UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL “REHABILITACIÓN DE LA VÍA TANLAHUA PERUCHO” ABSCISA 0+000 A LA ABSCISA 6+000 TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL AUTOR: ROJAS CARVAJAL MARCO VINICIO TUTOR: Ing. PAULINA ROSANA LIMA GUAMAN QUITO – ECUADOR 2015
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
“REHABILITACIÓN DE LA VÍA TANLAHUA PERUCHO”
ABSCISA 0+000 A LA ABSCISA 6+000
TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL
TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
AUTOR: ROJAS CARVAJAL MARCO VINICIO
TUTOR: Ing. PAULINA ROSANA LIMA GUAMAN
QUITO – ECUADOR
2015
ii
DEDICATORIA
Mi vida universitaria se encuentra plasmada en este trabajo, que dedico
primero a Dios por darme la fortaleza para culminar mis estudios, a los
dueños de mi existencia mis papitos, Luis Alfonso Rojas y Carmen Josefina
Carvajal que a pesar de la distancia siempre estuvieron cuidándome con su
espíritu, gracias padres en cualquier parte del universo que ustedes se
encuentren, dedico este trabajo a mi compañera mi esposa Verito por su
gran paciencia en todos estos años y a mi hijito Pablito por haber vivido y
compartido todos estos momentos difíciles conmigo. A mis hermanos Jorge
Fernando por motivarme a culminar mis estudios a mis suegros Gustavo y
Rosa gracias por su apoyo.
Marco Rojas
iii
AGRADECIMIENTO
Agradezco a todas las personas que de una u otra forma estuvieron
conmigo, porque cada uno aportó con un granito de arena, y es por ello que
a todos y cada uno de ustedes les dedico todo el esfuerzo, sacrificio y
tiempo que entregué a esta tesis.
Al Ing. Bolívar de la Torre, al Ing. Salomón Jaya a la Ing. Paulina Lima
gracias por todo su apoyo y su paciencia por su asesoramiento en la
realización de la misma.
Gracias a todas las personas que ayudaron directa e indirectamente en la
R - I o R – II 120 110 100 95 110 90 95 85 90 80 90 80
I 110 100 100 90 100 80 90 80 80 60 80 60
II 100 90 90 85 90 80 85 80 70 50 70 50
III 90 80 85 80 80 60 80 60 60 40 60 40
IV 80 60 80 60 60 35 60 35 50 25 50 25
V 60 50 60 50 50 35 50 35 40 25 40 25
21
4.4.1 Velocidad de diseño.
De acuerdo a las características geométricas existentes en la vía y
respetando las normas vigentes, se estableció la velocidad de diseño
mínima, equivalente a 35 Km/h, para terrenos ondulados y 25 Km/h, para
terrenos montañosos.
4.4.2 Radio mínimo de curvatura.
El radio mínimo de la curvatura horizontal es el valor más bajo que posibilita
la seguridad en el tránsito a una velocidad de diseño dada en función del
máximo peralte (e) adoptado y el coeficiente (f) de fricción lateral
correspondiente. El empleo de curvas con Radios menores al mínimo
establecido exigirá peraltes que sobrepasen los límites prácticos de
operación de vehículos. Por lo tanto, la curvatura constituye un valor
significante en el diseño del alineamiento. El radio mínimo (R) en
condiciones de seguridad puede calcularse según la siguiente fórmula:
)(*127
2
fe
VR
(Ec. 4.1)
Donde:
R = Radio mínimo de una curva horizontal, m.
V = Velocidad de diseño, Km/h.
f = Coeficiente de fricción lateral.
e = Peralte de la curva, m/m (metro por metro ancho de la calzada).
Criterios para adoptar los valores del radio mínimo.
- Cuando la topografía del terreno es montañosa escarpada.
- En las aproximaciones a los cruces de accidentes hidrográficos.
- En intersecciones entre caminos.
22
- En vías urbanas.
El radio mínimo de las curvas horizontales será de 20m para topografía montañosa y velocidades de diseño de 25 kph y 30 metros para topografía ondulada y velocidades de diseño de 35 kph. 4.4.3 Pendientes máximas y mínimas.
La pendiente longitudinal en el proyecto corresponde al 8% y 12% para
terreno, ondulado y montañoso respectivamente, en longitudes cortas
menores a 750 metros, se podrá aumentar la gradiente en 1% en terrenos
ondulados y 3% en terrenos montañosos.
4.5 secciones típicas adoptadas.
Acorde con los términos de referencia y con las normas que tiene vigente el
Ministerio de Obras Públicas, se adoptó para el diseño geométrico de este
proyecto, un tipo de sección que define los siguientes parámetros:
4.5.1 Tabla de secciones típicas adoptadas.
CARACTERÍSTICAS Km 0+000 AL
Km 6+000
Número de calzadas 1
Número de carriles 2
Ancho calzada 6
Ancho carril 3
Espaldones Externos (2) 0.6
Cuneta lateral en corte 0.7
Cuneta lateral en relleno 1.5
Pendiente transversal calzada % 2
espaldón % 2
TOTAL SECCIÓN MIXTA 9.4
Tabla No.4.3. Elementos de la sección transversal.
23
Relación con la velocidad de circulación. La velocidad de circulación es la velocidad real de un vehículo a lo largo de
una sección específica de carretera y es igual a la distancia recorrida
dividida para el tiempo de circulación del vehículo, o a la suma de las
distancias recorridas por todos los vehículos o por un grupo determinado de
ellos, dividida para la suma de los tiempos de recorrido correspondientes.
La velocidad de circulación de los vehículos en un camino, es una medida de
la calidad del servicio que el camino proporciona a los usuarios, por lo tanto,
para fines de diseño, es necesario conocer las velocidades de los vehículos
que se espera circulen por el camino para diferentes volúmenes de tránsito.
La velocidad de circulación disminuye debido a la interferencia que se
produce entre los vehículos. Si el volumen de tránsito excede el nivel
intermedio, la velocidad de circulación disminuye aún más y en el caso
extremo, cuando el volumen es igual a la capacidad del camino, la velocidad
de los vehículos está determinada más por el grado de saturación del
tránsito que por la velocidad de diseño.
La relación entre la velocidad de circulación y la velocidad de diseño para
volúmenes de tránsito altos no se utiliza para fines de diseño, siendo su
carácter solamente ilustrativo. Todo camino debe diseñarse para que
circulen por él volúmenes de tránsito que no estén sujetos al grado de
saturación que representa la curva inferior, de volumen de tránsito alto.
Los valores de la velocidad de circulación para volúmenes de tráfico bajos,
se usan como base para el cálculo de las distancias de visibilidad para
parada de un vehículo, y los correspondientes a volúmenes de tráfico
intermedios, se usan para el cálculo de la distancia de visibilidad para
rebasamiento de vehículos.
Con la velocidad de diseño calculada previamente VD = 35km/h y aplicando
la respectiva ecuación, obtenemos que la Velocidad de Circulación para
nuestro proyecto es:
VC= 0.8*VD + 6.5 (Ec. 4.2)
24
VC= 0.8*35 + 6.5
VC = 34.5 Km/h para (TPDA <1000)
El cálculo de volúmenes de circulación intermedio Vc (TPDA entre 1000 y
3000), está dado por la ecuación:
VC= 1.32*VD 0.89 (Ec. 4.3)
Con la velocidad de diseño VD = 35km/h procedemos a calcular la velocidad de
circulación para volúmenes de circulación intermedios, obteniendo:
VC= 1.32*(35) 0.89
VC = 31.25 Km/h
Distancias de visibilidad.
Se le denomina distancia de visibilidad a la longitud de la vía que un
conductor observa continuamente delante de él. En la distancia de visibilidad
existen dos aspectos:
La distancia requerida para la parada de un vehículo, sea por
restricciones en la línea horizontal de visibilidad o en la línea vertical.
La distancia necesaria para el rebasamiento de un vehículo.
Distancias de Visibilidad de Parada o Frenado.
Es la distancia mínima necesaria que debe existir en toda la longitud del
camino, para que un conductor que transita observe un objeto en su
trayectoria y pueda detener su vehículo antes de llegar a él y producir un
colapso. Por lo tanto es la mínima distancia de visibilidad que debe
proporcionarse en cualquier punto de la carretera. Está distancia de
visibilidad de parada esta expresada por:
Dvp = D1 + D2 (Ec. 4.4)
25
En la cual:
D1 = Distancia recorrida por el vehículo desde el instante en que el
conductor divisará un objeto, hasta la distancia de frenado expresada en
metros.
D2 = Distancia recorrida por el vehículo una vez aplicados los frenos.
Para el cálculo de la Distancia de Frenado (D2) se utiliza la siguiente
ecuación:
6.3
*1
tVcD
seg
segVc
6.3
5.2* Vc*6944.0 (Ec. 4.5)
Dónde:
t = tiempo de percepción más reacción en segundos.
Por lo tanto:
D1
= 0,7 VC
(Ec. 4.6)
Dónde:
VC = Velocidad de circulación del vehículo, expresada en Km/h.
Donde VC = 35 Km/h, entonces se obtiene:
D1
= 0,7 * 35
D1= 24.5 m
Para el cálculo de la Distancia de Frenado (D2) se utiliza la siguiente
ecuación:
26
f
VcD
*254
2
2
(Ec. 4.7)
En donde:
VC = Velocidad de circulación del vehículo, expresada en Km/h.
f = coeficiente de fricción longitudinal.
El coeficiente de fricción longitudinal no es el mismo para las diferentes
velocidades, pues decrece conforme aumenta la velocidad, dependiendo
también de varios otros elementos, estando esta variación representada por
la siguiente ecuación:
3.0
15.1
Vcf
(Ec. 4.8)
Con VC = 35 Km/h, se obtiene:
f = 0.3958
Reemplazando este valor en la ecuación Se obtiene:
D2 = 12.19 m
Reemplazando D1 y D2 en la ecuación se obtiene:
Dvp = 36.69
En la tabla 1.7 se consignan los diversos valores de diseño, para las
distancias de visibilidad de parada de un vehículo que se recomiendan, sean
aplicados en el país.
27
Tabla No.4.4. Valores de diseño de las distancias de visibilidad mínima para
parada de un vehículo. Fuente del MOP
Distancia de Visibilidad de Rebasamiento.
Es la Distancia necesaria para que un vehículo que circula a velocidad de
diseño, rebase a otro que va a una velocidad menor sin que produzca la
colisión con otro vehículo que viene en sentido contrario.
Esta distancia de visibilidad para el rebasamiento se determina en base a la
longitud de carretera necesaria para efectuar la maniobra de rebasamiento
en condiciones de seguridad.
Las hipótesis que se han adoptado para la determinación de la visibilidad de
rebasamiento en el proyecto son:
28
- El vehículo rebasado viaja a una velocidad uniforme.
- El vehículo que rebasa es forzado a viajar a la misma velocidad que el
vehículo rebasado, mientras atraviesa la sección de carretera en donde la
distancia de visión no es segura para el rebase.
- Cuando se alcanza la sección segura de rebase, el conductor del
vehículo que rebasa, requiere un corto período de tiempo (tiempo de
percepción) para observar el tránsito opuesto y decidir si es seguro el
rebase o no.
- La maniobra de rebase se realiza acelerando en todo momento.
- Cuando el vehículo rebasante regresa a su propio carril del lado derecho,
existe un espacio suficiente entre dicho vehículo y otro que viene en
sentido contrario por el otro carril.
- La AASHTO establece que la diferencia de velocidad entre el vehículo
rebasado y el rebasante es de 16 Km/Hora para que rebase en
pendientes negativas, 24 Km/Hora en horizontal y 32 Km/Hora en
pendientes positivas.
Para carreteras de dos vías, la distancia de visibilidad está representada por
la suma de cuatro distancias parciales que son:
Dr = D
1+D
2+D
3+D
4 (Ec. 4.9)
Donde:
D1= distancia recorrida por el vehículo rebasante en el tiempo de
percepción/reacción hasta alcanzar el carril izquierdo de la carretera.
D2 = distancia recorrida por el vehículo rebasante durante el tiempo que
ocupa el carril izquierdo.
D3= distancia entre el vehículo rebasante y el vehículo que viene en sentido
opuesto, al final de la maniobra.
29
D4= distancia recorrida por el vehículo que viene en sentido opuesto durante
dos tercios del tiempo empleado por el vehículo rebasante, mientras usa el
carril izquierdo; es decir, 2/3 de D2. Se asume que la velocidad del vehículo
que viene en sentido opuesto es igual a la del vehículo rebasante.
Figura No.4.1. Esquema de rebasamiento y sus fases.
Estas distancias parciales se calculan a base de las siguientes fórmulas:
D1 = 0.14*t1(2V – 2m + a*t1) (Ec. 4.10)
D2 = 0.28*V*t2 (Ec. 4.11)
D3 = 0.187*V*t2 (30 m a 90 m) (Ec. 4.12)
D4 = 0.18*V*t1 (Ec. 4.13)
En las cuales:
D1, D2, D3 y D4 = distancias expresadas en metros.
t1 = tiempo de la maniobra inicial expresado en segundos.
t2 = tiempo durante el cual el vehículo rebasante ocupa el carril del lado
izquierdo, expresado en segundos.
30
V = velocidad promedio del vehículo rebasante expresada en Km/Hora.
m = diferencia de velocidades entre el vehículo rebasante y el vehículo
rebasado, expresada en km/h.
Esta diferencia se la considera igual a 16 km/h promedio.
a = aceleración promedio del vehículo rebasante, expresada en kilómetros
por hora y por segundo.
Para el cálculo de las distancias parciales tenemos:
VD = 35 Km/h
t1 = 3.6 s (Ec. 4.14)
t2 = 9.3 s (Ec. 4.15)
V = 34.5 Km/h (velocidad de rebase asumida (Ec. 4.16)
Vc = 51 Km/h (velocidad de circulación (Ec. 4.17)
m = V – Vc = 16 Km/h
a = 2.24 Kph/s
Calculamos las distancias parciales:
D1 = 0.14*t1 (2V – 2m + a*t1) (Ec.4.18)
D1 = 0.14* 3.6 [2(34.5) – 2(16) + 2.24*3.6]
D1 = 22.71 m
D2 = 0.28*V*t2 (Ec. 4.19)
D2 = 0.28*34.5*9.3
D2 = 89.84m
31
D3 = 0.187*V*t1 (30 m a 90 m) (Ec. 4.20)
D3 = 0.187*34.5*3.6
D3 = 30.00m (6.45 m)
D4 = 0.18*V*t2 (Ec. 4.21)
D4 = 0.18*34.5*9.3
D4 = 30.00 m (16.04m)
La distancia D4 que debe existir entre el vehículo rebasante y el que viene
en sentido contrario, al final de la maniobra es variable para las distintas
velocidades y, según las pruebas realizadas por la AASHTO esta distancia
para nuestro proyecto de 35 km/h de velocidad de diseño es de 30m (tabla
1.8).Obteniendo:
Dr = D
1+D
2+D
3+D
4 (Ec. 4.22)
Dr = 172.55 m
Para nuestro proyecto el valor de la distancia de visibilidad de rebasamiento
está por debajo del mínimo recomendado en las especificaciones del MOP
para un terreno ondulado (ver tabla 2.8).
Por lo tanto se utilizará la distancia de rebasamiento Dr = 290.00m
32
33
4.6 Alineamiento horizontal.
Es la proyección del eje del camino sobre un plano horizontal. Y los
elementos que integran esta proyección son.
- Las tangentes.
- Las curvas, sean estas circulares o espirales.
.
Criterios generales.
De acuerdo a las normas de diseño geométrico de carreteras editado por el
Ministerio de Obras Públicas del Ecuador se deben considerar los siguientes
criterios:
En general el proyectista debe combinar curvas amplias con tangentes
largas en la medida que permite el terreno. Debe evitarse un alineamiento
horizontal zigzagueante con curvas cortas, aunque será necesario
proyectar un alineamiento curvilineal balanceado para caminos de baja
categoría en terreno muy accidentado. Siempre debe tomarse en cuenta
en el trazado los aspectos de seguridad y estética de la carretera.
El diseñador debe trazar generalmente curvas de grandes radios,
evitando los mínimos especificados para las velocidades de diseño y
reservándolos para los casos de condiciones críticas. El alineamiento
debe ser direccional en lo posible, de acuerdo con la topografía existente.
Siempre debe buscarse consistencia en el alineamiento, no deben
colocarse curvas agudas en los extremos de tangentes largas y deben
evitarse cambios súbitos de curvaturas amplias a curvaturas cerradas.
Para pequeños ángulos de deflexión, las curvas deben ser
suficientemente largas para no dar la apariencia de un cargo de dirección
forzado.
Deben evitarse curvas de radios pequeños sobre rellenos de altura y
longitud grandes.
34
Hay que tener precaución en el empleo de curvas circulares compuestas
para que la medida del radio mayor no exceda de una y media del radio
menor.
Tangentes.
Son la proyección sobre un plano horizontal de las rectas que unen las
curvas. El punto de intersección de la prolongación de dos tangentes
consecutivas se lo llama PI y al ángulo de definición, formado por la
prolongación de una tangente y la siguiente se lo denomina “α” (alfa).
Las tangentes van unidas entre sí por curvas y la distancia que existe entre
el final de la curva anterior y el inicio de la siguiente se la denomina
tangente intermedia. Su máxima longitud está condicionada por la
seguridad.
Las tangentes intermedias largas son causa potencial de accidentes, debido
a la somnolencia que produce al conductor mantener concentrada su
atención en puntos fijos del camino durante mucho tiempo o por que
favorecen al encandilamiento durante la noche; por tal razón, conviene
limitar la longitud de las tangentes intermedias, diseñando en su lugar
alineaciones onduladas con curvas de mayor radio.
Curvas circulares.
Las curvas circulares son los arcos de círculo que forman la proyección
horizontal de las curvas empleadas para unir dos tangentes consecutivas y
pueden ser simples, compuestas y reversas. Entre sus elementos
característicos principales se tienen los siguientes:
Curvas circulares Simples.
Es un arco de circunferencia tangente a dos alineamientos rectos de la
vía y se define por su radio, que es asignado por el diseñador como mejor
35
convenga para comodidad de los usuarios de la vía y a la economía de la
construcción y el funcionamiento.
Elementos de la Curva Simple
Figura 4.2. Elementos de una curva
PI: Punto de intersección de la prolongación de las tangentes.
PC: Punto en donde empieza la curva simple.
PT: Punto en donde termina la curva simple.
α: Ángulo de deflexión de las tangentes.
∆C: Ángulo central de la curva circular.
θ: Ángulo de deflexión a un punto sobre la curva circular.
GC: Grado de curvatura de la curva circular.
RC: Radio de la curva circular.
T: Tangente de la curva circular o subtangente.
E: External
M: Ordenada media
C: Cuerda
CL: Cuerda larga.
l: Longitud de un arco.
Le: Longitud de la curva circular.
36
Longitud de la curva.
Es la longitud del arco entre el PC y el PT. Se lo representa como lc y su
fórmula para el cálculo es la siguiente:
180
Rlc (Ec. 4.23)
Tangente de curva o subtangente.
Es la distancia entre el PI y el PC ó entre el PI y el PT de la curva,
medida sobre la prolongación de las tangentes. Se representa con la letra
“T” y su fórmula de cálculo es:
2
TangRT (Ec. 4.24)
External.
Es la distancia mínima entre el PI y la curva. Se representa con la letra
“E” y su fórmula es:
lSecRE
2
(Ec. 4.25)
Ordenada media.
Es la longitud de la flecha en el punto medio de la curva. Se representa
con la letra “M” y su fórmula de cálculo es:
2cos
RRM (Ec. 4.26)
Deflexión en un punto cualquiera de la curva.
Es el ángulo entre la prolongación de la tangente en el PC y la tangente
en el punto considerado. Se lo representa como θ y su fórmula es:
37
20
lGc (Ec. 4.27)
Cuerda.
Es la recta comprendida entre 2 puntos de la curva. Se la representa con
la letra “C” y su fórmula es:
22
SenRC (Ec. 4.28)
Si los dos puntos de la curva son el PC y el PT, a la cuerda resultante se la
llama cuerda larga. Se la representa con las letras “CL” y su fórmula es:
22
SenRCl (Ec. 4.29)
Angulo de la cuerda.
Es el ángulo comprendido entre la prolongación de la tangente de la vía y
la curva. Su representación es “Ø” y su fórmula para el cálculo es:
2
(Ec. 4.20)
En función del grado de curvatura:
40
lGc (Ec. 4.21)
El ángulo para la cuerda larga se calcula con la siguiente fórmula:
40
lcG (Ec. 4.22)
38
Peralte.
Cuando un vehículo recorre una trayectoria circular es empujado hacia
afuera por efecto de la fuerza centrífuga “F”. Esta fuerza es contrarrestada
por las fuerzas componentes del peso (P) del vehículo, debido al peralte, y
por la fuerza de fricción desarrollada entre llantas y la calzada.
Magnitud del Peralte.
El uso del peralte provee comodidad y seguridad al vehículo que transita
sobre el camino en curvas horizontales, sin embargo el valor del peralte no
debe sobrepasar ciertos valores máximos ya que un peralte exagerado
puede provocar el deslizamiento del vehículo hacia el interior de la curva
cuando el mismo circula a baja velocidad.
Debido a estas limitaciones de orden práctico, no es posible compensar
totalmente con el peralte la acción de la fuerza centrífuga en las curvas
pronunciadas, siendo necesario recurrir a la fricción, para que sumado al
efecto del peralte, impida el deslizamiento lateral del vehículo, lo cual se lo
contrarresta al aumentar el rozamiento lateral. .
Se recomienda para vías de dos carriles un peralte máximo del 10% para
carreteras y caminos con capas de rodadura asfáltica, de concreto o
empedrada para velocidades de diseño mayores a 50 Km/h; y del 8% para
caminos con capa granular de rodadura (caminos vecinales tipo 4, 5 y 6) y
velocidades hasta 50 Km/h. Para utilizar los valores máximos del peralte
deben tenerse en cuenta los siguientes criterios para evitar:
- Un rápido deterioro de la superficie de la calzada en caminos de
tierra, sub.-base, por consecuencia del flujo de aguas de lluvia
sobre ellas.
- Una distribución asimétrica del peso sobre las ruedas del vehículo,
especialmente los pesados.
39
- El resbalamiento dentro de la curva del vehículo pesado que
transita a una velocidad baja.
- El Peralte máximo se fijó en 8% ya que sus velocidades son menores a 50 kph.
Desarrollo del peralte.
Cada vez que se pasa de una alineación recta a una curva, se tiene que
realizar una transición de una sección transversal, de un estado de sección
normal al estado de sección completamente peraltada o viceversa, en una
longitud necesaria para efectuar el desarrollo del peralte.
En Curvas circulares, la longitud de transición del peralte se distribuye 1/3 en
la curva y 2/3 en la tangente. En curvas con espirales el peralte se lo
desarrolla a todo lo largo de la longitud de la espiral.
Se calcula la longitud “L” de desarrollo del peralte en función de la gradiente
de borde “i”, cuyo valor se obtiene en función de la velocidad de diseño.
i
aeLt
2
* (Ec.4.23)
Donde:
Lt = longitud de la transición
e = Valor del peralte.
a = ancho de la calzada.
i = gradiente Longitudinal.
Para encontrar la longitud de bombeo, podemos establecer la siguiente
relación:
i
aPLp
*2
* (Ec. 4.24)
Donde:
40
Lp = longitud del bombeo.
Longitud mínima para el desarrollo del peralte, es la que corresponde a la
distancia recorrida por un vehículo en el tiempo de dos segundos, a la
velocidad de diseño, es decir:
VLmín 56.0 (Ec. 4.25)
V = Km/h.
Valores de la sección adoptada para el proyecto.
Tabla 4.6. Elementos de diseño para la transición del peralte
ANCHO DE LA CALZADA
Clase de Carretera Ancho de la Calzada (m)
Recomendable Absoluto
R-I o R-II > 8000 TPDA 7,30 7,30
I 3000 a 8000 TPDA 7,30 7,30
II 1000 a 3000 TPDA 7,30 6,50
III 300 a 1000 TPDA 6,70 6,00
IV 100 a 300 TPDA 6,00 6,00
V Menos de 100 TPDA 4,00 4,00
Tabla. 4.7.. Ancho de la calzada en función de los volúmenes de tráfico
Normas del M.O.P Valor
e (peralte máximo) 8 %
a (ancho de la calzada) 6.00 m
B (bombeo de la calzada) 2%
i (gradiente longitudinal) 0.05%
Lt ( longitud de transición) 50.0 m
41
Curvas horizontales.
CURVA No 1 Izquierda
Radio Deflexión Factor Velocidad
M (°) C KPH
240 25.74400 2 35
Elementos de la Curva Espiral 1
Ls= 50.00 M Lc = 57.84 m
θe = 5.96827 (°) K = 24.99 m
θs = 0.10417 Rad P = 0.43 m
Δc = 13.80745 (°) Es = 6.63 m
A = 1.98942 (°) TC = 16.68 m
B = 3.97885 (°) Ts = 79.94 m
Cs = 49.98 M TL = 33.35 m
Xc= 49.95 M Yc = 1.73 m
Tabla. 4.8.. Elementos de la curva espiral.
CURVA No 4 Izq.
Deflexión ∆= 5.121666667 0.08939
Radio R= 700 M
Elementos de la Curva Circular
Tangente T= 31.31 M
Longitud Lc= 62.57 M
Cuerda C= 62.55 M
External E= 0.70 M
Ordenada M= 0.70 M
Tabla 4.9. Elementos de la curva circular.
4.6.1 Alineamiento vertical.
El perfil vertical de una carretera es tan importante como el alineamiento
horizontal y debe estar en relación directa con la velocidad de diseño, con
las curvas horizontales y con las distancias de visibilidad. En ningún caso se
debe sacrificar el perfil vertical para obtener buenos alineamientos
horizontales.
42
Criterios generales.
Criterios generales para el alineamiento Vertical. El ministerio de Obras
Públicas del Ecuador emite los siguientes criterios:
- Se deben cortar los perfiles con gradientes reversos agudos y
continuados, en combinación con un alineamiento horizontal en su
mayor parte en línea recta, por constituir un serio peligro, esto se
puede evitar introduciendo una curvatura horizontal o por medio de
pendientes más suaves lo que significa mayores cortes y rellenos.
- Deben evitarse perfiles qué contengan dos curvas verticales de la
misma dirección entrelazadas por medio de tangentes cortas.
- En ascensos largos, es preferible que las pendientes más
empinadas estén colocadas al principio del ascenso y luego se lo
suavice, también es preferible emplear un tramo de pendiente
máxima, seguido por un tramo corto pendiente suave en el cual los
vehículos pesados puedan aumentar en algo su velocidad, después
del cual sigue otra vez un nuevo tramo largo de una sola pendiente
aunque ésta sea algo suave. Esto es aplicable a carreteras de baja
velocidad de diseño.
- En la relación de la curva vertical a emplearse en un enlace
determinado, se debe tener en cuenta la apariencia estética de la
curva y los requisitos para drenar la calzada en forma adecuada.
Gradientes transversales.
Se denomina gradiente transversal o bombeo a la pendiente transversal
que se proporciona a la corona de la carretera para permitir que el agua
que cae directamente, sobre esta, escurra hacia sus espaldones.
43
Figura 4.3. Bombeo en Sección Tangente.
Figura 4.4 Bombeo en Sección en curva.
Cuando se construyen terraplenes sobre suelos blandos, con el tiempo, el
bombeo, tiende a reducirse porque se produce un mayor asentamiento en el
centro de la sección que en los espaldones.
Áreas de las secciones transversales.
Con los valores obtenidos del levantamiento topográfico de la carretera en
estudio, pasamos a calcular las áreas de dichas secciones, para efecto de lo
cual existen varios métodos, entre los cuales podemos indicar los tres más
usados:
44
Método del Trapecio.
Este método es muy utilizado sobre todo en terrenos llanos y consiste en
utilizar la siguiente fórmula, la cual se emplea tanto para excavaciones,
como para terraplenes.
A= H (B + NH) [Ec. 4.26]
Espaldones.
La principal función de los espaldones son las siguientes:
- Suministrar espacio para el estacionamiento temporal de vehículos fuera
de la superficie de rodadura.
- Suministrar amplitud para el conductor, contribuyendo a una mayor
facilidad de operación, libre de tensión nerviosa.
- Mejoramiento de la distancia de visibilidad en curvas horizontales.
- Mejoramiento de la capacidad de la carretera, facilitando una velocidad
uniforme.
- Soporte lateral del pavimento.
- Provisión de espacio para la colocación de señales de tráfico y sin
provocar interferencia alguna.
- Provisión de espacio para trabajos de mantenimiento. Para el diseño de
los anchos de los Espaldones el Ministerio de Obras Públicas establece el
siguiente.
45
Tabla 4.10. Valores de diseño para el ancho de espaldones.
* La cifra en paréntesis es la medida del espaldón interior de cada calzada y
la otra es para el espaldón exterior. Los dos espaldones deben pavimentarse
con concreto asfáltico.
**Se recomienda que el espaldón debe pavimentarse con el mismo material
de la capa de rodadura del camino correspondiente.
EL ancho de los espaldones en el proyecto de la via Tanlahua Perucho es
de 0.6 m, según el Cuadro del Valores de diseño para el ancho de
espaldones del MOP.
Longitudes críticas de gradientes para el diseño.
El término “longitud crítica de gradiente” se usa para indicar la longitud
máxima de gradiente cuesta arriba, sobre la cual puede operar un camión
representativo cargado, sin mayor reducción de su velocidad y,
consecuentemente, sin producir interferencias mayores en el flujo de tráfico.
A fin de poder mantener una operación satisfactoria en carreteras con
gradientes que tienen longitudes mayores que la crítica, y con bastante
tráfico, es necesario hacer correcciones en el diseño, tales como el cambio
de localización para reducir las gradientes o añadir un carril de ascenso
adicional para los camiones y vehículos pesados.
Esto es particularmente imperativo en las carreteras que atraviesan la
cordillera de los Andes. Los datos de longitud crítica de gradiente se usan en
conjunto con otras consideraciones, tales como el volumen de tráfico en
relación con la capacidad de la carretera, con el objeto de determinar sitios
donde se necesitan carriles adicionales.
46
Curvas Verticales Convexas.
La longitud mínima de las curvas verticales se determina en base a los
requerimientos de la distancia de visibilidad para parada de un vehículo,
considerando una altura del ojo del conductor de 1,15 metros y una altura
del objeto que se divisa sobre la carretera igual a 0,15 metros.
Curvas Verticales Cóncavas.
No existe un criterio único respecto de la longitud para el diseño de esta
clase de curvas. Existen cuatro criterios diferentes con el fin de establecerla,
que son:
- Distancia de visibilidad nocturna, que es el que más se tiene en
cuenta
- Comodidad para conducir y para los usuarios
- Control de drenaje
- Apariencia de la vía.
Es decir que por motivos de seguridad, es necesario que las curvas
verticales cóncavas sean lo suficientemente largas, de modo que la longitud
de los rayos de luz de los faros de un vehículo sea aproximadamente igual a
la distancia de visibilidad necesaria para la parada de un vehículo.
La longitud de la curva dependiendo del tipo de curva, son expresadas por
las siguientes fórmulas.
Curva Vertical Cóncava Curva Vertical Convexa
LCV = A * (K2 / (122 + 3.5*S ) ) LCV = A * K2 / 426
Tabla 4.10. Ecuaciones para determinar la longitud de la curva vertical.
47
Donde:
L= Longitud de la curva vertical, expresada en metros.
A = diferencia de pendientes (m1-m2), expresada en porcentajes.
K= distancia de visibilidad de parada, expresada en metros.
A continuación se muestra los elementos obtenido de una curva vertical
cóncava, los cálculos de las otras curvas se encuentran en los anexos.
Calculo de curva vertical.
Tabla 4.11. Valores de los elementos de la curva vertical.
48
CAPITULO V
5. Estudios de suelos con (CBR)
5.1 antecedentes.
El trabajo de suelos consistió en un estudio de campo, y en ensayos de
laboratorio para la determinación del CBR, cuyos resultados en base a
especificaciones establecidas, sirvieron para establecer los espesores
mínimos de cada uno de los elementos estructurales del camino.
5.2 procedimiento de trabajo.
En el eje del camino: se realizó calicatas, con una profundidad de 1 metro,
aproximadamente cada 500 m, las muestras obtenidas fueron enviadas al
laboratorio para su análisis.
Resultados de la Investigación del Subsuelo.
De acuerdo a los resultados de la investigación realizada, se tiene que el
material de la subrasante presenta las siguientes características:
- Los materiales de la subrasante son muy similares y no es necesario
considerar más de un tramo para diseño. Los suelos son
predominantemente arenosos, con esporádica presencia de limos
arenosos, carecen de plasticidad y su condición de humedad varía
entre seca a poco húmeda.
- En todo el trazado, la humedad del suelo es inferior a la óptima de
compactación, por lo que para su compactación se requiere de
hidratación. No hay fuentes de agua aprovechables en las cercanías
y debe preverse transporte desde las zonas cercanas a San Antonio.
- Los suelos no tienen características expansivas.
49
5.3 Datos para el pre diseño.
VALORES ORDENADOS POR ABSCISA
POZO w% w% OPT % COMP. CBR
0+255 3.3 15.3 73.0 22.9
0+750 6.5 13.3 74.3 8.9
1+250 14.1 24.0 79.3 21.5
1+750 1.7 10.2 66.8 25.0
2+250 2.1 17.5 71.5 8.7
2+750 4.2 11.6 77.7 17.5
3+250 7 15.7 87.0 20.0
3+750 6.9 17.1 93.6 20.0
4+250 7.1 12.0 88.2 31.0
4+750 5.9 12.5 93.6 17.0
5+280 6.2 14.2 68.4 16.9
5+750 9.4 19.0 85.7 21.0
Tabla 5.1. Investigación del suelo.
CBR de diseño.
Tabla 5.2.CBR de diseño.
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0
CBR
DPC
50
Tipo de Subrasantes CBR
S0 CBR<5
S1 5<CBR<10
S2 10<CBR<20
S3 CBR >20
Tabla 5.3. Clasificación de Subrasantes según el MOP.
En base a nuestro nivel de tráfico corresponde al 75% del C.B.R.
Nivel de tráfico % de diseño
E.E<104 60%
104<E.E<106 75%
E.E<106 87.50%
Tabla 5.4. Porcentaje de diseño
51
5.4 diseño estructural del pavimento
Foto No.5.1(a) Capa de rodadura actual. Foto No.5.2. (b) Capa de rodadu
ra actual
Subbase.
Es la capa de material seleccionado que se coloca encima de la
subrasante y tiene por objeto:
- Servir de capa de drenaje al pavimento.
- Controlar o eliminar en lo posible los cambios de volumen,
elasticidad y plasticidad perjudiciales del material de la subrasante.
- Controlar la capilaridad del agua proveniente de las capas o
niveles freáticos cercanos protegiendo al pavimento de los
hinchamientos.
52
Granulometría:- Tamaño máximo 3
TAMIZ PORCENTAJE EN PESO QUE PASA A TRAVÉS DE
LOS TAMICES DE LA MALLA CUADRADA
CLASE 1 CLASE 2 CLASE 3
3” - - 100
2“ - 100 -
11/2” 100 70-100 -
N.- 4 30-70 30-70 30-70
N.- 40 10-35 - -
N.- 200 0-15 0-20 0-20
Tabla 5.5. Granulometría para las diferentes clases de sub-base
(Normas del MOP 403-1.1.)
Plasticidad.
El material pasante el tamiz N.- 40 tendrá:
Límite líquido será hasta el 35 %
Índice plástico Hasta 12%
Contracción Lineal entre 3 y 6%
El material se compactará entre 95 y 100 %.
Base.
Es la capa que tiene por finalidad absorber los esfuerzos transmitidos por la
cargas de los vehículos y además repartir uniformemente estos esfuerzos a
la subbase y al terreno de fundación.
Las bases pueden ser granulares o bien estar formadas por mezclas
bituminosas o mezclas estabilizadas con cemento u otro material ligante. El
53
material que se utilice en la construcción cumpliendo siempre los requisitos
establecidos en las especificaciones técnicas.
Este trabajo consistirá en la construcción de capas de base compuestas por
agregados triturados total o parcialmente o cribados, estabilizados con
agregado fino procedente de la trituración, o suelos finos seleccionados,
ambos. La capa de base se colocará sobre una sub-base terminada y
aprobada, o en casos especiales sobre una subrasante previamente
preparada y aprobada, y de acuerdo con los alineamientos, pendientes y
sección transversal establecida en los planos o en las disposiciones
especiales.
Granulometría: Tamaño máximo 2”
TAMIZ PORCENTAJE EN PESO QUE PASA A TRAVÉS DE LOS TAMICES DE LA MALLA CUADRADA
TIPO A TIPO B
2“ 100 -
11/2” 70-100 100
1" 55-85 70-100
3/4" 50-80 60-90
3/8" 35-60 45-75
N.- 4 25-50 30-60
N.-10 20-40 20-50
N.- 40 10-25 10-25
N.- 200 2-12 2-12
Tabla 5.6. Granulometría para las diferentes clases de base
(Normas del MOP 404-1.1).
Los Agregados retenidos en el tamiz No. 4 deberán tener un porcentaje
de desgaste no mayor de 40 %.
Capa de rodadura.
La función primordial es proteger la base impermeabilizando la superficie
para evitar infiltraciones de agua lluvia, proporcionar una superficie de
54
rodadura lisa, evitar el desgaste de la base debido al tráfico de vehículos, así
como incrementar la capacidad de soporte del pavimento.
El asfalto será distribuido uniformemente sobre la superficie preparada, que
deberá hallarse seca o ligeramente húmeda. La distribución se efectuará en
una longitud determinada y dividiendo el ancho en dos o más fajas, a fin de
mantener el tránsito en la parte de vía no imprimada. Será necesario tomar
las precauciones necesarias en los riegos, a fin de empalmar o superponer
ligeramente las uniones de las fajas, usando en caso de necesidad el
rociador manual para retocar los lugares que necesiten.
GRANULOMETRÍA.- Tamaño ½ “
Porcentaje que pasa el tamiz % de Asfalto
N.-3/8” 80-100
N.- 4 55-75
N.-8 35-50
N.-30 18-29
N.-50 13-23
N.-100 8-16
N.-200 4-10
Tabla 5.7. Granulometría de los agregados para el hormigón asfáltico
(Normas del MOP 405-4.1).
55
Figura No 5.1. Sección de una estructura de pavimento.
5.5 Fuente de materiales.
Existe material adecuado al inicio del proyecto y se deberá seleccionar
la cantera de la que se explotará, en función de los trámites legales
necesarios para expropiar un sector adecuado para la extracción.
El material en condición natural, y tal como sale de la mina, no cumple
graduaciones de material de Base o de Sub-base. Será necesario
proceder a un tamizado, trituración secundaria y mezcla para obtener
la granulometría definida en las Especificaciones Generales del MOP.
El material ensayado es de gran dureza (resistencia a la abrasión =
29%) y poco sensible al ataque químico (desgaste por sulfatos = 1%).
Es denso (densidad de sólidos entre 2.46 a 2.56), por lo que podrá ser
empleado para cualquier uso, incluso para doble tratamiento con una
trituración y tamizado adecuados. No obstante, se presentan en el
frente de explotación fajas de material pumítico de menor dureza, que
deben ser evitadas al momento de la extracción. El material de baja
calidad se usará de preferencia para rellenos o usos semejantes.
56
Foto No.5.2 (a) Fuente de materiales. Foto No.5.2 (b) Fuente de Materiales. 5.5.1 Canteras.
De la recopilación de información existente se estableció la existencia de
depósitos de material pétreo en los siguientes lugares:
Mina Tanlahua: Se ubica aproximadamente a 3.0 Km del inicio del
proyecto. Existe acceso y la mina está en explotación. El material
corresponde a piroclastos en matriz arenosa, de fácil explotación, y de
volumen ilimitado.
Mina Cruzloma 1: Se encuentra a 4.5 km del inicio del proyecto, el
material es semejante al anterior y se dispone de volúmenes
explotables superiores a las necesidades del proyecto.
Mina Cruzloma 2: a un costado de la anterior y ligeramente más
distante, corresponde a la vertiente opuesta de la loma. También se
tiene acceso, la mina está en explotación y tiene volumen ilimitado.
CAPITULO VI
6. Diseño definitivo de la estructura.
6.1 Consideraciones previas.
Este diseño corresponde al método AASHTO, pues los valores a ser usados
provienen de sus gráficos y tablas.
57
Período de diseño: 10 y 20 años.
Tráfico. Corresponde al número de repeticiones de ejes, aquí interviene el
período de diseño, pues del TPDA se obtienen los valores de Buses y
camiones, con sus respectivas composiciones porcentuales y llevados este
a ejes equivalentes, se obtiene el número de repeticiones para el período
de diseño, se debe considerar el carril de diseño, es decir del total de
vehículos se considera tan solo el 50 % si la vía tiene un carril por sentido y
se continuará descontando en función del número de carriles por sentido,
esto se define con claridad en el método AASHTO.
Trafico futuro obtenido a los 10 años
niTaTp )1(10
(Ec. 6.1)
10)05.01(18310 Tp = 298 (Camiones 2E)
Trafico futuro obtenido a los 20 años
niTaTp )1(20 (Ec. 6.2)
20)05.01(18310 Tp = 456 (Camiones 2E)
Calculo de los ejes equivalentes a 8180 Kg de carga durante el periodo de
diseño en una dirección.
Primer periodo 10 años.
135185108.3*5.0*10*365*2
298183
NPE
(Ec. 6.3)
NPE. Para una etapa de 10 años = 61035.1 x
Segundo periodo 20 años
58
359181908.3*5.0*20*365*2
456183
NPE
(Ec. 6.4)
NPE. Para una etapa de 20 años = 61059.3 x
Confiabilidad. Estos valores se obtienen del cuadro siguiente.
Niveles de confiabilidad sugeridos para diferentes carreteras
Clasificación
Nivel de confiabilidad recomendado
Red Urbana
Rural
Autopistas interestatales y otras
85 -99.9
80 -99.9
Arterias principales
0-99
75-95
Colectoras de Tránsitos
0-95
75-95
Carreteras locales
0-80
50-80
Tabla No.6.1. Niveles de confiabilidad para diferentes carreteras Fuente
MTOP.
Para el diseño presente se toma un valor de confiabilidad del 95 %.
Efectos ambientales.
Esto considera los niveles de drenaje en el interior de las capas de
pavimento, en la tabla siguiente constan los valores:
59
Tabla No.6.2. Cuadro de coeficiente de drenaje para pavimentos flexibles
fuente del MTOP.
Para el diseño presente se ha considerado que el tiempo que el pavimento
está expuesto a niveles de saturación esta entre 5% y 25% y que la calidad
de drenaje es regular por lo que el coeficiente estará entre 1.0 y 0.8, de aquí
determinamos como coeficiente de drenaje para capas granulares 1.0 y
para capas asfálticas también de 1.0
Serviciabilidad.
La serviciabilidad es la condición de confort de una vía la cual va
deteriorándose con el tiempo, en el diseño se considera una pérdida de este
valor. La mejor forma de evaluarla es a través del índice de servicio presente
(PSI), el cual varía de O (carretera imposible) hasta 5 (carretera perfecta).
Teniendo en cuenta que la serviciabilidad final de un pavimento (Pt) depende
del tránsito y del índice de servicio inicial (P0), es necesario hacer una
determinación de este último.
∆ PSI = P0 – Pt (Ec. 6.5)
Consideraremos un valor de P0 = 4.2 y un Pt = 2.0 por lo que ∆ PSI =
2.2
Módulo resiliente de la subrasante:
Este se obtiene a partir del CBR determinado en la vía, una vez obtenido el
CBR a lo largo de la carretera a diseñar, tomando ensayos normalmente
cada 500 metros, aunque esta distancia depende de la longitud de la vía y
de la exactitud de los resultados, se tramifica la carretera, en función de esta
característica y se determina el CBR al percentil 75, para seguridad y con la
fórmula siguiente se obtiene el módulo resiliente.
Para el proyecto tenemos un CBR = 15.6,
60
64.0*2555 CBRMRsubr (Ec. 6.6)
psiMRsubr 86.14824)6.15(*2555 64.0
Subbase
La norma determina que para material de subbase se considere que su CBR
sea superior al 30 %, para el caso se ha previsto una subbase con CBR
igual al 50 %.
Figura No.6.1. Nomograma para calcular el coeficiente estructural de la subbase granular fuente del MTOP.
61
Para un valor de CBR de 50% en el nomograma se obtiene el valor de a3 =
0.125 y un módulo resiliente (MR) = 17500 Psi =1231.48 Kg/cm2
Base
Para base el material debe cumplir con las especificaciones de la norma que
exige un CBR mínimo de 80% el cual debe ser analizado en el nomograma
de la ASSHTO y de esta manera obtener a2 y el módulo resiliente del
material.
Para este caso se toma un CBR de 80%
Figura No.6.2. Nomograma para calcular el coeficiente estructural de la base granular fuente del MTOP.
Del nomograma se obtiene un coeficiente estructural a2 = 0.134 y un módulo
resiliente (MR):28400Psi = 1999.51Kg/cm2
62
Coeficiente estructural a1 para capas de concreto asfaltico:
Se halla el coeficiente estructural a1 en función del Módulo Resiliente del
concreto asfaltico
Figura No.6.3. Cuadro para determinar el coeficiente estructural de la carpeta asfáltica.
Con base en la gráfica se obtiene un valor de variación del coeficiente a1=
0.45
6.2 Diseño de la estructura.
PERIODO DE DISEÑO 10 años
EJES EQUIVALENTES 1351851
Mr BASE 28400 (Psi)
Mr SUBBASE 17500 (Psi)
Mr SUBRASANTE 14824.86 (Psi)
ΔPSI 4.5-2.0
63
Tabla No.6.3. Valores del módulo resiliente.
Cálculo del número estructural (SN):
Para el cálculo de los números estructurales de las capas del pavimento se
utilizó el programa de la AASHTO 93. Se debe tener en cuenta como datos
de entrada, el nivel de confiabilidad y la desviación estándar.
Figura No.6.4. Numero estructural.
Estructura de pavimento para 10 años.
Cálculo del número estructural de la carpeta asfáltica (SN1).
64
Figura No.6.5. Numero estructural.
Calculo del número estructural de la base y la carpeta asfáltica (SN2).
Figura No.6.6. Numero estructural.
Calculo del número estructural de la sub-base, base y carpeta asfáltica
(SN3).
Figura No.6.7. Numero estructural.
65
a1 0.45/pulgada
a2 0.134/pulgada
a3 0.125/pulgada
SN1 2.30
SN2 2.74
SN3 2.90
m2 1.0
m3 1.0
N 1.35x106
Tabla No.6.4. Datos para calcular la estructura del pavimento.
A continuación en la tabla se muestran los espesores mínimos admisibles
para las capas asfálticas y la base granular
Tabla Espesores mínimos admisibles para las capas asfálticas y la
base granular.
Tabla No.6.5. Espesores mínimos de la carpeta asfáltica.
Espesor de la carpeta asfáltica.
Para calcular el espesor de la carpeta asfáltica se utiliza la siguiente
expresión:
1
11
a
SND
(Ec. 6.7)
66
cmpuD 00.13lg11.545.0
30.21
De lo anterior, podemos concluir que se cumple con los espesores mínimos
establecidos, consignados en la tabla
Se corrige el número estructural de la carpeta asfáltica debido a la
aproximación del espesor.
1*11* DaSN (Ec. 6.8)
30.211.5*45.01* SN
Cálculo del espesor de la base
2*2
)12(2
*
ma
SNSND
(Ec. 6.9)
lg29.31*134.0
)30.274.2(2
*
puD
El espesor de la base calculado por el método de la ASSHTO no cumple con
el espesor mínimo permitido, por lo que se incrementa hasta 6 (pulg)
cmpu 00.1624.15lg6
Se corrige el número estructural:
** 1*2*2*22 SNmaDSN (Ec. 6.10)
10.330.21*134.0*62* SN
Espesor de la Sub-base
3*3
)23(3
*
ma
SNSND
(Ec. 6.11)
67
lg6.11*125.0
)10.390.2(3 puD
cm10.46.1
Según el método de la AASHTO los espesores de las capas de la estructura
del pavimento flexible son:
CAPA H (CM)
Carpeta asfáltica 13
Base 16
Sub-base 10
Tabla No.6.6. Espesores del pavimento flexible.
Estructura de pavimento para 20 años.
Cálculo del número estructural de la carpeta asfáltica (SN1).
Figura No.6.8. Numero estructural.
Calculo del número estructural de la base y la carpeta Asfáltica (SN2).
68
Figura No.6.9. Numero estructural.
Calculo del número estructural de la sub-base, base y carpeta asfáltica (SN3)
Figura No.6.10. Numero estructural.
69
Tabla Datos para calcular espesores por método AASHTO.
a1 0.45/pulgada
a2 0.134/pulgada
a3 0.125/pulgada
SN1 2.68
SN2 2.68
SN3 3.36
m2 1.0
m3 1.0
N 3.59x106
Tabla No.6.7. Datos para calcular los espesores del pavimento por el método AASHTO.
A continuación en la tabla se muestran los espesores mínimos admisibles
para las capas asfálticas y la base granular
Espesor de la carpeta asfáltica.
Para calcular el espesor de la carpeta asfáltica se utiliza la siguiente
expresión:
1
11
a
SND
cmpuD 14.15lg96.545.0
68.21
De lo anterior, podemos concluir que se cumple con los espesores mínimos
establecidos, consignados en la tabla
Se corrige el número estructural de la carpeta asfáltica debido a la
aproximación del espesor.
1*11* DaSN
68.296.5*45.01* SN
Cálculo del espesor de la base
70
2*2
)12(2
*
ma
SNSND
El espesor de la base calculado por el método de la ASSHTO no cumple con
el espesor mínimo permitido, por lo que se incrementa hasta 6 (pulg)
cmpu 00.1624.15lg6
Se corrige el número estructural:
** 1*2*2*22 SNmaDSN
10.330.21*134.0*62* SN
Espesor de la Sub-base
3*3
)23(3
*
ma
SNSND
lg08.21*125.0
)10.336.3(3 puD
cm28.508.2
Según el método de la AASHTO los espesores de las capas de la estructura
del pavimento flexible son:
Tabla Espesores pavimento flexible AASTHO.
CAPA H (CM)
Carpeta asfáltica 16
Base 16
Sub-base 10
Tabla No.6.8. Espesores pavimento flexible.
71
CAPITULO VII
Información hidro meteorológico.
7.2 Objetivo.
El objetivo general del estudio, es el de identificar, analizar y proponer el
drenaje que requerirá la vía, cuantificando las condiciones hidrológicas e
hidráulicas que afectan al escurrimiento superficial de la zona, para
dimensionar las obras de arte menor que deben ser construidas.
Inicialmente, se efectuó un trabajo de campo, en el mismo que se realizaron
recorridos generales de la zona por donde se ha diseñado el trazado de la
vía, para tener un cabal conocimiento de la hidrografía, el relieve, las
condiciones del escurrimiento, la cobertura vegetal, pendientes y el clima.
Geología de la zona.
El estudio geológico establece que en la zona se pueden encontrar
materiales correspondientes a formación del cuaternario. En la superficie se
presentan depósitos coluviales heterogéneos y los materiales volcánicos del
Pululahua y aquellos propios de la formación Cangahua. En menor
proporción se han identificado afloramientos que corresponden a la
formación Macuchi y Metavolcánicos y Metasedimentos Perlabí, más
antiguos. Las rocas de la formación Macuchi presentan diferentes sistemas
de diaclasamiento y los metavolcánicos perlabí, además del diaclasamiento
tienen una estratificación marcada N30ºE y buzamiento de 70ª hacia el NW.
7.2 . Diseño de estructuras de drenaje menor.
En general, se han escogido para el diseño los caudales obtenidos con el
Método Racional y calculados para un período de retorno de 25 años.
- La velocidad máxima del agua a través de la alcantarilla, se ha fijado
en 4.5 m/s.
72
- Con el fin de encauzar la corriente hacia las alcantarillas y proteger el
talud de posibles socavaciones, se consideran en las obras de arte
menor cabeceras de muros de ala en la entrada; además, para
disipar la energía cinética que lleva el agua, y a fin de evitar
socavaciones del cauce aguas abajo, también se proponen
cabeceras de muros de ala a las salidas de las alcantarillas. Se ha
adoptado las gradientes de los cursos de agua y las que no
corresponden a cursos de agua, entre 1.5 y 2%.
Figura.7.1 Elementos de una alcantarilla.
El diseño de alcantarillas de una carretera se realizará tomando en cuenta,
dos pasos básicos: el análisis hidrológico de la zona por drenar y el diseño
hidráulico de las estructuras.
El análisis hidrológico permite la predicción de los valores máximos de las
intensidades de precipitación del escurrimiento.
El Diseño hidráulico permite establecer las dimensiones requeridas de la
estructura para desalojar los caudales aportados por las lluvias.
73
No obstante los sistemas de drenaje inciden en los costos de conservación y
mantenimiento de las carreteras, es necesario que las alcantarillas sean
proyectadas considerando que su funcionamiento deberá estar acorde con la
conservación de la vía y su mantenimiento.
Desde el punto de vista hidráulico es importante establecer si la alcantarilla
trabajará o no a presión, para poder estimar sus dimensiones.
En el diseño de las alcantarillas se debe considerar cual es la extensión de
la cuenca de drenaje, de acuerdo a la extensión elegimos el tipo de
alcantarillas.
Es necesario tener presente que por razones de mantenimiento y limpieza
se recomienda una dimensión mínima de alcantarilla de 120 cm y la
construcción de cabezales y muros de ala.
La pendiente ideal para un alcantarilla es aquella que no ocasiona
sedimentación ni velocidades excesivas,
En general, para evitar la sedimentación, se aconseja una pendiente mínima
de 0,5%.
La alcantarilla debe acomodarse a la topografía del terreno, es decir que el
eje de la alcantarilla coincida, con el del lecho de la corriente facilitando una
entrada y salida directa del agua.
74
0.77 m
4.10 m
2.20 m
48''1.24 m
1.24 m
Figura.7.2 Dimensiones de las alcantarillas
Determinación de parámetros físicos y tiempo de
Concentración.
Parámetros Físicos.
Como se mencionó anteriormente, el área de aporte para las diferentes
alcantarillas fue delimitada en las cartas topográficas del IGM a escala
1:50.000. La misma información cartográfica se utilizó para la determinación
de la longitud y pendiente de los cauces principales.
A : Área de la cuenca en Km²
L : Longitud del cauce principal en Km
Hmáx : Altitud máxima de la cuenca hidrográfica en m
Hmín : Altitud mínima de la cuenca hidrográfica en m
El área mínima, para cuencas aportantes no perceptibles en la escala 1:
50.000, fue de 0.120 Km2, el desnivel mínimo se estableció en 30 m, valor
que se relacionó con la “cota invert” o cota de implantación de alcantarillas
75
respecto al eje de la vía, para encontrar los desniveles. La longitud mínima
del cauce se fijó en 0,35 km.
Determinación del Tiempo de Concentración.
Con el fin de disponer de un valor de duración de intensidad de lluvia que
permita calcular el caudal máximo a la salida de la cuenca, se adoptó dicha
duración igual al tiempo de concentración.
385.03
)87.0(H
LTc
(Ec. 7.1)
Dónde:
Tc = Tiempo de concentración en horas
L = Longitud del cauce principal en Km.
H = Desnivel (Hmáx-Hmín) en m.
El tiempo de concentración mínimo, para las áreas pequeñas, se estableció
en 5 minutos, valor que se considera representativo para que la precipitación
provoque escorrentía superficial importante.
Los valores del tiempo de concentración, calculados para todas las
alcantarillas, se encuentran en los cuadros de Datos Físico-Morfométricos y
Tiempo de Concentración que se presentan en el cuadro.
CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO C
Proyecto: Rehabilitacion de la via Tanlahua Perucho
Tramo : Abs 0+000 - Abs 6+000
Condición del Relieve: Bosque-Colinas
Pradera-Ondulado
Cultivos-Llano
Suelo-Montañoso
Condición del suelo: Permeable
ZONA
Bosque Ci Pastizal Ci Pradera Ci Cultivos Ci Suelo Ci C
15 SUBBASE Y BASE m3/km 1.2000 x D.M.T. 5.00 km 0.250 1.500
SUBTOTAL P 1.500
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O+P) 10.913
COSTOS INDIRECTOS Y UTILIDAD .... 20.00% 2.183
OTROS INDIRECTOS % 0.000
COSTO TOTAL DEL RUBRO 13.096
VALOR OFERTADO US$ 13.10
ESTOS PRECIOS NO INCLUYEN IVA.
0
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS (USD)
HOJA : 10 DE 43
PROYECTO : CARRETERA TANLAHUA PERUCHO
RUBRO: 405-3 UNIDAD: m2
DETALLE: Tratamiento bituminoso superficial tipo 2B RENDIMIENTO (horas/unid) = 0.00200
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=AxB R D=CxR13 DISTRIBUIDOR DE ASFALTO 150 HP 1.00 35.00 35.000 0.00200 0.07014 DISTRIBUIDOR DE AGREGADOS 170 HP 1.00 30.00 30.000 0.00200 0.06018 RODILLO VIBRATORIO ASFALTICO 1.00 37.00 37.000 0.00200 0.074
SUBTOTAL M 0.204MANO DE OBRA
DESCRIPCION (CATEG.) CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO A B C=AxB R D=CxR
2 AGREGADOS m3/km 1.5000 x D.M.T. 5.00 km 0.250 1.875
3 CEMENTO Ton/km 0.3600 x D.M.T. 50.00 km 0.080 1.440
SUBTOTAL P 3.315
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O+P) 149.498
COSTOS INDIRECTOS Y UTILIDAD .... 20.00% 29.900
OTROS INDIRECTOS % 0.000
COSTO TOTAL DEL RUBRO 179.398
VALOR OFERTADO US$ 179.40
ESTOS PRECIOS NO INCLUYEN IVA.
0
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS (USD)
HOJA : 21 DE 43
PROYECTO : CARRETERA TANLAHUA PERUCHO
RUBRO: 503(2) UNIDAD: m3
DETALLE: Hormigón estructural de cemento Portland Clase B (fc=210 kg/cm2) (Obras de Disipación en Salidas Alcantarillas Tipo S3)RENDIMIENTO (horas/unid) = 1.00000
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=AxB R D=CxR20 CONCRETERA 10 HP 1.00 5.00 5.000 1.00000 5.00021 VIBRADOR DE HORMIGON 2.00 2.00 4.000 1.00000 4.00022 HERRAMIENTAS MANUALES 1.00 0.50 0.500 1.00000 0.500
SUBTOTAL M 9.500MANO DE OBRA
DESCRIPCION (CATEG.) CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO A B C=AxB R D=CxR
2 AGREGADOS m3/km 1.5000 x D.M.T. 5.00 km 0.250 1.875
3 CEMENTO Ton/km 0.3600 x D.M.T. 50.00 km 0.080 1.440
SUBTOTAL P 3.315
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O+P) 126.361
COSTOS INDIRECTOS Y UTILIDAD .... 20.00% 25.272
OTROS INDIRECTOS % 0.000
COSTO TOTAL DEL RUBRO 151.633
VALOR OFERTADO US$ 151.63
ESTOS PRECIOS NO INCLUYEN IVA.
0
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS (USD)
HOJA : 22 DE 43
PROYECTO : CARRETERA TANLAHUA PERUCHO
RUBRO: 503(2) UNIDAD: m3
DETALLE: Hormigón estructural de cemento Portland Clase B (fc=210 kg/cm2) (Bajantes a Cunetas Laterales y Cajón Amortiguador)RENDIMIENTO (horas/unid) = 1.00000
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=AxB R D=CxR20 CONCRETERA 10 HP 1.00 5.00 5.000 1.00000 5.00021 VIBRADOR DE HORMIGON 2.00 2.00 4.000 1.00000 4.00022 HERRAMIENTAS MANUALES 1.00 0.50 0.500 1.00000 0.500
SUBTOTAL M 9.500MANO DE OBRA
DESCRIPCION (CATEG.) CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO A B C=AxB R D=CxR
2 AGREGADOS m3/km 1.5000 x D.M.T. 5.00 km 0.250 1.875
3 CEMENTO Ton/km 0.3600 x D.M.T. 50.00 km 0.080 1.440
SUBTOTAL P 3.315
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O+P) 126.361
COSTOS INDIRECTOS Y UTILIDAD .... 20.00% 25.272
OTROS INDIRECTOS % 0.000
COSTO TOTAL DEL RUBRO 151.633
VALOR OFERTADO US$ 151.63
ESTOS PRECIOS NO INCLUYEN IVA.
0
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS (USD)
HOJA : 25 DE 43
PROYECTO : CARRETERA TANLAHUA PERUCHO
RUBRO: 503(2) UNIDAD: m3
DETALLE: Hormigón estructural de cemento Portland Clase C (fc=175 kg/cm2) (Desfogues de Cunetas Laterales a Alcantarillas)RENDIMIENTO (horas/unid) = 1.00000
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=AxB R D=CxR20 CONCRETERA 10 HP 1.00 5.00 5.000 1.00000 5.00021 VIBRADOR DE HORMIGON 2.00 2.00 4.000 1.00000 4.00022 HERRAMIENTAS MANUALES 1.00 0.50 0.500 1.00000 0.500
SUBTOTAL M 9.500MANO DE OBRA
DESCRIPCION (CATEG.) CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO A B C=AxB R D=CxR
2 AGREGADOS m3/km 1.5000 x D.M.T. 5.00 km 0.250 1.875
3 CEMENTO Ton/km 0.3000 x D.M.T. 50.00 km 0.080 1.200
SUBTOTAL P 3.075
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O+P) 118.021
COSTOS INDIRECTOS Y UTILIDAD .... 20.00% 23.604
OTROS INDIRECTOS % 0.000
COSTO TOTAL DEL RUBRO 141.625
VALOR OFERTADO US$ 141.63
ESTOS PRECIOS NO INCLUYEN IVA.
0
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS (USD)
HOJA : 26 DE 43
PROYECTO : CARRETERA TANLAHUA PERUCHO
RUBRO: 503(2) UNIDAD: m3
DETALLE: Hormigón estructural de cemento Portland Clase C (fc=175 kg/cm2) (Desfogues de Cunetas Laterales a Drenaje Natural)RENDIMIENTO (horas/unid) = 1.00000
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=AxB R D=CxR20 CONCRETERA 10 HP 1.00 5.00 5.000 1.00000 5.00021 VIBRADOR DE HORMIGON 2.00 2.00 4.000 1.00000 4.00022 HERRAMIENTAS MANUALES 1.00 0.50 0.500 1.00000 0.500
SUBTOTAL M 9.500MANO DE OBRA
DESCRIPCION (CATEG.) CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO A B C=AxB R D=CxR