CAMINOS Ing. BENJAMIN TORRES TAFUR

CAMINOS Ing. BENJAMIN TORRES TAFUR

SEGUNDA UNIDAD

ESTUDIO PRELIMINAR

1.00 ESTUDIO PRELIMINAR.

Después de haber hecho en la etapa de estudio del trazado un reconocimiento de cada una de

las rutas seleccionadas, y luego de hacer una evaluación de cada una de las alternativas y

seleccionar la que reúna mejores condiciones se llega a la etapa del estudio preliminar o

anteproyecto donde se debe fijar en los planos la línea que represente la ruta seleccionada y

para tal fin hay que realizar un estudio topográfico de la misma a través de una poligonal

base.

POLIGONAL BASE.

La poligonal base recibe este nombre debido a que servirá de apoyo para el futuro replanteo

de la obra.

El levantamiento de esta poligonal consiste en la medición de los ángulos y los lados, en la

nivelación de todos sus vértices y en la toma de las secciones transversales.

Estas poligonales son abiertas, por que comienzan y terminan en puntos diferentes, pero

deben tener controles en su trayectoria, según esto se pueden presentar dos casos:

a) Poligonales que comienzan y terminan en puntos de coordenadas conocidas, las cuales

tendrán control azimutal y métrico.

b) Poligonales que comienzan y terminan en puntos de coordenadas desconocidas, las cuales

tendrán control azimutal a través de acimuts determinados por medio de observaciones

solares y que se aconsejan realizar cada 5 kilómetros.

Los instrumentos utilizados en el levantamiento de esta poligonal deben garantizar la

precisión exigida, los mismos deben ser tales como teodolitos, niveles automáticos, cinta

métricas, estadia, barra invar, etc.

OBJETIVO. Su objetivo fundamental es plantear la poligonal del eje. Este trabajo

comprende:

• Planteamiento de la poligonal propiamente dicha.

• Determinación de las coordenadas de los puntos intersección (P.I.) o vértices de la poligonal.

• Obtención del perfil longitudinal.

• Obtención de secciones transversales.

• Estimación de las áreas y volúmenes de corte o relleno.

• Estimación del costo para los trabajos de excavación y movimientos de tierra.

• Material de trabajo:

Plano topográfico con la ruta relacionada.

Juego de escuadras.

Calculadora

Papel transparente.

Papel milimetrado.

TRAZO DE LA POLIGONAL PRELIMINAR

Cuando se tienen localizados los puntos obligados se procede a ligar estos mediante un

procedimiento que requiere:

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1. El trazo de una poligonal de apoyo lo mas apegada posible a los puntos establecidos por la

Ruta Elegida, con PIs (Puntos de Intersección) referenciados y deflexiones marcadas con

exactitud ya que será la base del trazo definitivo.

2. La poligonal base es una poligonal abierta a partir de un vértice o punto de inicio

procediéndose a estacar a cada 50 ó 100 metros, y lugares intermedios hasta llegar al

vértice siguiente.

3. Se recomienda que la pendiente será de dos a cuatro unidades debajo de la máxima

especificada donde sea posible para que al trabajador en gabinete tenga mas posibilidades

de proyectar la subrasante, incrementando la pendiente a la máxima si es necesario para

economizar volúmenes.

4. Nivelación de la poligonal, es a cada estaca trazada, que será útil para definir el Perfil

Longitudinal y Secciones Transversales.

5. Dibujo de trazo y curvas de nivel con detalles relevantes como cruces, construcciones,

fallas geológicas visibles, etc.

PI1

I1

PI3

PI2I2

I3

Poligonal en base a la ruta seleccionada

CALCULO DE LA POLIGONAL PRELIMINAR

Para realizar el cálculo de la poligonal preliminar, se tiene que seguir los siguientes pasos:

1. Calculo de los ángulos de los PI, utilizando el método del seno, así mismo se calculará el

primer azimut (ZAPI1)

2. Determinación de las distancias entre PI (aproximación al metro);

3. Cálculo de coordenadas de los Puntos Inicial y Final,

4. Cálculo de la Poligonal, mediante una poligonal abierta. Compensación de Coordenadas.

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POLIGONAL POR DEFLEXIONES. CALCULO DE LAS COORDENADAS DE LOS Pis

PI Lado DistanciaANGULO

AZIMUTProyecciones COORDENADAS Corrección PROY. Correg. COORD. Correg.

Valor Sentido Este Norte ESTE NORTE Este Norte Este Norte ESTE NORTE

PI0 665.000 9,245.000 665.000 9,245.000

PI0 - PI1 205.00 41° 59' 14'' 137.138152.37

50.305 -1.670 137.443 150.705

PI1 84° 45' 29'' D 802.138 9,397.375 802.443 9,395.705

PI1 - PI2 99.00 126° 44' 43'' 79.329 -59.228 0.147 -0.807 79.476 -60.034

PI2 80° 32' 16'' I 881.467 9,338.148 881.919 9,335.671

PI2 - PI3 59.00 46° 12' 28'' 42.589 40.831 0.088 -0.481 42.677 40.350

PI3 81° 45' 13'' D 924.056 9,378.978 924.596 9,376.021

PI3 - PI4 156.00 127° 57' 41'' 122.994 -95.960 0.232 -1.271 123.226 -97.231

PI4 116° 25' 24'' I 1,047.050 9,283.0181,047.82

39,278.790

PI4 - PI5 150.00 11° 32' 17'' 30.003146.96

90.223 -1.222 30.226 145.747

PI5 81° 04' 60'' I 1,077.053 9,429.9871,078.04

99,424.536

PI5 - PI6 70.00 290° 27' 17'' -65.586 24.463 0.104 -0.570 -65.482 23.892

PI6 92° 59' 16'' D 1,011.467 9,454.4491,012.56

69,448.429

PI6 - PI7 124.00 23° 26' 33'' 49.331113.76

50.185 -1.010 49.515 112.755

PI7 142° 04' 08'' I 1,060.797 9,568.2151,062.08

29,561.184

PI7 - PI8 64.00 241° 22' 25'' -56.177 -30.662 0.095 -0.521 -56.082 -31.184

PI8 1,004.621 9,537.5521,006.00

09,530.000

927.00

Coord. Medidas Este 1,006.000

DEL PLANO Norte 9,530.000

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DIBUJO DE PERFIL LONGITUDINAL.

Este se hace en papel milimetrado, en escalas 1:1000 horizontal y 1:100 vertical, o 1:2000

horizontal y 1:200 vertical. Esta relación de escala facilita la visualización de los datos del

perfil. En estos planos se dibujará el perfil natural del terreno deducido de las curvas de nivel

de la planimetría, indicando todos los detalles importantes de la topografía del terreno,

quiebres del mismo, quebradas, ríos, rumbos obligados, etc.

PERFIL LONGITUDINAL

PROCESO DEL OBTENCIÓN DEL PERFIL LONGITUDINAL

1. Regular al estacamiento en la poligonal (Se tomara distancias iguales pudiendo tomarse 50 ó

100 a escala). Cuando se ha llegado a complementar un kilómetro con una línea

perpendicular.

2. Determinar la cota para cada estaca, esto se realiza así, sea:

Cota Curva Sup.

Cota Curva Inf. C. del Punto

C. C. Inf.

h

b

b

c

a

a

2

Entonces

2×

=a

bh

Cota punto = cota curva inferior + h

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Entonces

2' ×

=a

ch

Cota P = cota curva inferior – h’

Resulta bastante ventajoso formular el siguiente cuadro

CÁLCULO DE LA COTA DE LAS ESTACAS

NÚMERO DE ESTACAS

SEGMENTO

h ó h’

COTA CURVACOTA DEL

PUNTOb a c INFERIOR SUPERIOR

Km. 0.00 1050 1050

Estaca. Nº 10 5.0 6.5 1.54 1050 1051.54

Estaca. Nº 20 7.5 8.3 1.81 1050 1051.81

Estaca. Nº 30 8.6 9.4 1.83 1052 1053.83

Estaca. Nº 40 5.3 1.6 0.60 1058 1057.40

Estaca. Nº 50 6.2 2.3 0.74 1060 1059.26

Estaca. Nº 60 6.1

3. Con los valores distancia y cota de cada estaca se procede a dibujar a dibujar en la lámina

usando las correspondientes escalas. Planteados los puntos, estos se unen por medio de

segmentos. Previamente al dibujo deberá hacerse vaciado los valores de las cotas de cada

estaca en el formato correspondiente.

4. Estudio de la línea rasante (o sub – rasante). Hay dos métodos:

1. Método del hilo o pila de la escuadra.

2. Método de los mínimos cuadrados.

Método del hilo. Consiste en: Ayudándonos con un hilo plantear líneas de rasante (o sub –

rasante) para un conjunto de puntos del terreno que sigan muy aproximadamente una misma

inclinación; definir el extremo obteniendo la distancia el tramo en estudio y la cota que se

había alcanzando. Luego se calcula posible pendiente que se está planteando, debiendo

seguidamente ejecutar el redondeo al décimo del porcentaje o a los 5 céntimos, para

proceder luego a calcular la cota del extremo del tramo en estudio.

Ejemplo: Si se plantea ir del nivel 1050.00 al nivel 1058.91 en una longitud de 600.00

metros.

%485.110000.600

00.105091.58.10 =

−= xi

Se adopta = 1.50%

Por lo que la cota del extremo será: 00.9

100

00.60050.1 == xh

Por consiguiente La cota = 1050.00 + 9.00 = 1059.00

5. Se calcula las cotas intermedias, puesto que se conoce:

• i = Pendiente

• Espacio entre cotas

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• Cota de la estaca inicial, que generalmente para el inicio del trazo es la cota del terreno.

Luego del cálculo, los valores son colocados en el formato correspondiente.

6. Se procede en pasos análogos a lo anteriormente descrito para el resto de puntos del terreno,

de acuerdo a su inclinación o pendiente.

7. En este método los criterios para ubicar las líneas de rasante son:

• Toda línea deberá cumplir con las especificaciones de las NPDC, tanto en el valor de “i” como en la correspondiente longitud.

• Es preferible tener corte a un relleno.

• Los PIs. Verticales deben ubicarse en estacas enteras.

• No generar innecesariamente continuos cambios de pendientes.

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.

La sección transversal influye fundamentalmente en la capacidad de la vía, en su costo de

expropiación, construcción y conservación, y también en la seguridad de la circulación.

El elemento más importante de la sección transversal es el derecho de vía y la zona destinada al

paso de los vehículos o calzada.

Pero no por ello deben descuidarse otras partes de la corona no destinadas a la circulación

normal, como las bermas, zonas que permiten a los vehículos apartarse momentáneamente de la

calzada en caso de avería o emergencia.

El diseño estructural del pavimento y obras de arte, si bien son determinantes en la sección

transversal, son materia a ser normadas en otro documento, por ello se exponen aquí sólo

aspectos geométricos que brinden coherencia.

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1. ELEMENTOS.

Los elementos para una sección en tramo recto fundamentalmente son:

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.

A. CALZADA

La calzada es la zona de la sección transversal destinada a la circulación segura y

cómoda de los vehículos. Para ello es necesario que su superficie esté pavimentada de

forma tal que sea posible utilizarla prácticamente en todo tiempo, salvo quizás en

situaciones meteorológicas extraordinarias.

La calzada se divide en carriles, cada uno con ancho suficiente para la circulación de

una fila de vehículos

• Ancho de Carriles

El ancho de la calzada en tangente se determinará con base en el nivel de servicio

deseado al finalizar el período de diseño o en un determinado año de la vida de la

carretera. En consecuencia, el ancho y número de carriles se determinarán mediante

un análisis de capacidad y niveles de servicio. Los anchos de carril que se usen,

serán: 3,00 m; 3,30 m; 3,50 m; 3,60 m y 3,65 m.

En carreteras de calzada única. Se proyectarán dos carriles por calzada, uno para

cada sentido de circulación.

- Ancho de Tramos en Tangente

En la Tabla 304.01, se indica los valores apropiados del ancho del pavimento para

cada velocidad directriz con relación a la importancia de la carretera.

- Ancho de Tramos en Curva

Las secciones indicadas en la Tabla 304.01 estarán provistas de sobreanchos en

los tramos en curva, de acuerdo a lo indicado en el inciso 402.07.

TABLA 304.01

ANCHO DE CALZADA DE DOS CARRILES

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B. BERMAS

Las bermas son un elemento importante de la sección transversal. Además de

contribuir a la resistencia estructural del pavimento de la calzada en su borde, mejoran

las condiciones de funcionamiento del tráfico de la calzada y su seguridad.

Las bermas deberán tener un ancho que les permita cumplir al menos la función de

protección del pavimento, un mínimo de 0.50 m.

En la Tabla 304.02 , se indican los valores apropiados del ancho de las bermas. El

dimensionamiento entre los valores indicados, para cada velocidad directriz se hará

teniendo en cuenta los volúmenes de tráfico y el costo de construcción

TABLA 304.02ANCHO DE BERMAS

C. BOMBEO

El drenaje de un pavimento depende tanto de la pendiente transversal o bombeo, como

de su pendiente longitudinal. En rasantes a nivel o casi a nivel, tales como los que se

encuentran en trazos en las planicies de la costa, así como en las curvas verticales

cóncavas, el agua que cae sobre el pavimento se esparce en ángulo recto con respecto al

eje central del camino, hacia los taludes y cunetas

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.

La Tabla 304.03 especifica estos valores indicando en algunos casos un rango dentro

del cual el proyectista deberá moverse, afinando su elección según los matices de la

rugosidad de las superficies y de los climas imperantes.

TABLA 301.03BOMBEO DE LA CALZADA

(*) En climas definitivamente desérticos se pueden bajar los bombeos hasta un

límite de 2%,

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D. TALUDES, CUNETAS Y OTROS ELEMENTOS

• TALUDES

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.

Los taludes laterales varían en gran medida, dependiendo del tipo de material con

que se construyan y de su ubicación geográfica.

Una cubierta vegetativa adecuada, prevendrá la mayor parte de los daños originados

por el esfuerzo climático, para ello se debe seleccionar la vegetación adecuada a la

inclinación del talud empleado.

El redondear convenientemente la parte superior de los cortes no solamente mejora la

apariencia, sino que también tiene un empleo práctico. El suelo que se remueve al

hacer el redondeo del talud, es generalmente tierra vegetal de la capa superior, al

hacer este redondeo al final, el suelo vegetal caerá sobre la cara del talud ayudando a

que se arraigue la vegetación

(a) Taludes en Corte

Un talud de corte es la inclinación se debe de dar al terreno, a fin de adecuar la

vía para el transito de los vehículos, este corte parte desde la parte mas alta de o

inicio de corte y se dirige hasta el fondo de la cuneta.

Un talud de corte puede presentar uno o más banquetas. El primer escalón,

contado desde abajo, usualmente es para definirla como Banqueta de visibilidad

y las otras para poder contrarrestar el efecto de altitud respecto a la inclinación o

pendiente del talud.

En ambos casos las banquetas deben tener un ancho mínimo que es función de

las características geológicas del terreno y las de acuerdo a las precipitaciones,

cuya intensidad debe ser previstas.

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.

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, ubicadas en la zona y que se

mantienen estables ante las mismas condiciones ambientales actuales.

EL Diseño de taludes exige, el estudio de las condiciones especiales del lugar,

especialmente las geológicas, geotécnicas, ensayos de laboratorio, análisis de

estabilidad de taludes, etc y medio ambientales, para optar por la solución más

conveniente, entre diversas alternativas

Los valores de la inclinación de los taludes para la secciones en corte serán, de

un modo referencial, los indicados en la Tabla 304.10

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TABLA 304.10VALORES REFERENCIALES PARA TALUDES DE CORTE

(RELACION H:V)

(b) Taludes de Terraplenes (Relleno).

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 Tabla 304.11.

TABLA 304.11TALUDES PARA TERRAPLENES

• 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.

Los elementos constitutivos de una cuneta son su talud interior y su fondo, ya

incluidos en la plataforma de subrasante, y su talud exterior. Este último, por lo

general, se confunde con el del corte, pero se limita, con el propósito de completar la

definición de la cuneta, a una altura que resulta de proyectar horizontalmente el

borde exterior de la corona sobre dicho talud.

(a) Talud Interior de Cunetas

El talud o pared interior de la cuneta se inicia en el punto extremo de la

subrasante y se desarrolla, bajando con una cierta inclinación, hasta llegar a la

profundidad que corresponda a las circunstancias del proyecto en tramo

estudiado.

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