Secciones Transversales en Carreteras [PDF]

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SECCIONES TRANSVERSALES

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CURSO: INGENIERÍA DE CARRETERAS PROFESOR: JOSÉ LUIS REYES Ñ.

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SECCIONES TRANSVERSALES La sección transversal de una carretera en un determinado punto, es un corte vertical normal al alineamiento horizontal, el cual permite definir la disposición y dimensiones de sus elementos.

TALUD DE CORTE

CUNETA

TALUD DE RELLENO

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SECCIONES TRANSVERSALES ELEMENTOS Los elementos que integran y definen la sección transversal son:

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a)

Derecho de vía

b)

Calzada ó superficie de rodadura

c)

Bermas

d)

Carriles

e)

Cunetas

f)

Taludes

g)

Elementos complementarios

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SECCIONES TRANSVERSALES DERECHO DE VÍA O FAJA DE DOMINIO Es la faja de terreno destinada a la construcción, mantenimiento, futuras ampliaciones de la vía si la demanda de tránsito así lo exige, servicios de seguridad, servicios auxiliares y desarrollo paisajístico.

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SECCIONES TRANSVERSALES

CALZADA

Es el elemento destinado al paso de vehículos. Sus dimensiones deberán tales que permitan mantener un nivel servicio adecuado, para la intensidad tráfico previsible.

los ser de de CARRIL

CALZADA

Ancho de tramos en tangente En la tabla 304.01, se indica los valores apropiados del ancho del pavimento para cada velocidad directriz con relación a la importancia de la carretera. El ancho de la calzada en tangente se determinará con base en el nivel de servicio deseado al finalizar el período de diseño o en un determinado año de la vida de la carretera. - 66 -

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SECCIONES TRANSVERSALES

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SECCIONES TRANSVERSALES BOMBEOS Es el elemento para el drenaje del pavimento. En tramos rectos o en aquéllos cuyo radio de curvatura permite el contraperalte las calzadas deberán tener, con el propósito de evacuar las aguas superficiales, una inclinación transversal mínima o bombeo, que depende del tipo de superficie de rodadura y de los niveles de precipitación de la zona.

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SECCIONES TRANSVERSALES La tabla 304.03 especifica los valores de bombeo, indicando en algunos casos un rango dentro del cual el proyectista deberá moverse, afinando su elección según los matices de la rugosidad de las superficies y de los climas imperantes.

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SECCIONES TRANSVERSALES

BERMAS Zonas que permiten a los vehículos apartarse momentáneamente de la calzada en caso de avería o emergencia.

BERMA

Ancho de las Bermas En la tabla 304.02, se indican los valores apropiados del ancho de las bermas. El dimensionamiento entre los valores indicados, para cada velocidad directriz se hará teniendo en cuenta los volúmenes de tráfico y el costo de construcción.

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SECCIONES TRANSVERSALES PERALTE Con el fin de contrarrestar la acción de la fuerza centrífuga, las curvas horizontales deben ser peraltadas; salvo en los límites fijados en la Tabla 304.04.

Los valores máximos del peralte, son controlados por algunos factores como:

Condiciones climáticas, orografía, zona (rural ó urbana) y frecuencia de vehículos pesados de bajo movimiento, en términos generales se utilizarán como valores máximos los siguientes: Tabla 304.05

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SECCIONES TRANSVERSALES

TALUDES

TALUD DE CORTE

CUNETA

TALUD DE RELLENO

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Taludes en Corte La inclinación de los taludes del corte variarán a lo largo de la obra según sea la calidad y estratificación de los suelos encontrados.

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Taludes de Terraplenes (relleno)

Las inclinaciones de los taludes para terraplenes variarán en función de las características del material con el cual está formado el terraplén, siendo de un modo referencial los que se muestran en la Tabla 304.11.

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SECCIONES TRANSVERSALES Taludes de Terraplenes (relleno) Para los taludes mostrados en la tabla anterior (304.11) las normas internacionales exigen barreras de seguridad, puesto que consideran que la salida de un vehículo desde la plataforma no puede ser controlada por su conductor si la pendiente es más fuerte que el 1:4 (V:H). Cuando se tiene dicho 1:4, la barrera de seguridad se utiliza a partir de los 4,0 m, de altura. El proyectista deberá decidir, mediante un estudio económico, si en algunos tramos con terraplenes de altura inferior a 4,0 m, conviene tender los taludes hasta el mencionado valor, ahorrándose así la barrera, o mantener el 1:1.5, con dicho elemento de protección. - 79 -

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SECCIONES TRANSVERSALES Cunetas

Son canales abiertos construidos lateralmente a lo largo de la carretera, con el propósito de conducir los escurrimientos superficiales y sub-superficiales procedentes de la plataforma vial, taludes y áreas adyacentes a fin de proteger la estructura del pavimento. La sección transversal puede ser triangular, trapezoidal o rectangular. Las dimensiones de las cunetas se deducen a partir de cálculos hidráulicos, teniendo en cuenta su pendiente longitudinal, intensidad de precipitaciones pluviales, área de drenaje y naturaleza del terreno, entre otros. Las pendientes longitudinales mínimas absolutas serán 0.2%, para cunetas revestidas y 0.5% para cunetas sin revestir. - 80 -

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MOVIMIENTO DE TIERRAS

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MOVIMIENTO DE TIERRAS • Es la partida más compleja y costosa dentro de la construcción de carreteras. • Es importante el diseño del alineamiento vertical (en algunos trazos sólo existirá corte o sólo relleno). • Se trata siempre que los cortes sean un poco mayores al relleno debido a los desperdicios (material orgánico, etc). En algunos casos no existe la compensación. • Algunos materiales de corte no son adecuados para hacer rellenos, en tales casos debe acarrearse el material desde las canteras más cercanas. PERFIL LONGITUDINAL

CL TERRENO NATURAL

C = 4.8 m2

COTAS

T 3.1 m2

0+120 TERRENO NATURAL

C = 2.9 m2 T 2.1 m2

PROGRESIVAS

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0+100 Las secciones transversales se leen de abajo hacia arriba.

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MOVIMIENTO DE TIERRAS • • •

•

Excavar y rellenar lo indispensable. Acarrear material sólo cuando sea económicamente rentable (distancia económica de sobreacarreo). Para calcular el volumen total de material a excavar o trasportarse, es necesario identificar en las secciones transversales las áreas de corte y relleno. La representación de los volúmenes totales a excavar o rellenar se representa por medio del Diagrama de Masas o llamado también Curva Masa Volumen Acumulados

B Curva Masa

D F

H

J

K

L

M

N

O

I

A E C

Cadenamiento - 83 -

Sub Rasante f

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MOVIMIENTO DE TIERRAS DIAGRAMA DE MASAS La curva masa es un diagrama mediante el cual se busca un equilibrio en la calidad y economía en los movimientos de tierra. El diagrama también se utiliza para indicar el sentido del movimiento de los volúmenes excavados, la cantidad y localización de cada uno de ellos. OBJETIVOS:

• • • • • • • • - 84 -

Calcular el volumen de acarreo y sobreacarreo. Calcular el volumen de desperdicio Calcular el volumen de relleno propio Calcular el volumen de préstamo lateral Calcular el volumen con material de cantera Selección del equipo de construcción Cómputo del pago por movimiento de materiales Determinar la sub-rasante más económica

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MOVIMIENTO DE TIERRAS DIAGRAMA DE MASAS CURVA MASA: Las ordenadas de la curva resultan de sumar algebraicamente a una cota arbitraria inicial el valor del volumen de un corte con signo positivo y el valor del terraplén con signo negativo; como abscisas se toma el mismo cadenamiento utilizado en el perfil. Volumen Acumulados B Curva Masa

D F

H

J

K

L

M

N

O

I

A E C

Cadenamiento - 85 -

Sub Rasante

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DIAGRAMA DE MASAS CAMBIOS VOLUMETRICOS Para calcular el costo del movimiento de tierras hay que tener en cuenta los cambios de volumen que sufre el terreno en las distintas operaciones de excavación, transporte y apisonado.

SUELTO TERRAPLEN BANCO 1.25 M3 1 M3

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0.8 M3

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MOVIMIENTO DE TIERRAS DIAGRAMA DE MASAS • Los volúmenes se corrigen de la siguiente manera:

• Multiplicando los volúmenes de corte por su coeficiente de variación volumétrica, ó • Multiplicando los volúmenes de terraplén por su índice de compactación. • Los volúmenes de corte o préstamo deben ser transportados para formar los terraplenes; sin embargo en algunos casos parte de los volúmenes de corte deben desperdiciarse, para lo cual se transportan a lugares convenientes fuera del camino (botaderos). • No conviene calcular la curva masa por tramos de varios Km, ya que como se trata de un procedimiento de aproximaciones sucesivas, se aconseja proceder por tramos de 500 a 1000 m, y hasta no quedar conforme no continuar con los siguientes tramos. - 87 -

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DIAGRAMA DE MASAS CAMBIOS VOLUMETRICOS Para convertir un volumen de terreno natural en volumen suelto o en terraplén se utilizan coeficientes que dependen de: • • • • •

La naturaleza del terreno. Contenido de agua. Forma de excavar y cargar. El medio de transporte y El grado de compactación para el apisonado.

Para obtener volúmenes de terraplén (compactados) multiplicamos el volumen de corte por su coeficiente de variación volumétrica (generalmente menor a la unidad)

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DIAGRAMA DE MASAS CAMBIOS VOLUMETRICOS Para obtener volúmenes en banco (terreno natural) multiplicamos los volúmenes de relleno por su índice de compactación.

IC 

T 1   E Coef . Var. Volumetrica

T = Densidad Proctor del Terraplén E = Densidad Natural del suelo sin excavar IC = Índice de Compactación, varía entre 1.2 para suelos finos y 0.8 para rocas (aproximadamente)

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DIAGRAMA DE MASAS Ejemplo: Se dan las áreas correspondientes a las secciones transversales de un proyecto de carreteras, asumiendo un índice de compactación Ic=1.2, elabore el diagrama de masas correspondiente. Progresivas (m) 0

Corte 12

Relleno 6

50

12

3

100 150 220 360 400 430 479 500 - 90 -

Áreas (m2)

15 12 13 5 8 4 9 14

Areas Promedio (m2) Distancia (m)

Vol. Corte Equiv. Relleno (VR*1.2)

Volumenes (m3) Corte

Volumen

VC Acumulado VC(Equiv)

Corte

Relleno

12.000

4.500

50.000

600.000

225.000

270.000

330.000

330.000

13.500

4.500

50.000

675.000

225.000

270.000

405.000

735.000

13.500

5.000

50.000

675.000

250.000

300.000

375.000

1110.000

12.500

10.000

70.000

875.000

700.000

840.000

35.000

1145.000

9.000

15.500

140.000

1260.000 2170.000 2604.000

-1344.000

-199.000

6.500

20.000

40.000

260.000

800.000

960.000

-700.000

-899.000

6.000

13.500

30.000

180.000

405.000

486.000

-306.000

-1205.000

6.500

1.000

49.000

318.500

49.000

58.800

259.700

-945.300

11.500

0.000

21.000

241.500

0.000

0.000

241.500

-703.800

(m3)

6 4 16 15 25 2 0 0

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DIAGRAMA DE MASAS Con las progresivas y volúmenes acumulados se grafica la curva masa

Diagrama de Masas 1400

Volumen de Corte Equivalente (m3)

1200 1000 800 600 400 200 0

-200 0

50

100

150

220

360

-400 -600 -800 -1000 -1200 -1400

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Progresivas (m)

400

430

479

500

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UTILIZACION DEL DIAGRAMA MASA 1. Compensar los volúmenes Cualquier línea horizontal que cruce una cresta o un columpio del diagrama de masas, marca los límites de corte y terraplén que se compensan. B Curva Masa

D F

H

J

K

M

L

N

O

I

A E C

Sub Rasante

a - 92 -

b

c Perfil Longitudinal

d

e

f

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UTILIZACION DEL DIAGRAMA MASA 2.

Fijar el sentido de movimiento de los materiales Los cortes arriba de la línea de compensación se mueven hacia adelante () y los cortes que quedan debajo de la línea de compensación, se mueven hacia atrás () B Curva Masa

D F

H

J

K

M

L

N

O

I

A E C

Sub Rasante

a

b

c Perfil Longitudinal

- 93 -

d

e

f

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UTILIZACION DEL DIAGRAMA MASA 3.

Determinar los límites de acarreo libre

Distancia Libre de Transporte.- Es la distancia por la cual el transporte de suelo no recibe pago directo, pues su precio se halla incluido en el precio del contrato de movimiento de suelo. Para determinar los límites de acarreo libre, en cada cresta o columpio del diagrama de masas se traza una línea horizontal que tenga una longitud igual a la DLT. B DLT H

J

D Curva Masa K

M

L

A DLT

DLT: es la distancia de movimiento que necesitan los equipos para realizar la carga de suelo (120 m).

C

Sub Rasante

a

b

c Perfil Longitudinal

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d

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UTILIZACION DEL DIAGRAMA MASA 4. Determinar la distancia media de transporte (DMT) Es la distancia que hay entre el centro de gravedad (CG) del corte (o préstamo) al centro de gravedad del terraplén que se forma con ese material. B D

DLT H

DMT

J

K

M

L

A DLT Curva Masa

C

Sub Rasante CG

a

b

c CG

Perfil Longitudinal - 95 -

d

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UTILIZACION DEL DIAGRAMA MASA 5.

Calcular los sobreacarreos Todo material que se traslada de un corte o un préstamo a un terraplén a una distancia mayor a la DLT, se dice que es sobreacarreado. La distancia de sobreacarreo se obtiene restando la DLT a la distancia media de transporte.

DS = DMT – DLT La medición se realiza de tres maneras: • Hasta 100 m., por estaciones de 20 m. con un decimal • Hasta 500 m., por hectómetro, con un decimal • Mayor a 500 m., por kilómetro

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EJEMPLO:

Datos: DLT = 40 m. DMT = 120.30 m. V = 720 m3 Si el costo por estación es S/. 2.0 (valor del sobreacarreo por m3-estación). Determine el pago por el sobreacarreo. Solución: DS = 120.30 – 40.0 = 80.30 m. DS < 100 m.  se pagará por estación de 20 m.

80.30 / 20 = 4.015 estaciones Con un decimal = 4.0 Pago por sobreacarreo = C x V x estaciones = 2 x 720 x 4.0 = S/. 5,760.00 - 97 -

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DIAGRAMA DE MASAS Compensación Longitudinal Los trabajos de movimiento de suelo se cobran dependiendo de la cantidad de material (Corte o Relleno) que se quiere transportar. Es decir que el precio de los trabajos de movimiento de suelo, lo rige el Costo del Transporte. Donde:

C  K .M M  V .DMT

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C = Costo de transporte K = Costo del transporte por unidad de peso y unidad de longitud M = Momento de transporte (Obtenido del diagrama de Masas)

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DIAGRAMA DE MASAS Compensación Longitudinal Lm

AREAS P

CORTE

CG-1

Q

S

PROGR.

T RELLENO CG-2

Q' R' VOLUMENES

A

Volumen

T'

CG-1

CG-2

S'

B PROGR.

Para calcular los momentos de transporte es necesario encontrar en el diagrama de masas zonas de compensación o cámaras por medio del trazo de líneas de distribución Por ejemplo la Línea de distribución AB esta compensando la cámara: T’ Q’ S’ que representa el Momento de Transporte.

Lm

DMT  Lm  - 99 -

M V

Conociendo M y V del Diagrama de Masas se calcula Dm (distancia media de transporte)

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DIAGRAMA DE MASAS Líneas de distribución Es la línea que nos permite realizar la compensación longitudinal. Es decir definir cámaras dentro del diagrama de masas. I

VOLUMENES H

L2

D

J

CG-1 L1

A C

G

E

K

B PROGR. D1

B

Para realizar la compensación longitudinal se pueden utilizar mas de una línea de distribución como se puede ver en la figura: L1 y L2

F

CG-D

D2

Deposito

La cámara GKH se encuentra sin compensar (cámara abierta) y existe un exceso de corte que se debe transportar a un deposito. La distancia de transporte es igual a D1 + D2 - 100 -

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DIAGRAMA DE MASAS Ejemplo: Se tiene el Diagrama de Masas. Se pide compensar el diagrama y calcular el transporte mínimo a Pagar.

Volumenes 2 Hm

700 600

Yac. Prog. 865.33

500 400 300 200 100

A3 A1

L1 Progresivas

100 200 A2

300

A6 A4

400

L2

500

A5

600 700 100

300

500

700

900

1100

1300

Nota: se considero para el ejemplo distancia libre =100 m (1 Hm). Recordar que por reglamento es 120 m - 101 -

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DIAGRAMA DE MASAS Del diagrama de Masas se obtiene los Volúmenes y los Momentos de Transporte (Áreas de cada cámara). Cámara

Volumen (m3)

A1

A2

A3

A4

A5

A6

100

800

698

438.9

286.25

351.75

30.56

1472.06

1568.12

196.19

289.16

375.63

Distancia media (Hm)

0.31

1.84

2.25

0.45

1.01

1.07

Distancia Libre (Hm)

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

0.84

1.25

0.01

0.07

Momento de Transporte (Hm m3)

-----

Distancia excedente (Hm)

-----

Distancia a Yac. ó Depos. (Hm)

-----

Distancia de Transporte (Hm)

-----

0.84

1.25

2.45

0.01

0.07

Transporte a Pagar (Hm m3)

-----

672.06

870.12

1073.99

2.91

23.88

- 102 -

-----

-----

0.45 2

-----

-----