Trabajo final de Ingeniería de Carreteras PDF

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CURSO:❖ Aliaga Villanueva, Juan Alberto (U20191A112) ❖ Caillahua Contreras, Andrea (U201924154) ❖ Cuenca Arriaga, Jacomo Fernando (U20191E553) ❖ Pflucker Sabogal, Paolo Alexander (U201922901) ❖ Rojas Garcia, Emmanuel (U202017922) ❖ Salas Cáceres, Wilfredo (U202018213) ❖ Saldarriaga Sánchez, Rodrigo ...

Description

CURSO:

INGENIERÍA DE CARRETERAS

SECCIÓN:

CS5D

GRUPO: GRUPO 20 NOMBRE DE LA CARRETERA: CARRETERA PRINCIPAL GRUPO 20 FECHA 27 DE NOVIEMBRE DEL 2021 INTEGRANTES: ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖

Aliaga Villanueva, Juan Alberto (U20191A112) Caillahua Contreras, Andrea (U201924154) Cuenca Arriaga, Jacomo Fernando (U20191E553) Pflucker Sabogal, Paolo Alexander (U201922901) Rojas Garcia, Emmanuel (U202017922) Salas Cáceres, Wilfredo (U202018213) Saldarriaga Sánchez, Rodrigo (U201922674)

Lima - Perú 2021

ÍNDICE 1.

Objetivos del Trabajo Final ............................................................................................ 4 1.1.

Objetivo General ................................................................................................ 4

1.2.

Objetivos Específicos......................................................................................... 4

2.

Memoria Descriptiva ...................................................................................................... 4 2.1.

Ubicación ........................................................................................................... 4

2.2.

Descripción de la zona de estudio ...................................................................... 5

3.

Parámetros de Diseño ..................................................................................................... 5 3.1.

Clasificación Vial – Vehículo de Diseño ........................................................... 5

3.2.

Determinación de: Velocidad, Pendiente máxima, Bombeo, Radios, Ancho de

calzadas……………………………………………………………………………………..9 4.

Alternativas preliminares: se detallarán y justificarán las diversas alternativas

trazadas……………………………………………………………………………………….14 4.1.

Mencionar alternativas preliminares y al final desarrollar las alternativas

trazadas…………………………………………………………………………………….14 5.

Diseño horizontal .......................................................................................................... 16

6.

Tabla de elementos de curva incluye dirección peralte y sobreanchos ........................ 19

7.

Cálculo de radios y peralte............................................................................................ 22

2

8.

Curva de transición, espirales (longitud mínima de curvas de transición) ................... 24

9.

Diseño Vertical ............................................................................................................. 27 9.1.

Perfil Longitudinal con la Rasante y las bandas completas (Progresiva; Cota

Terreno; Cota Rasante; Altura de corte; Altura de Relleno; Alineamiento; Pendiente). ..... 29 9.2. 10.

Curvas verticales y su verificación de cálculo Excel. ...................................... 30 Secciones Transversales................................................................................................ 35

10.1.

Secciones transversales con áreas de corte y relleno ....................................... 35

11.

Movimiento de Tierras (Volumenes) ............................................................................ 37

12.

Diagrama de masas ....................................................................................................... 38

13.

Bibliografía……………………………………………………………………………38

14.

Anexos:………………………………………………………………………………..38

14.1.

Un Plano de Planta y Perfil A1 ........................................................................ 38

14.2.

Un Plano de Secciones Transversales A1 ........................................................ 39

14.3.

Anexo (Evidencias) fotografías de todos los integrantes del grupo, realizando

el trabajo……………………………………………………………………………………...40

3

1. Objetivos del Trabajo Final 1.1.

Objetivo General Presentar un informe del diseño de una carretera dando a conocer cada etapa de su elaboración; dicho diseño ha sido trabajado con los conocimientos adquiridos en clase con el fin de realizar los cálculos necesarios, obtener datos satisfactorios y mejorar nuestro criterio para realizar un buen diseño de carreteras con el apoyo respectivo del Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018.

1.2.

Objetivos Específicos •

Emplear el programa Civil 3D para realizar el diseño de una carretera.

•

Con ayuda del Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG_2018, realizar las correcciones necesarias, si hicieran falta, para obtener un buen diseño de carretera.

•

Presentar los planos del diseño de la carretera.

2. Memoria Descriptiva 2.1.

Ubicación Con el uso de la geolocalización y las curvas de nivel se pudo ubicar el tramo en la zona del parque nacional Otishi. Al extremo norte de la cordillera Vilcabamba, departamento de Junín y Cusco. Las coordenadas son las siguientes: 8661 200 Norte, 660 600 Este. La zona presenta una ecorregión de tipo yunga fluvial.

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El clima es variado y presenta las siguientes características: ➢ Temperatura promedio anual es de 25° C, con un máximo que va de los 29° C a 34° C y mínimo que va de los 15° C a 18° C. ➢ El rango de precipitación anual está entre 3000 y 5000 mm. 2.2.

Descripción de la zona de estudio Gracias al uso del Manual de carreteras podemos confirmar las siguientes descripciones de nuestra zona de trabajo tras haberla analizado en el programa Civil 3D

•

Debido a que el IMDA es de 377 veh/día, se clasificará como una carretera de tercera clase.

•

Este tramo de carretera presenta un terreno ondulado.

•

La zona de estudio es un área rural (ondulado).

•

Se contará con dos carriles en sentidos opuestos.

•

La carretera no cuenta con restricciones económicas.

3. Parámetros de Diseño 3.1.

Clasificación Vial – Vehículo de Diseño •

Clasificación por demanda:

Esta clasificación aborda el Índice Medio Diario Anual (IMDA) de la carretera; es decir, el tráfico vehicular que tendrá la carretera por año. Según el Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018, Las carreteras del Perú pueden clasificarse por demanda de 6 maneras: ➢ Autopista de primera clase 5

➢ Autopista de segunda clase ➢ Carretera de primera clase ➢ Carretera de segunda clase ➢ Carretera de tercera clase ➢ Trochas carrozables Para el presente informe, se nos otorgó como dato un IMDA de 377 veh/día; por lo tanto, nuestra carretera se clasificará como carretera de tercera clase, pues esta clasificación se caracteriza por poseer IMDA menores a 400 veh/día y cuenta con calzada de dos carriles de 3.00 m de ancho como mínimo, pero puede reducirse a 2.50 m siempre y cuando se cuente con el sustento técnico correspondiente.

•

Clasificación por orografía:

Las carreteras peruanas, según el Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG2018, se clasifican por la orografía predominante en el terreno de las cuales se separan en 4 tipos: ➢ Terreno Plano (Tipo 1) ➢ Terreno Ondulado (Tipo 2) ➢ Terreno Accidentado (Tipo 3) ➢ Terreno Escarpado (Tipo 4) Se realiza una tabla con las pendientes transversales al eje de la vía y luego se obtendrá un promedio como se muestra a continuación.

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Comparando el promedio obtenido se determina que la carretera es de terreno ondulado (tipo 2), pues posee un promedio de pendientes transversales al eje de la vía entre 11% y 50%, además sus pendientes longitudinales se encuentran entre el 3% y 6%. Este terreno demanda un moderado movimiento de tierras, ya que esto permite alineamientos rectos, alternados con curvas de radios amplios, sin mayores dificultades en el trazo.

•

Vehículo de diseño:

Según el Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018, el diseño geométrico de carreteras debe efectuarse acorde a los tipos de vehículos, dimensiones, pesos, entre otras características, que están contenidas en el Reglamento Nacional de Vehículos vigente. En el presente trabajo se otorga el vehículo a utilizar: Ómnibus de tres ejes (B3-1). Para obtener los datos del vehículo se hará uso de la tabla 202.01 del Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018.

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Ómnibus de tres ejes (B3-1).

Tomar en consideración la tabla 202.04 del Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018.

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3.2.

Determinación de: Velocidad, Pendiente máxima, Bombeo, Radios, Ancho de calzadas •

Velocidad

Es la velocidad escogida para el diseño, entendiéndose que será la máxima que se podrá mantener con seguridad y comodidad. En el proceso de asignación de la Velocidad de Diseño, se debe otorgar la máxima prioridad a la seguridad vial de los usuarios. Por ello, la velocidad de diseño a lo largo del trazo, debe ser tal, que los conductores no sean sorprendidos por cambios bruscos y/o muy frecuentes en la velocidad a la que pueden realizar con seguridad el recorrido. El proyectista, para garantizar la consistencia de la velocidad, debe identificar a lo largo de la ruta, tramos homogéneos a los que, por las condiciones topográficas, se les pueda asignar una misma velocidad. Esta velocidad, denominada Velocidad de Diseño del tramo homogéneo, es la base para la definición de las características de los elementos geométricos, incluidos en dicho tramo. Para identificar los tramos homogéneos y establecer su Velocidad de Diseño, se debe atender a los siguientes criterios: 9

➢ La longitud mínima de un tramo de carretera, con una velocidad de diseño dada, debe ser de tres (3.0) kilómetros, para velocidades entre veinte y cincuenta kilómetros por hora (20 y 50 km/h) y de cuatro (4.0) kilómetros para velocidades entre sesenta y ciento veinte kilómetros por hora (60 y 120 km/h). ➢ La diferencia de la Velocidad de Diseño entre tramos adyacentes, no debe ser mayor a veinte kilómetros por hora (20 km/h). No obstante, lo anterior, si debido a un marcado cambio en el tipo de terreno en un corto sector de la ruta, es necesario establecer un tramo con longitud menor a la especificada, la diferencia de su Velocidad de Diseño con la de los tramos adyacentes no deberá ser mayor de diez kilómetros por hora (10 km/h).

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La velocidad de diseño de acuerdo a la Tabla 204.01 teniendo los datos de entrada los cuales son una carretera de tercera clase y con tipo de orografía 2 (Ondulado) es de 40km/h.

•

Pendiente Máxima Considerar las pendientes máximas en la tabla 303.01, no obstante, se pueden presentar los siguientes casos particulares: ➢ En zonas de altitud superior a los 3.000 msnm, los valores máximos de la Tabla 303.01, se reducirán en 1% para terrenos accidentados o escarpados. ➢ En autopistas, las pendientes de bajada podrán superar hasta en un 2% los máximos establecidos en la Tabla 303.01

La pendiente máxima de acuerdo a la tabla 303.01 teniendo los datos de entrada la velocidad, tipo de orografía y clasificación de carretera es de 9.00%. •

Bombeo 11

En tramos en tangente o en curvas en contraperalte, las calzadas deben tener una inclinación transversal mínima denominada bombeo, con la finalidad de evacuar las aguas superficiales. El bombeo depende del tipo de superficie de rodadura y de los niveles de precipitación de la zona. La Tabla 304.03 especifica los valores de bombeo de la calzada. En los casos dónde indica rangos, el proyectista definirá el bombeo, teniendo en cuenta el tipo de superficies de rodadura y la precipitación pluvial.

El bombeo puede darse de varias maneras, dependiendo del tipo de carretera y la conveniencia de evacuar adecuadamente las aguas, entre las que se indican: ➢ La denominada de dos aguas, cuya inclinación parte del centro de la calzada hacia los bordes. ➢ El bombeo de una sola agua, con uno de los bordes de la calzada por encima del otro. Esta solución es una manera de resolver las pendientes transversales mínimas, especialmente en tramos en tangente de poco desarrollo entre curvas del mismo sentido. Los casos antes descritos se presentan en la Figura 304.04

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•

Radio Cuando no existe curva de transición, el desplazamiento instintivo que ejecuta el conductor respecto del eje de su carril disminuye a medida que el radio de la curva circular crece. Se estima que un desplazamiento menor que 0.1 m, es suficientemente pequeño como para prescindir de la curva de transición que lo evitaría. En el caso de carreteras de Tercera Clase y cuando el radio de las curvas horizontales sea superior al señalado en la Tabla, se podrá prescindir de curvas de transición.

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El valor de radio de acuerdo a la tabla 302.11 B, con el dato de entrada que es la velocidad de 40 km/h es de 95 m. •

Ancho de Calzada El ancho de la calzada en tangente, se determina tomando como base el nivel de servicio deseado al finalizar el período de diseño, esto hace que el ancho y número de carriles se determinarán mediante un análisis de capacidad y niveles de servicio.

4. Alternativas preliminares: se detallarán y justificarán las diversas alternativas trazadas 4.1.

Mencionar alternativas preliminares y al final desarrollar las alternativas trazadas •

Alternativa hecha en Semana 5: En el diseño de carreteras de semana 5 se realizó una curva en espiral (siendo esta de 70 metros) y 4 curvas circulares (teniendo radios de 100; 70; 80 y 60 metros), siendo esta la primera curva, pero al comparar las longitudes LS de 14

nuestra carretera con las que nos proporciona el Manual de Carreteras en la tabla 302.01 observamos que no estarían cumpliendo las longitudes mínimas entre la curva 3-4 y 4-5.

•

Alternativa hecha en Semana 7: En este diseño se opto por eliminar la curva número 5 del diseño anterior, cambiar el radio de algunas curvas (siendo estas de 70; 100; 150 y 80) y modificar la curva número 4 a una en espiral. Con esta alternativa resolvemos el problema del cumplimiento de las longitudes mínimas en LS.

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5. Diseño horizontal •

Definición según el Manual de Carreteras. El diseño geométrico en planta o alineamiento horizontal, está constituido por alineamientos rectos, curvas circulares y de grado de curvatura variable, que permiten una transición suave al pasar de alineamientos rectos a curvas circulares o viceversa o también entre dos curvas circulares de curvatura diferente. El alineamiento horizontal deberá permitir la operación ininterrumpida de los vehículos, tratando de conservar la misma velocidad de diseño en la mayor longitud de carretera que sea posible.

•

Tramos en tangente

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Para obtener las longitudes mínimas y máximas de los tramos tangentes con relación a la velocidad de diseño, se usará la tabla 302.01 del Manual de carreteras.

Gracias a las modificaciones en el diseño de la semana 7 se pudo trabajar con más facilidad y seguridad nuestra carretera, puesto que al cumplir con las normativa y que no nos marcaba error logramos completar los demás puntos que se requirieron en las semanas siguientes con respecto a la presentación y creación de la carretera.

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Alineamiento Horizontal

Curva 1 (curva en espiral)

Curva 2 (curva circular)

Curva 3 (curva circular)

Curva 4 (curva en espiral)

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6. Tabla de elementos de curva incluye dirección peralte y sobreanchos •

Tabla de lineamiento:

➢ La tabla de alineamiento nos permite presentar los datos en un formato lacónico para así disminuir los indicadores que hacen referencia a las filas de la tabla. •

Tabla de elementos de curva:

•

Sobreancho:

➢ Es el ancho adicional de la superficie de rodadura de la vía, en los tramos en curva para compensar el mayor espacio requerido por los vehículos.

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•

Necesidad del sobreancho:

➢ La necesidad de proporcionar sobreancho en una calzada, se debe a la extensión de la trayectoria de los vehículos y a la mayor dificultad en mantener el vehículo dentro del carril en tramos curvos. Además, en curvas de radio pequeño y mediano, según sea el tipo de vehículos que circulan habitualmente por la carretera, ésta debe tener un sobreancho con el objeto de asegurar espacios libres adecuados como las holguras.

• Valores del sobreancho: ➢ El sobreancho variará en función del tipo de vehículo, del radio de la curva y de la velocidad de diseño. Por otro lado, se calculará con la siguiente fórmula y tabla: 20

OJO: Con la fórmula y tabla vista, obtenemos los siguientes datos:

➢ Rmin: Radio mínimo (m) ➢ V: Velocidad de diseño (km/h) ➢ Ftmáx: Fuerza de rozamiento transversal máximo 21

➢ Smáx: Valor máximo ➢ L: Longitud total (m) ➢ n: Número entero •

Dirección de peraltes:

➢ Imagen de la dirección de peraltes trabajo en el Civil 3D en forma grupal:

7. Cálculo de radios y peralte

•

Cálculo de radios mínimos y peraltes máximos

Según la tabla 302.02 del Manual de diseño geométrico D.G 2018, el peralte máximo para nuestra carretera, dado que es un área rural ondulada con una velocidad de diseño de 40 km/h, es de 8% y el radio mínimo de 50 m.

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Según la tabla 302.03, los peraltes pedidos para nuestra carretera según las condiciones del terreno y el tipo de orografía son de 7.6% (R=70 m), 7.2% (R=80 m), 6.6% (R=100 m), 5.5% (R=150 m).

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8. Curva de transición, espirales (longitud mínima de curvas de transición) La curva de transición es una curva generada entre el tramo recto y la curva circular con la finalidad de que la trayectoria de un vehículo no experimente cambios bruscos.

En nuestro diseño de carretera se puede prescindir de curva transición en las curvas 2 (R=100 m) y 3 (R=150 m), pues en la tabla 302.11 B del Manual de

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carreteras indica que se puede prescindir de curvas de transición si el radio, para una velocidad de 40 km/h, es 95 o superior.

•

Cálculo de curvas de transición Criterio 1: Variación de la aceleración de la fuerza centrífuga.

Para el criterio 1 se usarán las siguientes fórmulas: V: Velocidad de diseño (km/h) R: Radio de curvatura (m) J: Variación uniforme de aceleración (m/s3) p: Peralte correspondiente V y R (%) Se usará la tabla 302.09 del Manual de carreteras para obtener J.

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Criterio 2: Limitación de la variación por estética y guiado óptico. Se hará uso de la siguiente relación:

Criterio 3: Por condición de desarrollo de peralte: Se hará uso de las siguientes fórmulas:

V: Velocidad de diseño (km/h) Ipmáx: (%) a: ancho de calzada p: peralte de la curva Se usará la tabla 304.01 del Manual de carreteras para obtener a.

Para carreteras de tercera clase, la longitud de la espiral no será menor que L min ni mayo que Lmáx.

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Criterio 4: La longitud min (Lmín) de transición será de 30 m. Criterio de la tabla 302.10: La tabla 302.10 del Manual de carreteras nos otorga la longitud mínima (Lmín) según 5 parámetros.

Nota: No se muestra la tabla completa para no afectar las dimension...