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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

CURSO: CAMINOS I

TEMA: DISEÑO GEOMETRICO DE UNA CARRETERA

DOCENTE: Ing. CORONEL DIAZ, Juan

ALUMNOS:

CICLO: V. JAEN, AGOSTO DEL 2019.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA EAPIC - JAEN

DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS

I.

INTRODUCCIÓN

El Diseño geométrico de carreteras es la técnica de ingeniería civil que consiste en situar el trazado de una carretera o calle en el terreno. Los condicionantes para situar una carretera sobre la superficie son muchos, entre ellos la topografía del terreno, la geología, el medio ambiente, la hidrología o factores sociales y urbanísticos. El primer paso para el trazado de una carretera es un estudio de viabilidad que determine el corredor donde podría situarse el trazado de la vía. Generalmente se estudian varios corredores y se estima cuál puede ser el coste ambiental, económico o social de la construcción de la carretera. Una vez elegido un corredor se determina el trazado exacto, minimizando el coste y estimando en el proyecto de construcción el coste total, especialmente el que supondrá el volumen de tierra desplazado y el firme necesario.

II.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL.

 Después de lograr la adquisición de conocimientos y las habilidades necesarias para configurar la poligonal definitiva, luego de evaluar el estudio preliminar, realizar los parámetros de diseño tanto de planta como de cálculos y planos definitivos. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

 Determinar los valores de las pendientes constantes para el trazado de la carretera. Diseño de la carretera siguiendo la normativa vigente para el diseño geométrico de la carretera.

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III.

FUNDAMENTO TEÓRICO CARRETERA

Una carretera o ruta es una vía de transporte de dominio y uso público, proyectada y construida fundamentalmente para la circulación de vehículos automóviles. Existen diversos tipos de carreteras, aunque coloquialmente se usa el término carretera para definir a la carretera convencional que puede estar conectada, a través de accesos, a las propiedades colindantes, diferenciándolas de otro tipo de carreteras, las autovías y autopistas, que no pueden tener pasos y cruces al mismo nivel. Las carreteras se distinguen de un simple camino porque están especialmente concebidas para la circulación de vehículos de transporte. CLASIFICACIÓN

Las carreteras se clasifican en función de los carriles que las componen de las distintas calzadas, de si tienen cruces al mismo nivel o no, o del tipo de tránsito que soportan. Los gobiernos suelen tener un ministerio o instituto que se encarga de numerar y catalogar las carreteras de su territorio. 

POR OROGRAFÍA (SECCIÓN 102 DG-2018)

Terreno plano Carreteras que poseen pendientes transversales al eje de la vía menores de 10%. Exigen el mínimo movimiento de tierras durante la construcción, por lo que no presentan dificultad ni en su trazado ni en su explanación. Sus pendientes longitudinales son normalmente menores de 3%. Estas vías permiten a los vehículos pesados mantener aproximadamente la misma velocidad de los automotores livianos.

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Terreno ondulado Carreteras que tienen pendientes transversales al eje de la vía entre 11% y 50%. Requieren movimiento moderado de tierras durante la construcción, lo que permite alineamientos más o menos rectos, sin mayores dificultades en el trazado y en la explanación. Sus pendientes longitudinales se encuentran entre 3 y 6 %.

Estas vías exigen a los vehículos pesados reducir sus velocidades significativamente por debajo de las de los automotores livianos, sin que esto los lleve a operar a velocidades sostenidas en rampa por tiempo prolongado. Terreno montañoso Carreteras que poseen pendientes transversales al eje de la vía entre 51% y 100%. Requieren grandes movimientos de tierra durante la construcción, razón por la cual presentan dificultades en el trazado y en la explanación. Sus pendientes longitudinales predominantes se encuentran entre 6% y 8%. Estas carreteras obligan a los vehículos pesados a operar a velocidades sostenidas en rampa durante distancias considerables.

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Terreno escarpado Carreteras que tienen pendientes transversales al

eje de

la vía superiores al 100%. Exigen el máximo movimiento de tierras durante la construcción, lo

que

acarrea grandes dificultades en el trazado y en la explanación, pues, usualmente, los

Alineamientos están definidos por divisorias de aguas. Por lo general, sus pendientes longitudinales son superiores a 8 %. Estas vías requieren que los vehículos pesados operen a menores velocidades sostenidas en rampa que las velocidades de operación requeridas en terreno montañoso, para distancias significativas y frecuentemente.



POR ANCHO DE LA VÍA.

Estrechas (E): Vías en las cuales la sección de circulación tiene un ancho inferior a los 5 m. Medias (M): Vías en las que los vehículos circulan por una sección con un ancho que va de 5 a 6 m. Anchas (A): Vías que pueden tener más de dos carriles y cada uno de ellos tiene más de 3,5 m de ancho.

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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CONSTRUCCION DE UNA VIA DE COMUNICACION

Factor Socio Económico: Las construcciones de ingeniería deben hacerse en la forma más económica posible, entendiéndose este criterio como que la suma de los costos de producción, construcción, conservación y operación, son mínimos, pero de acuerdo, en forma cabal con los objetivos para la ejecución de una obra eficiente y óptima.

Factor Regional de la Vías Terrestres: Dentro de los factores que afectan a las vías terrestres tenemos:

 Geología: Influye en la estructuración de las vías terrestres en cuanto a los materiales que puedan utilizarse, la estabilidad de los taludes e incluso en la longitud de dicha vía; en la planificación de una vía de comunicación, se incluye en este aspecto el sistema de drenaje.

 Topografía: Relacionado fielmente con el grado de dificultad para la ejecución de una vía de comunicación (más accidentado sea la topografía más dificultades de construcción se presentarán). Igualmente, con precipitación fluvial dependerá el sistema de drenaje y la posición de la rasante.

 Geotecnia: Las características geotécnicas de la zona en donde se realiza la obra, serán de ayuda en la cimentación de alcantarillas y puentes,  El clima también influye en la construcción de Vías Terrestres. En conjunto todos estos factores geográficos son básicos ya que una carretera debe integrarse al paisaje y no causar trastornos al medio ambiente.

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PAUTAS PARA DISEÑAR UNA CARRETERA.

VELOCIDAD DEL DISEÑO: Para garantizar la consistencia en la velocidad, identifique a lo largo de la ruta tramos homogéneos a los que por las condiciones topográficas se les pueda asignar una misma velocidad. Esto evitará que los conductores sean sorprendidos por cambios bruscos y/o frecuentes de velocidad.

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DISEÑO EN PLANTA DEL EJE DE LA CARRETERA Evite tramos en planta con alineamientos rectos demasiado largos (superiores a 1,5 km). Estos trayectos son monótonos durante el día, especialmente en zonas con temperatura alta, y en la noche aumentan el riesgo por deslumbramiento. Reemplácelos por curvas amplias de grandes radios (2 000 a 10 000 m) que obliguen al conductor a modificar suavemente su dirección y a mantenerse atento.

CONSISTENCIA DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DE LA CARRETERA Anticipe la interacción de los elementos de la carretera y del entorno que esta afectará con las condiciones probables de operación vehicular, con el fin de evitar sobrecostos derivados de correcciones durante el proceso de construcción. INTERSECCIONES A NIVEL Y DESNIVEL La solución de una intersección vial depende de la topografía del sitio, las características geométricas de las carreteras que se cruzan y las condiciones de su flujo vehicular. Priorice los movimientos más importantes sobre los secundarios; evite canalizaciones complicadas que obliguen a los vehículos a hacer recorridos demasiado largos; y limite la velocidad de los automóviles que acceden a la intersección en función de la visibilidad, incluso llegando a la detención total.

ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD DEL DISEÑO GEOMÉTRICO Asocie a cada actividad del diseño dos tipos de control (producción y recepción). El primero es una inspección interna que realiza el responsable de la actividad; y el segundo es una revisión ejercida en el tránsito de una actividad a otra, donde hay un traspaso de responsabilidades, y está a cargo del receptor.

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

POR SU DEMANDA (SECCIÓN 101 DG-2018)

Autopistas de Primera Clase: Carreteras con un promedio vehicular diario – anual mayor a 6000 veh/día, de calzadas divididas por medio de un separador central mínimo de 6,00 m; cada una de las calzadas debe contar con dos o más carriles de 3,60 m de ancho como mínimo. La superficie de rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada. Autopistas de Segunda Clase: Su IMDA está entre 6000 y 4001 veh/día, de calzadas divididas por medio de un separador central que puede variar de 6,00 m hasta 1,00 m, en cuyo caso se instalará un sistema de contención vehicular; cada una de las calzadas debe contar con dos o más carriles de 3,60 m de ancho como mínimo. La superficie de rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada. Carreteras de Primera Clase Tienen el promedio vehicular diario – anual entre 4000 y 2001 veh/día, con una calzada de dos carriles de 3,60 m de ancho como mínimo. La superficie de rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada. Carreteras de Segunda Clase Con IMDA entre 2000 y 400 veh/día, con una calzada de dos carriles de 3,30 m de ancho como mínimo. La superficie de rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada. Carreteras de Tercera Clase Sus promedios vehiculares son 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. CAMINOS I

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Trochas Carrozables Son vías transitables, que no alcanzan las características geométricas de una carretera, que por lo general tienen un IMDA menor a 200 veh/día. La superficie de rodadura puede ser afirmada o sin afirmar.

DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS El diseño geométrico de una carretera supone la parte más importante de su concepción y proyecto, ya que permite establecer su disposición espacial más adecuada sobre el territorio, para que se adapte a sus características y condicionantes; pero a su vez pueda facilitar una accesibilidad y movilidad de las personas y las mercancías, que sea segura, cómoda, sostenible y en unos tiempos que estén proporcionados a la magnitud de la demanda de movilidad, es decir, que sea funcional y eficaz a un coste razonable. Para trazar un camino o carretera, existen 2 métodos fundaménteles: Método Directo. Método Topográfico. Método combinado. El trazado de una carretera

consiste en básicamente en unir alineamientos rectos y

alineamientos curvos que vienen en el eje de la carretera.

MÉTODO DIRECTO El método directo consiste en realizar los diferentes trabajos para el trazo Delaware una carretera directamente en el terreno por donde pasará esta. Se trazarán los alineamientos rectos y curvos, buscando la configuración apropiada del terreno.

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Para el efecto del viaje se ubica en las partes altas del terreno para dominar la zona en estudio Este método se Estados Unidos cuando la carretera no tiene mucha importancia y es muy ventajosa cuando el terreno es muy despejado; pero cuando el terreno es accidentado, los resultados no son muy halagadores.

MÉTODO TOPOGRÁFICO Este método consiste en documentarse de gráficas, planos, fotografías aéreas referencia de los lugareños etc..; paraca después hacer el estudio de esta zona en un plano topográfico, con curvas de nivel de una equidistancia de 2.0 m.(máxima) ya una escala de 1/2000. El Instituto Geográfico Nacional actualmente está encargado Delaware la elaboración Delaware la carta nacional. COMPARACIÓN DE LOS MÉTODOS.

Estudio Pre Imagen Consiste en plantear la poligonal preliminar. Estimando con mucha más aproximación de la longitud de la carretera y si fuera posible estimar los volúmenes del movimiento de tierras.

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Estudio Definitivo Llamado también proyecto de gabinete y su propósito es acomodar el trazo en detalle tanto como fuera de posible una la topografía del terreno y dentro Delaware la norma como establecida Correctamente debe definirse: El eje del plano altimétrico, secciones transversales determinación Delaware lo volúmenes Delaware corte y relleno diseño Delaware abrasivo Delaware estas determinaciones Delaware especificaciones técnicas, cartas de construcción y programación.

Trazo Definitivo Por lo cual se transfiere el proyecto planteado en gabinete al campo.

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RECOMENDACIONES PARA EL TRAZO DE LAS LÍNEAS DE GRADIENTE

 No es muy adecuado tomar los pendientes límites sino un valor ligeramente menor ya que en los estudios posteriores probablemente haya reducción de longitud lo que conllevaría a que suba la pendiente y si habríamos usado, los valores extremos lógicamente.  Para las pendientes máximas pueden tomarse una holgura 0.5 %; para la i media la holgura puede 0.3, 0.2 %.  Al trazar los compasados no salteamos ni repetir curvas de nivel.  Es adecuado saber relacionar la ubicación para las curvas de volteo.  No es muy apropiado exagerar el número de los cambios de las pendientes.  Tener cuidado en los cálculos ni en el manejo de las escalas.  En el dibujo del plano en planta en los puntos de cambio de pendiente se ubicará la i que se modifica por medio de una flechita y el correspondiente guarismo-

DETERMINACIÓN DE LOS PUNTOS DE CONTROL

Los puntos de control han sido preestablecidos de tal manera que se obtenga una mejor ruta las cuales pasen por las zonas más favorables, entre los puntos de control tenemos: Puntos positivos  Se ubica la zona más estrecha del cauce del río a la altura de la cota 4098 m.s.n.m., la cual servirá de acceso al trazo de las tres rutas. Siendo el río un punto de control obligado porque servirá de unión entre los puntos iniciales y final, a través de un puente el cual se convierte en un punto de control. CAMINOS I

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 En las zonas donde la topografía del terreno es menos accidentada nos permite un mejor trazo para las curvas de volteo ganando altura con éstas.

 Las abras también son puntos de control positivo por el abra ubicada en la cota 4348 m.s.n.m cerca del punto 2 pasamos las rutas azul y roja y por el abra ubicada en la cota 4348 m.s.n.m. cerca del punto 8 pasamos la ruta negra, para así poder llegar hasta el otro punto.

Puntos negativos  Los ensanchamientos del cauce del río son considerados entre los puntos de control negativos como por ejemplo la altura de la cota 4098 m.s.n.m. donde la longitud del puente sería mayor y por concerniente mayor del costo.

 La topografía del terreno cuando es muy accidentada, estas zonas también serían puntos de control negativos, en las que según el plano altimétrico estas curvas de nivel están muy juntas o pegadas, y no servirían para las curvas de volteo.

PENDIENTES

De acuerdo a la configuración del terreno notamos que es imposible realizar el trazo en forma directa para la cual es necesario utilizar las pendientes señaladas según las N.P.D.C. de modo que al ascender nos permita ganar altura y con ello alcanzar el abra más baja y llegar a nuestro final. A continuación, hacemos un análisis de las posibles pendientes a utilizarse en el trazo de nuestras rutas. 

Pendiente Máxima Normal:

Para carreteras de tercera clase y altitudes mayores a los 4000 m.s.n.m se estipula una pendiente máxima normal de 6.0%.

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

Pendiente Máxima Excepcional:

Se estipula una pendiente máxima excepcional de 7.0%.



Pendiente Media:

Se estipula una pendiente media de 3.0%.

PENDIENTES MEDIAS MAXIMAS

Altitud (m.s.n.m.)

1ra. y 2da. clase

3ra. y 4ta. clase

4,6 %

5,0 %

1 000 - 2 000

4,2 %

4,6 %

2 000 - 3 000

3,8 %

4,2 %

3 000 - 4 000

3,4 %

3,8 %

4 000 - más

3,0 %

3,4 %

0 - 1000

En base a las pendientes mínimas y máximas, de acuerdo a la categoría de la carretera y a la altura sobre el nivel del mar; el diseño se hará con una pendiente media del orden del 3.0 %, Cuando ya está diseñado el eje, se tendrá en cuenta lo siguiente:  La longitud de los tramos pendiente máximo no excederán de 800 m.  Antes y después del tramo de pendiente máximo, abra tramo con pendientes cuanto menos 2% menos que la máxima, con una longitud mínima de 400m,  Teniendo en cuenta a la categoría de la carretera y a la altura sobre el nivel del mar; el diseño se hará con una pendiente máxima del 5.2 %.  CAMINOS I

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PERALTE

Es la inclinación que se le da a la sección transversal en tramos de curva con el fin de contrarrestar la acción de la fuerza centrífuga. El peralte (P) tendrá como máximo valor normal el 6% y como valor máximo excepcional el 10% llegando a tener valores en peraltes para curvas mayores a los 300 m. Además, es posible usar la siguiente fórmula para hallar el peralte en función de la V.D. y y el radio mínimo de las curvas, establecidas en las N.P.D.C Donde: P = Peralte (%) V= Velocidad directriz (Km/h) R = Radio de la curva (m) f = Coeficiente de fricción f= 1 3 1.4 V

V2 P f 128R

En el peralte máximo se ha fijado en los valores del 8% para carreteras de primera y segunda clase, 10% para carreteras de tercera y cuarta clase. Radio mínimo

De acuerdo con las N.P.D.C. se determina o está en base de la topografía del terreno, y dan la formula práctica que se ha deducido para el cálculo del radio mínimo y es:

V2 R 128( p  f )

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Donde R = Radio de curvatura. p = Peralte máximo en centésimos, cuyo valor se ha fijado en 8% (0.08) carreteras de 1ª y 2ª clase y 10% (0.10) para las de 3ª y 4ª clase. f = 0 Coeficiente de fricción, dado por la formula; que se ha dado en el peralte.

TOPOGRAFÍA

CLASE DE CARRETERA

Plana

Ondulada

Accidentada

1ª

340

110

56

2ª

200

56

23

3ª

65

30

15

4ª

23

15

10

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Entonces de acuerdo con esta tabla para nuestro proyecto, como la topografía del terreno es accidentada y la carretera de segunda clase y un peralte d 8%, nos da un radio de curvatura de 23m.

En casos excepcionales, dependiendo de la V.D: tenemos radios: R.M. Normal es 30m. (V.D.= 30Km/h) y P = 6%), R.M. Excepcional es 25m. (V.D. = 30 Km/h y P = 10%), R.M. Excepcional es 27% para un peralte de 8% y una V.D. de 30Km/h. BERMAS

Se diseñan para proporcionar el suficiente soporte a los bordes del pavimento y para proporcionar un lugar fuera de la vía, que pueda ser utilizada por los peatones, vehículos malogrados o estacionados, así como futuros ensanches de la vía, por lo que se recomienda que el afirmado de las bermas sea de características similares al de la carretera. Las normas peruanas nos ofrecen anchos de bermas según la velocidad directriz; así para la V.D. = 30 Km/h el ancho de la berma mínimo es de 0.75m. y el ancho de la berma deseable es de 1.20m.

SOBREANCHO

Las secciones en curva horizontal, deberán ser provistas del sobre ancho necesario para compensar el mayor espacio requerido por los vehículos, debido a que las ruedas posteriores no siguen exactamente las huellas de las huellas delanteras por la rigidez del vehículo.

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El sobre ancho varía en función del tipo de vehículo, del radio de la curva y de la velocidad directriz, su cálculo se hará valiéndose del gráfico de las N.P.D.C.

CUNETAS

Son obras de arte de gran importancia para el drenaje de la vía que se proyectaran para todos los tramos en ladera y corte cerrado. Si la carretera es un relleno, en agua que escurre sobre la calzada será encausada hacia ambos lados de forma que el desagüe se efectúe en sitios preparados especialmente y se evite la erosión de los taludes: Las normas peruanas recomiendan que se diseñaran cunetas de sección triangular por las razones siguientes: 

Para que los carros que cayeran en ellas puedan salir sin mayores problemas.

Por la facilidad que prestan su mantenimiento y limpieza, lo que se puede realizar con motoniveladoras.

IV.

CONCLUSIONES

 En conclusión, podemos definir que el diseño geométrico de carreteras es de vital importancia calcular y respetar las normas técnicas para así poder llegar a un buen diseño geométrico de una carretera.

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V.



RECOMENDACIONES

Antes de empezar con el proyecto del diseño de una carretera se debe hacer un estudio socioeconómico, el cual nos permitirá calcular la importancia de este proyecto.



Se debe hacer un reconocimiento del lugar para ver óptimamente la topografía y luego realizar los cálculos respectivos para seleccionar el tipo de topografía de acuerdo a la NPDC.



Para el proyecto de una carretera se debe tener en cuenta los puntos de control, es decir por donde se va a trazar la misma, pero teniendo en cuenta el impacto ambiental que va ocasionar este proyecto.



El trazo de una carretera, no implica tan solo la obtención de información topográfica sino también de información hidrológica , geológica, geográfica, agrícola, ecológica, etc., nosotros como futuros profesionales no debemos ceñirnos tan solo de un solo tipo de información que nos dan, muchos proyectos se han visto derrumbados por esa metodología de trabajo que sin conocer el lugar tomamos un compás y ya tenemos la carretera hecha, por lo contrario debemos fijarnos en otros puntos como por ejemplo las cunetas de nuestra carretera aparte de evacuar la lluvia también va a desviar el agua cambiando su curso natural.

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