeramente menor ya que en los estudios posteriores probablemente haya reducción de longitud lo que conllevaría a que suba la pendiente.  Se recomienda no realizar cambios innecesarios de las pendientes, es decir que el número de curvas verticales sea lo mínimo necesario. Se sugiere no más de 5 curvas verticales en un tramo de 1km aproximadamente.

 Cuando no se dispone de planos topográficos o simplemente se desea localizar la línea de ceros directamente en el terreno es necesario el uso de un nivel Abney (o clisímetro) o de pendiente y una mira.