UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERIA

TESIS:ESTUDIO DEL MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA JESUS-LACAS,TRAMO: JESUS - HUALQUI

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

Facultad de Ingeniera

Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera Civil

ESTUDIO DEL MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA JESUS - LACAS, TRAMO: JESUS - HUALQUI

TESIS

Para optar el ttulo profesional de :

INGENIERO CIVIL

Presentado por los Bachilleres:

Cantera Jave, Alvaro Fernando

Chvarry Ruiz, Luis Ral

Cubas Prez, Rolando Miguel

Cajamarca - Per

2 , 0 0 1

DEDICATORIADEDICATORIA

DEDICADO:

A la memoria de mi Padre Gonzalo,

A mi Madre Violeta, Nieves y mis

Hermanos Lucho y Percy que en todo

momento me apoyaron para la culminacin

de este proyecto.

Alvaro.

PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP

OOOOOOOOOOOOOOOOOOOO

TTTTTTTTRTTTTTTTTTTTTTTT

EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE

SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS

Ral.

PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP

OOOOOOOOOOOOOOOOOOOO

TTTTTTTTRTTTTTTTTTTTTTTT

EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE

SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSR Rolando.......

AGRADECIMIENTO

Nuestro agradecimiento a los ingenieros Alejandro Cubas Becerra y Frank Alva Lescano por su desinteresado apoyo en el desarrollo de este proyecto.

A la Municipalidad Distrital de Jess guiada por su alcalde el ingeniero Alejandro Agero Torres, por su apoyo y preocupacin en la culminacin de este proyecto.

A nuestros familiares y amigos que de una u otra forma han contribuido en la realizacin del proyecto.

LOS AUTORES

I. TITULO :

ESTUDIO DEL MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA JESUS - LACAS, TRAMO: JESUS - HUALQUI

II. RESUMEN

El trabajo se inicia con la recopilacin de la informacin existente, referida a la ubicacin, caractersticas locales y socio econmica, fotografas areas, etc.

Hecho el estudio socio econmico, llegamos a clasificar a la carretera como de TERCERA CATEGORA. Posteriormente se hizo el reconocimiento de la va existente con la finalidad de evaluarla y decidir el tramo en los que necesita mejorar: radios, pendientes, distancias de visibilidad, anchos de la plataforma, sobreanchos, etc. As mismo debemos indicar que la evaluacin no slo compete a los parmetros antes indicados si no que tambin hemos tenido en consideracin el tipo de suelo por el que atraviesa la va.

Una vez decidido en que aspectos debe hacerse el mejoramiento y en qu tramos, optamos por realizar el trazo del eje de la va pero teniendo en consideracin lo expuesto anteriormente. Para el trazo de la va lo hemos realizado siguiendo el MTODO DE TRAZO DIRECTO.

La carretera que une el distrito de Jess con el casero Hualqui se encuentra en psimas condiciones, por lo que el presente trabajo constituye un aporte importante al desarrollo de estos pueblos.

Este estudio se origina como parte de un acuerdo mutuo entre los tesistas en coordinacin con el Sr. Alcalde del Distrito de Jess, para elaborar el proyecto de mejoramiento de la va antes mencionada.

Luego se procedi al estacado y nivelacin, lo que nos permiti obtener el perfil longitudinal del terreno por el que atraviesa la va. Es en el perfil longitudinal donde se ha hecho el anlisis correspondiente para ubicar la subrasante, Definida la subrasante, se efectu el estudio de suelos y canteras, para lo cual se hicieron 11 calicatas, situadas adecuadamente a lo largo del eje de la va y se efectuaron los diferentes ensayos de laboratorio.

Como en todo proyecto de esta naturaleza, se debe tener muy en cuenta al drenaje el mismo que se hizo por el mtodo racional, mtodo que es muy funcional para rea pequeas.

El proyecto incluye adems, la adecuada sealizacin de las vas, el estudio de impacto ambiental, el anlisis de costos y presupuestos, programacin de obra, especificaciones tcnicas, planos y fotografas.

Finalmente debemos indicar que el costo total de la obra asciende a.........................III. INTRODUCCION

A lo largo de toda la historia, uno de los problemas primordiales del pas ha sido y es el transporte. Actualmente no contamos con una red vial adecuada para cubrir las necesidades existentes en nuestros pueblos, especialmente en los caseros ms alejados, originando de esta manera el subdesarrollo.

La falta de caminos y las malas condiciones en que se encuentran stos, hacen que se incremente el valor adquisitivo de los productos, dando origen a la elevacin del costo de vida de la poblacin.

Como conocedores de la psima situacin en la que se encuentra actualmente la carretera Jess - Hualqui, y conscientes de nuestra responsabilidad como parte integrante de la Universidad Nacional de Cajamarca, es que tratamos de contribuir a solucionar esta problemtica, planteando el mejoramiento de la mencionada va de comunicacin, beneficiando de esta manera a la comunidad usuaria de dicha va. Este proyecto es de vital importancia por ser una zona netamente agrcola.

En ste tiempo los pobladores de los distintos caseros como: Chuco, Cebadn y Hualqui trasladan sus productos agrcolas y pecuarios hacia el distrito de Jess por un camino que no cumple los requerimientos necesarios (el mismo que en poca de lluvias prcticamente se vuelve intransitable), dando lugar al incremento del costo de la mercanca.

Para la realizacin de ste proyecto es necesario tener muy en cuenta las actividades econmicas y sociales de los caseros existentes, por que de una manera u otra influye en el desarrollo de ste estudio.

LOS AUTORES

3.1 OBJETIVOS:

- Realizar el estudio de mejoramiento de la actual va que nos permita obtener el documento tcnico a nivel de ejecucin..

Mejorar el nivel de vida de los pobladores de la zona.

Lograr minimizar el costo del transporte y el ahorro de horas - hombre.

Lograr una mejor interrelacin entre los caseros beneficiados con ste proyecto.

3.2 ANTECEDENTES:

Hasta stos momentos el Distrito de Jess, no cuenta con un proyecto especfico del mejoramiento de la carretera Jess - Hualqui. Por lo que las autoridades pertinentes en convenio con alumnos tesistas de la Facultad de Ingeniera, han optado por realizar dicho estudio, que es de vital importancia para impulsar el desarrollo.

3.3 ALCANCES:

El Estudio de Mejoramiento de la carretera se realiz bajo la modalidad de convenio entre la Municipalidad Distrital de Jess y la Universidad Nacional de Cajamarca, Facultad de Ingeniera - Escuela Profesional de Ingeniera Civil.

El estudio se realizar tomando en consideracin los parmetros de diseo estipulados en las Normas Peruanas de Carreteras.

3.4 CARACTERSTICAS LOCALES:

3.4.1 UBICACIN :

Regin : Cajamarca.

Departamento : Cajamarca.

Provincia : Cajamarca.

Distrito

: Jess.

Punto de Partida : Jess.

Coordenadas Geogrficas:

- Latitud: 7 14' 55.8

- Longitud: 78 22' 27.6

Coordenadas U.T.M:

- 9194,583 m N

- 791,738 m E

Altitud: 2,583 m.s.n.m

Punto Final : Comunidad de Hualqui.

Coordenadas Geogrficas:

- Latitud: 7 16' 47.67

- Longitud: 78 19 20.55

Coordenadas U.T.M:

- 9191,130 m N

- 797,511 m E

Altitud: 2,588 m.s.n.m

3.5 HIDROGRAFA:

La cuenca hidrogrfica de la zona est constituida por torrentes y quebradas, constituyendo la lnea divisoria de las aguas de precipitacin; formando as parte de la cuenca del ro Cajamarquino.

3.6 ACCESIBILIDAD:

Desde Cajamarca se llega a la zona en estudio mediante la carretera que une el Distrito de Jess con la ciudad de Cajamarca. Partiendo de la Plaza de Armas se camina aproximadamente 500 m hasta llegar al punto de partida que est situado en el barrio de la Matarilla, a un costado de la quebrada Chuco.3.7 PLUVIOSIDAD:

Est relacionada con la altitud existente y su distribucin es ms regular a mayor altura. La precipitacin promedio anual oscila entre 600 y 900 mm.; siendo los meses ms lluviosos de Diciembre, Enero, Febrero, Marzo y Abril.

3.8 HUMEDAD RELATIVA:

Sigue el mismo comportamiento de la pluviosidad, siendo elevada en los meses de mayor precipitacin .3.9 TEMPERATURA:

Tiene una variacin inversa a la pluviosidad, en las partes bajas y medias el clima es templado, siendo frgido en las partes altas. La temperatura vara de 08C a 20C, siendo la temperatura anual promedio de 14C.3.10 ECOLOGA:

La conformacin ecolgica de la zona corresponde a la del Bosque Seco Montano Sub Tropical, su territorio esta comprendido entre los pisos ecolgicos: de la Yunga (500 a 2500 m.s.n.m.), regin Quechua ( 2500 a 3500 m.s.n.m).

3.11 RECURSOS NATURALES:

Suelo . Existen suelos superficiales, moderadamente profundos, de colores claros, pardos y oscuros. Predominan los suelos de textura media, presentan estructura ligeramente granular; as mismo debemos sealar que los suelos de la zona del proyecto generalmente presentan ph alcalino.

Flora y Fauna . Dentro del mbito geogrfico existen una variedad de especies vegetales, muchas de las cuales son desconocidas y su importancia radica en los estudios botnicos que se podran realizar.

En cuanto a fauna se refiere, existe una gran variedad de especies nativas como: zorros, vizcachas, etc. y una gran variedad de aves, incluyendo una diversidad de pjaros.

3.12 JUSTIFICACIN DEL PROYECTO:

La elaboracin del presente proyecto es en concordancia con la poltica de desarrollo de la Universidad Nacional de Cajamarca, en lo que concierne a proyectos de desarrollo regional. Es as que dada la crtica situacin en la que se encuentra la carretera Jess - Lacas, tramo: Jess - Hualqui, y siendo sta un importante va para lograr la integracin de los distritos hacia la provincia de Cajamarca, es de prioridad urgente que se realice el mejoramiento de dicha vaIV. REVISION DE LITERATURA:

4.1.0 EVALUACIN DE LA VA EXISTENTE

4.1.1 RECONOCIMIENTO DE LA ZONA EN ESTUDIO:

Antes de proceder a reconocer el terreno, se procura obtener la mejor informacin, consultando los mapas y planos de la regin, los estudios anteriores y en general todas las fuentes capaces de suministrar datos tiles. Para facilitar la lectura de los planos y mapas haremos algunas consideraciones de carcter general acerca de la configuracin del terreno, cuyos accidentes, si bien variados, guardan entre si cierta dependencia que permite prever, aun en mapas deficientes, la posicin probable de las rutas por reconocer y la de los puntos por estudiar.

Con los datos obtenidos de los documentos consultados se forma un croquis y se procede a reconocer el terreno, recorrindolo a caballo y en las partes inaccesibles a pie o sobrevolando la regin, se toman: los rumbos, las distancias, alturas, naturaleza del terreno y dems datos que se juzguen pertinentes para compararlos. Las distancias se miden con el podmetro, los rumbos con la brjula de reflexin, las inclinaciones con el eclmetro y las alturas de los puntos principales con barmetros aneroides.

Se completan los reconocimientos tomando una informacin del precio de los terrenos por expropiar, costo de la mano de obra y de los materiales de construccin, recursos naturales de la regin, trfico probable y en especial vistas fotogrficas de los principales accidentes en la ruta.

Se presentar preferente atencin a ciertos puntos singulares que son puntos fijos del trazado, tales como los de:

Pasos de las Divisorias.

Pasos de los Talwegs.

Poblaciones.

Terrenos inapropiados.

Con toda la recopilacin adquirida acerca del terreno, se pasa al reconocimiento de la zona en estudio, debe abarcar una faja del terreno ms bien que una lnea. El reconocimiento tiene por objeto la preparacin de un informe que muestre, sin lugar a dudas, la ubicacin de la lnea o trazo preliminar. Este informe deber presentar en el caso general, la gestin ya resuelta, o la sumo reducida a la eleccin entre dos trazos que requieren, para llegar a una decisin final, el estudio del trazado preliminar en ambas. La lnea del reconocimiento se definir midiendo sus ngulos con brjula y determinando las distancias por pasos, taquimetra o cinta y algunas veces obtenindolas de los planos directamente mediante mediciones o por medios indirectos por diferencia de nivel.

4.1.2 PUNTOS DE CONTROL:

Al realizar el examen crtico, el trazador estudia ms que una ruta particular, una faja de terreno, buscando las caractersticas que restringen el trazo.

Todo elemento que origine un encaminamiento u orientacin

CLASES DE CONTROLES:

Para efectos del estudio de carreteras; se puede presentar la siguiente clasificacin:

a. Controles Naturales:Son los controles que son productos de la naturaleza. Por ejemplo la ubicacin conveniente para puentes, una abra baja, etc.

b. Controles Artificiales:Son controles hecho por el hombre. Pos ejemplo, lugares apropiados para cruces a nivel con ferrocarriles.

c. Controles Positivos:Son controles que atraen el trazo de la carretera por esa zona. Por ejemplo el paso o abra seleccionada para el punto de cruce de una carretera por una montaa, las ubicaciones favorables para desarrollo.

d. Controles Negativos:Son controles que tratan de alejar o evitar en el trazo de la carretera. Por ejemplo las reas pantanosas y las reas sujetas a deslizamientos o inundaciones. Tambin son controles negativos los trabajos hechos por el hombre como represas, reservorios, ferrocarriles, etc.

e. Controles Naturales Positivos :Son aquellos que siendo producto de la naturaleza, atraen el trazo de la carretera por esa zona. Por ejemplo, de las dos laderas de una quebrada se elegir la que sea la ms uniforme y que tenga menor pendiente.

f. Controles Naturales Negativos :Son aquellos que siendo producto de la naturaleza, tratan de evitar o alejar en el trazo de la carretera por esa zona. Por ejemplo, la zona de una ladera que tiene una longitud apreciable de roca fija.

g. Controles Artificiales Positivos:Son controles hecho por el hombre y que atraen el trazo de la carretera por esa zona. Pos ejemplo indicar que una carretera debe procurar el mayor nmero de poblados.

h. Controles Artificiales Negativos:Son controles hecho por el hombre y que tratan de alejar o evitar en el trazo de la carretera. Pos ejemplo, la presencia de una zona agrcola bien estructurada puede ser motivo de desvo de carretera para no malograr esa infraestructura

4.1.3 LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO DE LA VA:

Consta de dos etapas:A. TRABAJO DE CAMPO:

A.1 Reconocimiento. Es la etapa de inspeccin directa en el terreno, teniendo como objetivos: determinar el tipo de red de apoyo planimtrico para el levantamiento topogrfico, ubicacin de las estaciones.

A.2 Ubicacin de los vrtices. Todo vrtice de la poligonal deber encontrarse en sitios totalmente definidos, difciles de remover y confundir, o en todo caso se tomarn las precauciones debidas, para evitar los inconvenientes que puede traer la prdida de una estaca o vrtice de la red.

A.3 Medicin de los lados de la poligonal. Puede ser ejecutada por: barra invar o por medicin de wincha, teniendo en cuenta las correcciones por temperatura, catenaria y tensin.

A.4 Medicin de los ngulos de la poligonal. Se tomar las medidas de los ngulos internos por repeticin (4 repeticiones), donde el valor del ngulo se calcula con la siguiente frmula:

A = Medida del ngulo.

Ao = Primera lectura.

An = Ultima lectura.

N = Nmero de repeticiones.

A.5 Medicin del azimut de uno de los lados. A fin de referir la orientacin de una poligonal, respecto de los puntos cardinales, debe ejecutarse la medicin del azimut de uno de los lados de la misma, siendo de uso general el empleo de la brjula de teodolito.B. TRABAJO DE GABINETEB.1 Clculo de la Poligonal. Concluido el trabajo de campo y con los datos obtenidos en l se proceder a calcular lo siguiente:

1. Clculo de los ngulos promedio y compensacin.

2. Clculo de la longitud promedio de los lados.

3. Clculo de los azimuts de los lados.

4. Clculo de las proyecciones de los lados.

5. Clculo de las proyecciones compensadas.

6. Clculo de las coordenadas de las estaciones.

7. Clculo de las cotas de las estaciones.

B.2 Dibujo. Dibujo de planos

.4.1.3.1 REGLA DE LA BRUJULALa correccin que debe aplicarse a la proyeccin de un lado en uno u otro eje es igual a:

4.1.3.2 PRECISIONES DE LAS POLIGONALES EJECUTADAS CON WINCHA Y TEODOLITO.Segn el grado de precisin las poligonales pueden ser:

TIPO DE POLIGONALERRORES MAXIMOS PERMISIBLES

ERROR ANGULAR MAXIMO TOLERABLEERROR DE CIERRE MAXIMO TOLERABLE

POLIGONAL TIPO 1130

*1/1000

POLIGONAL TIPO 21 0"

*1/3000

POLIGONAL TIPO 330

*1/5000

POLIGONAL TIPO 415

* 1/10000

Donde : n es el nmero de lados de la poligonal.

FUENTE :Elaboracin propia.

El error relativo se expresa mediante la siguiente frmula:

er = ec/ (nmero de lados)

Donde:

er = Error relativo de la poligonal.

ec = Error de cierre, el cual es:

ec2 = ex2 + ey2Donde:

ex: Error de las proyecciones en el eje X

ey: Error de las proyecciones en el eje Y

4.1.3.3 NIVELACIONEs el proceso de determinar el desnivel entre dos puntos, midiendo la distancia vertical entre las superficies de nivel que pasan por esos puntos.

En cuanto a precisin se opt por el tipo de nivelacin ordinaria con circuitos de ida y vuelta para determinar el error de cierre mximo permisible, que segn la frmula es :

emx = 0.04

Donde:

D = distancia total acumulada en Km.Correccin en la nivelacin de poligonales:

Se corrige por el mtodo de las aproximaciones sucesivas.

El mtodo consiste en compensar el primer circuito, y los desniveles corregidos sirven para calcular el error de cierre del siguiente circuito adyacente, y as sucesivamente se va repitiendo las compensaciones de `circuito en circuito hasta lograr que los desniveles de los tramos comunes para todos los circuitos adyacentes sean iguales, as como que el error de cierre en cada uno de los circuitos parciales sea igual a cero.

4.1.3.4 EQUIDISTANCIA

Se denomina equidistancia, a la distancia vertical entre dos curvas de nivel consecutivas y que se encuentran representadas en un plano.

La seleccin de la equidistancia que debe tomarse para un determinado plano, depende de: escala del plano, topografa del terreno y objeto por el que se ejecuta el plano.

4.1.3.4.1 TOPOGRAFIA

La topografa del terreno se la puede clasificar de acuerdo con el siguiente cuadro:

TIPO DE TOPOGRAFIA EN FUNCION A LA INCLINACION DEL TERRENO RESPECTO A LA HORIZONTAL

TIPO DE TERRENO RESPECTO DE LA HORIZONTALTIPO DE TOPOGRAFIA

000 a 100Llana

100 a 200Ondulada

200 a 300Accidentada

Ms de 300Montaosa

FUENTE: Tratado de Topografa

AUTOR : David and Foote.

Finalmente para escoger la equidistancia se tendr en cuenta los cuadros anteriores.

ESCALA DEL PLANO Y LA EQUIDISTANCIA DE CURVAS A NIVEL

ESCALA DEL PLANOTOPOGRAFIAEQUIDISTANCIA

Grande

(1/1000 a menor)Llana

Ondulada

Accidentada0.10 0.25

0.25 0.50

0.50 1.00

Mediana

(1/1000 - 1/10000)Llana

Ondulada

Accidentada0.25 - 0.50 1.00

0.50 - 1.00 2.00

2.00 5.00

Pequea

(1/1000 a mayor)Llana

Ondulada

Accidentada0.50

FUENTE: Tratado de Topografa

AUTOR : David and Foote.

4.1.3.5 Evaluacin de la va.

La evaluacin de la va se la hizo analizando las actuales caractersticas geomtricas de la va en contraposicin con los parmetros de diseo expuestos en el tem ...., adems de incluir en dicha evaluacin al estado de conservacin de las obras de arte as como de la superficie de rodamiento.

4.1.3.6 MEJORAMIENTO DE LA VA.

De la evaluacin de la va hemos llegado a la conclusin que el mejoramiento de la va comprender :

La ampliacin de los radios de las curvas horizontales..

mejorar el alineamiento de la va de forma tal que sta no sea tan sinuosa.

. darle un ancho de calzada de 5 m.

Diseo de un adecuado sistema de drenaje( pontones, badenes, alcantarillas, aliviaderos, cunetas).

Proporcionarle a los taludes la inclinacin de acuerdo con el tipo de suelo que se presente.

Reducir las pendientes que son excesivamente elevadas.

Mejorar la superficie de rodamiento dotndole de un pavimento que est de acuerdo con el tipo de va.

En conclusin debemos indicar que el mejoramiento de la va, va a consistir en adecuarle de forma tal de que est cumpla con los requerimiento de comodidad, seguridad y transitabilidad en concordancia con los parmetros que las N.P.D.C. exigen para este tipo de va.

4.2.0 ESTUDIO DEFINITIVO

4.2.1 SELECCIN DEL TIPO DE VIA Y PARAMETROS DE DISEO

1. SELECCION DEL TIPO DE VIA:a. SEGUN SU JURISDICCION:

Las carreteras se clasifican de acuerdo a su jurisdiccin, en tres grandes sistemas

Sistema Nacional:

Que corresponde a la red de carreteras de inters nacional y que une los puntos principales de la nacin con sus puertos y fronteras.

Sistema Departamental:Compuesto por aquellas carreteras que constituyen la red vial circunscrita a la zona de un departamento, divisin poltica principal de la nacin, uniendo capitales de provincias o zonas de influencia econmico social dentro del mismo departamento; o aquellas que rebasando la demarcacin departamental, une poblados de menor importancia.

Sistema Vecinal:Conformado por aquellas carreteras de carcter local y que unen las aldeas y pequeas poblaciones entre s.

B) SEGUN SU SERVICIO:

Segn el servicio que deben prestar, es decir el trnsito que soportarn, las carreteras sern proyectadas con caractersticas geomtricas adecuadas, segn la siguiente normalizacin:- Carreteras Duales:Para IMD mayor a 4000 veh/da. Consiste en carreteras de calzadas separadas, para dos o ms carriles de trnsito cada una.

- Carreteras 1ra Clase:Para IMD comprendido entre 2000 y 4000 veh/d

- Carreteras 2da Clase:Para IMD comprendido entre 400 y 2000 veh/d

- Carreteras 3ra Clase:Para IMD menor a 400 veh/d.

- Trochas carrosables:IMD no especfico.

Constituyen una clasificacin aparte. Pudindose definir como aquellos caminos a los que les faltan requisitos para poder ser clasificadas en CARRETERA DE TERCERA CLASE. El vehculo de diseo es el H - 20 o C2 ( por ser una zona netamente agropecuaria).

4.2.2 PARAMETROS DE DISEO:

a) VELOCIDAD DIRECTRIZ ( V ): Se llama velocidad directriz o de diseo a aquella que ser la mxima que se podr mantener con seguridad sobre una seccin determinada de la carretera, cuando las circunstancias sean favorables para que prevalezcan las condiciones de diseo.

La eleccin de la velocidad directriz se establece considerando varios factores, entre los cuales est el trfico previsto y la topografa del terreno, el tipo de carretera a construir, los volmenes y el tipo de trnsito que se esperan y otras consideraciones de orden econmico.

TABLA 2.1. VALORES DE LA VELOCIDAD DIRECTRIZ (Km/h)

TOPOGRAFA

LlanaOnduladaAccidentada

Primera1006045

Segunda804530

Tercera503525

Cuarta302520

Fuente : N.P.D.C

b) DISTANCIA DE VISIBILIDAD : En una carretera es fundamental que exista, tanto en plano como en perfil, la visibilidad precisa para que el conductor del vehculo pueda ver delante de l, a la distancia mnima necesaria para tomar con tiempo las decisiones oportunas. La visibilidad depende de la velocidad directriz para lo cual el camino esta proyectado.

En el diseo hay que considerar que para cada velocidad directriz existe las distancias de visibilidad de parada y de paso.

b.1) Distancia de Visibilidad de Parada ( Dp ): Es la precisa para que el conductor de un vehculo, marchando a la velocidad directriz pueda detenerse antes de llegar a un objeto fijo en su lnea de circulacin; en cualquier punto del camino la distancia de visibilidad no debe ser menor que la distancia de parada. Las N.P.D.C. dan los valores de la Dp. en su Lmina 4.2.2.

c) RADIOS DE DISEO. Los radios de las curvas estn en funcin de la velocidad directriz y del peralte. Los radios mnimos a emplearse se especifican en las Tablas 5.3.1.1 , 5.3.2.1 y 5.3.2.2 de las N.P.D.C.

TABLA 5.3.1.1

Velocidad Directriz

(Km/h)Radio Mnimo Normal (m)Peralte (%)

30306.0

40606.0

50906.0

601306.0

701906.0

802506.0

903306.0

1004256.0

1105306.0

Fuente: NPDCTABLA 5.3.2.1

Velocidad Directriz

(Km/h)Radio Mnimo Normal (m)Peralte (%)

302510.0

404510.0

507510.0

6011010.0

701609.5

802209.0

902808.5

1003808.0

1104758.0

Fuente: NPDCTABLA 5.3.2.2

Velocidad Directriz

(Km/h)Radio Mnimo Normal (m)Peralte (%)

30278.0

40508.0

50808.0

601208.0

701708.0

802308.0

903008.0

1003808.0

1104758.0

Fuente: NPDCd) PERALTES. El peralte de una curva es la inclinacin transversal que se dispone, a la plataforma de la carretera, en los tramos en curva con el objeto de contrarrestar la fuerza centrfuga, garantizndose as la estabilidad del vehculo ante el deslizamiento. Dichos valores se obtienen de la tabla 5.3.4.1 de las N.P.D.C.

TABLA 5.3.4.1

VELOCIDAD DIRECTIRZ (Km./h)PERALTE 2 % PARA CUYAS CURVAS CON RADIO MAYOR DE mts.

30330

40450

50650

60850

701150

801400

901700

1002000

1102400

Fuente: N.PDC LONGITUD DE TRANSICION DEL PERALTE. Se utiliza con el fin de evitar la brusquedad en el cambio de un alineamiento, de un tramo recto a un tramo en curva, tambin se puede definir como la variacin en tangente inmediatamente antes y despus de una curva horizontal en la cual se logra el cambio gradual del bombeo de la seccin transversal al peralte correspondiente a dicha curva.

Las N.P.D.C. establecen que la longitud de rampa de peralte deber obtenerse sin sobrepasar los siguientes incrementos de la pendiente del borde del pavimento.

0.5% cuando el peralte es menor a 6%

0.7% cuando el peralte es mayor a 6%.

Aplicando este criterio las frmulas para calcular la longitud total mnima para la rampa de peralte , son:

LONGITUD POR BOMBEO (Lb)

Lb = (b * A/2)/(0.5 0.7) (Longitud por bombeo)

Lp = (p * A/2)/(0.5 0.7) (longitud por peralte)

Luego la longitud de rampa es igual a : Lrp = Lb + Lp

Donde: Lrp : Longitud de rampa de peralte ( m)

A : Ancho de la faja de rodadura ( m )

P : Peralte de la faja de rodadura ( % )

b : Bombeo de la faja de rodadura ( % )=2%

TABLA 2.3. LONGITUD TOTAL MNIMA DE RAMPA DE PERALTE.

Ancho

Pavim.Bombeo

(%)PERALTE. (%)

2345678910

19.0012.0015.0018.0021.0017.1419.2921.4323.57

3.00212.0015.0018.0021.0024.0019.2921.4323.5725.71

315.0018.0021.0024.0027.0021.4323.5725.7127.86

e) PENDIENTES.La pendiente (i %) de una carretera o camino es la inclinacin longitudinal que tiene o se dispone a la plataforma de una carretera.

Pendientes mnimas. 0.5 %.

Pendientes mximas normales. Los lmites mximos normales de pendientes se establecern teniendo en cuenta la seguridad de la circulacin de los vehculos ms pesados en las condiciones ms desfavorables de pavimento. Las N.P.D.C. en su tabla 5.5.4.3 , establecen:

TABLA 2.5. PENDIENTES MXIMAS NORMALES.

Altitudes (m.s.n.m.)Pendiente (%)Long. Mx. (m)

30006800

Fuente : Normas Peruanas para el Diseo de Carreteras.

Pendientes mximas excepcionales.

Se recurrir al empleo de ellos o de valores muy prximos, slo en forma excepcional cuando exista motivos justificados para hacerlos y especialmente cuando el empleo de pendientes menores conducira a alargamientos artificiales de recorrido o aumentos de tortuosidad en el trazado o a obras especialmente costosas. Las N.P.D.C. en su Tabla 5.5.4.4, indican:

TABLA 2.6. PENDIENTES MXIMAS EXCEPCIONALES.

Altitudes (m.s.n.m.)Pendiente (%)Long. Mx. (m)

30007300

Fuente : Normas Peruanas para el Diseo de Carreteras.Pendientes medias:

Es el promedio de la pendiente de una carretera para tramos de longitud considerada.

Im =

Dado que el uso indiscriminado de pendientes, en especial los valores mximos normales y/o excepcionales conduce a lneas de gradiente no apropiadas para el trnsito normal de los vehculos, en particular para los pesados. Para evitar o controlar esto, existen indicadores que regulan el valor de la pendiente media mxima para un conjunto de pendientes para determinada longitud del tramo y considerando el tipo de carretera y altitud a la que se encuentra el tramo. El chequeo de la pendiente media debe hacerse para tramos de 10 Km. de longitud de carretera.

TABLA 2.7. PENDIENTES MEDIAS PERMISIBLES

Clase de

CarreteraTopografaPENDIENTE MEDIA PERMISIBLE SEGN ALTITUD (%)

0

a

10001000

a

20002000

a

30003000

a

4000Ms de 4000

Plana4.604.203.803.403.00

PRIMERAOndulada4.604.203.803.403.00

Accidentada4.604.203.803.403.00

Plana4.604.203.803.403.00

SEGUNDAOndulada4.604.203.803.403.00

Accidentada4.604.203.803.403.00

Plana5.004.604.203.803.40

TERCERAOndulada5.004.604.203.803.40

Accidentada5.004.604.203.803.40

Plana5.004.604.203.803.40

CUARTAOndulada5.004.604.203.803.40

Accidentada5.004.604.203.803.40

Fuente: Caminos y Pavimentos p. Ing Flix E. Garca Glvez.

f) BOMBEO. Las carreteras con pavimento del tipo superior estarn provistas de bombeo en los tramos en tangente , con valores comprendidos entre 1 % y 2 % . Las carreteras con pavimento del tipo intermedio o de bajo costo estarn provistas con valores entre 2 % y 3 %.

En los tramos en curva, el bombeo ser sustituido por el peralte respectivo.g) SOBREANCHO. Una de las razones fundamentales para la realizacin de ensanchar la superficie en curvas es que un vehculo con sus ruedas posteriores siguen un camino de radio ms corto que las delanteras, por lo tanto es necesario un espacio ms ancho que en las tangentes, adems tambin Las N.P.D.C. en su tem 5.3.5 establecen la necesidad de proveer, a las secciones en curva horizontal el sobreancho respectivo a fin de compensar el mayor espacio requerido por los vehculos. De otra parte indican que el sobreancho mnimo es 30 cm

La frmula de clculo est dada por las N.P.D.C. ; propuesta por VOSHELL y recomendada por la A.A.S.H.O.:

Donde:Sa : sobreancho ( m )

n : nmero de carriles

R : radio de la curva ( m )

L : distancia entre el eje delantero y el eje posterior de vehculo ( m )

V : velocidad directriz ( Km/h )

Figuras que indiquen forma de colocar sobreanchos.

CARACTERSTICAS GEOMETRICAS DE LA VA:

a) Superficie de rodamiento:

BERMAS. Son las fajas adyacentes a la faja de rodadura cuya finalidad es servir de contencin al borde del pavimento, as como tambin para la circulacin eventual de peatones y acmilas.

La tabla 5.4.2.1 de las N.P.D.C. proporciona los valores adecuados del ancho de las bermas:

ANCHO DE LAS BERMAS

Velocidad Directriz

(Km/h)Ancho de las Bermas (m)

MnimoDeseable

300.751.20

400.751.20

501.201.80

601.201.80

701.502.40

801.502.40

901.803.00

1001.803.00

Fuente : NPDC

PLAZOLETAS DE ESTACIONAMIENTO. Son zonas debidamente acondicionadas para permitir el estacionamiento de los vehculos cuando las bermas tienen menos de 2.40 mts. Se debern colocar en cada lado de la carretera y a distancias no menores de 400 mts. Las dimensiones mnimas para dichas plazoletas son de 3.00 x 30.00 mts.

TALUDES. El Talud, viene a ser la inclinacin que se le da a las paredes laterales de una va en corte y en relleno.

Los valores de la inclinacin de los taludes para las secciones en corte ser, de modo general, los indicados en la tabla 5.4.6.2 de las N.P.D.C. y para las secciones en relleno los indicados en la tabla 5.4.6.4. de las mismas.

TABLA 2.8. TALUDES DE CORTE.

CLASE DE TERRENOTALUD

V : H

Roca Fija10 : 1

Roca Suelta4 : 1

Conglomerados3 : 1

Tierra Compacta2 : 1

Tierra Suelta1 : 1

Arena1 : 2

Fuente : N P D C.

TABLA 2.9. TALUDES DE RELLENO

MATERIALTALUD

V : H

Enrocado1 : 1

Terrenos Varios 1 : 1.5

Arena1 : 2

Fuente : N P D C.

BANQUETA DE VISIBILIDAD. Cuando se tiene secciones en corte completo o a media ladera, de modo que el talud de corte esta al interior de la curva, el conductor al recorrer la curva logra tener una visibilidad en rayos que son cuerdas tangentes al talud de corte a la altura del operador, si aquella tangente no tiene la distancia aproximada para maniobrar cuanto menos la distancia de parada, indiscutiblemente siempre existir el riesgo de que el vehculo choque ante un objeto que se encuentra en el carril de su trayectoria.

Existe la posibilidad que mediante un anlisis numrico se haga el chequeo de la visibilidad y si el caso lo requiere disear el correspondiente corrimiento del talud de corte ( Banqueta de Visibilidad ) de modo que finalmente la visibilidad en la curva est garantizada. La frmula para tal chequeo se expone a continuacin:

Fig. 1.3 BANQUETAS DE VISIBILIDADDonde:

a =Ancho del carril.

R =Radio de la curva en el eje en metros.

Dv =Distancia de visin o de visual.

M =Distancia del eje de la va a la cuerda tendida, comnmente de 1.06 a 1.30 m. de altura sobre el nivel de la calzada.

b =Ancho de la banqueta de visibilidad en metros.Considerando que un vehculo va por el centro de un carril se tiene el siguiente grfico:

DIBUJO DE BANQUETA DE VISIBILIDAD

LAMINA 1.1

ELEMENTOS DE CURVAS HORIZONTALES. Los elementos de curvas horizontales que permiten su ubicacin y trazo en el campo, son:

CURVA HORIZONTAL SIMPLE (ELEMENTOS) Donde:

PI : punto de interseccin de dos alineamientos.

PC : principio de curva.

PT : principio de tangencia o trmino de curva.

I : ngulo de interseccin de dos alineamientos.

R : radio de la curva.

T : tangente de la curva.

E : externa .

Lc : longitud de curva circular ( arco PC - PT ).

C : cuerda entre el PC y PT.

f : flecha.

Las frmulas para el clculo de los elementos de curva, son ELEMENTOS DE CURVAS SIMPLES.

Elemento SmboloFrmula

TangenteTT = R tan ( I / 2 )

Longitud de curvaLc

CuerdaCC = 2 R Sen ( I / 2)

ExternaEE = R [ Sec ( I / 2 ) 1 ]

FlechaF f = R [1 Cos ( I / 2 ) ]

PERFIL LONGITUDINAL: Viene a ser la configuracin del terreno del eje de la va.

RASANTE: Viene a ser la superficie que queda una vez que se ha concluido con el pavimento.

SUBRASANTE:Es la lnea de interseccin del plano vertical que pasa por el eje de la carretera con el plano que pasa por la plataforma que se proyecta.

Consideraciones para ubicar la subrasante.

- En terreno llano, la rasante estar sobre el terreno por razones de drenaje, salvo casos especiales .

- En terreno ondulado, por razones de economa, la rasante seguir las inflexiones del terreno,

sin perder de vista las limitaciones impuestas por la esttica, visibilidad y seguridad.

En terreno accidentado o montaoso, ser necesario adaptar la rasante al terreno, evitando los tramos en contrapendiente..

En general la subrasante debe ubicarse mas en corte que en relleno. Lo ideal es compensar los cortes con los rellenos.

CURVAS VERTICALES. Son curvas parablicas que se emplean para unir los diferentes tramos del alineamiento vertical de modo que siempre se tenga la visibilidad necesaria.

NECESIDAD DE CURVAS VERTICALES.

De acuerdo con las N.P.D.C. se utilizarn curvas verticales cuando el cambio de pendientes es

1% para las carreteras con pavimento de tipo superior.

2% `para las dems.

Tipos:

- Por su forma: Pueden ser convexas y cncavas.

- Por la longitud de sus ramas: simtricas y asimtricas.

CALCULO DE LAS CURVAS VERTICALES.

Para calcular las curvas verticales se sigue el siguiente procedimiento:

- Determinar la necesidad de curvas verticales

- Precisar el tipo de curva vertical a utilizar.- Calcular la longitud de la curva vertical. Para esto debemos considerar las distancias de visibilidad de parada y/o sobrepaso, segn sea el caso.- Se corrigen las cotas de la subrasante

LONGITUD DE LAS CURVAS VERTICALES:

* CURVAS VERTICALES CONVEXAS.

La longitud de las curvas verticales convexas se determinan en funcin de la Distancia de Visibilidad de Parada y en funcin de la Distancia de Visibilidad de Paso.

Cuando se desea contar con distancia de visibilidad de parada

La longitud mnima de la curva vertical convexa se determina con las siguientes frmulas:

Para Dp > L L = 2Dp -

Para Dp < L L =

Donde:

L = Longitud de la curva vertical, m.

Dp = Distancia de visibilidad de frenado, m.

V = Velocidad Directriz, Km/h.

A = Diferencia algebraica de pendiente, %.

Cuando se desea obtener visibilidad de sobrepaso :

De acuerdo con la figura N 15, se obtiene la longitud mnima de curva vertical convexa.

Para Ds > L L = 2Ds -

Para Ds < L L =

Donde:

L = Longitud de la curva vertical, m.

Ds = Distancia de visibilidad de paso, m.

V = Velocidad Directriz, Km/h.

A = Diferencia algebraica de pendiente, %.

CURVA CONCAVA SIMETRICA

FIGURA N 1.2.b - CURVA CONCAVA SIMETRICA

Donde :

m = Ordenada mxima.

L = Longitud de la curva simtrica.

A = Diferencia algebraica de pendientes.

X,Y =Coordenadas rectangulares de un punto cualquiera de la curva tomada a partir de un eje que pasa por PCV o PTV

* CURVAS VERTICALES CONCAVAS (SIMETRICAS-ASIMETRICAS):

Para calcular la longitud de este tipo de curvas se lo hace con la lmina N5.5.3.4. de la NPDC.

CURVA CONVEXA SIMETRICA

Donde :

m = Ordenada mxima.

L = Longitud de la curva simtrica.

A = Diferencia algebraica de pendientes.

X,Y = Coordenadas rectangulares de un punto cualquiera de la curva tomada a partir de un eje que pasa por PCV o PTV

CURVA CONVEXA ASIMETRICA Donde :

m =Ordenada mxima.

L1, L2 =Longitudes parciales de la curva asimtrica.

A =Diferencia algebraica de pendientes.

X1,Y1 =Coordenadas rectangulares de un punto cualquiera de la curva tomada a partir de un eje que pasa por PCV.

X2,Y2 =

Coordenadas rectangulares de un punto cualquiera de la curva tomada a partir de un eje que pasa por PTV.

CALCULO DE LAS ORDENADAS.

a) Curvas verticales simtricasDeterminada la longitud de la curva en la forma descrita, se hace necesario calcular las ordenadas de la curvas vertical para lo cual se utilizan las siguientes frmulas:

m =

y =

Donde:

m = Ordenada mxima en m.

L = Longitud de la curva vertical, m.

A = cambio de pendiente en porcentaje.

Y = ordenada a una distancia X

X = Distancia parcial medida desde el PCV.

4.2.3 TRAZADO DEL EJE LONGITUDINAL

Para efectos de realizar un mejoramiento, es necesario en primera instancia evaluar la va y luego de ello se procede a definir el eje considerando para ello los tramos en los que solamente necesita ampliar radios, superficies de rodamientos, aligerar pendientes, etc,; as como aquellos tramos en los que se necesite variar la ubicacin del eje, optndose por el trazado de un nuevo eje, para lo cual debemos efectuar el reconocimiento, trazo de la lnea de gradiente, poligonal y luego diseo del eje.

4.2.4 NIVELACION DEL EJE LONGITUDINAL

Definido el eje y estacado convenientemente, se procede a efectuar la nivelacin de todas las estacas (Nivelacin geomtrica compuesta en circuitos de ida y vuelta), con la finalidad de calcular las cotas de dichas estacas, las mismas que posteriormente nos servirn para obtener el perfil longitudinal.Simultneamente con el proceso de la nivelacin se deben colocar los Bench Marks, a intervalos de 500 m. aproximadamente, los cuales deben ser debidamente numeradas y monumentados.

4.2.5 SECCIONAMIENTO TRANSVERSAL

Efectuado el estacado de la va se procede al seccionamiento transversal de cada una de las estacas.

Procedimiento:

- En cada progresiva, en forma perpendicular al eje, se tiende un jaln, sobre el cual se coloca el eclmetro.

Luego se lee el ngulo de inclinacin; y se mide la distancia en que se desarrolla tal inclinacin, anotando en la libreta bajo forma de quebrados la inclinacin del terreno en porcentaje (en el numerador) y la distancia en metros (en el denominador).

SECCIN TIPICA

4.3.0 ESTUDIO DE SUELOS Y CANTERAS

4.3.1 GENERALIDADES

Conociendo la vital importancia que tiene la Mecnica de Suelos, es necesario conocer primeramente la estructura del suelo, la cual servir de sustento para las diferentes obras que se pretenden disear, con la finalidad de poder dar un mejor dimensionamiento de sus elementos, tambin podemos mencionar que dicho estudio debe hacerse bajo la supervisin de especialistas en suelos, este estudio no debe limitarse al sitio donde se va a construir la estructura sino que debe comprender toda la zona, es importante el conocimiento de las condiciones climticas de la zona, as como su geologa.

En el estudio de suelos se debe tener cuidado especial, ya que los elementos de la estructura que conforman la cimentacin de cualquier tipo de obra de Ingeniera Civil, se encuentran por debajo de la superficie del terreno, por lo que es necesario conocer el perfil del subsuelo, el que nos proporcionar la informacin acerca de la clase de suelos y rocas existentes y nos indicara la profundidad a la que se encuentran las aguas subterrneas, as como el espesor de las diferentes capas que conforman el subsuelo.

Las obras de Ingeniera Civil estn ntimamente ligadas con los suelos; ya sea para emplearlos como terreno de fundacin y/o como material de construccin; y como sabemos, estos suelos estn distribuidos en estratos verticales y horizontales con propiedades muy singulares que hacen variar las cualidades de dicho suelo y por consiguiente los hacen buenos o malos para el uso que se les pretenda dar.

4.3.2 GEOLOGIALa Geologa es la ciencia que estudia, en todos sus aspectos la composicin y estructura de la corteza terrestre.

Ciclo Geolgico. Es el estudio de los procesos que han conducido a la actual disposicin estructural de la corteza terrestre, considerando los procesos anlogos que hoy se realizan. La escultura de la superficie terrestre, se realiza mediante agentes tales como los grandes cambios de temperatura (especialmente la congelacin y deshielo del agua contenida en grietas), la accin elica (especialmente en regiones desrticas), la de la lluvia sobre las rocas solubles y rocas que el agua puede descomponer, la accin erosiva de la escorrenta y de los ros sobre las superficies de las rocas, la desintegracin y transporte del material por el lento movimiento de los heleros, y la accin erosiva del mar en casi todos los litorales costeros.

La sedimentacin se debe al viento o a la accin del agua, especialmente a esta ltima, pues el viento se limita generalmente a regiones desrticas.

4.3.3 ENSAYOS GENERALESEl estudio de suelos es uno de los factores mas importantes en toda obra de ingeniera, su estudio debe ser minucioso con la finalidad de determinar los efectos recprocos entre el terreno y la estructura y as evitar problemas provocados por asentamientos excesivos e irregulares.

Nos permite conocer las condiciones naturales del terreno, disear las mezclas que debern aplicarse a las distintas capas del pavimento, y comprobar su resistencia y estabilidad.

Conocidos los perfiles topogrficos y fijada la subrasante es necesario conocer los diferentes tipos de materiales que forma el subsuelo a diferentes profundidades para lo cual se efectuarn calicatas de hasta 1.50 metros de profundidad.

Los ensayos de laboratorio ha realizarse sern:

a) Contenido de humedad.

b) Peso especfico.

c) Anlisis granulomtrico.

d) Lmites de consistencia:

- Lmite lquido.

- Lmite plstico.

ENSAYOS DE CONTROL O INSPECCION

a) Compactacin.

ENSAYOS DE RESISTENCIA.

a) CBR.

Seguidamente definiremos cada uno de los ensayos realizados:

4.3.3.1 ENSAYOS GENERALES.a. CONTENIDO DE HUMEDAD.

El contenido de humedad en una masa de suelo es la cantidad de agua presente en dicha masa en trminos de su peso en seco.

O sea:

W(%) = Contenido de humedad.

Ph = Peso del suelo hmedo.

Ps = Peso del suelo seco.

b. PESO ESPECIFICOEs la relacin entre su peso al aire y el peso al aire de una muestra de agua destilada del mismo volumen y a la misma temperatura.

Se determina mediante la siguiente frmula

S = Peso especfico del suelo.

T= Peso especfico del agua.

Ps = Peso de la muestra seca.

Pfas= Peso de la fiola, calibrada con agua y suelo.

Pfa = Peso de la fiola con agua.

c. ANALISIS GRANULOMETRICOEl anlisis granulomtrico, se realiza con la finalidad de determinar la cantidad en porcentajes de los diversos tamaos de las partculas que constituyen un suelo.

Si el material es granular, los porcentajes de piedra grava y arena se pueden determinar fcilmente mediante el empleo de tamices.

Si el suelo contiene un porcentaje apreciable de material fino (limo + arcilla), el anlisis granulomtrico se basa, generalmente, en el principio de sedimentacin; siendo el mtodo hidromtrico o A.A.S.H.O estndar ( norma A.A.S.H.O. - T-88-70) el ms reconocido y usado. Sin embargo existe otro mtodo: Mtodo del sifoneado; con el que se obtienen, con un mnimo de equipo, resultados prcticamente iguales a los que se logran con el mtodo estndar. Por lo que, en este estudio es el mtodo del sifoneado el que se ha utilizado para el anlisis granulomtrico del suelo materia de estudio.

Con los resultados del sifoneado se completa el grfico de la curva granulomtrica.

El procedimiento del mtodo de sifonaje consiste en tomar una muestra de 100 gr. de suelo seco que pasa la malla N 10, luego en el homogeneizador se coloca la muestra con una pequea cantidad de agua y se procede a mezclarlo durante 15 minutos, despus en una probeta se deja que sedimente y se bota el agua, cuidando de no botar el suelo, se tapa con un tapn y se termina de botar toda el agua que est sobre el tapn, luego se coloca al horno en una tara hasta que seque para despus pesarlo; la diferencia de este peso con los 100 gr. es el porcentaje de arcilla.

d. LIMITES DE CONSISTENCIALos ms importantes para el presente trabajo son el lmite lquido y lmite plstico, los cuales estn representados por contenidos de humedad. LIMITE LIQUIDO (LL)Es el porcentaje de humedad, por debajo del cual, el suelo se comporta como un material plstico.

LIMITE PLASTICO (LP)Es el contenido de humedad, por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no plstico.

INDICE DE PLASTICIDAD (IP)Es el valor numrico de la diferencia entre el lmite lquido y el lmite plstico.

IP = LL - LP

4.3.3.2 ENSAYOS DE CONTROL O INSPECCION

a) COMPACTACIONEs el proceso mecnico, por medio del cual se reduce el volumen de los materiales, en un tiempo relativamente corto, con el fin de que sean resistentes a las cargas y tengan una relacin esfuerzo - deformacin conveniente durante la vida til de la obra.

Es conveniente hacer notar que hay materiales que con un cierto grado de compactacin se tornan muy expansivos en presencia de agua; este tipo de materiales no es conveniente utilizarlos en las obras viales en forma natural, pues si se compactan, aumentan su volumen y si se dejan con un grado bajo de compactacin se deforman en forma apreciable en la operacin. En caso de que por economa sea necesario utilizar alguno de estos materiales, deber ser estabilizado con cal o cemento, lo cual, influir en los costos.

VERIFICACION DE LA COMPACTACIONLa compactacin alcanzada se mide por medio del grado de compactacin (Gc), que se define como la relacin en porcentaje del peso volumtrico seco que se tiene en la obra y el peso volumtrico seco mximo que se obtiene en el laboratorio; la expresin para calcular el grado de compactacin es:

PRUEBAS DE COMPACTACION EN EL CAMPOCon las pruebas de campo se encuentra el peso volumtrico seco alcanzado en la obra, para lo cual se hace un sondeo a cielo abierto con una profundidad igual al espesor de la capa de estudio y con un ancho o dimetro igual a 3 4 veces del tamao mximo del agregado (15 cm. mximo).

El material que se extrae del sondeo se coloca en una charola para conocer el peso hmedo y se toma una pequea muestra para conocer su humedad, con lo cual podemos calcular el peso seco del material:

En la frmula anterior, la humedad entra en porcentaje.

El volumen del sondeo (V), se encuentra vaciando en l arena con granulometra uniforme ( entre tamaos 0.850mm a 0.600mm.), lo cual se puede llevar a cabo por medio de una probeta, por medio de embudo y trompa o por medio de frasco y cono. Hay otros mtodos como los que utilizan agua o aceite para medir el volumen, pero como requieren de una membrana plstica para evitar que el fluido se infiltre en el suelo, en general, se puede decir que son ms imprecisos que los que no la utilizan, ya que a medida que la membrana es menos flexible menos se pliega a las irregularidades del sondeo. El peso volumtrico se calcula con la frmula:

PRUEBAS DE COMPACTACION DE LABORATORIO. TIPOS

Compactacin esttica y compactacin dinmica.Para encontrar el grado de compactacin se requiere el patrn de laboratorio con el que se debe comparar el peso volumtrico seco encontrado en el campo (mxima densidad seca).

Para calcular la mxima densidad seca utilizamos la siguiente frmula:

Ds = Mxima densidad seca.

Pms = Peso del molde ms muestra compactada.

Pm = Peso del molde.

V = Volumen de la muestra.

W = Contenido de humedad en porcentaje.

Las pruebas de compactacin de laboratorio son principalmente de dos tipos : estticas y dinmicas.

Las pruebas de compactacin estticas son aquellas en que se compacta el espcimen con una presin que se proporciona al material por medio de una placa que cubre la superficie libre del molde y cuyo principal exponente es la prueba de Porter Estndar. Esta prueba se realiza con las siguientes caractersticas:

Dimetro del molde : 15 cm.

Presin esttica : 140.6 Kg/cm2Cantidad de material: 4 Kg.

Si al terminar de dar la presin la base metlica se humedece ligeramente, se dice que el peso volumtrico seco obtenido es el mximo y la humedad correspondiente es la ptima.

Si no se humedece la base se repetir la prueba con mayor humedad; pero si la expulsin es grande la cantidad de agua que se use ser menor.Las pruebas de tipo dinmico son aquellas en las que el espcimen se elabora compactando el material por medio de pisones, que tienen un rea de contacto menor a la seccin libre del molde que se usa, el ejemplo tpico de las pruebas de este tipo es la Proctor Estndar, que se realiza con las siguientes caractersticas:

Dimetro del molde

10.2 cm.

Peso del pisn

2.5 kg.(5lb.)

Altura de cada

30.5 cm.

Nmero de capas

3.0

Nmero de golpes

25.0

La AASHTO especifica otras pruebas de tipo dinmico denominadas: modificada tres capas y modificada cinco capas, para las cuales se usan moldes de 15.3 cm. de dimetro y pisones de 4.54 Kg, con altura de cada de 45.7 cm y con 56 golpes cada capa.

4.3.3.2 ENSAYO DE RESISTENCIA.

a) CBR.Este ensayo establece una relacin entre la resistencia a la penetracin de un suelo y su capacidad de soporte como base de sustentacin de un pavimento.

El nmero CBR se obtiene como el porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistn en la muestra compactada, dividido con el esfuerzo para hacer penetrar el mismo pistn hasta la misma profundidad, en una muestra patrn de piedra triturada y compactada.

En forma de ecuacin se expresa de la siguiente manera:

Para el diseo de obras viales, el CBR que se utiliza es el valor que se obtiene para una penetracin de 0.1 a 0.2, considerando el mayor valor obtenido.

Para determinar el CBR de un suelo se realizan los siguientes ensayos:

Determinacin de la densidad mxima y humedad ptima. Compactacin para CBR. Determinacin de la resistencia a la penetracin.CLASIFICACION TIPICA DE CBR

C B RCLASIFICACIONUSOSAASHTO

0 - 3Muy pobreSubrasanteA5, A6, A7

3 - 7Pobre a regularSubrasanteA4, A5, A6, A7

7 - 20RegularSub-baseA2, A4, A6, A7

20 - 50BuenoBase, Sub-baseA1b, A2-5, A3, A2-6

Mayor a 50ExcelenteBase.A1a, A2-4, A3

FUENTE:ESTRUCTURACION DE VIAS TERRESTRES.

AUTOR :Fernando Olivera Bustamante.4.3.3.4 ESTABILIDAD DE SUELOSLa estabilizacin de un suelo es el proceso ms sencillo, inmediato y econmico para hacerlos apropiados para algn uso especfico.

Existen muchos procedimientos de estabilizacin de suelos, por ejemplo: estabilizacin por Medios Mecnicos de los que la compactacin es el ms conocido, estabilizacin por Medios Qumicos generalmente lograda por la adicin de agentes estabilizantes tales como: cal, cemento, asfalto u otras.

4.3.4 ESTUDIO DE ESTABILIDAD DE TALUDES:

El moderno desarrollo de las actuales vas de comunicacin as como la construccin de presas de tierra y obras de proteccin (muros), han puesto al diseo y construccin de taludes en un plano de importancia ingenieril de primer orden, tanto por el aspecto de inversin como por el de consecuencia derivadas de su falla.

No hay duda que el talud constituye la estructura ms compleja de las vas terrestres; ligadas a su estabilidad aparecen los problemas ms complicados de la mecnica de suelos. En primer lugar ser preciso analizar la necesidad de definir criterios de estabilidad de taludes; entendindose por tales, definir cual ser la inclinacin apropiada en corte o terrapln y seleccionar la idnea, que resultar ser aquella a la que corresponda la mnima masa de terreno movida.

En la actualidad, la investigacin de taludes est muy lejos de resolver todos los aspectos del anlisis. En taludes siempre se han imaginado que la falla ocurre como un deslizamiento de masa del suelo, actuando como un cuerpo rgido a lo largo de la superficie supuesta; al inicio se imagin la falla plana, hiptesis poco fecunda que fue destruida por experiencias posteriores, las cuales demostraron que la ruptura del suelo ocurre en una superficie curva.

En corte o rellenos de alturas poco comn, se har convenientemente el anlisis de estabilidad, utilizando el mtodo sueco; dicho anlisis requiere de ensayos de laboratorio que deban hacerse con muestras de suelo sin descomponer (caso de cortes).

PARMETROS PARA EL DISEO DE TALUDES

La estabilidad de taludes naturales (laderas) o artificiales (cortes y terraplenes) dependen de:

La resistencia al corte es caracterizada por los parmetros:

. Cohesin (C).

. ngulo de friccin interna ()3 El peso unitario (Pu).

La altura del talud (H)

La pendiente del talud (p)

La resistencia al corte de la cimentacin, caracterizada por los parmetros: C, .

Las presiones del poro.

El mecanismo de falla crtico es usualmente un deslizamiento superficial o profundo, tangente (en algunos casos no) a la parte superior de un estrato resistente en la cimentacin, esto segn el tipo de problema de estabilidad a analizar, as tenemos dos casos que nos ocupa:

Terraplenes en terreno blando.

Taludes en excavaciones (taludes de corte).

Los valores de las resistencias y C para el anlisis de estabilidad pueden ser determinados utilizando ensayos triaxiales: consolidados drenados, consolidados no drenados, no consolidados no drenados con medicin de presin de poros; ensayo de corte directo; o por correlaciones de granulonetra, densidad relativa y forma de partculas.

Las presiones de poro puede ser determinada por mediciones durante la prueba triaxial; por mediciones de campo, o utilizando redes de flujo u otro tipo de anlisis de infiltraciones. Las presiones de poros internas y presiones de agua externas deben ser incluidas en el anlisis de estabilidad.

MTODO A USAR:

MTODO SIMPLIFICADO DE BISHOP:

Establece que la superficie de falla es un cilindro, cuya traza con el plano del papel es un arco de circunferencia. A la versin original (1955) se le ha adicionado una fuerza esttica horizontal que simula los efectos ssmicos.

HIPTESIS: Mecanismo de falla circular.

La fuerza de corte entre dovelas xi , es nula.

La fuerza normal Ni acta en el punto medio de la base de la dovela.

Para cada dovela se satisface el equilibrio de fuerzas verticales, pero no as el equilibrio de fuerzas horizontales ni el equilibrio de momentos.

Para la masa total deslizante se satisface el equilibrio de fuerzas horizontales.

A partir de d), se deduce que no es posible determinar la magnitud y localizacin de la fuerza normal entre dovelas Ei.

CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL USO DEL MTODO SIMPLIFICADO DE BISHOP

1 Con criterio conservador, se considera como aceptable factores de seguridad a 1.5; sin embargo, en la prctica se puede usar factores bastante menores (1.1 1.2), los que han demostrado excelente comportamiento frente a cargas vivas y ssmicas; ste ltimo criterio se considerar para el diseo de los taludes.

2 Es recomendable realizar los ensayos de laboratorio con muestras inalterables para determinar los parmetros de resistencia del suelo.

3 Para el chequeo del Factor de Seguridad, los taludes iniciales han sido tomado de la tabla 5.4.6.2 de las NPDC.

4 Naturalmente, el mtodo considera los diferentes estratos de la seccin transversal del talud.

5 Para escoger el crculo de falla que conduce al factor de seguridad mnimo, se proceder en base a tanteos, en el que se probar el nmero suficiente de crculos hasta obtener una garanta razonable de haber encontrado el que produce el mnimo factor de seguridad, susceptible de presentarse (crculo crtico).

6 Teniendo en cuenta el mapa de zonificacin del coeficiente ssmico en el Per y teniendo en cuenta un anlisis de riesgo ssmico preparado para la zona de Cajamarca, se obtiene un coeficiente ssmico equivalente a 0.17 ( k = 0.17).

7 Para el diseo de taludes se utilizar el programa de cmputo basado en el Mtodo de Alan Bishop Simplificado.

4.3.5 UBICACIN Y ESTUDIO DE CANTERASLos materiales de cantera son bsicos para la construccin de carreteras y vas urbanas. Tienen que soportar los principales esfuerzos que se producen en la va y han de resistir el desgaste por rozamiento de la superficie. Por tales motivos es importante conocer las propiedades y caractersticas de las canteras.

4.3.5.1 EXPLORACION Y EXPLOTACIONCuando se seleccionan zonas o sitios de prstamo, para la construccin de autopistas, carreteras, vas urbanas o pistas de aterrizaje, es necesario conocer la clase o clases de suelos existentes en dicha zona, as como el volumen aproximado del material o materiales, que puede ser excavable, removible y utilizable.

La explotacin de bancos de roca o suelo se hace utilizando determinados equipos con caractersticas y usos bien establecidos por la experiencia previa de construccin. La seleccin de equipo adecuado para un uso particular ser funcin de tres factores fundamentales: La disponibilidad de equipo, el tipo de material por atacar y la distancia de acarreo del material.

4.3.5.2 UBICACINPara la ubicacin de las canteras se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

Tienen que ser los ms fcilmente accesibles y los que se puedan explotar por los procedimientos ms eficientes y menos costosos.

Tienen que ser los que produzcan las mnimas distancias de acarreo de los materiales a la obra.

Tienen que ser los que conduzcan a los procedimientos constructivos ms sencillos y econmicos durante su tendido y colocacin final en la obra, requiriendo los mnimos tratamientos.

Los bancos deben estar localizados de tal manera que su explotacin no conduzca a problemas legales de difcil o lenta solucin y que no perjudiquen a los habitantes de la regin.4.5.0 HIDROLOGIA Y DISEO DE OBRAS DE ARTE

4.5.1 GENERALIDADESUno de los elementos que mayores problemas causa a los caminos, es el agua, ya que en general provoca la disminucin de la resistencia de los suelos, por lo que se presentan fallas en terraplenes, cortes y superficies de rodamiento.

El agua de lluvia, al caer sobre la superficie terrestre tiene varios destinos: puede escurrir superficialmente, infiltrarse al subsuelo, o evapotranspirarse.

Al construirse un camino, por lo general se corta el escurrimiento natural, permitindose el paso del agua slo en los sitios elegidos por el proyectista en los que se construirn obras que permitan alejar el agua del camino, lo ms pronto posible.4.5.1.1 CLASIFICACION DEL DRENAJE.

El drenaje se clasifica en superficial y subterrneo. El drenaje superficial

Se clasifica, segn la posicin que las obras guardan con respecto al eje de camino, en longitudinal y transversal.

Este drenaje se clasifica en:

El drenaje longitudinal es aquel que tiene por objeto captar los escurrimientos para evitar que lleguen al camino o permanezcan en l; quedan comprendidos en este tipo las cunetas contracunetas, bordillos y canales de encauzamiento.

El drenaje transversal es el que tiene por objeto dar paso expedito al agua que cruza de un lado a otro del camino, o bien, retirar lo ms pronto posible de su corona; quedan comprendidos en este tipo de drenaje las alcantarillas, puentes, badenes, bombeo de la corona; etc. El drenaje subterrneo:

Se debe controlar y eliminar el agua subterrnea, impidindole que erosione o que provoque presiones indeseables. Las obras de subdrenaje ms comunes son los drenes longitudinales de zanja y los drenes transversales.

4.5.1.2 PARAMETROS DE DISEOINTENSIDAD. Representa la razn de cada de las lluvias por unidad de tiempo y a menudo es expresada en mm/h; su magnitud es de vital importancia para los hidrlogos, los que tratan de prevenir las riadas; as como los que tratan de evitar la erosin del suelo.

A. DURACION. Es el complemento de la intensidad, la asociacin de los dos determina la precipitacin total. Es el tiempo transcurrido entre el comienzo y la finalizacin de la tormenta y es expresada en minutos u horasB. FRECUENCIA. Se refiere al nmero de veces que una tormenta de caractersticas definidas puede repetirse dentro de un lapso de tiempo ms o menos largo que generalmente, es tomada en aos.4.5.1.3 CONSIDERACIONES DE UN BUEN DRENAJE- Para lograr que una va, en general, cuente con un buen drenaje se debe evitar que:

- El agua superficial circule en cantidades excesivas sobre el pavimento.

- El agua de lluvia, se infiltre hacia la subrasante, la sature y originen asentamientos debido a la prdida de capacidad de soporte.

- Los taludes de corte se saturen dando lugar a los derrumbes y deslizamientos.

- El agua subterrnea ascienda hacia la subrasante.

4.5.2 DATOS DE DISEOEl anlisis de mximos eventos hidrolgicos es importante, puesto que predice el comportamiento de descargas lmite, para el dimensionamiento de estructuras hidrulicas (control, conduccin, almacenamiento y manejo de avenidas), tiene importancia en la atenuacin de daos por inundaciones.

Resulta fcil disear una estructura con capacidad para corto gasto, pero es bastante difcil disear para el gasto de diseo teniendo en cuenta que el sobredimensionamiento o subdimensionamiento repercute en la economa y/o seguridad del proyecto.

El estudio hidrolgico tiene relacin con el perodo de retorno que depende de la vida til de la estructura y el riesgo de falla considerado, de tal manera que las estructuras funcionen eficientemente durante el perodo de vida til y con la mxima economa posible, para ello se cuenta con registros histricos de las variables aleatorias, se usan para el dimensionamiento de estructuras pequeas tal como drenaje urbano de aguas pluviales en la que el rea receptora - colectora es relativamente pequea, la informacin obtenida est constituida de bandas pluviogrficas, para que mediante un anlisis de tormentas, permita obtener las mximas intensidades para diferentes perodos de duracin en relacin con los tiempos de concentracin del rea receptora.

A. RIESGO DE FALLA (J). Representa el peligro a la probabilidad de que el gasto de diseo sea superado por otro evento de magnitudes mayores. Si llamamos P, a la probabilidad acumulada de que no ocurra tal evento, es decir, que la descarga considerada no sea igualada o superada por otra, entonces la probabilidad de que ocurra dicho evento en N aos consecutivos de vida, representa el riesgo de falla (J) y est dado por:

INCRUSTAR Equation.3 B. TIEMPO O PERIODO DE RETORNO (Tr). Es el tiempo transcurrido para que un evento de magnitud dada se repita en promedio. Se expresa en funcin de la probabilidad de ocurrencia utilizada por 1 - P:

C. VIDA UTIL (N). Concepto econmico en relacin con las depreciaciones y costos de las mismas. La vida fsica de la estructura puede ser mayor y, en algunos casos es conveniente que sea la mxima posible para no provocar conflictos de aprovechamiento hdrico en generaciones futuras.

D. TIEMPO DE CONCENTRACION (Tc). El tiempo de concentracin se define como el tiempo que tarda el agua en viajar desde el punto ms alejado del rea, hasta el punto de la desembocadura o control.

Para el clculo del tiempo de concentracin utilizaremos la frmula emprica de Mockus:

Donde:

Tc:Tiempo de concentracin (horas).

L:Longitud de mxima avenida (metros)

S:Pendiente del cauce principal

E. INTENSIDAD MAXIMA DE LLUVIA (l). Es el nmero de milmetros por hora de precipitacin pluvial esperado en una localidad dada. Para sistemas de drenaje, es necesario prever una vida til en aos consecutivos y con un riesgo de falla con lo cual obtenemos un perodo de retorno.

Para el diseo apropiado de una estructura de drenaje, el ingeniero debe conocer el escurrimiento que puede llegar a la estructura.

Esta cantidad de agua se debe determinar a partir de la ms fuerte precipitacin pluvial a la que habr que ajustarse y depende de la frecuencia de la tormenta para diseo y de las caractersticas de la cuenca colectora.

F. FRECUENCIA DE TORMENTAS. El primer paso para disear una estructura de drenaje es escoger la frecuencia de la tormenta que se va a usar para determinar las dimensiones de la abertura de la va pluvial, esta se calcula con la siguiente frmula:

F =Frecuencia en fraccin de unidad.

m =Nmero de orden del evento.

n =Nmero de orden de registro.

CALCULO DE CAUDALES.Para el clculo de los caudales existen diversos mtodos basados en frmulas deducidas de observaciones que dan aproximaciones aceptables.

Utilizaremos el mtodo racional, por ser el ms empleado para calcular la escorrenta mxima en base a las intens0idades mximas de precipitacin y del coeficiente de escorrenta.

Q = Escurrimiento en m3/seg.

C = Coeficiente de escorrenta.

I = Intensidad mxima de diseo de precipitacin en mm/h

A = Area drenada en Has.

COEFICIENTE DE ESCORRENTIA:Es la relacin que expresa la cantidad de lluvia que produce escorrenta superficial en funcin de la lluvia total precipitada.

COEFICIENTE DE ESCORRENTIA: C

Naturaleza de SuperficieTopografa

Ondulada S de

5 a 10 %Inclinada S de

10 a 30 %

Cultivos Generales

Cultivos de Pastos

Cultivos de Bosques

reas Desnudas0.60

0.36

0.18

0.800.72

0.42

0.21

0.90

Fuente : Riego y Avenidas, de Enrique Blair

4.5.3 DISEO DE OBRAS DE ARTE

4.5.3.1 DISEO DE CUNETAS.

Consideraciones de Diseo:

Pendiente: Generalmente se considera la misma pendiente del camino en le tramo correspondiente, esta no debe ser ,menor de 0.50% para evitar problemas de sedimentacin.

Velocidades Admisibles: La velocidad ideal es la que lleva el agua sin causar obstruccin ni erosinVelocidad Mxima:4.00 m/s.

Velocidad Mnima:0.50 m/s.

-Revestimiento de las Cunetas: Cuando el suelo es deleznable y la rasante de la cuneta es igual o mayor de 4%, esta deber revestirse con piedra y lechada de cemento.

Frmula de Clculo: La frmula ms usada para el clculo de caudales es la FRMULA DE MANNING, que consiguientemente es aplicable al diseo de cuneta:

y

Donde:

Q:Descarga en metros cbicos por segundo.

S

:Pendiente de la cuneta en metro por metro.

R:Radio hidrulico en metro.

n

:Coeficiente de rugosidad.

V:Velocidad del agua en metros por segundos.

A :

rea de la seccin de la cuneta en metros cuadrados.

4.5.3.2 DISEO DE ALCANTARILLAS Y ALIVIADEROS DE CUNETAS:

Debido a las ventajas de diseo e instalacin se ha optado por las alcantarillas circulares tipo ARMCO; aunque el precio de compra del producto sea aparentemente alto, el costo de la instalacin puede resultar menor que el de las estructuras totalmente construidas en obra.

En los tramos en los que el caudal a evacuar sea mayor que el caudal de la cuneta, existe la posibilidad de evacuar el exceso por medio de alcantarillas o aliviaderos de cunetas, pero tambin puede hacerse a travs de zanjas de coronacin, las que a su vez controlan el efecto erosivo del agua de escorrentia sobre los taludes de corte.

Consideraciones de Diseo:

El diseo de este tipo de alcantarillas se basan en la Teora de Escurrimiento Crtico expuesta en el Manual de Drenaje y Productos ARMCO, cuyo objetivo es determinar la profundidad crtica en el conducto circular considerando la ley de velocidad crtica.

La velocidad crtica para la descarga mxima de cualquier seccin transversal de un canal, es la debida a una carga igual a la mitad del promedio de la profundidad del agua en dicha seccin transversal

Aplicando esta ley a un tubo circular, la carga que produce la velocidad crtica es igual a 0.3113D, en la que D es el dimetro del tubo en metros. La ecuacin es vlida cuando la superficie del agua coincide con la parte superior del tubo, y cuando ste se halla en una pendiente tal que no haya efecto de remanso debido a la friccin.

Grfico 4.5.3.2 Elemento de la Descarga Crtica en tubos circulares

Conocida la ecuacin de la carga hidrulica y la relacin que existe entre la carga y la velocidad, se determina la velocidad crtica.

De donde:

Esta ecuacin da la velocidad crtica en la seccin crtica, en donde la profundidad, con el rea y la velocidad en la seccin crtica conocida, puede determinarse la descarga.

A:Area de la profundidad de 0.6887 D = 0.5768 D2

Por tanto:

Conocida la descarga o caudal a evacuar por la alcantarilla, se tiene:

ecuacin que proporciona el dimetro del tubo en la seccin crtica, cuando la pendiente es suficiente para no causar el efecto del remanso.

- Efecto de la Pendiente: Determinado el dimetro del tubo , el paso siguiente es determinar la pendiente necesaria para permitir que el agua pase por la seccin crtica sin que se produzca el efecto de remanso. Aplicando la ecuacin de MANNING:

Donde n = 0.021 (metal corrugado).

Despejando:

Adems:

Tenemos S:

Expresada en tanto por ciento:

Esta ecuacin da el tanto por ciento de la pendiente en la que debe ser colocado el tubo para que el agua pasa la seccin crtica fluya sin formar remanso.

- Principio que gobiernan la colocacin de las alcantarillas:

Por colocacin de una alcantarilla se entiende el alineamiento y pendiente del conducto con respecto al camino y a la corriente de agua; la ubicacin apropiada para una alcantarilla es importante porque afecta la eficiencia del conducto, su conservacin y la posible erosin o deslave del camino; constituyendo cada instalacin un problema diferente.

- Alineamiento:

La corriente debe entrar y salir en la misma lnea recta. Cualquier cambio brusco de direccin en uno u otro extremo retarda la corriente y obliga a emplear un conducto de mayor seccin.

Evitar que la corriente altere su curso cerca de los extremos del conducto, de lo contrario volver inadecuado causando deslaves o formando remansos. Los revestimiento de piedra, csped, hormign o la colocacin de secciones terminales, ayudarn a proteger las orillas del cauce contra la erosin y evitarn los cambios de direccin.

- Pendiente:

La pendiente ideal de una alcantarilla es la que ocasiona sedimento ni velocidad excesiva y evita la erosin.

Velocidades mayores de 3 m/seg., causan erosin destructora aguas abajo, y al tubo mismo si no se la protege.

Se recomienda un declive de 1 a 2% para que resulte una pendiente igual o mayor un la crtica, con tal que no sea perjudicial. En general, para evitar la sedimentacin, se aconseja una pendiente mnima de 0.5%.

La prctica normal es al de hacer coincidir la pendiente del fondo de la alcantarilla con la del techo de la corriente; sin embargo, y que sea beneficioso, se permiten desviaciones de este principio.

- Longitud de las alcantarillas:

La longitud de una alcantarilla depende de la anchura del camino, altura del terrapln y de los taludes, pendiente y oblicuidad; del tipo de sus extremos, segn sean secciones terminales, muros de cabecera, extremos biselados, desage en pozo colector o vertedero.

Una alcantarilla debe ser lo suficiente larga para que sus extremos no queden obstruidos por sedimento o por expansin del terrapln. De ser as , se disminuir la eficiencia, y se aumentar los gastos de conservacin; por otra parte, la alcantarilla no debe tener extremos innecesariamente expuestos.

El mejor mtodo para obtener la longitud requerida consiste en hacer un grfico de la seccin transversal y el perfil del lecho de la corriente. A falta de dicho croquis, la longitud debe obtenerse agregando a la anchura del camino, incluidas las bermas y sobreancho de ser el caso, dos veces la relacin del talud, multiplicada por la altura del terrapln en el centro de la va. La altura del centro se toma hasta el fondo del conducto cuando no se requiere muros de cabecera; y hasta la parte superior, si se construyen dichos muros (ver figura 4.5.3.2 a y 4.5.3.2 b)

Grfico ( ) Clculo de la longitud de una alcantarilla con pendiente suave

Proteccin de las alcantarillas con empedrado (RIP RAP)

Tanto en el ingreso como en la salida, las alcantarillas requieren ser protegidas a fin de evitar la erosin en profundidad aguas arriba y aguas debajo de las mismas. La forma ms usual y econmica lo constituye el empedrado o rip- rap el cual segn el tamao del material se clasifican en:

Tipo 1 :

grava gruesa de 6 pul. (15 cm.)

Tipo 2 :

grava gruesa de 12 pul. (30 cm. )

Tipo 3 :

piedra de 12 pul. sobre capa de 6 pul. de arena - grava.

Tipo 4 :

piedra de 18 pul. sobre capa de 6pul.de arena - grava

CUADRO.............

PROTECCION CON EMPEDRADO EN ALCANTARILLAS Y ALIVIADEROS

CAUDAL

(m3/seg)INGRESOSALIDALONGITUD. DE LA PROTECCIN.EN LA SALIDA (m)

0.00 a 0.85

0.86 a 2.55

2.56 a 6.80

6.81 a 17.00No necesario

No necesario

Tipo 1

Tipo2Tipo 1

Tipo 2

Tipo 3

Tipo 42.50

3.60

5.00

6.70

Fuente: Manual Silvo Agropecuario, Tomo X

- Capacidades por encima de 17m3/seg. requieren consideracin especial.

- Si el conducto de la alcantarilla es bastante inclinado como para producir una velocidad superior a 4.60m/seg. en la salida, usar el tipo de proteccin correspondiente al siguiente rango superior de descargas (tipo 3 mnimo)

- Si se provee un disipador de energa a la salida, la proteccin con empedrado se reducir o eliminar.

C. MUROS DE SOSTENIMIENTO.Son estructuras de mampostera de piedra o concreto ciclpeo - concreto armado, los mismos que se disean y construyen en suelos que tienden a voltearse por el empuje de grandes masas de tierra, de tal manera que no sobrepase la presin que pueda resistir el terreno de fundacin ; estos muros generalmente se construyen para sostener el material del suelo, para estabilizar y evitar los excesos de relleno, para canalizar ros, quebradas y como soporte de las presiones de los puentes, etc.

Estos muros de contencin tienen muchos usos en obra de ingeniera, como por ejemplo, para estabilizar taludes de corte o de relleno en carreteras, para canalizar ros, quebradas y otros cursos de agua, para soportar puentes (estribos).

PARTES DE UN MURO DE SOSTENIMIENTO.

Las partes ms importantes son:

- Cimiento.- Generalmente tiene la forma de un paraleleppedo, de ancho B y alto hc, el largo es variable pero con fines de clculo estructural se acostumbra considerar un ancho igual a 1 m.

- Cuerpo - Tiene la forma de una pirmide irregular truncada; de esta forma bsica pueden derivarse una serie de formas particulares segn el caso.

GEOMETRIA DE UN MURO SOSTENIMIENTO

Las dimensiones especficas del muro dependen del problema en estudio y del material escogido para su construccin ; as, si el muro es de concreto armado se puede utilizar una geometra esbelta, sin embargo si el muro es de concreto ciclpeo o de piedra, las dimensiones que pueden ser mucho ms grande:

Para el presente proyecto se ha diseado muros de concreto ciclpeo, cuyas dimensiones y caractersticas han sido tomadas de la lmina N A.3.2 de las Normas Peruanas de carreteras , realizndose los chequeos correspondientes.

H0.45H0.45H/3PRESION EN LA BASE Kg/cm2AREA DE LA SECCIN TIPO (m2)

1.40

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

5.50

6.00

6.50

7.00

7.50

8.00

9.00

9.50

10.000.630

0.675

0.900

1.125

1.350

1.575

1.800

2.025

2.250

2.475

2.700

2.925

3.150

3.375

3.600

4.050

4.275

4.500

0.210

0.225

0.3000

0.375

0.450

0.525

0.600

0.675

0.750

0.825

0.900

0.975

1.050

1.125

1.200

1.350

1.425

1.5000.213

0.221

0.260

0.303

0.350

0.395

0.008

0.496

0.550

0.603

0.656

0.705

0.762

0.816

0.870

0.946

1.055

1.0611.30

1.40

1.90

2.50

3.20

4.00

5.00

6.00

7.20

8.50

9.90

11.40

13.00

14.70

16.50

20.60

22.60

25.10

Fuente Lmina A.3.2 de la N.PD.PONTN.

Toda construccin que permita cruzar a distinto nivel a una va de comunicacin sobre un curso de agua, otra va de comunicacin o sobre una quebrada.

DISEO GEOMETRICO DEL PONTON:

Para el diseo geomtrico de vas debemos tener en cuenta las caractersticas del perfil longitudinal y de la seccin transversal; en el perfil longitudinal la pendiente del trazo y si existe la presencia de curvas verticales y en las de la seccin la forma misma, en puentes carreteros el ancho de la calzada (rodadura, bermas y sobreanchos en curvas ), presencia de peraltes en curva, ancho de sardineles y veredas y las dimensiones de las barandas y defensas.

En cuanto a forma, llamamos superestructura aquellas partes de la estructura que recibe o soporta directamente la va a que sirve y que comprenden los elementos portantes que le permiten realizar el cruce. Llamamos Subestructura aquellas partes de la estructura que soportan a la superestructura y que le permiten transmitir sus cargas al suelo de fundacin.

FUERZAS QUE ACTUAN

A. REACCION DE LA SUPER ESTRUCTURA

Constituida por la carga mxima debido al peso propio y la sobrecarga que transmite la super estructura, se considera que acta en el eje del apoyo, no se incluye el efecto del impacto.

B. PESO PROPO.

Constituido por el peso del estribo, el que se determina multiplicando el volumen del estribo por su peso especfico, es un fuerza vertical que se considera que acta en el centro de gravedad del estribo.

C.PESO DE LA TIERRA

Es el peso del relleno que se encuentra por sobre la zapata, es una fuerza vertical que acta en el C.G. del relleno, se obtiene multiplicando el volumen del relleno por el peso especfico del suelo.

D FUERZA DE FRENADO.

Es una fuerza horizontal que acta a 1.20 m. por sobre la rasante y que se considera el 5% del peso del vehculo o de vehculos, se toma el peso neto de la S/C sin considerar impacto.

E. FUERZA DE FRICCION.

Fuerza horizontal que se produce por el rozamiento existente en el dispositivo de apoyo correspondiente a su valor se estima en :

0.15 R

Para apoyo de simple resbalamiento.

0.05 R

Para apoyo sobre rodillos y cojinetes

F. EMPUJE DE TIERRA

Fuerza que se considera horizontal y tiende a desestabilizar al estribo. Resultante de la contencin de las mismas es aplicable a estructuras que actan como tales, sean muros de Contencin, Estribos, etc, se aplica el principio de Rankine para el efecto esttico y la variante de la expresin de Mononobe para los sismos

G. FUERZA HIDROSTATICA

Es la fuerza que ejerce un lquido sobre cualquier cuerpo sumergido. Esta presin existe debido a la accin de la gravedad sobre el lquido; se caracteriza por ser perpendicular a la superficie del cuerpo sumergido.

H. SUPRESION DEL AGUA.

Algunas partes de estructura de los puentes se encuentran total o parcialmente sumergidas en agua, decir totalmente cuando la parte del elemento se encuentra dentro del ro, lago o mar y parcialmente las partes que se encuentran enterradas en suelos con algn grado de saturacin; en estos elementos y casos debe tomarse en cuenta el efecto de dicho fenmeno, el cual lo llamaremos fuerza de Subpresin y que consiste en una fuerza actuante de abajo hacia arriba, resultante del volumen sumergido por la densidad de saturacin

b. Diseo hidrulico.

T=Espejo del agua

y=Tirante de agua

Bl=Borde libre

H=Altura total

b=ancho de la base

Para el diseo de alcantarillas rectangulares se emplean las siguientes frmulas:

T=b

A=b.y

P=b + 2y

Rh=by / (b + 2y)

Para una seccin rectangular de mxima eficiencia hidrulica las ecuaciones son:

Area Hidrulica:

A = 2y2 Permetro mojado:Pm = 4y

Radio Hidrulico:

Rh = 0.5y

Segn Manning :

Q = A x (Rh)2/3 S / n (1)

donde

Q = Caudal en m3 / seg.

A = Seccin transversal en m2.

S = Pendiente hidrulica en decimales.

Rh = Radio hidrulico en metros.En donde reemplazando valores y despejando y , encontramos los dems.

c. Eleccin del tipo de obra. Debe tenerse presente que en la eleccin del tipo de alcantarilla intervienen la adecuada funcionalidad hidrulica y estructural; adems est al aspecto econmico condicionado a los siguientes factores:

Altura del terrapln.

Forma de la seccin en el cruce.

Pendiente de la plantilla de la obra.

Capacidad de sustentacin del terreno.

Materiales de construccin disponibles en la regin.

Tipificacin de las obras y dimensiones.

d. Clculo dimensional y estructural. El clculo dimensional de una alcantarilla consiste en encontrar sus dimensiones fsicas de acuerdo a la seccin o secciones transversales entre las que se encuentre localizada y la posicin que guarde con respecto al eje.

a. Elaboracin del funcionamiento de drenaje en tramo de 5 Km. Una vez que se tiene el proyecto de una alcantarilla en un tramo de 5 Km., se procede a realizar el funcionamiento del drenaje, que es un resumen en forma de legajo, de la forma en que se solucin en drenaje en este tramo.

4.6.0 DISEO DE PAVIMENTOS

4.6.1 PAVIMENTOS

Un pavimento es toda estructura constituida por una capa o conjunto de capas de materiales apropiados, comprendidas entre el nivel superior de la subrasante y la superficie de rodadura, cuyas funciones principales son las de proporcionar una superficie de rodamiento uniforme, con color apropiados, resistente al trnsito peatonal, vehicular o de animales, al intemperismo y otros agentes perjudiciales, debiendo transmitir convenientemente a la subrasante los esfuerzos que originan las cargas que impone.4.6.2 FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL DISEO DE UN PAVIMENTOS:

Entre estos factores podemos mencionar:

ndice de trfico: Se refiere al volumen de vehculos que circulan por una va en un determinado tiempo, siendo de tres clases, segn la cantidad de vehculos:- Trfico Pesado: Cuyo volumen es mayor que 300 camiones y autobuses diarios.

- Trfico Mediano: Cuyo volumen es de 50 a 300 camiones y autobuses diarios.

- Trfico Liviano: Cuyo volumen es de 50 camiones y autobuses diarios.

Clima: Influye distintamente en la costa y la sierra, por lo que se debe tener en cuenta los cambios de temperatura, lluvias y heladas.

Terreno de Fundacin: Se refiere al conocimiento de todas las caractersticas principales de un suelo (contenido de humedad, anlisis granulomtrico, lmite de consistencia, densidad, compactacin, C:B:R, etc.).

Para disear un pavimento hay que determinar, el espesor y a calidad de los materiales que se tiene que emplear en dicha estructura:

El pavimento se efectuar cuando:

- Una explanacin o terrapln que ya no tenga asentamiento.

- Los taludes hayan adquirido su estabilidad natural (ngulo natural de reposo.

- Se hayan cumplido con todas las especificaciones geomtricas de la va (radios, pendientes, sobreanchos, etc.).

-.Cuando se hayan terminado de construir todas las obras de drenaje.

4.6.3 SELECCIN DEL TIPO DE PAVIMENTO:

Los criterios que se toman en cuenta para la seleccin del tipo de pavimento a emplearse en una va son muy variados; pero puede aceptarse como criterio de primer orden el volumen promedio de trnsito diseo de acuerdo al cuadro siguiente:

TIPO DE PAVIMENTO SEGN VOLUMEN PROMEDIO

VOLUMEN PROMEDIO DIARIOTIPO DE PAVIMENTO

Menos de 400 vehculos

De 400 a 1000 vehculos

De 1000 a ms vehculosEconmico

Intermedio

Costoso

Por supuesto que hay otros criterios que pueden tenerse en cuenta para elegir un pavimento, los cuales suelen ser tcnico y econmicos. Entre los de ndole puramente tcnico estn: tipo y volumen de trnsito, capacidad de soporte de la subrasante, disponibilidad de materiales requeridos para su construccin, mano de obra, equipo y herramientas disponibles; entre los de carcter econmico se tienen: costo de inversin, tiempo de construccin, durabilidad, conservacin y mantenimiento.

Muchas veces entran tallar otros factores ajenos a los citados y pueden ser: de carcter administrativo, social, poltico, etc.

Teniendo en consideracin lo indicado anteriormente y conociendo ya la clase de carretera a disear, la cual se trata de una CARRETERA DE TERCERA CLASE; en nuestro estudio corresponde a un pavimento de Tipo Econmico.

4.6.4 DISEO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO:

El espesor de pavimento, sea flexible o rgido est en funcin de la intensidad de trnsito, de la capacidad portante del terreno de fundacin y de las condiciones climatolgicas.

De acuerdo a estas consideraciones y otros factores que influyen en el espesor de un pavimento flexible, hoy en da existen varios mtodos para disear pavimentos flexibles, todos basados en la calidad del suelo que h