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CAMINOS I – DISEÑO DE CARRETERAS 2017 MEMORIA DE CÁLCULO I. TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE En ingeniería una de las ram

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CAMINOS I – DISEÑO DE CARRETERAS

2017

MEMORIA DE CÁLCULO I.

TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE

En ingeniería una de las ramas de especialización más importantes es la rama de transportes que estudia todo lo relacionado con las carreteras, el flujo vehicular, planificación, diseño y operación de tráfico en las calles, carreteras y autopistas, sus redes, infraestructuras, tierras colindantes y su relación con los diferentes medio de transporte consiguiendo una movilidad segura, eficiente y conveniente. En el Diseño Geométrico de Carreteras es la parte más importante ya que nos dará una idea concreta de lo que será nuestra carretera. 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. Para estos casos, se traza en el terreno una "línea de gradiente". Se trata de un alineamiento de dirección variable que tiene la particularidad de ascender o descender el terreno, con una pendiente constante para el tramo, elegida o calculada previamente en razón a dos parámetros principales: la altura por salvar y la pendiente máxima promedio, aceptable para la carretera. A. PENDIENTES USADAS EN EL TRAZADO DE LA LÍNEA DE GRADIENTE Para el trazado de la línea de gradiente se tuvo que utilizar diversas pendientes entre ellas (5% y 6%) de las cuales una de ellas resulto llegar al punto pero con curvas demasiado cerradas mientras que la segunda resulto con errores más aceptables. -

Línea de Gradiente con 5% (Intento fallido) Líneas muy cerradas. Línea de Gradiente con 6% (El más aceptable respecto a los 2 anteriores).

De acuerdo al análisis del plano se tomó que la pendiente más adecuada es 6 % de acuerdo al plano las curvas se encuentran a cada 2 metros y el radio a trazar será de 33.33 metros.  En terreno plano es recomendable que la plataforma del camino este relleno  En terreno accidentado es indispensable que la plataforma del camino este en corte, evitando en lo posible los muros de contención, sobre todo si son de concreto.  En lugares que necesitan obras de drenaje, como las quebradas se deberán pensar en relleno.

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CAMINOS I – DISEÑO DE CARRETERAS

 Hay que tener en cuenta también tener especificaciones técnicas de tangentes mínimos y radios mínimos. B. VERIFICANDO MARGEN DE ERROR:

2  4% x x  50mts.

tg  

C. CALCULAMOS EL ERROR MÁXIMO 𝑳𝒈 = ∑ 𝑫𝒉 𝑳𝒈 = 𝟕𝟖(𝟓𝟎) = 𝟑𝟗𝟎𝟎 𝒎𝒕𝒔.

𝑬𝒎𝒂𝒙 = 𝟎. 𝟎𝟐(𝑳𝒈) 𝑬𝒎𝒂𝒙 = 𝟎. 𝟎𝟐(𝟑𝟗𝟎𝟎) = 𝟕𝟖 𝒎𝒕𝒔

𝒆 < 𝑬𝒎𝒂𝒙 Para este caso se dió

e=1m

𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑙 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑒𝑠 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑜

𝟏𝟎𝐦 < 𝟕𝟖 𝒎𝒕𝒔

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II.

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TRAZO DE LA POLIGONAL

Siguiendo el paso anterior se optó por determinar la zona para el trazado definitivo. La poligonal será trazada siguiendo muy de cerca a la línea de gradiente, tratando de que no se produzca excesivos áreas de corte y relleno, de manera de lograr una compensación longitudinal. Para el trazo de la poligonal se tiene que tomar algunas recomendaciones:  En terreno plano es recomendable que la plataforma del camino este relleno  En terreno accidentado es indispensable que la plataforma del camino este en corte, evitando en lo posible los muros de contención, sobre todo si son de concreto.  En lugares que necesitan obras de drenaje, como las quebradas se deberán pensar en relleno.  Hay que tener en cuenta también tener especificaciones técnicas de tangentes mínimos y radios mínimos. Pero debe haber un equilibrio entre las características técnicas y el costo de la obra. En proyectos importantes suelen necesitarse estudios geológicos y geotécnicos para determinar las alturas máximas y la inclinación de los taludes en corte. Cuando los estudios lo determinan es necesario recurrir a muros de contención, concreto lanzado y escalonamiento de Taludes. DETALLE DE LA POLIGONAL Nuestra poligonal que hemos trazado consta de 4 tramos, de 243.00m, 813.00m, 1014.00m, 416.00m y con ángulos Pi, de 41, 148, 137 recomendables. Recomendaciones 

 

La poligonal debe estar lo más cercana posible de la línea de gradiente, solo en algunos casos excepcionales es recomendable usarlo cuando la topografía no nos permite, lo cual se instalará progresivas a fin de analizarla en el perfil. Se deberán colocar Pi en los cambios de tramos de la poligonal. No es conveniente usar tramos cortos.

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III.

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ESTACADO

Luego del trazo de la poligonal, para este proyecto no se ha consideraran las curvas, tanto las curvas circulares así como también las curvas espirales que en el proyecto definitivo también serán estacadas solo con una aclaración que toda curva su estacado será a cada 100 metros en toda su longitud. Como nota importante antes de estacar se deberá verificar si dicho trazo de la carretera obedecerá la seguridad para su recorrido, de no ser así se deberá acudir de todas maneras a las Normas de Diseño de Carreteras (diseño geométrico) ya que en ella se encuentran paso a paso todo lo que se debe hacer para realizar y replantear un diseño que cumpla con todos los requerimientos necesarios para una buena circulación. Cuando estas marcas se indican en los planos se llaman Progresivas, lo cual cuando se llevan al campo para ubicarla reciben dicho nombre de Estacas, porque justamente son marcadas con estacas que se clavan en el terreno. Sin embargo, es frecuente manejar ambos términos para referirse a lo mismo. El intervalo entre estas marcas varía de acuerdo a lo siguiente:  Para estudios preliminares las progresivas van cada 50 o 100m sobre los tramos rectos. La forma de indicarlas o su nomenclatura son diversas formas pero anotaremos de una de ellas la cual será de la siguiente manera; si la progresiva sería el segundo que sería el de 20m su nomenclatura sería 2+00, si fuera a 160m sería 16+00 y así sucesivamente.

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IV.

PLANTILLA DE NIVELACION PROGRESIVA 5 1+00 2+00 PI1 3+00 4+00 5+00 6+00 7+00 8+00 9+00 10+00 PI2 11+00 12+00 13+00 14+00 15+00 16+00 17+00 18+00 19+00 20+00 PI3 21+00 22+00 23+00 24+00 6

COTA TERRENO 3026.00 3028.50 3026.00 3018.00 3014.50 3001.50 2998.20 3001.20 2997.80 2997.00 2993.80 2986.00 2986.00 2982.30 2978.30 2967.70 2958.50 2952.50 2942.50 2947.20 2945.50 2943.00 2943.00 2944.00 2942.50 2944.00 2944.00 2945.50 2948.00

COTA DISTANCIA RASANTE 3026.00 0 3021.90 100 3018.10 200 3016.50 243 3014.20 300 3010.30 400 3006.50 500 3002.70 600 2998.80 700 2995.20 800 2991.70 900 2988.00 1000 2986.00 1056 2982.80 1100 2975.20 1200 2967.20 1300 2959.80 1400 2952.10 1500 2944.50 1600 2944.20 1700 2943.80 1800 2943.40 1900 2942.92 2000 2942.60 2070 2942.50 2100 2943.50 2200 2944.50 2300 2945.60 2400 2946.80 2486

CORTE

RELLENO

0 6.60 7.90 1.50 0.30 0 0 0 0 1.80 2.10 0 0.00 0 3.10 0.50 0 0.40 0 3.00 1.70 0 0.08 1.40 0 0.50 0 0 1.20

0 0 0 0 0 8.80 8.30 1.50 1.00 0 0 2.00 0.00 0.50 0 0 1.30 0 2.00 0 0 0.40 0 0 0 0 0.50 0.10 0

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CAMINOS I – DISEÑO DE CARRETERAS

V.

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PERFIL LONGITUDINAL

En el Perú el problema de pendientes tiene especial importancia, en realidad se puede decir que solo en la Costa se tiene los problemas de dirección o sea que una carretera debe llegar de un sitio a otro tomando el alineamiento más corto es decir la recta, pero en la Sierra y en las cejas de Montaña, antes de llegar a las pampas Amazónicas, los problemas ya no son de dirección si no de altura. Si se trata de unir dos puntos A y B que están a una diferencia de altura de tantos cientos y miles o miles de metros el problema es totalmente distinto. El criterio con que se tomen las pendientes, su balance y compensación con la altura sobre la altura del nivel del mar, darán seguramente el éxito o el fracaso de la construcción de una carretera. Las curvas verticales entre dos pendientes sucesivas permiten lograr una transición paulatina entre pendientes de distinta magnitud y/o sentido, eliminando el quiebre de la rasante. El adecuado diseño de ellas asegura las distancias de visibilidad requeridas por el proyecto. El perfil longitudinal está controlado principalmente por:        

Velocidad de Diseño. Topografía. Alineamiento Horizontal. Distancias de Visibilidad. Seguridad. Drenaje. Costos de Construcción. Valores Estéticos.

Una vez calculado el cuadro de nivelación, ordinariamente referidas a un nivel convenientemente elegido, se toman aquellas en papel milimétrico o papel especial para perfiles. Cuando hay que dibujar un perfil longitudinal con otros transversales, se toma la escala 1:2000 horizontal y 1:200 vertical. Esta relación de escala facilita la visualización de los datos del perfil.

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CAMINOS I – DISEÑO DE CARRETERAS

VI.

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SECCIONES TRANSVERSALES

La determinación de las secciones de carretera, es un procedimiento sencillo pero laborioso, ya que a cada veinte metros de nuestra línea del camino, se tendrá que determinar veinticinco metros a la izquierda y veinticinco metros a la derecha la intersección de las curvas de nivel, el objeto que sean veinte metros los que se tengan que determinar hacia los lados, obedece a que por disposición federal, todos los caminos de carreteras federales comprenden veinticinco metros hacia la izquierda y derecha del centro del camino. Se obtiene seccionando la vía mediante un plano perpendicular a la proyección horizontal del eje. En él se definen geométricamente los diferentes elementos que conforman la sección transversal de la vía: taludes de desmonte y terraplén, cunetas, aceras, pendientes o peraltes. La determinación de las secciones de carretera, es un procedimiento sencillo pero laborioso, ya que a cada veinte metros de nuestra línea del camino, se tendrá que determinar veinticinco metros a la izquierda y veinticinco metros a la derecha la intersección de las curvas de nivel, el objeto que sean veinte metros los que se tengan que determinar hacia los lados, obedece a que por disposición federal, todos los caminos de carreteras federales comprenden veinticinco metros hacia la izquierda y derecha del centro del camino.

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CAMINOS I – DISEÑO DE CARRETERAS

PLANILLA DE NIVELACION 25 + 1.50 - 6.00 - 4.75 - 2.50 - 1.75 - 5.00 - 4.25 - 4.25 - 4.00 - 5.00 - 3.00 + 3.25 + 3.75 + 4.25 + 3.75 + 3.25 + 3.25 + 6.00 + 7.50 + 5.00 + 6.00 + 3.25 + 8.00 + 8.00 + 9.50 + 8.00

IQUIERDA 15 0 - 4.00 - 2.75 - 2.15 - 1.00 - 2.50 - 2.75 - 2.75 - 2.50 - 3.00 - 1.75 + 1.75 + 1.75 + 2.00 + 2.75 + 2.25 + 1.50 + 4.00 + 4.00 + 2.00 + 3.00 + 1.80 + 3.00 + 4.00 + 6.50 + 4.00

5 - 0.25 - 1.75 - 0.75 - 0.50 - 0.50 - 0.50 - 0.75 - 0.75 - 1.00 - 1.50 - 0.50 + 0.75 + 0.75 + 0.75 + 0.50 + 0.75 + 0.50 + 0.75 + 0.50 + 0.75 + 0.75 + 0.50 + 1.00 + 1.00 + 2.00 + 0.75

PROGRESIVA 5 1+00 2+00 3+00 4+00 5+00 6+00 7+00 8+00 9+00 10+00 11+00 12+00 13+00 14+00 15+00 16+00 17+00 18+00 19+00 20+00 21+00 22+00 23+00 24+00 6

5 + 1.00 + 1.50 + 0.50 + 0.75 + 0.50 + 1.00 + 1.10 + 1.25 + 0.75 + 1.00 + 1.00 - 0.50 - 0.50 - 0.25 - 0.75 - 1.25 - 0.50 - 1.00 - 1.00 - 0.75 - 1.00 - 0.50 - 0.50 - 0.50 - 1.00 - 1.75

DERECHA 15 + 3.50 + 3.75 + 1.75 + 1.75 + 1.00 + 2.50 + 2.50 + 2.00 + 2.75 + 3.00 + 2.00 - 2.00 - 2.25 - 1.25 - 2.75 - 3.25 - 1.75 - 1.70 - 2.50 - 2.75 - 3.25 - 1.50 - 2.00 - 2.00 - 3.50 - 5.50

25 + 6.00 + 5.00 + 3.75 + 3.25 + 1.50 + 3.50 + 4.00 + 4.25 + 4.25 + 6.00 + 4.00 - 3.25 - 2.75 - 2.00 - 3.50 - 5.75 - 4.25 - 2.25 - 3.75 - 5.00 - 4.75 0 - 4.50 - 6.00 - 5.40 - 7.50

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CAMINOS I – DISEÑO DE CARRETERAS

HALLANDO EL AREA Y VOLUMEN SECCIONES DE TN LEVANTADAS EN CAMPO

5 1+00 2+00 3+00 4+00 5+00 6+00 7+00 8+00 9+00 10+00 11+00 12+00 13+00 14+00 15+00 16+00 17+00 18+00 19+00 20+00 21+00 22+00 23+00 24+00 6

ELEVACIONES

ESPESORES

SEMIDISTANCIA

AREA

VOLUMENES

CORTE

RELLENO

CORTE

RELLENO

100.00

5.10

2.33

-

-

0

100.00

130.20

0.00

6765

58.25

7.90

0

100.00

120.15

0.00

12517.5

0

3014.20

0.30

0

100.00

10.02

0.30

6508.5

7.5

3001.50

3010.30

0

8.80

100.00

0.00

111.40

250.5

5585

2998.20

3006.50

0

8.30

100.00

0.00

98.30

0

10485

3001.20

3002.70

0

1.50

100.00

0.00

15.21

0

5675.5

2997.80

2998.80

0

1.00

100.00

0.61

9.14

15.25

1217.5

2997.00

2995.20

1.80

0

100.00

0.00

19.13

15.25

1413.5

2993.80

2991.70

2.10

0

100.00

34.20

0.00

855

478.25

2986.00

2988.00

0

2.00

100.00

0.00

17.31

855

432.75

2982.30

2982.80

0

0.50

100.00

0.00

5.49

0

1140

2978.30

2975.20

3.10

0

100.00

42.47

0.00

1061.75

137.25

2967.70

2967.20

0.50

0

100.00

4.16

0.36

2331.5

9

2958.50

2959.80

0

1.30

100.00

0.00

11.27

104

581.5

2952.50

2952.10

0.40

0

100.00

7.59

1.05

189.75

616

2942.50

2944.50

0

2.00

100.00

0.00

18.61

189.75

983

2947.20

2944.20

3.00

0

100.00

47.02

0.00

1175.5

465.25

2945.50

2943.80

1.70

0

100.00

58.72

0.00

5287

0

2943.00

2943.40

0

0.40

100.00

0.73

3.57

2972.5

89.25

2943.00

2942.92

0.08

0

100.00

1.53

1.36

113

246.5

2942.50

2942.50

0

0

100.00

1.46

1.08

149.5

122

2944.00

2943.50

0.50

0

100.00

10.51

0.00

598.5

27

2944.00

2944.50

0

0.50

100.00

3.01

4.00

676

100

2945.50

2945.60

0

0.10

100.00

7.57

4.16

529

408

2948.00

2946.80

1.20

0

100.00

10.79

0.50

918

233

TN

SUBRASANTE

CORTE

RELLENO

3026.00

3026.00

0

0

3028.50

3021.90

6.60

3026.00

3018.10

3014.50

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CAMINOS I – DISEÑO DE CARRETERAS

VII.

2017

DATOS DE DISEÑO DE PROYECTO

 TIPO DE TERRENO: CLASIFICACIÓN POR DEMANDA 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. Estas carreteras pueden funcionar con soluciones denominadas básicas o económicas, consistentes en la aplicación de estabilizadores de suelos, emulsiones asfálticas y/o micro pavimentos; o en afirmado, en la superficie de rodadura. En caso de ser pavimentadas deberán cumplirse con las condiciones geométricas estipuladas para las carreteras de segunda clase.

CLASIFICACIÓN SEGÚN CONDICIONES OROGRÁFICAS (MANUAL DE DISEÑO GEOMETRICO SECCION 102)

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2017

CAMINOS I – DISEÑO DE CARRETERAS  VELOCIDAD DIRECTRIZ:

Para nuestro caso utilizaremos la velocidad directriz de 60 km/h por ser una carretera de tercera clase y de terreno tipo 2 (ondulado).  CLIMA:

mayor a 500 mm/año  (Muy Lluvioso)

 TRAFICO: Representa el promedio aritmético de los volúmenes diarios para todos los días del año, previsible o existente en una sección dada de la vía. Su conocimiento da una idea cuantitativa de la importancia de la vía en la sección considerada y permite realizar los cálculos de factibilidad económica. 401-2000 veh/dia  Alto % tránsito pesado

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CAMINOS I – DISEÑO DE CARRETERAS

VIII.

2017

CALCULO DE LOS ELEMENTOS DE LA SECCION TRANSVERSAL

 CALCULO DE ANCHO DE CALZADA DE CARRIL El ancho de calzada se determinara en base al nivel de servicio deseado al final del periodo de diseño o en un determinado año de vida de la carretera Mediante la tabla 304.01 de la “Normas Peruanas para el diseño de carreteras” determinamos el ancho de nuestra calzada. Para nuestro diseño el ancho de calzada será de 6.60.

 CALCULO DE LA BERMA La berma se diseña para suministrar el suficiente soporte a los bordes del pavimento que proporciona un lugar fuera de la vía de tránsito que permita el cruce o sobrepaso de vehículos en forma circunstancial. En la Tabla 304.02, se indican los valores apropiados del ancho de las bermas. El dimensionamiento entre los valores indicados, para cada velocidad directriz se hará teniendo en cuenta los volúmenes de tráfico y el costo de construcción Para nuestro caso una carretera de segunda clase y de tipo 3; y para una velocidad de diseño, según tabla el ancho de la berma será de 1.20 mts.

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CAMINOS I – DISEÑO DE CARRETERAS

2017

 CALCULO DE LA CUNETAS Las cunetas serán en forma triangular y se proyectaran para todo los tramos en laderas y cortes cerrados, su dimensionamiento estará adecuado a las condiciones climáticas de la zona. Existen diversas formas para construir las cunetas, en la actualidad las más comunes son las triangulares. Las cunetas serán en forma triangular y se proyectaran para todo los tramos en laderas y cortes cerrados, su dimensionamiento estará adecuado a las condiciones climáticas de la zona. NOTA: El carril tendrá un bombeo de 2.5% para aligerar las evacuaciones de las aguas hacia las cunetas como por ejemplo las aguas de las lluvias que se debe evitar que permanezcan lo más tiempo posible en el pavimento ya que las daña y causa perforaciones.

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CAMINOS I – DISEÑO DE CARRETERAS

2017

 TALUD INTERIOR DE CUNETAS La inclinación del Talud dependerá, por condiciones de seguridad, de la velocidad y volumen de diseño de la carretera o camino. Sus valores se presentan en la Tabla 304.12. El valor máximo correspondiente a velocidades de diseño