( Semana 05) Metodo DEL Compás PDF

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Es un trabajo de diseños viales para poder conocer el método del compas...

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UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURÍMAC FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

CURSO

: DISEÑOS VIALES

TEMA

: MÉTODO DEL COMPÁS

DOCENTE

: ALARCON ALATA, Bercin

ESTUDIANTE: TAIPE ENCISO, Rudy Isaac CÓDIGO

: 182463

ABANCAY-PERÚ 2021

ÍNDICE INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 3 1.1. OBJETIVOS ..................................................................................................................... 4

II.

1.1.1.

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................... 4

1.1.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................ 4

MARCO TEÓRICO REFERENCIAL ............................................................................................ 4 2.1. TERRENO PLANO ........................................................................................................... 4 2.2. CARRETERA TÍPICA DE TERRENO ONDULADO............................................................... 5 2.3. CARRETERA TÍPICA DE TERRENO MONTAÑOSO ........................................................... 5 2.4. METODO DEL COMPAS ................................................................................................. 6 2.4.1.

TRAZADO LÍNEA DE PENDIENTE CONSTANTE ....................................................... 6

2.4.2.

TRAZADO DE LÍNEAS DE PENDIENTE EN UN PLANO TOPOGRÁFICO..................... 7

2.4.3.

FORMA DE ENLAZAR DOS PUNTOS OBLIGADOS ................................................... 8

2.4.4.

TRAZO DE LINEA GRADIENTE .............................................................................. 10

2.4.5.

PROCESO ............................................................................................................. 10

CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 14 Bibliografía .................................................................................................................................. 15 ANEXOS ....................................................................................................................................... 16

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INTRODUCCIÓN La asignatura de Diseños Viales que ofrece la Facultad de Ingeniería a través del Área de Transportes es una asignatura teórica - práctica, en la que aprendemos los estudiantes de Ingeniera Civil en proceso de aprendizaje universitario, a Profesionales afines a la carrera; a la aplicación de métodos y procedimientos para resolver problemas de diseño y trazo de caminos. En la actividad profesional de la Ingeniería Civil se tiene cuatro amplias especialidades: las estructuras, la hidráulica, las construcciones y el transporte. Se puede afirmar, sin lugar a equivocarse, que la Ingeniería de Transportes es una de las especialidades con mayor campo de acción del ingeniero civil porque se trabaja en diferentes medios empleados en el desplazamiento del ser humano como la superficie terrestre, el agua y el aire; que al ser estudiados dan origen a la Ingeniería Vial que estudia y evalúa las diferentes vías que emplean las modalidades del transporte. Entonces, en relación con las vías que recorren los diferentes medios de transporte, se distinguen las siguientes clases: Vías terrestres, vías acuáticas, vías subterráneas, vías submarinas y vías estratosféricas. Cada una de estas vías tiene conceptos muy amplios de tratar, por lo que en su conjunto la Ingeniería Vial es muy extensa. Estudiaremos el diseño de una Carretera por el Método del Compas, con lo cual estamos más relacionados y sobre todo referidos a casos prácticos de solución logrados tanto en las vías del país como en las de otros países, empleando en lo posible en las exposiciones y ayudas audiovisuales seleccionadas para tal efecto. Principalmente se ha procurado mantener el curso a un nivel accesible a toda persona que desea compenetrarse más al problema, sin necesidad de llegar al excesivo detalle técnico.

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1.1. OBJETIVOS 1.1.1. OBJETIVO GENERAL ➢ Analizar y describir el método del compás. 1.1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ➢ Evaluar las características del terreno plano, ondulado y montañoso. ➢ Determinar y describir el trazo de la línea gradiente según la abertura del compas. II.

MARCO TEÓRICO REFERENCIAL

2.1. TERRENO PLANO Permite obtener alineamientos, horizontal y vertical, de modo que los vehículos pesados circulen a una velocidad aproximadamente igual a la de los vehículos ligeros. Las distancias de visibilidad que dependen tanto de las restricciones horizontales como las verticales, son generalmente largas o puede obtenerse, sin dificultades constructivas o sin mayores costos, (Bonett, 2011). La pendiente general, en el sentido de avance de la vía, es considerablemente inferior a la pendiente máxima estipulada y en donde el trazo de línea recta puede constituir la solución de enlace entre dos puntos. Si se trata de una vía considerablemente extensa es necesario fijar la orientación general que habrá de seguir la línea y los puntos de control. Los sobrevuelos sobre el área son muy útiles en esta actividad, (Bonett, 2011) Una vez determinados los puntos de control y ubicados en el terreno, el trabajo se reduce a enlazarlos con el mejor alineamiento posible. En el campo esta actividad se puede llevar a cabo de una manera rápida y segura dado la existencia de equipos de gran alcance y precisión como el distanciómetro, estación total o inclusive el GPS. Cuando se trata de una topografía muy plana el estudio de rutas se puede reducir de manera considerable. Es fácil determinar cuál es la mejor alternativa por lo cual el los estudios de línea de ceros y del trazado de la línea preliminar, no requieran ser 4

realizados, siendo posible definir de forma directa en el terreno el trazado de la línea preliminar. 2.2. CARRETERA TÍPICA DE TERRENO ONDULADO Su alineamiento horizontal y vertical ocasiona que los vehículos pesados reduzcan sus velocidades significativamente por debajo de las de los vehículos livianos, pero sin ocasionar que aquellos operen a velocidades sostenidas en rampa por un intervalo de tiempo largo. Se pueden obtener sin mucha dificultad un alineamiento horizontal con tangentes relativamente largas y radios de curvatura amplios que permiten distancias de visibilidad apropiadas para la velocidad que se desarrolla. Las pendientes transversales son moderadas (del orden del 7 al 13%); los cauces son amplios y poco profundos. El terreno presenta oscilaciones suaves y amplias, pero ocasionalmente pendientes altas restringen los alineamientos horizontal y vertical, (Bonett, 2011). En el terreno ondulado el diseño se orienta a buscar una compensación entre los volúmenes de corte y terraplén. Esta compensación contribuye a que las magnitudes de los cortes y los llenos se mantengan en niveles razonables, con lo cual se incrementa su estabilidad. Al lograr esto se alcanza también una disminución en los costos del movimiento ya que la magnitud de los cortes disminuye y parte de este material puede ser usado en la construcción de muchos terraplenes. Esta solución no solamente favorece la parte económica sino también la ambiental y de igual manera se requiere una menor disponibilidad de sitios para depositar el material de corte, (Bonett, 2011). La compensación entre los volúmenes de corte y lleno es posible siempre y cuando la pendiente transversal permita la construcción de terraplenes. Se debe tener especial cuidado con las corrientes de agua y las vías existentes que sean atravesadas por el proyecto, (Bonett, 2011).

2.3. CARRETERA TÍPICA DE TERRENO MONTAÑOSO El diseño geométrico en este tipo de terreno obliga a que los vehículos pesados circulen a una velocidad sostenida en rampa durante distancias considerables o a intervalos frecuentes. Terreno montañoso es aquel en el cual los cambios de altura 5

tanto longitudinal como transversal del terreno con respecto a la carretera son abruptos y donde se requieren frecuentemente los banqueos y el corte de laderas para obtener unos alineamientos horizontales y verticales aceptables. La pendiente transversal varía entre 13 y 40%, permitiendo eventualmente la construcción de terraplenes en algunos casos. En muchos casos se busca obtener un diseño con sección en ladera que consiste en hacer coincidir el borde de la banca con el perfil transversal del terreno de modo que, aunque predomine la excavación esta no sea excesiva. El alineamiento horizontal presenta restricciones para la visibilidad ya que es difícil obtener tangentes largas y radios de curvatura amplios. Es importante además evaluar la composición vehicular que pueda tener la vía ya que si el porcentaje de vehículos pesados es alto el proyecto puede ser poco funcional ya que su nivel de servicio inicial es muy bajo. El factor determinante en terrenos montañosos y escarpados y aún en los ondulados es el de la pendiente longitudinal. El reconocimiento de este tipo de terrenos es más complejo que en los terrenos planos y con un mayor número de puntos de control secundarios creando la necesidad de apartarse de la dirección rectilínea entre los sitios que van a comunicarse. 2.4. METODO DEL COMPAS 2.4.1. TRAZADO LÍNEA DE PENDIENTE CONSTANTE En terrenos con topografía accidentada – ondulados, montañosos- para efectos de seleccionar la mejor ruta es necesario llevar a cabo estudios preliminares sobre planos o restituciones fotogramétricas. Desde el punto de vista técnico, la selección de ruta se caracteriza por la llamada “línea de pendiente constante”, con una inclinación previamente definida sin exceder el valor máximo permitido que en general depende de la categoría o importancia de la vía. La Tabla 4.2 indicada anteriormente indica las pendientes máximas para diferentes velocidades de diseño dependiendo del tipo de vía y clase de terreno. Una vez establecidas las diferentes rutas en los planos y su respectivo reconocimiento en el terreno, se procede a definir las líneas de pendiente con el fin de realizar una comparación racional de las diferentes alternativas propuestas aportando criterios técnicos que permitan seleccionar la mejor ruta.

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2.4.2. TRAZADO

DE

LÍNEAS

DE

PENDIENTE

EN

UN

PLANO

TOPOGRÁFICO Considerando dos puntos A y B (Figura 2), colocados sobre dos curvas de nivel sucesivas, la pendiente de la línea que los une es: Pendiente (P) = intervalo de nivel (Dv) / distancia horizontal (Dh) Por lo tanto, si se desea hallar la distancia necesaria para pasar de un punto situado sobre una curva de nivel a otro sobre una curva de nivel siguiente, más arriba o más abajo, con una pendiente determinada se tiene que: Distancia horizontal = Intervalo de Nivel / Pendiente Dh = Dv / P La distancia horizontal obtenida se debe fijar en la abertura del compás en la escala del plano en que se está trabajando. Para trazar la línea de ceros desde el punto A, con una pendiente definida, se coloca el centro del compás en este punto y se debe cortar la siguiente curva de nivel (mayor si se asciende o menor si se desciende), determinando el punto B; luego se ubica de nuevo el centro del compás en el punto B y se corta la siguiente curva determinando así el punto C. De forma similar se continúa hasta que sea necesario modificar la dirección o la pendiente de la línea. Por ejemplo, si se tiene un plano con curvas de nivel cada 2 metros y se quiere unir dos puntos sobre curvas de nivel sucesivas con una pendiente del 8.0 %, se requiere la siguiente distancia: Distancia horizontal = 2.0 / 0.08 = 25.0 metros Ahora si se requiere unir dos puntos distanciados varias curvas de nivel, la distancia hallada, reducida a la escala del plano, podrá llevarse con un compás a partir del punto inicial, fijando una serie de puntos sucesivos que constituyen la línea de pendiente o línea de ceros, tal como se indica en las Figura 3.

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Lo ideal es que esta línea de pendiente sea uniforme, es decir, que al llevarse a cabo en el plano, debe ir sobre el terreno que éste representa, y no por encima ni por debajo de él. Cuando esto se permita o se lleve a cabo significa que deberán realizarse rellenos y cortes, respectivamente. En la Figura 4.10 se tiene una topografía con curvas de nivel cada 5 metros y se han definido tres líneas de ceros con diferente pendiente. Para la pendiente del 2.0% la abertura del compás sería: Dh = 5.0 / 0.02 = 250.0 metros. Se puede observar que como la abertura del compás es amplia y no permite ganar suficiente altura sobre la ladera. En un recorrido de 1750 metros (7 pasos x 250 metros) se ha ascendido un total de 35.0 metros (1750 x 0.02 o 7 x 5), desde la cota 120 hasta la 155 (puntos A y B). Si partimos del mismo punto A, pero con una pendiente del 4.0%, se ganaría el doble de altura sobre la ladera por cada paso del compás. En este caso la abertura del compás sería la mitad: Dh = 5.0 / 0.04 = 125.0 metros. El recorrido desde el punto A hasta el punto C es de 1625 (13 pasos x 125.0 metros) y la altura ascendida es de 65 metros. Por último, si se trabaja con una pendiente del 8.0% la abertura del compás sería la mitad de la anterior 62.5 y se ganaría una altura de una forma más rápida. Aqui la longitud recorrida es de tan solo 812.5 metros, pero la altura que se asciende es igual a la anterior. 2.4.3. FORMA DE ENLAZAR DOS PUNTOS OBLIGADOS Si se requiere unir dos puntos, el trazado de menor longitud será el que utilice la pendiente máxima admisible o permitida. Al estudiar el enlace entre dos puntos con una línea de pendiente uniforme, habrá que determinar cuál es la pendiente máxima estimada (PME) cuya forma de hallarla puede ser por tanteo, estimando una longitud aproximada y una diferencia de altura entre los dos puntos a unir. Otra forma más precisa para determinarla es con líneas de 8

pendiente parciales trazadas a partir de los puntos a unir. Basados en la Figura 4.11 se determinará la pendiente máxima estimada para unir los puntos A y B. A partir del punto A se traza una línea con pendiente p1 hasta el punto C, que como puede observarse está por debajo del punto B al cual se quiere llegar e indicando que está pendiente está por debajo de la “PME”. Luego es preciso trazar otra línea a partir del punto B con una pendiente p2, mayor que p1, y que corta la primera en el punto D.

Si se observa ahora en la Figura 4.12 que la “PME” (Pendiente máxima Estimada, definida en clases como Pendiente máxima Posible) se puede calcular de la siguiente forma: PME= (Y2+Y1) /(X2+X1) X1 = Distancia horizontal entre A y D a lo largo de la primera línea X2 = Distancia horizontal entre D y B a lo largo de la segunda línea Y1 = Diferencia de altura entre A y D Y2 = Diferencia de altura entre D y B Con el valor de “PMPos” se puede trazar una línea de pendiente uniforme entre los puntos A y B, repitiendo el procedimiento si es necesario, hasta unir correctamente estos puntos. Como en cada proyecto se debe definir una pendiente máxima permitida (PMP), determinada a partir de las especificaciones y categoría de la vía, entonces se pueden presentar dos casos: • PME > PMP. Cuando esto sucede significa que el trazado se debe realizar con la “PMP” y quiere decir que la longitud del recorrido total debe ser mayor que la obtenida con la PME. En la Figura 4.13 se tiene una línea de ceros “lc1” trazada con la “PME” pero como es mayor que la permitida es necesario obtener otros trazados con la pendiente máxima permitida que representará una mayor longitud de recorrido. Se ha obtenido las líneas de ceros “lc2”y “lc3” después de varios tanteos y de las cuales se debe elegir la más apropiada de modo que se ajuste a las necesidades impuestas por la futura 9

vía, como por ejemplo, alineamiento horizontal, movimiento de tierra, estabilidad, cantidad de obras de drenaje. • PME < PMP. Cuando esto sucede significa que la línea determinada a partir de la PME puede ser la de menor longitud, por lo tanto, por razones económicas de deberá optar por esta. Se debe tener en cuenta que el procedimiento para obtener la PME es válido para terrenos regulares, es decir, que desciendan o asciendan. Cuando el terreno es muy irregular se hace difícil obtener una línea de ceros uniforme, lo que significa que no existe una pendiente máxima estimada. En estos casos es conveniente determinar cuál es la pendiente apropiada para cada tipo de terreno que se vaya presentando de modo que no exceda la pendiente máxima permitida.

2.4.4. TRAZO DE LINEA GRADIENTE Según (Maslucán, 2017) el método empleado para determinar la línea de gradiente, es el método del compás, el cual consiste en calcular una longitud constante “L”, para una pendiente determinada. Dicha longitud equivale a la longitud horizontal calculada para una altura “E” que es la estadística entre curvas de nivel. Material a usar ➢ Plano topográfico: Perfectamente a escala 1/2000 con equidistancia de curvas de nivel dos metros; puede usarse también si faltare el plano anterior, planos a 1/5000 con E = 5 m., o a 1/2500 con E = 25 m., o incluso 1/50 con E = 50 m. ➢ Compás. ➢ Escalímetro o regla centimetrada ➢ Calculadora lápiz, borrador y papel para calcular. Es muy aconsejable que se encuentren cuente con un plano geológico. 2.4.5. PROCESO • Definir los puntos iniciales, puntos positivos de control (por donde debe pasar la carretera), los puntos negativos de carreteras (por donde no debe pasar la carretera, punto final), (Benjamin, 2018). 10

• Para cada dos puntos de control más inmediatos determine sus cartas y la longitud de vuelo entre ellas (distancia recta), con estos valores calculamos la pendiente para la siguiente formula, (Benjamin, 2018).

Si la i calculada es un dato compatible de diseño o trazo procederemos a calcular la abertura del compás. Si no lo es tendremos que pensar necesitamos generar una mayor longitud esto se hace planteando desarrollos y consecuentemente tendríamos que buscar en el plano los lugares más convenientes para las curvas de vuelo, (Benjamin, 2018). • Si la definición de la abertura de compás se ejecuta así: Si tenemos un plano topográfico consecuentemente conocemos su escala: 1/k y también la equidistancia entre curvas de nivel: E, si deseamos trazar una línea de gradiente con pendiente i, entonces: por definición de pendiente tenemos: Como quiera que el plano está representando el terreno, para su relieve, mediante curvas de nivel a equidistancia e al trazar líneas de gradiente bajaremos o subiremos E consecuentemente tendríamos:

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• Si ahora debemos tomar la longitud L a una escala 1/k la longitud de abertura de compás (l) será:

Habiéndose definido la abertura del compás se procede a tratar de unir los puntos en referencia, pudiéndose dar los siguientes casos: 12

• Que se logre unirlas • Que no se logre unirlas, en este caso tendremos que abrir o cerrar la abertura del compás, en procesos alternativos hasta que logremos unir los puntos, logrando unir los puntos tendremos que recalcular el i para dicha abertura de compás. Así sucesivamente abra de procederse para los otros puntos hasta lograr el punto final sin descuidar las estipulaciones que fijan la NPDC. para la pendiente, (Benjamin, 2018). A medida que ido trazando líneas de gradiente se va obteniendo el cuadro de características para cada ruta. Ejemplo:

Tabla 01: Cuadro de características para cada ruta.

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CONCLUSIONES Durante el desarrollo de la monografía se analizó y describió el método del compás, en donde se realizó un trazo de línea gradiente y su respectivo trazo para lograr unir los puntos. Por otro lado, también se analizó y describió la topografía en donde ...