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TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CERRO AZUL

UNIDAD 4 PROYECTO GEOMETRICO DE CARRETERAS MATERIA: CARRETERAS. DOCENTE: ING. ARRIETA VERA SERGIO.

TITULO DEL TRABAJO: RESUMEN.

PRESENTA: MAR SANTIAGO JOSÉ MIGUEL 17500076

Cd. Cerro Azul, Ver. Noviembre De 2018

Contenido UNIDAD 4 PROYECTO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS ........................................................................... 3 4.1 ALINEAMIENTO HORIZONTAL Y VERTICAL .......................................................................................... 3 4.1.1.- Alineamiento horizontal ........................................................................................................... 3 4.1.1.1.- Tangentes Horizontales ......................................................................................................... 3 4.1.1.2.- Curvas horizontales. ............................................................................................................... 4 4.1.2.- Alineamiento vertical .............................................................................................................. 21 4.1.2.1.- Tangentes ............................................................................................................................. 21 4.1.2.2.- carriles de ascenso ............................................................................................................... 24 4.1.2.3.- Rampas de emergencia para frenado .................................................................................. 26 4.1.2.4.- Curvas verticales. ................................................................................................................. 26 4.2 DISEÑO DE LA SUBRASANTE ............................................................................................................ 35 4.3 SECCIONES TRANSVERSALES ............................................................................................................ 59 4.4 ANÁLISIS Y DISEÑO DE LA CURVA MASA ......................................................................................... 69 4.3 SECCIONES TRANSVERSALES .......................................................................................................... 76

UNIDAD 4 PROYECTO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS En forma particular, el diseño geométrico de carreteras es el proceso de correlación entre sus elementos físicos y las características de operación de los vehículos, mediante el uso de las matemáticas, la física y la geometría. En este sentido la carretera queda geométricamente definida por el trazado de su eje en planta y en perfil y por el trazado de su sección transversal.

4.1 ALINEAMIENTO HORIZONTAL Y VERTICAL ALINEAMIENTO HORIZONTAL El diseño geométrico en planta de una carretera, o alineamiento horizontal, es la proyección sobre un plano horizontal de su eje real o espacial. Dicho eje horizontal está constituido por una seria de tramos rectos denominados tangentes, enlazados entre sí por curvas.

4.1.1.- Alineamiento horizontal El alineamiento horizontal es la proyección del eje de un proyecto sobre el plano horizontal. Los elementos que componen el alineamiento horizontal son los siguientes: Tangentes horizontales. Curvas horizontales. Puesto que a la última capa de las terracerías se le llama capa sub rasante, a su eje se llama línea sub rasante o simplemente sub rasante; formada por tangentes y curvas horizontales.

4.1.1.1.- Tangentes Horizontales Las tangentes en el plano horizontal se consideran como tramos rectos que unen a las curvas, por esta razón la distancia de una tangente es la terminación de una curva y el principio de otra. Las prolongaciones, más allá de las curvas que une, de dos tangentes consecutivas, se llaman sub tangentes y se intersectan en un punto característico del alineamiento. Al ángulo que forma la prolongación de una tangente con respecto a la siguiente, dado por la diferencia de azimutes, se llama deflexión. Un punto específico sobre una tangente puede ser característico del alineamiento.

La longitud mínima de una tangente queda definida por la longitud necesaria para hacer una transición conveniente de la sobre elevación y ampliación de las curvas extremas. La longitud máxima está condicionada por la seguridad, pues cuando las tangentes son muy largas pueden ser causa potencial de accidentes por la somnolencia que producen al conductor al mantener concentrada su atención en puntos fijos del camino durante mucho tiempo, o porque favorecen los deslumbramientos durante la noche; por tal razón conviene limitar la longitud de las tangentes a la distancia recorrida en 72 segundos (0.02 horas) a la velocidad de proyecto. En su caso, las tangentes de mayor longitud deben sustituirse con tangentes de menor longitud y curvas horizontales de gran radio. De acuerdo con el proyecto geométrico de la SCT las tangentes no deben de ser demasiado largas ya que podría ocasionar pesadez en los automovilistas y producir accidentes según el manual de Proyecto Geométrico de Carreteras de la Secretaría de Obras Públicas. El promedio pesado, respecto a la longitud, de las deflexiones de las tangentes horizontales, medido en grados/km, es un parámetro característico del alineamiento horizontal en su conjunto, al que se le llama direccionalidad. Una carretera es más direccional cuanto menor sea este parámetro. En general, este parámetro depende de la jerarquía de la carretera (ET-A, B, C, D) y del tipo de terreno que atraviesa (plano, lomerío, montañoso).

4.1.1.2.- Curvas horizontales. Son los arcos que en la proyección horizontal se utilizan para unir dos tangentes consecutivas, dentro de las curvas horizontales se pueden encontrar curvas simples, compuestas y de transición como menciona el manual de Proyecto Geométrico de Carreteras.  Curvas simples: Se denomina así cuando dos tangentes están unidas entre sí por una sola curva circular. Se define por su radio y por la deflexión entre las tangentes que une. De esta manera, el parámetro de control para el dimensionamiento de la curva está dado por el radio. Para una curva específica su radio, RC, se selecciona de manera que sea el mayor posible dentro de las limitaciones impuestas por las condiciones del terreno, pero no menor a un radio mínimo, dado por la condición de estabilidad al deslizamiento:

En donde:  Rmin es el radio de curva en m,  VP la velocidad de proyecto, equivalente a la del vehículo, en km/h,  emax la sobreelevación máxima de la superficie de rodamiento, en m/m y  ft el coeficiente de fricción lateral, en kg/kg. Un parámetro alternativo para caracterizar las curvas horizontales es el grado de curvatura, G, que, por tener menor rango de variación, presenta ventajas en el trabajo rutinario de proyecto. Este parámetro se define como el ángulo que subtiende un arco circular de radio R de veinte metros de longitud; por lo tanto:

Si en las expresiones anteriores se consideran la sobre elevación máxima admisible, que en México es de 0.10, y los valores aceptables de los coeficientes de fricción transversal y se redondean valores, los grados máximos y radios mínimos para cada velocidad de proyecto resultan ser:

 Curvas compuestas: Están compuestas por dos o más curvas simples cuyo sentido puede ser el mismo y de diferente radio o de diferente sentido.

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Son las formadas por varios arcos de círculo de radio decreciente, primero, y creciente después. Estas curvas pueden ser útiles en los enlaces para vueltas en intersecciones y entronques cuando la velocidad de proyecto es de 70 km/h o menos; ya que para velocidades mayores resultan imprácticas por el amplio derecho de vía que requieren. En todo caso, deben seguirse los lineamientos correspondientes. En carreteras abiertas, las curvas compuestas solo pueden aceptarse excepcionalmente cuando la relación entre grado mayor y menor es 1.5 a 1. Cuando la relación es mayor debe insertarse, entre las dos curvas, un arco circular de radio intermedio o una espiral de transición.

 Curvas de transición: Estas curvas están compuestas por un espiral de entrada, una curva simple y un espiral de salida. Cuando las espirales de entrada |11

y de salida tienen la misma longitud se dice que es una curva simétrica y en caso contrario es asimétrica. Cuando un vehículo no puede pasar instantáneamente de una recta a una curva circular, pues se requiere tiempo para que el conductor accione el volante. A veces, esto se hace antes de entrar en la curva y al principio de ésta, aprovechando que el ancho de carril es mayor que el del vehículo. Sin embargo, es preferible facilitar la maniobra con el proyecto de una curva de transición, que además de facilitar la conducción, proporcione el espacio longitudinal para desarrollar la sobre elevación y ampliación requeridas. La espiral de Euler, conocida también como clotoide, tiene características ideales para usarse como curva de transición, toda vez que su radio aumenta proporcionalmente a su longitud; por lo su grado varía desde cero, en la tangente hasta el grado de la curva circular. Por lo tanto, la ecuación de la espiral es:

Puesto que el valor de R al final de la espiral es el radio de la curva, el parámetro de la espiral (K2) queda definido por su longitud mínima. En México, la longitud mínima de la espiral en m, le, se determina a partir de la velocidad de proyecto VP, en km/h, y la sobreelevación de la curva e, en m/m, con la expresión:

Por congruencia, la longitud para desarrollar la sobreelevación en calzadas con más de dos carriles debe basarse en consideraciones similares. Por lo tanto las longitudes mínimas para carreteras de cuatro carriles serían el doble y para carreteras de seis carriles, el triple. Una vez que se definen la longitud de espiral y el grado de la curva circular quedan definidos los demás elementos.

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Ejemplo del cálculo de una cuerva circular con espirales

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4.1.2.- Alineamiento vertical Corresponde al perfil de la carretera o proyección sobre un plano vertical del desarrollo del eje de la sub corona o línea sub rasante. De la misma manera que el horizontal, el alineamiento vertical está formado por tangentes y curvas. Si bien la orografía de la zona en donde se aloja la carretera influye en el alineamiento horizontal, su efecto es más evidente en el alineamiento vertical. De esta manera, si en un terreno montañoso, se quisiera conservar la suavidad del alineamiento correspondiente a un terreno plano, se requeriría de grandes cortes y terraplenes o el empleo de túneles y viaductos, con los altos costos que ello implica y que a veces no pueden asumirse. Por lo tanto, a veces es necesario hacer compromisos entre la geometría y la economía; pero garantizando condiciones adecuadas en la seguridad y la protección ambiental. En este apartado, se establecen las características geométricas de los elementos del alineamiento vertical, para facilitar la decisión sobre tales compromisos.

4.1.2.1.- Tangentes Las tangentes del alineamiento vertical, también denominadas rampas, son las rectas que unen las curvas verticales y se caracterizan por su longitud y su inclinación o pendiente, medida por la relación entre el desnivel y la distancia entre dos de sus puntos. Al punto de intersección entre dos rampas consecutivas |21

se les designa como PIV y a la diferencia algebraica de pendientes en ese punto se le representa con la letra A. Para los fines de proyecto del alineamiento vertical, es útil definir tres conceptos de pendiente: mínima, máxima y gobernadora. Pendiente mínima: es la menor pendiente que permite el buen drenaje de la precipitación pluvial. En los cortes puede ser 0.5 por ciento; aunque en ocasiones la longitud de corte y precipitación pluvial hacen necesario aumentarla. En terraplenes puede ser cero, toda vez que el agua escurre a través del bombeo. Pendiente máxima: es la mayor pendiente que se permite en el proyecto de la carretera. En general, se recomienda de acuerdo con la jerarquía de la carretera; pero se debe usar con tan poca frecuencia como lo permita la configuración orográfica. Pendiente gobernadora: es la pendiente uniforme con que se pueden unir dos puntos obligados de la carretera. Un punto obligado es aquel seleccionado por el proyectista, para fines de control, por el que necesariamente tienen que pasar los alineamientos. La línea en planta que resulta del uso de esta pendiente, conocida coloquialmente como línea a pelo de tierra es muy útil para definir el alineamiento horizontal en las primeras etapas del proyecto y se selecciona en función de la jerarquía de la red y del tipo de carretera, así como de las características del tránsito y de la configuración del terreno. Su valor óptimo corresponde a la que minimiza el costo total de la carretera, representado por la suma de costos de construcción, de conservación y de operación de los vehículos; pero considerando los atributos de seguridad y protección ambiental. Las pendientes, gobernadora y máxima, de una carretera deben ser las menores posibles, siempre que sean compatibles con las condiciones orográficas, pero no deben superar los siguientes valores:

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Aunque la mayor parte del tránsito, normalmente constituido por automóviles, pueden ascender en rampas con pendientes hasta del 5% sin pérdida apreciable de velocidad; la velocidad de los camiones puede reducirse drásticamente a medida que asciende, causando interferencias en los demás vehículos, lo que además de ineficiencias, deteriora la seguridad y la economía. Por lo tanto, además de la pendiente, se requiere limitar su longitud para que no exceda la longitud crítica que es la máxima sobre la cual un camión cargado puede ascender sin reducir su velocidad más allá de un límite previamente establecido.

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4.1.2.2.- carriles de ascenso  En carreteras de dos carriles Consta de uno o más carriles auxiliares que se añaden a la sección transversal convencional de las carreteras de dos carriles para alojar a los vehículos que se mueven lentamente en el ascenso y facilitar el flujo de los vehículos más rápidos, en rampas ascendentes con longitudes mayores que las críticas o rampas con pendientes sostenidas. Además de incrementar la eficiencia en la operación del tránsito y de reducir sustancialmente los sobrecostos de operación, los carriles de ascenso contribuyen a mejorar la seguridad, puesto que se elimina, en gran medida, el efecto de las demoras de los automóviles por efecto de los camiones. Cuando hay carriles de ascenso en ambas direcciones, los de una dirección se diseñan con independencia de la otra, por lo que pueden o no traslaparse según las condiciones de los alineamientos. Algunos criterios para considerar la pertinencia de los carriles de ascenso en carreteras de dos carriles, son: Se justifican cuando se cumplen los siguientes tres criterios: - El flujo vehicular horario en ascenso superior a 200 por hora, - El flujo horario de camiones en ascenso superior a 20, - Se cumple cualquiera de las siguientes condiciones:

* Pendiente ascendente de longitud mayor a la crítica, * Rampa con pendiente sostenida de 4% o más, * Nivel de servicio E o menor o reducción de dos o más niveles de servicio respecto al segmento de aproximación. •

Se ubican en sitios donde no es posible realizar maniobras de rebase, por no tener la distancia de visibilidad de rebase necesaria.

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El inicio de los carriles de ascenso coincide con el punto donde termina la longitud crítica de la pendiente ascendente y su terminación con el punto donde termina la curva vertical en cresta (PTV). Es conveniente que el inicio

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y terminación del carril se ubiquen donde no existan obstrucciones de visibilidad. •

El carril de ascenso se ubica en sitios donde se minimicen los costos de movimientos de tierras derivados de la construcción de las ampliaciones, no existan intersecciones o cruces de poblaciones a lo largo de su desarrollo y donde se tenga buena visibilidad tanto al inicio como al final.

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La longitud mínima del carril de ascenso será la correspondiente a la recorrida en 20 segundos a la velocidad de proyecto, o 300 m.

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El ancho mínimo de carril de ascenso es de 3.50 m. El acotamiento aledaño al carril de ascenso será igual al acotamiento de la sección transversal de la carretera.

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Para inducir la convergencia y divergencia de los vehículos y de minimizar los conflictos de tránsito, se proyectarán transiciones antes del punto de inicio y después del punto de terminación del carril de ascenso de ciento veinticinco (125) metros de longitud, cada una.

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Donde se requieran rebases en los dos sentidos, se analizará la conveniencia de construir una sección de cuatro carriles o más.

 En carreteras de cuatro o más carriles En estas carreteras no existe el problema de rebasar a otros vehículos utilizando el carril que ocupa el tránsito en dirección opuesta, como es el caso de carreteras de dos carriles. La insuficiencia en distancias de visibilidad de rebase es asimismo de menor importancia debido a que las maniobras de rebase pueden hacerse en carriles adyacentes con el mismo sentido de circulación. Como las carreteras se proyectan normalmente para satisfacer la demanda que se presentará en 30 años, es poco probable que se requieran carriles de ascenso antes de que se cumpla ese plazo. Sin embargo, es frecuente que se presenten problemas de capacidad en ciertas pendientes críticas como consecuencia de incrementos imprevistos en la cantidad de vehículos de carga que utilizan la vía. Estos problemas pueden llegar a ser significativos, desde el punto de vista económico, cuando las autopistas o carreteras divididas forman parte de corredores importantes de transporte.

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En general, los carriles de ascenso se considerarán cuando el volumen de tránsito en el ascenso sea mayor que el volumen de servicio correspondiente al nivel de servicio D. En cualquier caso la justificación de carriles de ascenso en carreteras de dos o más carriles por sentido se basará en un análisis de capacidad y niveles de servicio y en un análisis económico que involucre los costos de construcción y los costos de operación del transporte y de accidentalidad. Se analizará su conveniencia en pendientes sostenidas de más de 4%.

4.1.2.3.- Rampas de emergencia para frenado Cuando por condiciones orográficas se proyectan rampas descendentes largas o con fuertes pendientes, es deseable considerar la incorporación de rampas de emergencia para frenado que permitan segregar de la corriente de tránsito a los vehículos que quedan fuera de control, por sobrecalentamiento, falla de frenos o fallas mecánicas, deteniéndolos con seguridad en lugares apropiados localizados fuera de la carretera. Tales lugares son conocidos como rampas de frenado.

4.1.2.4.- Curvas verticales. Éstas son las curvas parabólicas en el eje vertical que enlazan dos tangentes verticales, una de entrada y otra de salida. Están definidas por su longitud y por la diferencia algebraica de las pendientes de las tangentes verticales que une. Dada su forma, las curvas verticales están definidas por las pendientes de las tangentes que enlazan y su longitud. Luego, como las pendientes están definidas por el alineamiento vertical, las curvas verticales quedan definidas sólo por su longitud. El parámetro característico se designa por K que es la relación de la longitud de curva (L), en m, entre la diferencia algebraica de las pendientes de entrada y salida (A=p1-p2). La Figura 9 muestra los principales elementos de las curvas verticales. Con estos elementos es posible calcularlas y replantearlas. El criterio principal para determinar la longitud de las curvas verticales es la seguridad. Su longitud debe ser tal, que siempre se tenga, al menos, la distancia de visibilidad de parada correspondiente a la velocidad de proyecto. Siempre que sea práctico, se usarán distancias de visibilidad mayores que las mínimas de parada, como la de rebase o la de decisión. Para proporcionar un nivel adecuado de comodidad para los usuarios, es necesario que el cambio de pendiente se mantenga dentro de límites tolerables. |26

Esta consideración es más importante en curvas verticales en columpio donde las fuerzas gravitacional y centrífuga actúan en la misma dirección. La apariencia es otro elemento importante a considerar. Una curva larga tiene mejor apariencia que una curva corta, que da la impresión de un quiebre brusco de la carretera. El drenaje del pavimento en curvas verticales con guarniciones requieren que las pendientes no sean inferiores a 0.3% a 15 m del punto más alto o más bajo, que implica una K máxima de 50. En las curvas verticales se presentan dos casos:  EN CRESTA.- En éste caso es cuando se asciende y luego se desciende.

 EN COLUMPIO.- En éste caso se desciende y luego se asciende.

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Se proyectarán curvas verticales cuando la diferencia algebraica entre dos pendientes sea mayor de 0.5 %. En caso de ser igual la diferencia o menor a lo establecido no se realizará ya que el cambio de pendiente es pequeño y se pierde durante el proceso de construcción.

Calculo de elementos de una curva vertical

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4.2 DISEÑO DE LA SUBRASANTE CREAR DISEÑO DE RASANTE 1. Trazar rasante en un perfil Iniciamos haciendo: CivilCAD > Altimetría > Perfiles > Proyecto > Dibujar

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Una vez seleccionado el perfil, el cursor se ubica en la primera estación y nos solicita que tracemos confirmemos la elevación inicial. Si no la vamos a cambiar hacemos Enter, sin es así escribimos la correcta. Puesto que para este proceso podríamos ya haber hecho un diseño preliminar, nos solicita que ingresemos datos según el criterio soportado: Punto. Esto es ingresando el punto manualmente, si requerimos colocarlo sobre el terreno será necesario activar el snap de tipo nearest. Estación. Esto es indicando la estación en la forma 0+639.55. Ideal si queremos que los puntos de inflexión coincidan con estaciones conocidas, tales como puntos de inicio de curvas horizontales o características del terreno como una zanja. Pendiente. Esto es en caso que esperemos respetar un criterio de pendiente uniforme idealizada para el diseño y que por lo general facilita el trabajo topográfico. Esta debe ir en la forma 0.78%, con signo negativo si desciende de izquierda a derecha. Al indicar cada punto, el sistema nos refleja características del segmento, como ejemplo: /Estacion/Pendiente/Deshacer: EST=0+639.55, ELEV=299.82, PEND=-0.78% , DIST=84.84 En esto deberemos respetar los criterios de diseño de nuestro proyecto, donde generalmente la pendiente máxima está identificada por las velocidades esperadas y tipo de suelo en relación a las desventajas especiales respecto al corte o acarreo. Para finalizar, usamos la tecla Esc, y al tocar la poligonal deberemos tener algo como muestra la imagen.

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Determinar la subrasante es de gran importancia ya que aquí observaremos de acuerdo a las características del relieve que tanto nos conviene al pasar por ahí nuestra carretera o asignarle ajustes que nos permitirán calcular los datos más exactos en los volúmenes de cortes o terraplenes y así mismo disminuir costos. DEFINICION: La Sub rasante es la capa en la que se apoya la estructura del pavimento y la característica especial que define la propiedad de los materiales que componen la sub rasante, se conoce como Módulo de Resiliencia (Mr). Inicialmente cuando se comenzaron a efectuar los primeros diseños de pavimento, este concepto estaba basado en las propiedades de la subrasante tales como: Granulometría Plasticidad Clasificación de suelos Resistencia al corte Susceptibilidad a las ariaciones de temperatura Drenaje

Posteriormente se tomaron en cuenta las propiedades básicas de la sub rasante y se analizaron otro tipo de ensayos que permitieran conocer en mejor forma el comportamiento de estos suelos. Se efectuaron ensayos utilizando cargas estáticas o de baja velocidad de deformación tales como el CBR, ensayos de compresión simple. Estos se cambiaron por ensayos dinámicos y de repetición de cargas como el del módulo de resiliencia, que son pruebas que demuestran en mejor forma el comportamiento y lo que sucede debajo de los pavimentos en lo que respecta a tensiones y deformaciones. Las propiedades fisico-mecánicas son las características utilizadas para

la

selección

de los materiales, las

especificaciones de Construcción y el control de calidad. La calidad de los suelos en el caso de las sub rasantes, se puede relacionar con el módulo de resiliencia, módulo de Poisson, valor soporte del suelo (CBR) y el módulo de reacción de la sub rasante.

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FUNCIÓNES DE LA SUB RASANTE.

Soporta las cargas que transmite el pavimento. Sirve como cimentación del pavimento Le da sustentación al pavimento Evita que el terraplén contamine al pavimento y que sea absorbido por las terracerías.

CATEGORÍAS DE LA SUB RASANTE.

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S0 : Sub rasante muy pobre

CBR20%

CARACTERÍSTICAS DE LA SUB RASANTE. Expansion maxima de 5%. Grado de compactación min de 95%. Espesor mínimo de 30cm para caminos de bajo transito y 50cm en caminos con un TPDA > de 2000 vehículos.

MATERIALES QUE SE UTILICEN COMO CAPA DE SUB RASANTE. De preferencia: GW, SW, SM, ML incluyendo el SC (siempre que la arcilla no sea de alta plasticidad). Si se tienen materiales del tipo CL, MH, CH, CL-ML y su LL este en un rango de 50 y 100%, se tiene que realizar un análisis para reudcir los valores del LL y en consecuencia el IP. Cuando el terreno de apoyo sea del tipo MH, CH y OH con LL=100%, estos serán rechazados, y para ello se recomienda una sustitución del material con material limoso mezclado con arena y/o grava en espesor mínimo de 30cm. Y si al realizar el corte se encuentre fragmentos de roca, estos no serán admitidos como lecho de apoyo y de ser asi entonces se deberá proceder a la remoción de estos fragmentos endurecidos.

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PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LOS SUELOS PARA SUB RASANTE La sub rasante es definida como el suelo preparado y compactado para soportar la estructura de un sistema de pavimento. Estas propiedades de los suelos que constituyen la sub rasante, son las variables más importantes que se deben considerar al momento de diseñar una estructura de pavimento. Las propiedades físicas se mantienen invariables aunque se sometan a tratamientos tales como homogenización, compactación, etc., Sin embargo, ambas propiedades cambiarían cuando se realicen en ellos procedimientos de estabilización, a través de procesos de mezclas con otro materiales (cemento, cal, puzolanas, etc.) o mezclas con químicos. Para conocer las propiedades de los suelos en un proyecto, es necesario tomar muestras en todo el desarrollo del mismo (calicatas), posteriormente en el laboratorio se determinarán sus propiedades: Granulometría Límites de Atterberg (líquido e índice plástico) Valor Soporte (CBR) Densidad (Proctor) Humedad Con los datos obtenidos, se elabora un perfil estratigráfico en el cual se detallan los distintos tipos de suelos y su profundidad. |40

A continuación detallare cada uno de las propiedades del suelo: Granulometría: determina la proporción de sus diferentes elementos que constituye el suelo y están clasificados por su tamaño. De acuerdo al tamaño de las partículas de suelo se definen los siguientes términos. tipo de

tamaño de las partículas

material Grava

75 mm – 2 mm Arena gruesa: 2 mm – 0.2 mm

Arena

Limo

Arena fina: 0.2 mm – 0.05 mm 0.05 mm – 0.005 mm

Arcilla

Menor a 0.005 mm

La plasticidad: A través de este método, se definen los límites de Atterberg, las cuales son: el límite líquido (LL) el límite plástico (LP) y el límite de contracción (LC). Además del LL y del LP, una característica a obtener es el Índice de plasticidad IP. IP=LL-LP

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Índice de plasticidad

Característica

IP > 20 20 > IP > 10 10 > IP > 4 IP = 0

suelos muy arcillosos suelos arcillosos suelos poco arcillosos suelos exentos de arcilla

Equivalente de arena: Es un ensayo que da resultados de los límites de Atterberg, son menos precisos. Tiene la ventaja de ser muy rápido y fácil de efectuar. El valor de EA es un indicativo de la plasticidad del suelo: Equivalente de arena

Característica

sí EA > 40

El suelo no es plástico, es de arena

Sí 40 > EA > 20

El suelo es poco plástico y no heladizo

sí EA < 20

El suelo es plástico y arcilloso

Índice de grupo: El índice de grupo es un valor entero positivo, comprendido entre 0 y 20 o más. Cuando el IG calculado es negativo, se reporta como cero. Un índice cero significa un suelo muy bueno y un índice igual o mayor a 20, un suelo no utilizable para carreteras. Si el suelo de sub rasante tiene:

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Índice de grupo

Suelo de sub rasante

IG > 9 IG está entre 4 a 9 IG está entre 2 a 4 IG está entre 1 – 2 IG está entre 0 – 1

Muy pobre Pobre Regular Bueno Muy bueno

Humedad natural: Otra característica importante de los suelos es su humedad natural pues la resistencia de los suelos de sub rasante, en especial de los finos, se encuentra directamente asociada con las condiciones de humedad y densidad que estos suelos presenten. La determinación de la humedad natural permitirá comparar con la humedad óptima que se obtendrá en los ensayos proctor para obtener el CBR del suelo. Sí la humedad natural resulta igual o inferior a la humedad óptima, el especialista propondrá la compactación normal del suelo y el aporte de la cantidad conveniente de agua. Si la humedad natural es superior a la humedad óptima y, según la saturación del suelo, se propondrá aumentar la energía de compactación, airear el suelo o reemplazar el material saturado. ensayos CBR: Una vez que se hayan clasificado los suelos por el sistema AASHTO se elaborará un perfil estratigráfico para cada sector homogéneo a partir del cual se determinará los suelos que controlarán el diseño y se establecerá el programa de ensayos y/o correlaciones para establecer el CBR que es el valor soporte o resistencia del suelo, referido al 95% de la MDS (Máxima densidad seca) y a una penetración de carga de 2.54mm. una vez definido el CBR se clasificara a que categoría de sub rasante pertenece.

CLASIFICACIÓN DE SUELOS La clasificación de suelos es el indicador de las propiedades físico - mecánicas que tienen los suelos. La clasificación que mejor describe y determina las propiedades de un suelo a usarse Como su sub rasante es clasificación de AASHTO las primeras variables son: la granulometría y la plasticidad.

En términos generales, un suelo conforme a su

granulometría se clasifica así:

Grava: de un tamaño menor a 76.2 mm (3¨) hasta tamiz No. 10 (2 mm) Arena Gruesa: de un tamaño menor a 2 mm hasta tamiz No. 40 ( 0.425 mm) |43

Arena Fina: de un tamaño menor a 0.425 mm hasta tamiz No. 200 ( 0.075 mm) Limos y Arcillas: tamaños menores de 0.075 mm

Conforme AASHTO, un suelo fino es el que tiene más del 35% que pasa el tamiz No. 200 (0.075 mm), los cuales se clasifican como A-4, A-5, A-6 o A-7. Dos suelos considerados finos que tengan granulometrías similares, pueden llegar a tener propiedades diferentes dependiendo de su plasticidad, cualidad que se analiza en el suelo que pasa el tamiz No. 40; dichas propiedades de plasticidad, se analizan conforme las pruebas de límites de Atterberg, las cuales son:

Límite Líquido o LL2: Es el estado de un suelo, cuando pasa de un estado plástico a un estado semilíquido. Límite Plástico o LP2: Es la frontera entre el estado plástico y el semisólido de un suelo. Índice Plástico o IP2: es la diferencia entre LL y LP, que nos indica la plasticidad del material.

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De lo descrito anteriormente, se concluye que para los suelos gruesos, la propiedad más importante es la granulometría y para los suelos finos son los límites de Atterberg.

La relación entre la humedad y la densidad de un suelo compactado, es una situación muy importante que se requiere al analizar las propiedades del mismo. Para el efecto se desarrollaron los ensayos Proctor, AASHTO T-99 (estándar) y T180 (modificado) y son los que permiten determinar la humedad óptima o sea la humedad ideal en la cual el suelo llega a su densidad máxima y a su vez alcanza sus mejores propiedades mecánicas.

El valor de esta humedad óptima

depende directamente de la cantidad de energía de compactación a la que se ha sometido el suelo; al ser mayor la energía de compactación, la humedad óptima será menor y la densidad seca será mayor.

ENSAYOS DE SUELOS

Existen diferentes métodos para medir la resistencia de los suelos de la sub rasante que han sido sometidos a cargas dinámicas de tránsito, entre los cuales están los siguientes:

Relación de Valor Soporte de California (CBR, California Bearing Ratio) Valor de resistencia Hveem (Valor R) Ensayo de plato de carga (Valor k) Penetración dinámica con cono Módulo de resiliencia (Mr) para pavimentos flexibles Módulo de reacción (Mk) para pavimentos rígidos

a) Valor soporte California (CBR, AASHTO T-193) En este ensayo, se mide la resistencia que opone un suelo a la penetración de un pistón de 3 plg². de área en una muestra de suelo de |45

6 plg. (15 cm) de diámetro y 5 plg. (12.5 cm) de altura, a una velocidad de 1.27 mm/min (0.5 plg./min). La fuerza necesaria para que el pistón penetre dentro del suelo se mide a determinados intervalos de penetración; estas fuerzas medidas, se comparan con las que se necesitan para producir iguales penetraciones en una muestra que sirve de patrón, la cual es piedra partida bien graduada; la definición del CBR es:

CBR =

fuerza necesaria para producir una penetracion de 2.5mm en un suelo Fuerza necesaria para producir una penetración de 2.5mm en la muestra patrón

Relación que nos da un valor que se indica en porcentaje, el cual puede ser muy variable dependiendo de los suelos analizados; 2 a 4 % en arcillas plásticas hasta un 70 % o más en materiales granulares de buena calidad. Todos los suelos, tanto finos como gruesos o sus mezclas, se compactan a diferentes contenidos de humedad tanto arriba como bajo de su humedad óptima. Las muestras elaboradas bajo estos procedimientos, se sumergen en agua durante un período mínimo de 96 horas, antes de proceder a su ensayo, con el objeto de simular las condiciones de saturación a las cuales van a estar sometidos los suelos como la subrasante de una carretera, y en esta forma, obtener los CBR´s de los suelos bajo las condiciones más críticas. En el ensayo y en inmersión, se colocan pesos sobre las muestras, con el objeto de simular las cargas tanto vehiculares, como de la estructura de pavimento, a las cuales van a estar sometidos los suelos de la subrasante. El método del CBR para diseño de pavimentos, fue uno de los primeros en utilizarse y se basa principalmente en que a menor valor de CBR de la subrasante es necesario colocar mayores espesores en la estructura de pavimento para protegerlo de la frecuencia de las cargas de tránsito.

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b) Valor de resistencia HVEEM (Valor R, AASHTO T-246) Este ensayo consiste en preparar una muestra cilíndrica de 4” de diámetro y 2.5” de alto envuelta en una membrana y sometida a carga vertical sobre la sección completa de la muestra a una presión dada; con esto se mide la presión horizontal resultante, que es la que sirve para calcular el valor R, para lo cual se utiliza la siguiente formula:

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C. Ensayo de plato de carga(valor k, AASHTO) Este ensayo consiste en cargar un plato y medir la presión necesaria para producir una determinada deformación en el suelo. k es el cociente de dividir la presión (p) aplicada entre de la deformación (∆) producida en el suelo.

k = p/∆

El valor k esta en función del plato de carga, ya que los de diámetro igual a 91.4 cm ( 36´´) se usan para pavimentos rígidos y los de 30.5 o 45.7 ( 12´´ a 18´´) para pavimentos flexibles.

d) Penetración dinámica PR con cono Este ensayo sirve para medir en el terreno, la resistencia que tienen los materiales, tanto de estructuras de pavimento como de subrasantes. La operación consiste en hacer penetrar el cono dentro del pavimento o suelo, haciendo que una carga concentrada que funciona como martillo se deje caer repetidamente y se registre la penetración obtenida en cada caída en mm/golpe, denominado cada valor como tasa de penetración dinámica = PR (Penetration Rate)

El CBR esta relacionado con PR en la siguiente forma: CBR= 405.3/ PR1.259 para conos a 60° CBR= 2.2 – 0.71 log(DCP)1.3 para conos a 30°

En donde:

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PR

= tasa de penetración en mm/golpe

DCP

= tasa de penetración en plg/golpe

e) Módulo de resiliencia (Mr, AASHTO T – 294) Este ensayo se desarrolló con el objeto de analizar la propiedad que tienen los materiales de comportarse bajo cargas dinámicas como las ruedas de tránsito. Una rueda al moverse transmite fuerzas dinámicas a todas las capas de pavimento incluyendo a la su brasante y como reacción a estas fuerzas, cada capa de pavimento se deforma; el resultado de estas fuerzas de reacción varia desde un valor muy bajo hasta su máximo, en un período muy breve, ya que está en función de la velocidad y peso del vehículo. Este ensayo no es destructivo de la muestra, ya que estas no fallan durante el análisis. Dichas muestras son de forma cilíndrica y se colocan en una cámara triaxial, la cual permite ejercer innumerables presiones de confinamiento a la muestra; con un dispositivo especial es posible aplicar cargas pulsantes de diferente magnitud y duración. En dicho ensayo se registra la deformación sufrida por la muestra.

En el ensayo se siguen las directrices de AASHTO T-294-92, el cual se divide en dos procedimientos, como sigue: a) para materiales tipo 1 o sea materiales granulares no ligados y sub rasantes con menos del 70 % de pasa tamiz No. 10 y menos del 20 % pasa tamiz No. 200; y b) Para materiales tipo 2 o sea sub rasantes que no cumplen con los requerimientos de los tipo 1, tales como los suelos A-4, A-5, A-6, A-7 y en algunos casos los A-1-b, A-2 y A-3. Este ensayo del módulo de resiliencia es más sensible a las propiedades de los suelos que otros ensayos de resistencia; una cualidad de este ensayo, es que al no romperse la muestra, ésta se puede someter a varios tipos de tensiones, lo que permite ahorrar tiempo en la preparación de otras, reduciendo errores. Las muestras se pueden preparar con diferentes contenidos de humedad, así como diferentes valores de compactación.

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El contenido de humedad de un suelo tiene un fuerte impacto en el valor del módulo de resiliencia, ya que éste disminuye cuando se incrementa el contenido de humedad y obliga a hacer ajustes en los valores del módulo cuando el pavimento se satura en determinada época climatológica. Aparte de la humedad, también la temperatura incide fuertemente, ya que existen zonas en las cuales los suelos son sometidos a períodos de congelación y deshielo; cuando esto sucede, se establece la relación de que a mayor número de períodos de congelación y deshielo también será mayor la pérdida del módulo de resiliencia. Por el tipo de pruebas, es muy difícil dar valores típicos del módulo de resiliencia para cada uno de los tipos de suelo, ya que este valor no solo esta afectado por las diferentes formas de construcción sino que también por el tipo de suelo, granulometría, contenido de humedad, etc.. Es conveniente tratar de tener para cada área de construcción, el análisis de los suelos predominantes, con el objeto de que para otros proyectos se puedan Correlacionar los módulos de resilencia.

e.1) En el

Módulo de resiliencia (Mr) para pavimentos flexibles método de AASHTO (1986 y 1993), el módulo de resiliencia reemplaza

al CBR como variable para caracterizar la sub rasante, sub base y base. El módulo de resiliencia es una medida de la propiedad elástica de los suelos que reconoce a su vez las características no lineales de su comportamiento. El módulo de resiliencia puede ser usado directamente para el diseño de pavimentos flexibles, pero también puede ser convertido a un módulo de reacción de la sub rasante (valor k) para el diseño de pavimentos rígidos. En este método de AASHTO se deben usar los valores medios resultantes de los ensayos de laboratorio, ya que la incertidumbre de la confiabilidad (R) debe tomarse en cuenta.

Como la humedad en la sub rasante es variable en el transcurso del año, es necesario hacer el estudio de la variación del módulo de resiliencia (Mr) con respecto a la humedad y poder determinar un Mr promedio de diseño, para lo cual debe procederse así:

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I. Es necesario efectuar ensayos de Mr en el laboratorio, sobre muestras de suelo que representen las condiciones de tensión y humedad que simulen bajo las cuales estarán en el transcurso del año. Con estas pruebas se establece una relación en el laboratorio, de las condiciones entre el módulo de resiliencia y la humedad. II. Se determina el módulo de resiliencia en el lugar, por medio de las deflexiones obtenidas en los pavimentos; el módulo de resiliencia se ajusta para analizar las posibles diferencias que existen entre los resultados de laboratorio y los obtenidos en el lugar. III. Es posible estimar valores normales (en época seca) del módulo de resiliencia, en función de las propiedades conocidas de los suelos y utilizar relaciones empíricas para calcular las variaciones conforme las épocas del año; El módulo de resiliencia en la época del deshielo es entre un 10 a un 20 % menor que el Mr normal y cuando es suelo congelado éste varia hasta dos veces su valor, mayor que el normal. Considerando lo anterior como base, el año se divide en períodos en los cuales el Módulo de resiliencia (Mr) se mantiene constante; dichos períodos no pueden ser menores de 15 días. Con cada valor del Módulo de resiliencia (Mr) se determina mediante la Figura 4-2 el valor del Daño Relativo (Uf) o puede usarse la siguiente fórmula:

Uf = 1.18 x 108 x Mr -2.32

Seguidamente, se determina el daño relativo medio anual, para lo cual se suman todos los Uf y se divide entre el número de meses tomados en cuenta. El Módulo de resiliencia (Mr) de la subrasante es el correspondiente al Uf medio y éste será el valor a considerar para el diseño del pavimento flexible, siendo en el presente caso igual a 4,800. Convenientemente se han reportado factores que pueden ser usados para estimar el módulo de resiliencia (Mr) con el CBR, el valor R y el índice de suelo. Se han dado correlaciones para encontrar el valor del módulo de resiliencia (Mr) como la siguiente relación:

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Mr = B x CBR

Este valor está desarrollado si el CBR < 10%, en donde B = 1500 pero este valor puede variar entre 750 y 3000 para un Mr en PSI, según Figura 4-3.

Con respecto al valor R ( Resistencia) de Hveem se tiene: Mr = A + B x R Si R < 20, A vale 1000, B vale 555, pero A puede variar entre 772 y 1155 y B entre 369 y 555.

Correlación CBR – Mr (Gráfica de Kentucky)

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Fuente: Van Til, C. J. B. F. McCollough, B. A. Vallerga, and R. G. Hicks. 1,972. evaluation of AASHTO interim Guides for Design of Pavement structures. NCHRP report 128.

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Proyecto Geométrico de Carreteras e.2) Módulo de reacción (Mk) para pavimentos rígidos

El módulo de reacción de la sub rasante, sirve para el diseño de pavimentos rígidos; y para la determinación del valor efectivo de Mk, debe proceder así:

Es conveniente asumir combinaciones de los diferentes datos que son necesarios para el cálculo del módulo de reacción de la sub rasante, los cuales deberán ser considerados como sigue:

Tipo de Sub bases con resistencias y valores del módulo Espesor de la Sub base Pérdida de soporte (LS) Profundidad a la fundación rígida Espesor estimado de la losa

PREPARACION DE LA SUB RASANTE Para preparar la sub rasante es necesario ejecutar labores de movimiento de tierra para preparar el terreno, definir los límites del proyecto, nivelar zonas por donde se construirá los pavimentos y compactar el terreno, de manera de dejar una plataforma que sea adecuada para la circulación de los vehículos y equipos involucrados en el proyecto de pavimentación. Aspectos generales Las cotas de proyecto, rasante y sub rasante de las obras de pavimentación, establecen la Necesidad de modificar el perfil natural del suelo, siendo necesario en algunos casos rebajar dichas cotas, y en otros casos elevarlas. En el primer caso, corresponde ejecutar un trabajo de “Corte o Excavación”, y en el segundo, un trabajo de “Relleno”. En ambos casos se deberá efectuar Movimiento de Tierras, operación

INGENIERIA CIVIL

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mediante la cual el material del lugar es excavado o rellenado, y luego nivelado para dar las cotas de nivel a la sub rasante del pavimento. Replanteo geométrico Cuando se trate de un proyecto nuevo, previo al replanteo geométrico, se procede a la limpieza, roce y despeje del terreno entre líneas de edificación, para luego realizar las operaciones de movimiento de tierra respectivas. Cuando se trate de una zona ya urbanizada, se procede a hacer el inventario de lo existente en dicha zona y posteriormente se replantea la solución geométrica del proyecto en planta, definiendo ejes y vértices en terreno así como en las líneas de soleras. Independient e del tipo de proyecto a ejecutar, para efectos de replanteo geométrico se debe contar con la georreferenciación emitida por la unidad técnica correspondiente, debiendo definir en terreno la ubicación de un par de puntos adicionales para actualizar la red geodésica. Identificación de suelos en sub rasante Los suelos caracterizados en el respectivo estudio de mecánica de suelos, por clasificación AASHTO o clasificación Unificada, que sean utilizados en el proyecto de pavimentación deben ser identificados por el proyectista en el emplazamiento del proyecto. Esta información deberá ser conocida por el contratista, por medio de la mecánica de suelo, calicatas/estratigrafías y/o deflectometría, las que deben ser claramente referenciadas a la ubicación del proyecto, de manera que el contratista pueda ir verificando en terreno los suelos que se le irán presentando en base a esta información. Cualquier disconformidad entre la información del proyecto y los suelos existentes que puedan aparecer en terreno, deberá ser resuelta por el proyectista previa presentación de soluciones al Fiscalizador, quien evaluará el tipo de mejora a fin de definir si los suelos existentes no afectan la calidad de soporte del proyecto, o deben ser reemplazados, mejorados o estabilizados. Excavación y corte En aquellos sectores en que la subrasante debe ser materializada mediante corte de terreno, se excava (o se detona de haber roca) el material necesario para dar espacio al perfil tipo correspondiente. En suelos finos se procurará evitar el corte por debajo de la cota proyectada, a fin de evitar rellenos con compactación deficiente. En caso de encontrar material inadecuado bajo el horizonte de fundación, se extrae en su totalidad, |56

reponiéndolo con el material especificado y compactándolo a una densidad no inferior al 95% de la densidad máxima compactada seca (D.M.C.S.) del ensayo Proctor Modificado o al 80% de la densidad relativa, según corresponda. Por material inadecuado ha de entenderse: rellenos no controlados, suelos naturales con un Poder de Soporte de California (CBR), inferior al CBR de la sub rasante especificado en el proyecto, materiales con porcentajes de arcilla perjudiciales para el comportamiento de la estructura y material vegetal. Cuando la mecánica de suelos de sub rasante arrojen CBR inferior al de diseño, es el proyectista quien evalúa en cada caso la mejor solución en costo, rendimiento y facilidades constructivas en función del clima, menor tiempo de ejecución y mejor estándar de funcionamiento; esto es fundamental para no paralizar la obra por indefiniciones que se pueden prever en la etapa de estudio. Rellenos La ejecución de rellenos se debe realizar con material proveniente de la excavación o empréstito cercano, que cumpla con las exigencias especificadas para el suelo de subrasante. El CBR mínimo exigible del material es el CBR de diseño de la subrasante. Todos los materiales que integran el relleno no pueden contener materias orgánicas, pasto, hojas, raíces u otro material objetable. El material de relleno es aceptado siempre que su CBR sea mayor o igual el mínimo exigible y no exceda los tamaños máximos y límites de Atterberg especificados en el proyecto. El espesor del material de relleno colocado en capas corresponde al tipo de suelo y al equipo de compactación a emplear. En todo caso, el espesor máximo de la capa compactada es de 0,15 m para suelo fino (arcilla-limo); de 0,20 m para finos con granulares y de 0,30 m para suelos granulares. Puede aumentarse el espesor de la capa a compactar, si se dispone de equipos modernos con tecnología que asegure el cumplimiento de los parámetros de compactación, y que presente la debida justificación de cumplimiento antes de su uso. Se deberá indicar la potencia del equipo a emplear y demostrar que su efecto no causa daños a las instalaciones de servicios existentes y o las instalaciones vecinas, lo que se debe verificar en terreno por los profesionales responsables, una vez en operación. Se debe asegurar que la densidad máxima de compactación se cumple en todo el espesor de la capa y no sólo en la parte superior de ésta. En la formación de las diferentes capas de rellenos se pueden aceptar bolones de tamaño máximo igual a un medio (½) del espesor compactado de la capa y en una proporción tal que quede uniformemente distribuida, sin formar nidos ni zonas |57

inestables. Las capas de rellenos se compactan al 95% de la D.M.C.S. del Proctor Modificado o al 80% de la densidad relativa.

PREPARACIÓN DE LA SUBRASANTE EN SUELO NATURAL Una vez ejecutados los trabajos necesarios de movimiento de tierra para dar los niveles de subrasante de proyecto, se procede a prepararla para que pueda apoyar sobre ella la capa de suelo granular siguiente. Para tal efecto, el suelo se escarifi ca 0.20 m, se aplica agua en forma uniforme y controlada en todo el ancho y longitud de la zona a trabajar (el equipo de riego tiene un corte de riego controlado y absoluto. Cualquier equipo que no cumpla esta condición se retira de la obra) y s e compacta a objeto de proporcionar una superficie de apoyo homogénea, con la excepción de suelos finos del tipo CH y MH, en que se cuida de no alterar la estructura original del suelo. La compactación se realiza hasta obtener una densidad mayor o ig ual al 95% de la D.M.C.S. del Proctor Modificado o al 80% de la densidad relativa, La empresa Contratista deberá solicitar la recepción de esta partida a la Fiscalización antes de proceder a la colocación de la capa estructural siguiente. Para este efecto se presentan los resultados obtenidos por el laboratorio de terreno.La subrasante terminada deberá cumplir, además de la compactación especificada, con las cotas, pendientes y dimensiones establecidas en el proyecto.En caso de detectar napas naturales, és tas se tratarán y se guiará su escurrimiento fuera de la plataforma, con una solución visada por el pryectista y en conocimiento de la Fiscalización. Así también, si hay otra fuente de agua o inundación se proveerán medios de canalización que aseguren su evacuación de la plataforma. PREPARACION DE LA SUB RASANTE MEJORADA Con remplazo de material. Con estabilización de suelos. Con geotextiles. CONTROLES A continuación se describen los controles que se realizan a la subrasante en suelo natural, subrasante mejorada y rellenos. |58

Granulometría. CBR. Compactación. CALIDAD Las acciones de control deben ser realizadas por el laboratorio designado por el constructor.

4.3 SECCIONES TRANSVERSALES Corte vertical normal al alineamiento horizontal de la carretera que permite definir la disposición y dimensiones de los elementos que forman el camino en el punto correspondiente a cada sección y su relación con el terreno natural. Existen los siguientes tipos:  Sección mixta.  Sección en corte.  Sección en terraplén. Los elementos que entregan y definen una sección transversal son:  La corona  Sub corona  Cunetas y contra cunetas  Los taludes  Las partes complementarias

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La sección transversal está definida por la corona, las cunetas, los taludes, las contra cunetas, las partes complementarias y el terreno comprendido dentro del derecho de vía, como se muestra en las siguientes figuras, "Sección transversal en tangente del alineamiento horizontal para carreteras tipos E, D, C, B y A2" y "Sección transversal en tangente del alineamiento horizontal para carreteras tipos A4". Corona.- La corona está definida por la calzada y los acotamientos con su pendiente transversal, y en su caso, la faja separadora central. En tangentes del alineamiento horizontal el ancho de corona para cada tipo de carretera y de terreno, deberá ser el especificado en la tabla "Anchos de corona, de calzada, de acotamientos y de la faja separadora central" que continuación se muestra.

Dados los datos anteriores, podemos deducir las siguientes medidas según nuestro tipo de camino "C". Tipo de carretera "D" |60

Corona = 6.0 mts Calzada = 6.0 mts. Acotamientos = 0.0 mts Faja separadora central = 0.0 mts En curvas y transiciones de alineamiento horizontal el ancho de la corona deberá ser la suma de los anchos de la calzada, de los acotamientos, y en su caso de la faja separadora central. Calzada.- el ancho de la calzada deberá ser: a. En tangente del alineamiento horizontal, el especificado en la tabla anterior "Anchos de corona, de calzada, de acotamientos y de la faja separadora central" b. En curvas circulares del alineamiento horizontal, el ancho en tangente mas una ampliación en el lado interior de la curva circular, cuyo valor se especifica en las siguientes cuatro tablas "Ampliaciones, sobre elevaciones y transiciones para carreteras". c. En curvas espirales de transición y en transiciones mixtas. El ancho en tangente más una ampliación variable en el lado interior de la curva espiral o en el de la transición mixta, cuyo valor esta dado por la expresión:

En donde: A = Ampliación del ancho de la calzada en un punto de la curva espiral o de la transición mixta, en metros. L = Distancia del origen de la transición al punto cuya ampliación de desea determinar, en metros Le = Longitud de la curva espiral o de la transición mixta, en metros. Ac = Ampliación total del ancho de la calzada correspondiente a la curva circular, en metros. En tangentes y curvas horizontales para carretera tipo E. 1. El ancho de la calzada en carreteras tipo "E", no requerirá ampliación por curvatura horizontal. |61

2. Por requisitos operacionales será necesario ampliar el ancho de la calzada, formando libraderos, para permitir el paso simultaneo a dos vehículos, el ancho de la calzada en la zona del libradero será el correspondiente al de la carretera tipo "D". 3. La longitud de los libraderos será de veinte metros más dos transiciones de cinco metros cada una. 4. Los libraderos se espaciaran a una distancia de doscientos cincuenta metros o menos, si así lo requiere la visibilidad entre ellos. Acotamientos.- El ancho de los acotamientos deberá ser para cada tipo de carretera y tipo de terreno, según se indica en la tabla "Anchos de corona, de calzada, de acotamientos y de la faja separadora central" Pendiente transversal.- En tangentes de alineamiento horizontal el bombeo de la corona deberá ser: a. De menos dos por ciento en carreteras tipo A, B, C, y D pavimentadas b. De menos tres por ciento en carreteras tipo D y E revestidas.

DETERMINACIÓN DE LAS SECCIONES DE CARRETERA. 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 veinte metros a la izquierda y veinte 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 veinte metros hacia la izquierda y derecha del centro del camino.

A continuación se ilustra la determinación de las secciones de carretera de un tramo cualquiera de doscientos metros.

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Las secciones antes determinadas, son necesarias para el cálculo de la curva masa, en estas se ubicara nuestro camino como se muestra a continuación, con una sección tipo para carreteras D, C, B y A2.

Otro de los aspectos por lo que es necesaria la determinación de las secciones de construcción, es el hecho de que esta son los indicadores de la cantidad de corte y terraplén necesarios en el camino.

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Calculo de las áreas de sección.

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4.4 ANÁLISIS Y DISEÑO DE LA CURVA MASA La curva masa es una gráfica que representa la suma algebraica de los volúmenes de terraplén y corte, estos últimos afectados por el coeficiente de abundamiento, considerados desde el origen de la curva hasta una estación determinada. Las principales propiedades del diagrama de masas son las siguientes:  El diagrama es ascendente cuando predominan los volúmenes de corte sobre los de terraplén y descendente en caso contrario.

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 Cuando después de un tramo ascendente en el que predominan los volúmenes de corte, se llega a un punto del diagrama en el cual empiezan a preponderar los volúmenes de terraplén, se dice que se forma un máximo.  La diferencia entre las ordenadas de la curva masa, en dos puntos cualesquiera P y T, expresa un volumen U que es igual a la suma algebraica de todos los volúmenes de corte, positivos, con todos los volúmenes de terraplén, negativos, comprendidos en el tramo limitado por esos dos puntos.  Si en un diagrama de masas se dibuja una línea horizontal en tal forma que los corte en dos puntos consecutivos, éstos tendrán la misma ordenada y por consecuencia, en el tramo comprendido entre ellos serán iguales los volúmenes de corte y los volúmenes de terraplén.  Cuando en un tramo compensado el contorno cerrado que origina el diagrama de masas y la compensadora queda arriba de ésta, el sentido del acarreo es hacia delante.  Las áreas de los contornos cerrados comprendidos entre el diagrama y la compensadora, representan los acarreos.

Sobreacarreos El sobreacarreo consiste en el transporte de material producto de cortes o préstamos, a lugares fijados para construir un terraplén o depositar un desperdicio de material a una distancia media de sobreacarreo. La distancia media de sobreacarreo se obtiene con base en la propiedad de la curva masa que dice que las áreas de los contornos cerrados comprendidos entre el diagrama y la compensadora, representan el monto de los acarreos, es decir, un volumen por una distancia. Si el área de estas figuras se divide entre la ordenada de las mismas, que representa un volumen, se obtendrá como resultado una distancia, que restándole el acarreo libre, dará la distancia media de sobreacarreo. El acarreo libre es la distancia máxima a la que puede ser transportado un material, estando el precio de esta operación incluido en el de la excavación. Por convención, se ha adoptado una distancia de acarreo libre de 20m. Esta se representa por medio de una horizontal en la zona inmediata a los máximos y mínimos del diagrama de masas. Los acarreos se clasifican de acuerdo con la distancia que hay entre el centro de gravedad de la excavación y el centro de gravedad del terraplén a construir, o del sitio donde el desperdicio se va a depositar en:

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a)

Acarreo libre. Es efectuado dentro de una distancia de 20m

b)

Sobreacarreo en m3-hectómetro. La distancia entre los centros de gravedad queda comprendida entre

20 y 120m. c)

Sobreacarreo en m3-hectómetro. La distancia entre los centros de gravedad queda comprendida entre

120 y 500m. d)

Sobreacarreo en m3-kilómetro. La distancia entre los centros de gravedad excede de 520m.

La curva masa debe ser generada al utilizar la rutina para calcular volúmenes en vialidades (CivilCAD > Altimetría > Secciones > Volúmenes > Procesar Eje) activando la opción Dibujar curva masa o convirtiendo una polilínea existente a curva masa con la rutina CivilCAD > Módulos > Carreteras SCT > Curva masa > Convertir para que esta rutina puede reconocerla. El acarreo libre es la distancia máxima a la que puede ser transportado un material, estando el precio de esta operación incluido en el de la excavación. Por convención, se ha adoptado una distancia de acarreo libre de 20m. Los movimientos de material se numeran en forma progresiva a partir del número de movimiento inicial indicado. El coeficiente de variación volumétrica es la relación que existe entre el peso volumétrico del material en su estado natural y el peso volumétrico que ese mismo material tiene al formar parte del terraplén. El sobreacarreo calculado es multiplicado por el coeficiente de variación volumétrica para obtener el resultado final.

Curva masa con datos de sobreacarreos, ordenadas, préstamos y desperdicios anotados.

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La curva masa debe ser una polilínea con datos de sobreacarreo anotados con la rutina para anotar sobreacarreos (CivilCAD > Módulos > Carreteras SCT > Curva masa > Sobreacarreos > Anotar) para que esta rutina pueda generar el reporte.

Hoja de cálculo mostrando datos de sobreacarreos Distancia media de sobreacarreo: La distancia media de sobreacarreo se obtiene dividiendo el área de contorno cerrado entre la diferencia de ordenadas, restándole al resultado la distancia de acarreo libre. Distancia de acarreo libre: El acarreo libre es la distancia máxima a la que puede ser transportado un material, estando el precio de esta operación incluido en el de la excavación. Por convención, se ha adoptado una distancia de acarreo libre de 20m. Área contorno cerrado:

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El área de contorno cerrado es la limitada por el diagrama de curva masa, línea compensadora y línea de acarreo libre. Diferencia de ordenadas: La diferencia de ordenadas representa el volumen entre la línea de acarreo libre y la línea compensadora.

Sobreacarreo: Los sobreacarreos se obtienen multiplicando la diferencia de ordenadas entre la línea de acarreo libre y la línea compensadora por la distancia media de sobreacarreo multiplicando el resultado por el coeficiente de variación volumétrica. Coeficiente de variación volumétrica: El coeficiente de variación volumétrica es la relación que existe entre el peso volumétrico del material en su estado natural y el peso volumétrico que ese mismo material tiene al formar parte del terraplén. Las unidades de sobreacarreo se especifican de acuerdo a la distancia media de sobreacarreo en:  m3 Estación: Distancia de 20 a 120 metros  m3 Hectómetro: Distancia de 120 a 520 metros  m3 Kilómetro: Distancia mayor a 520 metros.

Factor subrasante Los criterios generales, ya adoptados en las Normas publicadas en lg75, pueden resumirse en los siguientes puntos: Los pavimentos deben asentarse sobre subrasantes constituidas por materiales que reúnan unos requisitos mínimos, claramente establecidos. Son capas de pavimento las de rodadura, base y subbase, pudiendo no existir esta última. El tratamiento a dar los terraplenes, terraplenes y cortes deben ser congruentes. La situación anterior a 1975 era en este punto especialmente desigual, pues mientras en los terraplenes se exigía una coronación de 0,50

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m de materiales adecuados y un núcleo de materiales tolerables, con unas prescripciones rigurosas, en los cortes no se exigía a los suelos de la subrasante una cierta calidad ni un espesor determinado.

La escasez de materiales locales apropiados y la cada vez más obligada utilización de los materiales de la propia explanación, hacen recomendable el empleo de los suelos estabi lizados con cemento o con cal. La capacidad de soporte de la subrasante se evalúa mediante el CBR. Se considera fundamental el adecuado drenaje de la subrasante, no aceptando la posibilidad de un drenaje deficiente a compensar con un mayor espesor del pavimento. Las características de los materiales quedan especificadas en el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales y en las prescripciones complementarias señaladas en la Instrucción. a) Clasificación de las subrasantes La categoría le corresponde a las subrasantes normales, utilizadas hasta ahora, por ejemplo en terraplenes con coronación de suelo adecuado. A partir de 1986 este tipo de subrasante se considera como insuficiente para carreteras importantes con un tránsito pesado e intenso, como las autopistas y autopistas, por lo que no se admiten. En 1975 se aplicó el método or19inal CBR de cálculo de espesores de pavimento al caso de un terraplén constituido por un núcleo y una capa de coronación de diferentes CBR, obteniéndose el espesor de material necesario sobre cada zona del terraplén para un tránsito dado. Por diferencia se calculó el espesor de la capa de coronación (de CBR da-do) para el CBR del núcleo. Los espesores así hallados dan la pauta de los valores mínimos exigidos en la clasificación de cortes. En cambio en los terraplenes y pedraplenes se mantuvo el espesor tradicional de 50 cm de la coronación, criterio algo conservador, particularmente con núcleos de buena calidad y coronaciones de calidad estricta. El diferente tratamiento dado a terraplenes y cortes justifica por la mayor repercusión económica que tendría el criterio citado en los cortes, al obligar a una mayor excavación y sustitución de materiales. En el caso de los terraplenes, se tratará en general de una adecuada distribución de los suelos excavados. En secciones a media ladera se adoptará para el corte la misma solución que para el terraplén. Actualmente se encuentra en revisión, pues las distintas alternativas no pueden considerarse estrictamente equivalentes; y por otra parte, los avances experimentados por los equipos de estabilización de suelos permiten

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obtener con total garantía espesores de capas estabilizadas muy superiores a los 15 cm contemplados en la Instrucción. Una clasificación de la subrasante más tradicional en los pavimentos rígidos basada, por ejemplo, en el módulo de reacción k, no mejoraría el diseño del pavimento y complicaría el trabajo del diseñador, en particular al estudiar soluciones equivalentes de pavimentos rígidos y flexibles. Por ello el factor subrasante tiene la misma consideración para ambos tipos de pavimento. Salvo justificación en contrario, las subrasantes se dividirán de forma que cada tramo de una cierta categoría tenga al menos una longitud de 500 m. En la tabla 18 se relacionan los posibles materiales a utilizar, para los que el pliego de prescripciones técnicas particulares deberá tener en cuenta las complementarias que se expresan en dicha tabla. Se aceptan también otros materiales como escorias o cenizas volantes, que han de clasificarse por analogía o mediante estudios especiales. b) Drenaje El criterio seguido es categórico en cuanto a la necesidad de asegurar un drenaje adecuado a la subrasante y al pavimento. Se exige que la subrasante quede al menos a 60 cm por encima del máximo nivel freático donde el suelo sea seleccionado, a 80 cm donde sea adecuado y a loo cm donde sea tolerable. Cuando ello no suceda se adoptarán las medidas adecuadas de elevación de rasante, profundización, de cunetas, colocación de drenes subterráneos, interposición de geotextiles o de una capa de drenantes, etc. También se llama la atención sobre el interés de asegurar la evacuación de las aguas in filtradas a través de las capas del pavimento de la vía y bermas o a través de la junta entre éstos. El factor clima Aunque el clima se reconozca como un factor a considerar en el comportamiento de los pavimentos, son muy pocos los métodos que tienen en cuenta algún aspecto del mismo por la dificultad de estimar cuantitativamente su influencia. En la Instrucción únicamente se dan directrices relacionadas con el clima al que va a estar sometido el pavimento al tratar de juntas transversales de contracción del mismo. Se distinguen en España dos zonas pluviométricas - zona lluviosa y zona poco lluviosa según que la precipitación media anual sea o no superior a 800 mm, y que a grandes rasgos separa la España húmeda de la España seca (Figura 16). Se podría hacer también una clasificación basada en el número anual de días con lluvia, pero el resultado no seria muy diferente.

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4.3 SECCIONES TRANSVERSALES La sección transversal de una carretera en un punto de ésta, es un corte vertical normal al alineamiento horizontal, el cual permite definir la disposición y dimensiones de los elementos que forman la carretera en el punto correspondiente a cada sección y su relación con el terreno natural. Para agrupar los tipos de carreteras se acude a normalizar las secciones transversales, teniendo en cuenta la importancia de la vía, el tipo de tránsito, las condiciones del terreno, los materiales por emplear en las diferentes capas de la estructura de pavimento u otros, de tal manera que la sección típica adoptada influye en la capacidad de la carretera, en los costos de adquisición de zonas, en la construcción, mejoramiento, rehabilitación, mantenimiento y en la seguridad de la circulación. Elementos Los elementos que integran y definen la sección transversal son: ancho de zona o derecho de vía, calzada ó superficie de rodadura, bermas, carriles, cunetas, taludes y elementos complementarios, tal como se ilustra en las Figuras 3.1 y 3.2 donde se muestra una sección en media ladera para una vía multicarril con separador central en tangente y una de dos carriles en curva.

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FIGURA 3.1(ARRIBA)

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FIGURA3.2(ABAJO)

Derecho de Vía o Faja de Dominio Es la faja de terreno destinada a la construcción, mantenimiento, futuras ampliaciones de la Vía si la demanda de tránsito así lo exige, servicios de seguridad, servicios auxiliares y desarrollo paisajístico. En las carreteras ejerce dominio sobre el derecho de Vía, el MTC a través de la Dirección General de Caminos quien normará, regulará y autorizará el uso debido del mismo. Ancho de Tramos en Curva Las secciones estarán provistas de sobreanchos en los tramos en curva, de acuerdo a lo indicado en el inciso 402.07. BERMAS Ancho de las Bermas En la Tabla 2, 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. 304.03.02 Inclinación de las Bermas En las vías con pavimento superior la inclinación de las bermas se regirá según la Tabla 1 para las vías a nivel de afirmado, en los tramos en tangente las bermas seguirán la inclinación del pavimento. En los tramos en curva se ejecutará el peralte, según lo indicado en el Párrafo 304.05 En zonas con un nivel de precipitación promedio mensual de 50 mm, en los cuatro meses del año más lluviosos, o para toda carretera construida a una altitud igual o mayor a 3 500 m.s.n.m.; la capa de superficie de rodadura de la calzada se prolongará, pavimentando todo el ancho de la berma o por lo menos un ancho de 1,50 m, a fin de proteger la estructura del pavimento. En el caso de que la berma se pavimente, será necesario añadir lateralmente a la misma para su adecuado confinamiento, una banda de mínimo 0,5 metros de ancho sin pavimentar. A esta banda se le denomina sobreancho de compactación (s.a.c.) y puede permitir la localización de señalización y defensas.

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TABLA 1(ARRIBA)

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TABLA

2

(ABAJO)

BOMBEOS En tramos rectos o en aquellos cuyo radio de curvatura permite el contraperalte las calzadas deberán tener, con el propósito de evacuar las aguas superficiales, una inclinación transversal mínima o bombeo, que depende del tipo de superficie de rodadura y de los niveles de precipitación de la zona. El bombeo se puede dar de varias maneras, dependiendo del tipo de plataforma y de las conveniencias específicas del proyecto en una zona dada. Estas formas se indican en la tabla 3

TABLA 3 PERALTE Los valores máximos del peralte, son controlados por algunos factores como: Condiciones climáticas, orografía, zona (rural ó urbana) y frecuencia de vehículos pesados de bajo movimiento, en términos generales se utilizarán como valores máximos los siguientes:

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Transición del bombeo al peralte. Para pasar del bombeo al peralte se girará la sección sobre el eje de la corona en carreteras de una calzada y en autopistas y carreteras duales se definirá claramente en el proyecto la ubicación del eje de giro. Condicionantes para el Desarrollo del Peralte. (a) Proporción del Peralte a Desarrollar en Tangente: Cuando no existe curva de transición de radio variable entre la tangente y la curva circular, el conductor sigue en la mayoría de los casos una trayectoria similar a una de estas curvas que se describe parcialmente en una y otra alineación. Lo anterior permite desarrollar una parte del peralte en la recta y otra en la curva.

Las situaciones mínima y máxima se permiten en aquellos casos en que por la proximidad de dos curvas existe dificultad para cumplir con algunas de las condicionantes del desarrollo del peralte.

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TALUDES, CUNETAS Y OTROS ELEMENTOS

Taludes (a) Generalidades Los taludes para las secciones en corte variarán de acuerdo a la estabilidad de los terrenos en que están practicados; la altura admisible del talud y su inclinación se determinarán en lo posible, por medio de ensayos y cálculos, aún aproximados. (b) Taludes en Corte Exige EL Diseño de taludes, el estudio de las condiciones especiales del lugar, especialmente las geológicas, geotécnicas (prospecciones), ensayos de laboratorio, análisis de estabilidad, etc y medio ambientales, para optar por la solución más conveniente, entre diversas alternativas. La inclinación y altura de los taludes para secciones en corte variarán a lo largo del Proyecto según sea la calidad y homogeneidad de los suelos y/o rocas evaluados (prospectados). En el diseño de estos taludes se tomará en cuenta la experiencia del comportamiento de los taludes de corte ejecutados en rocas y/o suelos de naturaleza y características geotécnicas similares, ubicados en la zona y que se mantienen estables ante las mismas condiciones ambientales actuales. Los valores de la inclinación de los taludes para la secciones en corte serán, de un modo referencial, los indicados en la Tabla siguiente.

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(c) Taludes de Terraplenes Las inclinaciones de los taludes para terraplenes variarán en función de las características del material con el cual está formado el terraplén, siendo de un modo referencial los que se muestran en la mostrada acontinuacion Exige el diseño de taludes un estudio taxativo, que analice las condiciones específicas del lugar, incluidos muy especialmente las geológico-geotécnicas, facilidades de mantenimiento, perfilado y estética, para optar por la solución más conveniente, entre diversas alternativas.

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Las normas internacionales exigen barreras de seguridad para taludes con esta inclinación, puesto que consideran que la salida de un vehículo desde la plataforma no puede ser controlada por su conductor si la pendiente es más fuerte que el 1:4. Cuando se tiene dicho 1:4, la barrera de seguridad se utiliza a partir de los 4,0 m, de altura. El proyectista deberá decidir, mediante un estudio económico, si en algunos tramos con terraplenes de altura inferior a 4,0 m, conviene tender los taludes hasta el mencionado valor, ahorrándose así la barrera, o mantener el 1:1.5, con dicho elemento de protección. (d) Alabeo de Taludes En numerosos puntos del trazado se producen pasos de un talud a otro, debiéndose dar una transición adecuada para cada caso. Lo más frecuente es el paso de corte a terraplén o viceversa. En las transiciones de cortes de más de 4 m, a terraplén, o de terraplenes de más de 4 m, a corte, los taludes de uno y otro deberán tenderse a partir del punto en el cual laaltura del corte o del terraplén llega a reducirse a 2,0 m. En todo caso, la longitud de la zona de alabeo no debe ser menor que 10,0 m. La transición del talud del terraplén se ejecuta pasando, linealmente, desde este último al talud interior de la cuneta. En el corte, la transición consiste en pasar desde su valor normal al 1:4, valor límite teórico en el punto en que su altura se hace nula (punto de paso). Si los cortes o terraplenes tienen una altura máxima inferior a dos metros, o si la longitud total de ellos es inferior a 40 metros, no es necesario alabear sus taludes en las transiciones. Si dicha altura máxima está comprendida entre dos y cuatro metros, |84

el tendido deberá hacerse a partir del punto en que ella se reduce a la mitad, y la transición se ejecuta de igual manera que para terraplenes y cortes de más de 4,0 m. Si el paso es de un talud a otro de la misma naturaleza pero con inclinación distinta, el alabeo se dará en un mínimo de diez metros, cuidando que se realice en la zona de materiales mejores. La parte superior de los taludes de corte se deberá redondear, para mejorar la apariencia de sus bordes. Cunetas Son canales abiertos construidos lateralmente a lo largo de la carretera, con el propósito de conducir los escurrimientos superficiales y sub-superficiales procedentes de la plataforma vial, taludes y áreas adyacentes a fin de proteger la estructura del pavimento. La sección transversal puede ser triangular, trapezoidal o rectangular. Sus dimensiones se deducen a partir de cálculos hidráulicos, teniendo en cuenta su pendiente longitudinal, la intensidad de lluvia prevista, pendiente de cuneta, área de drenaje y naturaleza del terreno, entre otros. En lo acápites que siguen se abordarán las características geométricas generales como: taludes interiores, las profundidades y los fondos de las cunetas entre otros de forma referencial, considerando fundamentalmente factores geométricos.

(a) 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 siguiente . El valor máximo correspondiente a velocidades de diseño _6.00

O O O O O

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Cuneta: corresponde a una obra de drenaje propia de una vía, sirve para manejar las aguas provenientes de las laderas altas y ruedan hacia la vía por el talud del corte. Explanación: Distancia horizontal media entre los dos chaflanes, representa el ancho total del movimiento de tierra, corte y relleno, en una sección transversal determinada. Calzada: Es la distancia entre el borde derecho y el borde izquierdo de la vía, definida por la suma de los carriles más las bermas. Carril: Lugar de la vía por donde viajan los vehículos. Una vía puede tener uno o más carriles en cada sentido. Berma: Franja lateral, externa a los carriles, se usa para incrementar el nivel de seguridad en la maniobra.