Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño Ingeniería Civil –SAIA Extensión Barinas Barquisimeto Edo Lara Área y Volume n de una Carret era
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Ingeniería Civil –SAIA
Extensión Barinas
Barquisimeto Edo Lara
Mariestenia Briceño D
CI: 19.186.526
Vias I
Área y Volumen de una Carreter
a
Índice
Pag
Introducción…………………………………………………………….03
Que es una carretera………………………..…………………………04
Encontrar el área de una carretera………..………………………....04
Movimientos de tierra………………………..…………………………05
Maquinaria empleada en el movimiento de tierra……..…………05-06
Desmonte………………………..…………………………………..06-07
Terraplén………………………..………………………………….…07
Coronación………………………………..…………….…………....07-08
Núcleo………………………..……………………………………..…08
Espaldón………………………..…………………………………..…08
Cimiento………………………..…………………………………..….08
Preparación dela superficie del asiento………..…………….…....08
Transporte...………………………..…………………………….…….09-10
Diagrama de masas o de BRUKRER……………………………....10
Diagrama de Masas………………………..………………………….10
Construcción del diagrama de masas.……………………………...10-11
Otra forma de encontrar el volumen de una carretera………….…11
Cálculo de volumen de tierra por el método de las secciones….12-13
Compensación de volumen………………………………………..13-14
Esponjamiento o factor de esponjamiento……………………….14-15
Compactación……………..……………………………………………15
Curva de humedad – densidad o de compactación………………...15
Anexos……………………………………………………16-17-18-19-20
Conclusión………………………………………………………………21
Bibliografía……………………………………………………………….22
Introducción
La construcción de carreteras es una actividad muy representativa del
trabajo de un ingeniero civil, el mismo debe tener un conocimiento amplio
sobre todos los procesos que se llevan a cabo para su construcción, entre
esos, comprender los métodos de como calcular las áreas y volúmenes de
una carretera, puesto que las carreteras son una pieza clave en el desarrollo
económico y social en el territorio de cualquier país, pues el efecto de las
carreteras desde el punto de vista de la ordenación del territorio determina el
sentido del crecimiento fomentando el desarrollo demográfico y económico.
Generando beneficios de eficacia, efectos de transferencia, y efectos de re-
localización de actividad, por ello, las carreteras inducen cambios en los
patrones de distribución de la población y apoyan directamente a las
actividades productivas.
Que es una carretera
Vía de comunicación, generalmente interurbana, proyectada y construida
fundamentalmente para la circulación de vehículos automóviles.
Encontrar el área de una carretera
1- Mide el ancho promedio de la carretera en pulgadas y divide este
número por 36 para convertirlo a yardas. Llama a esta medida W. Por
ejemplo, si estás construyendo una carretera que tiene
aproximadamente 67 pulgadas (167,5 cm) de ancho, W = 1,861
porque 67/36 = 1,861 (1,70 m).
2- Mide la longitud de la carretera en yardas y llama a este número L. Si
la carretera tiene curvas, mide la longitud por el centro de la misma. Si
es recta, puedes medir su longitud por un lado. Por ejemplo, si tu
carretera tiene 12 yardas (10,97 m) de largo, L = 12.
3- Multiplica L y W para encontrar el área de tu carretera en yardas
cuadradas. En este ejemplo, el área es de 22,332 yardas cuadradas
(20,43 metros cuadrados) porque (1,861)(12) = 22,332.
Una vez que los topógrafos hayan completado el trazo del área, deben
evaluar el terreno para la apropiada adecuación de la carretera. Y
seguidamente se toman muestras de tierra usando equipo de perforación o
un taladro de mano con un mínimo de 25 muestras por cada km. Estas
muestras se extienden hasta 100 pies (30 m) a cada lado de la nueva
carretera y una vez analizados, llevan a una clasificación del perfil de tierra
del área. Pantanos, lagos, ríos y otros humedales requieren más supervisión
y valoración, no solamente para determinar el impacto ecológico de una
nueva carretera si no también determinar la conveniencia.
Movimientos de tierra
Son actividades constructivas muy frecuentes en la ejecución de la
infraestructura vial, el desarrollo urbano, social e industrial de un país.
Estas actividades son de la competencia de los profesionales de la
construcción y en especial de los Ingenieros Civiles, por tal razón deben
ser estudiadas para ser capaces de diseñar y construir con eficiencia
tales trabajos. Esto se realiza con la finalidad de construir carreteras,
ferrocarriles, edificaciones, presas, minas al aire libre, etc. rompen los
perfiles de equilibrio de las laderas y facilitan desprendimientos y
deslizamientos.
Maquinaria empleada en el movimiento de tierra
La maquinaria de movimiento de tierras es un tipo de equipo
empleado en la construcción de caminos, carreteras, ferrocarriles,
túneles, aeropuertos, obras hidráulicas, y edificaciones. Está diseñada
para llevar a cabo varias funciones, entre ellas: soltar y remover la tierra,
elevar y cargar la tierra en vehículos que han de transportarla, distribuir la
tierra en tongadas de espesor controlado, y compactar la tierra. Algunas
máquinas pueden efectuar más de una de estas operaciones. Entre otras
se pueden mencionar las siguientes máquinas para movimiento de tierra:
Pala excavadora. Existen varios tipos: por su forma de locomoción
pueden clasificarse en excavadoras sobre orugas, o sobre neumáticos o
llantas. Topadora, a menudo conocida por su nombre inglés bulldozer.
Estas máquinas remueven y empujan la tierra con su cuchilla frontal. La
eficiencia de estas máquinas se limita a desplazamientos de poco más de
100 m en horizontal. Existen dos tipos: bulldozer (cuchilla fija) y
angledozer (su cuchilla puede pivotar sobre un eje vertical). Estas
máquinas suelen estar equipadas con dientes de acero en la parte
posterior, los que pueden ser hincados en el terreno duro, al avanzar la
topadora con los dientes hincados en el suelo lo sueltan para poderlo
luego empujar con la cuchilla frontal. Pala cargadora frontal. Estos
equipos se utilizan para remover tierra relativamente suelta y cargarla en
vehículos de transporte, como camiones o volquetes. Son generalmente
articuladas para permitir maniobras en un espacio reducido. Mototraílla o
simplemente traílla, conocida también por su nombre inglés scraper.
Estas máquinas se utilizan para cortar capas uniformes de terrenos de
una consistencia suave, abriendo la cuchilla que se encuentra en la parte
frontal del recipiente. Al avanzar, el material cortado es empujado al
interior del recipiente. Cuando este se llena, se cierra la cuchilla, y se
transporta el material hasta el lugar donde será depositado. Para esto se
abre el recipiente por el lado posterior, y el material contenido dentro del
recipiente es empujado para que salga formando una tongada uniforme.
Motoniveladora, también conocida por el nombre inglés grader. Se utiliza
para mezclar los terrenos, cuando provienen de canteras diferentes, para
darles una granulometría uniforme, y disponer las tongadas en un
espesor conveniente para ser compactadas, y para perfilar los taludes
tanto de rellenos como de cortes.
Desmonte
Se denomina desmonte a la excavación de tierra que se realiza en un
determinado entorno con el fin de rebajar la rasante del terreno,
reduciendo así su cota y logrando formar un plano de apoyo adecuado
para ejecutar una obra. Existen varios medios constructivos para realizar
un desmonte, que generalmente suele depender de la naturaleza
geológica-geotécnica del terreno. Así, por ejemplo, en terrenos arenosos,
arcilloso-limosos, o materiales disgregados, suele bastar con realizar la
excavación mediante una retroexcavadora, o una pala cargadora frontal.
Sin embargo, en aquellos terrenos cuya naturaleza es rocosa, puede
llegar a ser necesario emplear explosivos para efectuar un desmonte. En
los casos intermedios, puede bastar con emplear retroexcavadoras con
martillo neumático Talud del desmonte El ángulo del talud con que se
pretende ejecutar el desmonte también depende del factor geotécnico.
Los terrenos sueltos requerirán taludes más tendidos (de menor
pendiente), generalmente aproximándose al ángulo de rozamiento interno
del material de excavación. Por su parte, las geologías rocosas
permitirán, por lo general, taludes verticales o sub-verticales, siempre y
cuando se trate de roca sana, ya que en caso contrario, dependería del
buzamiento del diaclasado. El objetivo de cualquier obra es reducir los
costes de construcción al máximo, motivo por el cual generalmente
resulta interesante que los desmontes sean lo más verticales posibles.
Con ello se pretende minimizar los volúmenes de excavación y
movimiento de tierras, factores que suelen estar asociados a elevados
costes económicos, así como reducir al máximo la ocupación de las
obras, y por lo tanto, las superficies de expropiación.
Terraplén
Se denomina terraplén a la tierra con que se rellena un terreno para
levantar su nivel y formar un plano de apoyo adecuado para hacer una obra.
En los terraplenes se distinguirán tres partes o zonas constitutivas: Base,
parte del terraplén que está por debajo de la superficie original del terreno, la
que ha sido variada por el retiro de material inadecuado. Cuerpo, parte del
terraplén comprendida entre la base y la corona. Corona (capa subrasante),
formada por la parte superior del terraplén, construida en un espesor de
treinta centímetros (30 cm), salvo que los planos del proyecto o las
especificaciones especiales indiquen un espesor diferente. Las partes de un
terraplén de carretera son:
Coronación: es la capa superior del terraplén, sobre la que se apoya el
firme, con un espesor mínimo de 2 tongadas y siempre mayor de 50 cm. En
esta parte se dispone los mejores suelos del terraplén, es decir, aquellos que
no sean plásticos o tiendan a resquebrajarse o a asentarse. En España la
normativa impone las características en función del número de vehículos que
circulen por la vía.
Núcleo: Es la parte del relleno tipo terraplén comprendida entre el cimiento y
la coronación.
Espaldón: es la parte exterior del relleno tipo terraplén que, ocasionalmente
formará parte de los taludes del mismo. No se consideran parte del espaldón
los revestimientos sin función estructural en el relleno entre los que se
consideran plantaciones, cubiertas de tierra vegetal, protecciones
antierosión, etc.
Cimiento: es la parte inferior del terraplén en contacto con la superficie de
apoyo. Su espesor será como mínimo de 1 metro.
Las tareas necesarias para la ejecución de terraplenes, con
maquinaria de elevado rendimiento, son los siguientes:
Preparación de la superficie de asiento: comprende la retirada del terreno
vegetal y a veces la ejecución de una capa que separe el terraplén artificial
con el terreno natural, capas drenantes, geotextiles; extensión, desecación o
humectación de las tongadas; compactación de cada tongada; refinado de
los taludes y coronación.
Transporte
Es aquella distancia que existe entre los centros de masa (c.m.) de
excavación y de relleno o depósito del material excavado. Estas pueden ser
de varios tipos:
a) Distancia Media de Compensación (D.M.C): Es la que existe entre los
c.m. de una zona en corte y otra de relleno que se compensará
longitudinalmente o transversalmente.
b) Distancia Media de Acarreo (D.M.A): esta podrá medirse desde:
1-El c.m. de una zona en tramo en corte hasta el c.m. de la zona
donde se depositará a caballero o en un vertedero el material
excavado sobrante o indeseable.
2 - El c.m. de un préstamo lateral hasta el c.m. de un tramo en relleno
en la explanación.
Diagrama de masas o de BRUKRER: El método más confiable que se ha
desarrollado hasta ahora para la compensación de volúmenes de tierra y la
determinación de las distancias de transporte es el:
Diagrama de Masas: Este diagrama es un recurso gráfico para resolver los
problemas de distancia de transporte del material procedente de los cortes
para la formación de los rellenos, además nos permite la clasificación de
estos.
Construcción del Diagrama de Masas: Con los valores obtenidos del
cuadro es posible dibujar un perfil y un diagrama. Para ello se establece un
sistema de coordenadas, dibujando las abscisas en la misma escala del perfil
longitudinal de la carretera y seleccionando para las ordenadas una escala
conveniente a la magnitud de los volúmenes calculados. El diagrama de
masas tiene como abscisas el kilometraje de la carretera y como ordenadas
los volúmenes compensados acumulados. ∑ (V c−K V R ) .
Se sabe que los materiales presentan diferentes volúmenes de acuerdo al
estado en que se encuentran (estado en banco, suelto y compactado) por lo
tanto para la construcción del diagrama de masas se debe de considerar el
material en un mismo estado; en efecto se va a utilizar el estado en banco,
así en la expresión de volumen compensado acumulado el factor K,
transforma el volumen compactado en banco.
La figura muestra un ejemplo del diagrama de masa y curva de volúmenes
elaborados:
Otra forma de encontrar el volumen de una carretera
1- Mide la profundidad promedio de la carretera en pulgadas y divídelo
por 36 para convertirlo a yardas. Llama a este número D. Por ejemplo,
si llenas tu carretera con una profundidad de 4,5 pulgadas (11,25 cm),
D = 0,125 yardas (0,11 m) porque 4,5/36 = 0,125.2-
2- Multiplica la profundidad por el área para encontrar el volumen. Por
ejemplo, si el área es 22,332 yardas cuadradas y la profundidad es de
0,125 yardas, el volumen es 2,792 yardas (2,55 m) porque (22,332).
(0,125) = 2,792.
3- Agrega el cinco por ciento del volumen al comprar materiales para
tener suficiente para completar el proyecto. Por ejemplo, en lugar de
comprar exactamente 2,792 yardas cúbicas de material de relleno de
carreteras, deberías comprar 3 yardas cúbicas (2,74 metros cúbicos),
porque (1,05).(2,792) = 2,932, que redondeado hacia arriba es 3.
Cálculo de volumen de tierra por el método de las secciones: En este se
presentan dos casos básicos:
a) Cuando dos secciones transversales consecutivas (en excavación o en
relleno o terraplén) el volumen entre ambas secciones se calcula fácilmente
por:
V=¿.d , m3
b) Cuando una sección está en excavación y la otra sección consecutiva está
en relleno o terraplén:
En este caso:
d1d2
=A rA e
, como: d=d1+d2
Como la línea o - p (línea cero o línea donde se produce el cambio de
excavación a relleno) posee área nula:
V rell=d /2A r
2
Ae+Ar m3compactados
V exc=d /2A e
2
Ae+Ar m3 Naturales
c) Cuando ambas secciones transversales consecutivas están a media
ladera o una a media ladera y la otra en excavación o relleno.
En este caso se realiza una “Construcción Auxiliar” subdividiéndose las áreas
de las secciones a partir de los puntos de cambio de excavación a terraplén,
para así poder aplicar las expresiones básicas explicadas (casos incisos a y
b).
Compensación de volumen: En un diagrama de masas las intersecciones
con las líneas horizontales definen las canteras de compensación. Entre los
perfiles iniciales y final de las canteras, todo el material de desmonte puede
utilizarse en relleno. El volumen de compensación en cada cantera es la
diferencia entre el máximo volumen acumulado y el mínimo volumen
acumulado en esa cantera. Dentro de cada cantera de compensación se
pueden estudiar los costes del transporte, teniendo en cuenta que para cada
uno de los medios empleados para el transporte se pueden definir unas
distancias máximas, por encima de las cuales no resulta económico su
empleo. Cortando la cantera de compensación por unas líneas horizontales
que intercepten las distancias máximas de transporte de cada uno de los
medios (de menor a mayor), se determinan las zonas en las que conviene
emplear los distintos medios y los volúmenes correspondientes a cada uno.
De esta forma, se divide la cantera de compensación en rectángulos de área
equivalente a la de la cantera. La base de los rectángulos representará la
distancia media de transporte para cada uno de los medios y la altura los
volúmenes transportados por cada uno de ellos.
Siguiendo este procedimiento puede evaluarse el coste del transporte y
optimizar el diagrama de masa, es decir, la selección del conjunto de las
líneas horizontales que definen las canteras de compensación, que produce
un coste (volumen por distancia) mínimo.
Esponjamiento o factor de esponjamiento: Al excavar el material en
banco, éste resulta removido con lo que se provoca un aumento de volumen.
Este hecho ha de ser tenido en cuenta para calcular la producción de
excavación y dimensionar adecuadamente los medios de transporte
necesarios. Se denomina factor de esponjamiento (Swell Factor) a la relación
de volúmenes antes y después de la excavación. Se tiene que:M = dS x VS = dB x VBEl factor de esponjamiento es menor que 1. Sin embargo si en otro texto
figura otra tabla con factores mayores que 1, quiere decir que están tomando
la inversa, o sea F´ = VS / VB y si se desean emplear las fórmulas expuestas
aquí, deben invertirse. Otra relación interesante es la que se conoce como
porcentaje de esponjamiento. Se denomina así al incremento de volumen
que experimenta el material respecto al que tenía en el banco, o sea: SW: %
de esponjamiento O en función de las densidades: Son frecuentes tablas en
las que aparece el valor del esponjamiento para diferentes materiales al ser
excavados. Conviene por ello deducir la relación entre volúmenes o
densidades en banco y en material suelto.
El porcentaje de esponjamiento y el factor de esponjamiento están
relacionados: y por consiguiente conociendo el % de esponjamiento de un
material se conoce su factor de esponjamiento, y viceversa, sin más que
operar en la expresión anterior.
Compactación Se califica la compacidad por la comparación cuantitativa de las densidades
secas o pesos unitarios secos, gamma (d), que el suelo va adquiriendo
gradualmente, al variar la humedad, la energía o el método de compactación.
Método proctor. Consiste en compactar el material dentro de un molde
metálico y cilíndrico, en varias capas y por la caída de un pistón.
Existen dos variaciones del método proctor:
Proctor estándar o normal, con pistón de 5 ½ lbs, h = 12’’, N = 25 golpes y 3
capas a compactar. El molde de diámetro= 4’’ y volumen 1/30 ft3.
Proctor modificado, con pistón de 10 lbs, h = 18’’, N = 25 golpes, y
compactando en 5 capas, con el mismo molde.
Curva de humedad – densidad o de compactación: Esta curva da la
variación, gamma (d) Vs w, que se obtiene en laboratorio. La densidad seca
(y también el gamma (d)) va variando al modificar la humedad, w, de
compactación. La humedad óptima es la que se corresponde con el máximo
de la curva de densidad. La rama seca es la que se corresponde al suelo
bajo de humedad, donde la fricción y cohesión dificultan su densificación. La
rama húmeda, es asintótica a la línea de saturación, que se desplaza hacia
la derecha de la humedad óptima de compactación, dado que la energía de
compactación de un suelo muy húmedo la absorbe el agua y no el esqueleto
mineral.
ANEXOS
Conclusión
En los últimos años han surgido nuevas tecnologías y métodos de
construcción debido a los diferentes códigos de eficiencia que han entrado
en vigor. Es por ello que están a la vanguardia nuevas técnicas que tienen
como finalidad mejorar la eficiencia y el rendimiento al momento de construir
una carretera. Aunado a esto, los métodos de áreas y volúmenes son de
suma importancia, ya que para comenzar a construir una carretera en tu
propiedad o cualquier otra área del territorio, debes conocer el área
y volumen de la misma. Pues conocer el área y el volumen de la carretera
ayuda a presupuestar los materiales de construcción y el trabajo. Como
también es indispensable tener conocimiento que para computar el área de
una carretera se necesita conocer su longitud y ancho y que para encontrar
el volumen, se debe saber su longitud, ancho y profundidad. Además utilizar
las diferentes fórmulas adecuadas, para los terrenos con sus cortes y
rellenos o cualquier otra situación que se presente.
Bibliografía
www.google.com
Crespo Villalaz, Vías De Comunicación, Editorial Actualidad, Caracas - Distrito Capital