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REPÚBLICA DEL ECUADOR UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL, ARQUITECTURA Y DISEÑO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL MEJORAMIENTO DEL DISEÑO VIAL Y DISEÑO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE P A R A L A V Í A I N G R E S O A S H IÑ A C O MP R E N D ID O E NT R E L AS A B S C I S A S 7 + 6 0 0 . 0 0 H A S T A 1 1 +556.88. TOMO I Trabajo de Investigación previo a la obtención del Título de Ingeniero Civil DIRECTOR: ING. EUGENIO JARA AUTOR: JORGE RENE VÁSQUEZ PALACIOS Cuenca-Ecuador 2013 DEDICATORIA Dedico este proyecto y toda mi carrera a Dios quien ha estado a mi lado, dándome la endereza necesaria y fortaleciéndome continuamente para conseguir todos mis logros personales y profesionales. A mis padres y hermanos quienes supieron inculcarme los buenos valores como la dedicación, responsabilidad, cariño; gracias a ellos he logrado cumplir lo que me propuesto en la vida. Además de haber hallado su apoyo y comprensión en todo momento. Además no hubiera podido realizar este trabajo sin la ayuda de mis maestros quienes con sus conocimientos me apoyaron para culminar el presente trabajo. Jorge René Vásquez Palacios. I AGRADECIMIENTO A mis padres René y Nubia quienes me han acompañado en todo momento quienes se han dedicado a mí con tenacidad y me han orientado hasta hallar la consecución de mis triunfos y metas. Agradezco a mi director del trabajo de investigación , un gran profesional que ha sabido compartir sus conocimientos y guiarme para realizar éste proyecto. A todos mis maestros y profesionales amigos en quienes he encontrado orientación y asesoría para llegar a culminar mi trabajo de investigación. II Todo el contenido de este Trabajo de Investigación está bajo responsabilidad del autor. Jorge René Vásquez Palacios C.I. 1717675621 III ÍNDICE GENERAL TOMO I DEDICATORIA I AGRADECIMIENTO II HOJA DE RESPONSABILIDAD III ÍNDICE IV INTRODUCCIÓN XIII CAPÍTULO I GENERALIDADES 1.- Ubicación geográfica 01 2.- Descripción del proyecto 02 3.- Condiciones Climáticas 02 4.- 3.1.- Temperatura 03 3.2.- Pluviosidad 03 3.3.- Hidrografía 04 Importancia y Justificación del proyecto 06 4.1.- Importancia 06 4.2.- Justificación del proyecto 07 CAPÍTULO II TOPOGRAFÍA 1.- Introducción 08 2.- Reconocimiento General de la ruta 08 3.- Levantamiento de la franja topográfica de la vía 09 4.- Trazado de la poligonal 09 5.- Nivelación 10 6.- Proceso y cálculo de la nivelación 11 7.- Comprobación y Tolerancia 12 8.- Cálculo de Coordenadas 12 IV CAPÍTULO III ESTUDIO DE SUELOS 1.- Toma de muestras 13 2.- Ensayos de laboratorio 13 3.- Análisis granulométrico 14 4.- Límites de consistencia 14 5.- Límite líquido 15 6.- Límite plástico 16 7.- Límite de contracción 17 8.- Índice Plástico 17 9.- Contenido de Humedad 19 10.- Determinación de CBR 20 11.- Grado de compactación 22 12.- Resultados de análisis de laboratorio 22 CAPÍTULO IV ESTUDIO DE TRÁFICO 1.- Estudio de tráfico 24 2.- Tráfico Actual 24 3.- Población futura 25 4.- Proyección de la población hasta el año 2032 25 4.1.- Método Geométrico 26 5.- Determinación de TPDS 26 6.- Determinación de TPDA 27 7.- Tráfico proyectado 29 8.- Crecimiento normal del tráfico actual 30 9.- Tráfico generado 30 10.- Tráfico por desarrollo 31 11.- Densidad de tráfico 31 12.- Intensidad de tráfico 32 12.1.- Cálculos 33 13.- Tráfico promedio diario anual proyectado 13.1.- Tasa de Crecimiento 34 35 V 13.2.- Cálculo del TPDA proyectado 14.- Justificación del orden de la vía 35 36 CAPÍTULO V DISEÑO HORIZONTAL DE LA VÍA 1.- Dibujo de plano acotado 37 2.- Diseño 37 2.1.- Criterio de Diseño 38 2.2.- Técnicas de Diseño Horizontal 39 2.3.- Velocidad de Diseño 41 3.- Distancia 44 3.1.- Distancia de Visibilidad 44 3.2.- Distancia de Visibilidad de Parada 45 3.3.- Distancia de Visibilidad de Rebasamiento 48 3.4.- Distancia de Visibilidad en las Curvas Horizontales. 52 3.5.- Distancia de Visibilidad Lateral 53 4.- Peralte 54 4.1.- Magnitud del Peralte 56 5.- Desarrollo del Peralte 57 6.- Coeficiente de Fricción. 61 7.- Curvas 61 7.1.- Radio mínimo de Curvatura 61 7.2.- Grado de Curvatura 63 7.3.- Longitudes importantes en las curvas 64 7.3.1.- Longitud de Transición 64 7.3.2.- Longitud Tangencial 66 7.4.- Curvas Circulares 66 7.4.1.- Curvas circulares simples 8.- Sobre ancho. 67 68 8.1.- Obtención del sobreancho 70 9.- Replanteo 71 9.1. – Localización del Eje del Proyecto en el Campo 72 9.2. – Localización de los Alineamientos Rectos 72 9.3. – Replanteo de Curvas 72 VI CAPÍTULO VI DISEÑO VERTICAL DE LA VÍA 1.- Trazado del perfil Longitudinal. 74 2.- Proyecto de la Rasante. 74 3.- Curvas Verticales. 76 3.1.- Curvas Verticales Convexas 76 3.2.- Curvas Verticales Cóncavas 80 4.- Cálculo de las Curvas 82 5.- Factores Determinantes para el Alineamiento Vertical 83 CAPÍTULO VII DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLE 1.- Introducción 86 2.- Descripción del método de diseño 87 3.- Variables de entrada 88 3.1.- Variables de tiempo 89 3.2.- Tránsito 90 3.3.- Confiabilidad 90 3.4.- Criterios de adopción de niveles de servicio 92 4.- Parámetros de Diseño 93 4.1.- Periodo de Diseño 93 4.2.- Desviación Estándar 95 4.3.- Módulo de Resiliencia 95 4.4.- Selección de CBR de Diseño 96 4.5.- Conversión de tránsito en ESAL’s 98 4.6.- Cálculo del número de ejes equivalentes de 4.7.- 18 kips (8,2 Ton.) 99 Cálculo de distribución por trocha (LD) 101 5.- Propiedades estructurales de los materiales del pavimento 102 6.- Coeficiente de Drenaje 102 7.- Estructura del Pavimento 105 8.- Coeficientes estructurales 107 8.1.- Coeficiente estructural de la capa de asfalto VII 108 9.- 8.2.- Coeficiente estructural de la capa base 111 8.3.- Coeficiente estructural de la capa sub base 111 Materiales que componen la estructura del Pavimento 112 9.1.- Concreto Asfáltico 114 9.2.- Capa de Base 116 9.3.- Capa de Sub Base 117 CAPÍTULO VIII DRENAJE 1.- Estudio Hidrológico 118 1.1.- Introducción 118 1.2.- Objetivos generales 118 1.3.- Objetivos específicos 118 2.- Drenaje Superficial 119 3.- Estación meteorológica 120 4.- Diseño de cunetas 121 4.1.- Cunetas Longitudinales 122 5.-Alcantarillas 124 5.1.- Información Existente 125 5.2.- Parámetros de Diseño y Metodología de Cálculo 126 5.3.- Coeficiente de Escorrentía 127 5.4.- Intensidad de la lluvia 128 5.5.- Tiempo de concentración 129 5.6.- Área de aporte de la cuenca 129 5.7.- Determinación de la sección de la alcantarilla. 130 CAPÍTULO IX PRESUPUESTO 1.- Introducción 132 2.- Presupuesto 132 VIII CAPÍTULO X IMPACTO AMBIENTAL 1.- Estudio de Impacto Ambiental 135 1.1.- Introducción 135 1.2.- Objetivo general 135 1.3.- Objetivos específicos 136 1.4.- Legislación ambiental aplicable al proyecto 136 2.- Alcance 137 2.1.- Área de influencia directa (AID) 137 2.2.- Área de influencia indirecta (AII) 138 3.- Caracterización del medio físico 138 3.1.- Climatología 138 3.2.- Suelo 139 3.3.- Sismología 139 3.4.- Caracterización biológica 140 3.5 Caracterización socioeconómica del cantón Nabón 144 4.- Identificación y evaluación de impactos ambientales 4.1.- Identificación de Impactos 145 145 5.- Impactos identificados por el proyecto 147 5.1.- Fase de construcción 147 5.2.- Fase de operación y mantenimiento 148 6.- Criterios de la evaluación y valoración de los impactos del proyecto 148 6.1.- Importancia de los factores socio ambientales 149 6.2.- Cálculo de la Magnitud (M) 151 6.3.- Nivel de afectación global (NAG) 152 6.4.- Matriz causa – efecto del proyecto 153 7.- Resultados de la Valoración de Impactos 154 7.1.- Componente físico 154 7.2.- Componente biótico 155 7.3.- Componente socioeconómico – cultural 156 8.- Plan de manejo ambiental 156 8.1.- Programa de salud y seguridad laboral 157 8.2.- Programa de capacitación y educación ambiental 159 8.3.- Programa de prevención y control de la contaminación 160 IX 8.4.- Programa de contingencias y prevención de riesgos 162 8.5.- Programa de manejo de materiales de construcción 163 8.6.- Programa de manejo de residuos sólidos 164 8.7.- Programa de manejo de campamento y obras conexas 165 8.8.- Programa de Movilidad, Transporte y Señalización Ambiental 166 8.9.- Programa de Relaciones Comunitarias 167 8.10.- Programa de Monitoreo 168 8.11.- Programa de Cierre y Abandono de Obra 169 CONCLUSIONES 171 RECOMENDACIONES 122 BIBLIOGRAFÍA 173 TOMO II ANEXO 3.1 ENSAYOS DE LABORATORIO ANEXO 3.2 RESUMEN ENSAYOS DE LABORATORIO ANEXO 4.1 CONTEO DE TRÁFICO ANEXO 4.2 PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN MÉTODO GEOMÉTRICO ANEXO 4.3 CÁLCULO DEL TPDA ANEXO 4.4 CONSUMO DE COMBUSTIBLE ESTACIÓN CUMBE X ANEXO 4.5 TRÁFICO PROYECTADO ANEXO 4.6 TRÁFICO POR DESARROLLO ANEXO 4.7 TASA DE CRECIMIENTO TPDA PROYECTADO ANEXO 4.8 TPDA PROYECTADO ANEXO 5.1 DETALLE CURVAS HORIZONTALES ANEXO 5.2 CÁLCULO DE VOLÚMENES DE MOVIMIENTOS DE TIERRA ANEXO 6.1 DETALLE CURVAS VERTICALES ANEXO 7.1 CONVERSIÓN DE TRÁFICO A ESAL´s ANEXO 7.2 CÁLCULO DE LA ESTRUCTURA DE LA VÍA ANEXO 7.3 TABLAS FACTORES LEFs ANEXO 8.1 CÁLCULO DE CUNETAS XI ANEXO 8.2 CÁLCULO DE ALCANTARILLAS (ATARJEAS) ANEXO 8.3 ÁREAS DE APORTE ANEXO 9.1 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS ANEXO 10.1 DETERMINACIÓN DE LA MAGNITUD DE LOS IMPACTOS DEL PROYECTO ANEXO 10.2 CÁLCULO DEL NIVEL DE AFECCIÓN GLOBAL ANEXO 11 PLANOS XII INTRODUCCIÓN A través del trabajo previo a la obtención de Título de Ingeniero Civil, se pudo tener relación directa con la forma de vida de los centros poblados cercanos a la vía y de manera especial con la comunidad de Shiña, es fácil advertir que los pobladores de estas comunidades tienen mucho interés en el desarrollo de su red vial, ya que requieren una vía en condiciones óptimas para: movilizar sus productos para la comercialización en los diferentes puntos de la provincia, impulsar su desarrollo social, así como también para su desarrollo turístico y su comunicación interna. Una vía es una faja de terreno con un plano de rodadura dispuesto para el tránsito de vehículos y esta destina a comunicar entre si diferentes regiones y centros poblados. Al ser planteado como trabajo de investigación el “Mejoramiento del diseño vial y diseño de pavimento flexible para la vía de ingreso a Shiña comprendido entre las abscisas 7+600,00 hasta la 11+55,88”, se procedió a desarrollarlo en las tres etapas que consta un proyecto de estas características: 1.- Reconocimiento: En un estudio más detallado de la zona para determinar la ruta o posibles rutas entre los puntos primarios de control. 2.- Trabajo de Campo: En esta etapa se determina el tráfico actual de la vía, a más se procede con el levantamiento de la franja topográfica la cual cuente con todos los accidentes naturales y artificiales, como actividad final de esta etapa se procede al muestreo de suelo según las recomendaciones indicadas por el Director de este trabajo. 3.- Trabajo de Escritorio: Comprende los diseños y estudios correspondientes al proyecto, siendo estos el diseño geométrico tanto horizontal como vertical del eje, diseño drenaje, diseño de la estructura vial y XIII el estudio ambiental, estando basados en los datos obtenidos en la etapa anterior. El diseño geométrico es la parte más importante dentro de un proyecto vial, pues allí se determina el trazado, siendo definida por los elementos de la carretera y en función de la normativa indicada por el Ministerio de Transporte y Obras Públicas. Al considerar los parámetros de diseño se puede obtener un diseño que sea funcional, seguro, estético, cómodo, económico y compatible con el medio ambiente. XIV CAPITULO I GENERALIDADES 1.- Ubicación geográfica La vía Ingreso a Shiña, se encuentra localizada al Sur de Ecuador, ubicada dentro de la provincia del Azuay y perteneciente la misma al cantón Nabón, iniciando la misma en el kilómetro 27+500.00 de la vía Cuenca - Loja. El cantón Nabón limita al norte con los cantones Girón y Sigsig pertenecientes a la provincia del Azuay, por el sur con el cantón Oña de la provincia del Azuay, al este con los cantones Gualaquiza perteneciente a Morona Santiago y el cantón 28 de Mayo perteneciente a Zamora Chinchipe, por el oeste limitando con los cantones Santa Isabel y Girón pertenecientes a la provincia del Azuay y con el cantón Saraguro de la provincia de Loja. La longitud total del diseño de la vía es de aproximadamente 11+556,88 Km con las siguientes coordenadas: VÍA CUENCA-LOJA SHIÑA (Km 27+500) ESTE 717926,287 719578,377 NORTE 9643795,719 9636938,468 3327,025 m.s.n.m. 278,64 m.s.n.m. ELEVACIÓN Ilustración: Límite Cantonal de Nabón con respecto a la Provincia del Azuay Fuente: Cartografía digital, I.N.E.C., escala 1:250.000, 2009. (I.N.E.C.) Instituto Nacional de Estadísticas y Censos. 1 El estudio del tramo para este diseño de la vía a Shiña va desde la abscisa 7+600,00 hasta la abscisa 11+556,88 con las siguientes coordenadas: Km 7+600,00 Km 11+556,88 ESTE 721037,737 719578,377 NORTE 968519,08 9636938,468 ELEVACIÓN 2941,945 278,64 m.s.n.m. 2.- Descripción del proyecto Para la elaboración de este proyecto, se vio la necesidad de la comunidad en el mejoramiento del ingreso a su centro poblado, siendo así como se definió el proyecto que consiste en “Mejoramiento del diseño vial y diseño de pavimento flexible para la vía de ingreso a Shiña comprendido entre las abscisas 7+600,00 hasta la 11+55,88”. Para la elaboración del proyecto, se realizó el reconocimiento del sitio junto a los representantes del cabildo de Shiña, luego de esto se procedió a realizar el levantamiento del trazo actual y la franja topográfica con estación total, y elementos complementarios de topografía como: prismas, cintas, libreta de campo, trípodes, jalones, machete. De esta forma se definió una longitud de 3956,88 metros para el tramo en estudio, luego se procedió al conteo de tráfico del proyecto, así como el muestreo del material de suelo de la subrasante para conocer sus propiedades por medio de los ensayos de laboratorio. 3.- Condiciones Climáticas La zona donde se encuentra ubicado el proyecto está sobre los 2600 m.s.n.m. presentando un clima Ecuatorial Mesodérmico semi - humedo a lo largo de su desarrollo. 2 3.1.- Temperatura En las alturas predomina el frío Andino con temperaturas que en la mayor parte del año oscilan entre los 6 y 14 grados centígrados aproximadamente. La variación de temperatura dentro del cantón Nabón se presenta en la siguiente ilustración: Fuente: Universidad de Cuenca – Municipalidad de Nabón, Plan estratégico de desarrollo local del cantón Nabón, 2010 3.2.-Pluviosidad El invierno va desde enero hasta el mes de mayo en el canton Nabón, teniendo lluvias importantes en los meses de febrero, marzo y abril, los meses de baja precipitacion estan entre los meses de junio y septiembre, teniendo como característica los meses de julio, agosto y septiembre fuertes vientos. A continuación presentaré un cuadro comparativo de las precipitaciones promedio mensuales de cantón Nabón, siendo el siguiente: 3 Fuente: Florence BEDOIN – Nadege GARAMBOIS, Impacto del proyecto Nabón sobre las familias del canton Nabón, 2005 3.3.-Hidrografía El estudio de la hidrografía de la zona es muy importante ya que ella indicará las características en cuanto a la formación de los recursos hídricos. Dentro del cantón Nabón existen grandes fuentes de recursos hídricos debido a que dentro de ella hay grandes zonas de páramos. El río León y el río Rircay son los principales representantes del sistema hídrico, sumándose a estos ríos de menores caudales entre ellos el río Burro, río Uduzhpa, río Mandur, río Charqui, río Shimpale, río Camaspaila y teniendo varias quebradas pequeñas como: Cuchuhaycu, Morasloma, Quillosisa entre otras. 4 Fuente: Universidad de Cuenca – Municipalidad de Nabón, Plan estratégico de desarrollo local del cantón Nabón, 2010 Con esta red hídrica los habitantes de Nabón poseen 41 captaciones para agua potable y 45 captaciones para agua de riego.* Las microcuencas son muy importantes dentro del desarrollo de una población ya que estas conformarán las redes hidrológicas sirviendo como necesario para el desarrollo y la producción. Fuente: Universidad de Cuenca – Municipalidad de Nabón, Plan estratégico de desarrollo local del cantón Nabón, 2010 (*) Inventario Hídrico 2008 5 4.- Importancia y Justificación del proyecto 4.1.- Importancia Las redes viales son un pilar necesario para el desarrollo de la población, el estado y avance de estas indicarán el progreso de su país, de aquí la importancia que tiene un correcto estudio, diseño y mantenimiento vial. La unión de los diferentes centros poblados existentes en el país se da mediante redes viales, de aquí la importancia que este tema sea tomado de interés nacional. Mediante el sistema de redes viales se unen centros de producción de alimentos con zonas sus diferentes zonas de consumo, siendo importante su correcto trazado. Por la importancia Económica que tiene las vías estas deben ser diseñadas de una manera que brinde comodidad y seguridad a los usuarios. Mientras más eficiente sea el diseño vial el transporte será más ágil y seguro contribuyendo a un mayor desarrollo poblacional. Debido al desarrollo Económico de un país que conlleva el tener una vía en condiciones óptimas para unir sus centros poblados; es de interés el presente trabajo de investigación, al tratar del Mejoramiento y él diseño del pavimento flexible de la vía de ingreso a Shiña. Teniendo varios aspectos que justifican la importancia del proyecto tales como: Al tener páramo y bosque de neblina de altura declarados como zona de bosque y vegetación protectora siendo estos recursos estratégicos para el desarrollo turístico. El incremento económico que ha tenido la parroquia Shiña, debido al aumento de producción y el ingreso de recursos del exterior. 6 El unir un centro poblado importante dentro del cantón Nabón como es Shiña a una vía interprovincial que conforma de la red nacional vial como es las vía Cuenca-Loja. Ser una zona ganadera la cuál satisface necesidades del Cantón Nabón, en parte al cantón Cuenca y centros poblados cercanos. La necesidad del traslado de la población a lugares de trabajo fuera de la parroquia. 4.2.- Justificación del proyecto Debido a los aspectos citados anteriormente el proyecto denota su especial importancia ya que contribuiría con beneficio a la población, aumentando la actividad económica y disminuyendo el tiempo de traslado de los diferentes centros poblados de la zona cercanos a la vía, siendo los beneficiarios los habitantes del Cantón Nabón y la provincia en general. 7 CAPÍTULO II TOPOGRAFÍA 1.- Introducción Para realizar los estudios de cualquier diseño vial es de principal importancia la topografía del terreno, siendo un factor importante en la aplicación de los parámetros para su diseño. La topografía tiene por objeto la representación gráfica del lugar en donde se va a emplazar la vía, con sus detalles y formas; pudiendo ser estas naturales o artificiales. Dentro del proyecto la topografía es un factor principal para el diseño de la vía, de esta depende el trazado horizontal, las pendientes, sus distancias de visibilidad y las secciones transversales. 2.- Reconocimiento General de la ruta Al inicio del proyecto se realizó el reconocimiento del estado actual de la vía de ingreso a Shiña, siendo una etapa importante como paso previo al mejoramiento de la vía. En este recorrido se pudo observar que la vía actual posee anchos variables, estando estos entre 3,80 metros en los casos más desfavorables y de 7,50 metros en los mejores casos. En cuanto a su trazado vertical se pudo observar que las curvas verticales no se encuentran definidas ya que el paso de tiempo y las condiciones climáticas ha provocado que existan acumulaciones de materiales producto de derrumbos. La estructura vial está conformada por material de lastre de un espesor variable entre 25 a 28 cm, junto a la vía se observar cunetas de sección variable ya que la acumulación de material dentro de estas han disminuido su sección transversal original. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 8 La vía no se encuentra en buen estado debido a que sus trazado no cumple con las características de las norma del M.T.O.P. para una vía de tercer orden. Como material de apoyo para el recorrido de la ruta se contó con cartas topográficas sobre la cual se pudo ubicar esquemáticamente el trazado actual de la ruta, las cartas disponibles fueron elaboradas por el Instituto Geográfico Militar (I.G.M.) a escala 1:250,00. 3.- Levantamiento de la franja topográfica de la vía Para el proyectista es de mucha importancia el poner la máxima atención al tomar los datos de campo, ya que la precisión y la calidad de los mismos dependerán el correcto desarrollo de diseño en su oficina. Mediante el empleo de equipos de topografía se procedió al trazado de la poligonal levantando el trazado actual de la vía, luego de esto se obtuvo la franja topográfica con un ancho de 25 metros a cada lado del eje de la vía actual, obteniendo los detalles naturales y artificiales que se encuentran dentro de esta. 4.- Trazado de la poligonal El trazado de poligonales abiertas se utiliza en levantamientos longitudinales, siendo los ideales para la obtención de franjas topográficas en el diseño vial, siendo necesario tanto el levantamiento planimétrico como altimétrico. Una franja topográfica se puede obtener perfiles en las abscisas deseadas. La línea poligonal abierta es una sucesión de una serie de segmentos unidos por una serie de puntos consecutivos, en la cual el primer punto con el último no se une. Dentro de la poligonal abierta los puntos de cruce de los segmentos se llaman puntos de intersección y los ángulos formados entre la prolongación del segmento anterior con el nuevo segmento se llama ángulo de deflexión. (I.G.M.) Instituto Geográfico Militar. 9 Gráfico de detalles de puntos de intersección y ángulos de deflexión en una poligonal abierta: Fuente: Nadia Chacón Mejía, Topografía Aplicada, 2010. El trazado de la poligonal se desarrolló ubicando la estación total junto a cada lado de la carretera, en la cual se tiene el punto de inicio en la abscisa 7+515,826 aproximadamente y teniendo como punto final en la abscisa 11+025,244. El equipo empleado para la obtención de la poligonal es una estación total de marca TRIMBLE, siendo el modelo M3 la misma. Al iniciar el levantamiento se ingresaron coordenadas globales de la misma, teniendo la facilidad al utilizar este equipo el de grabar los datos en la memoria interna del mismo. 5.- Nivelación El perfil vertical dentro del proyecto es tan importante como el levantamiento horizontal, ya que está relacionado directamente con la velocidad de diseño, con las curvas verticales y la visibilidad. Con el uso de la estación total y luego de obtener la franja topográfica se procedió a la nivelación del eje de la vía, siendo este necesario para el diseño vertical del proyecto. 10 Se partió con una cota real de un BM correspondiente al I.G.M. de Nabón, el cual se llevó al inicio del tramo, siendo este dato proporcionado por el Municipio de Nabón, cumpliendo este con la tolerancia admisible. Los datos de arrastre han sido verificados con los miembros de los tramos anteriores, obteniendo un consenso para la concordancia de datos. 6.- Proceso y cálculo de la nivelación Para el proceso de nivelación se utilizó el método más preciso siendo esta la nivelación geométrica, aplicando en este proyecto de tipo compuesta. Este tipo de nivelación es la más usada y adecuada para este tipo de proyectos. Fuente: Enciclopedia libre, Wikipedia.org El proceso de la nivelación geométrica compuesta es el conjunto de nivelación simples sucesivas, tantas como sean necesarias hasta cerrarla, en la cual se tomó especial cuidado en la lectura para la obtención de datos. Se procedió a nivelar el Eje de la vía, cerrando la nivelación cada 500 metros. (I.G.M.) Instituto Geográfico Militar. (B.M.) Banco de Marca topográfico. 11 7.- Comprobación y Tolerancia Para la comprobación de la correcta nivelación por kilómetro se empleó la fórmula: √ En donde: k: Número de kilómetros, sumando la longitud de nivelación de ida y vuelta. e: Error admisible, expresada en metros. Las tolerancias de acuerdo a normativa del Ministerio de Transporte y Obras Publicas de la República del Ecuador son las siguientes: Terrenos Llano de 1 a 3 cm/km. Terrenos Ondulado de 3 a 6 cm/km. Terrenos Montañoso de 6 a 9 cm/km. Fuente: M.T.O.P., Manual de Procedimientos para la Ejecución de Estudios de Diseño Final de Proyectos Viales”. 8.- Cálculo de Coordenadas Mediante el empleo para la nivelación de una Estación total se tiene ventaja en el cálculo de los puntos, ya que las coordenadas de partida fueron ingresadas al inicio del proyecto y las coordenadas de los puntos al nivelar el eje son calculadas automáticamente mediante un proceso interno de la estación total. Las coordenadas son fácilmente descargables a un computador mediante el empleo del software de la estación total Trimble modelo M3. 12 CAPÍTULO III ESTUDIO DE SUELOS 1.- Toma de muestras El muestreo de suelo se debe realizar con especial cuidado ya que de la calidad de estas dependerá la veracidad de las características del material, obtenidas luego de haber realizado los ensayos de laboratorio. En la obtención de las muestras se siguieron recomendaciones dadas por el Ministerio de Transporte y Obras Públicas el cual indica que cada 500 metros se tomarán las muestras en los terrenos homogéneos, siento el material idóneo para realizar los ensayos el ubicado entre 0,50 y 2,00 metros de profundidad respecto la superficie de rodadura actual de la vía. El muestreo para el diseño de este proyecto se lo realizó cada 1000 metros basándome en la formación donde se encuentra la vía es la misma y posee una estratigrafía homogénea. Para la obtención de las muestras se utilizó barretas, picos, palas y saca bocados, la cantidad a extraer recomendada por el laboratorio de suelos “SUELOTEC” debe estar entre 40 y 50 kilogramos, siendo dicho laboratorio dirigido por el Ingeniero Franklin Ordoñez. 2.- Ensayos de laboratorio Mediante los ensayos de laboratorio se puede determinar las características particulares de un determinado terreno a analizar. Los ensayos son realizados a las muestras obtenidas del terreno analizado, teniendo diferentes exigencias según la cantidad y el tipo de ensayos a realizar. 13 3.- Análisis granulométrico El análisis granulométrico al cuál se somete un suelo es de mucha ayuda en la ejecución del proyecto porque con este se puede conocer características que influenciarán dentro del diseño. El análisis granulométrico es realizado en laboratorio, el objetivo del mismo es la obtención de los pesos individuales de las partículas retenidas por cada tamiz de una serie empleada. El análisis granulométrico es un proceso mecánico en el cual se colocan una serie de tamices superpuesto en orden descendente del grado de apertura del cuadro de la malla, siendo el tamiz de mayor apertura el de 101,6 mm hasta un tamiz de apertura de cuadro de 0,038 mm (tamiz # 400). Al obtener el porcentaje retenido en cada tamiz y mediante la aplicación de la norma AASHTO T-27 se hace la respectiva clasificación del suelo. 4.- Límites de consistencia La consistencia es el grado de firmeza con la que se unen los materiales que componen al suelo o también conocida como la resistencia de los suelos a la deforma y la ruptura. La consistencia se puede medir en el campo con ensayos sencillos pero no muy precisos o en el laboratorio con mayor precisión. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. (AASHTO T-27) Norma AASHTO para el procedimiento de determinación de Granulometría. 14 En el caso de suelos que presentan mayor graduación de grano grueso la textura y la forma de ubicación de las partículas dentro la masa de suelo determina su consistencia, mientras que en los suelos de grano finos el contenido de humedad define la consistencia ya que el agua contribuye a la cohesión, debido a las propiedades eléctricas de los minerales de arcilla. Los principales indicativos del límite de consistencia de un suelo son: Límite líquido. Límite plástico. Límite de contracción. Fuente: Enciclopedia libre, Wikipedia.org 5.- Límite líquido El límite líquido tiene por objetivo el determinar el porcentaje de humedad de un suelo con referencia a su peso seco, cuando el suelo pasa de un estado líquido a un estado plástico. 15 El método es realizado en laboratorio, para la determinación del límite líquido es el Ensayo de la cuchara de Casagrande el cual corresponde a la norma AASHTO T-89, en donde una porción del suelo analizado que pase el tamiz No. 40 mezclado con agua, capaz de ser moldeada, se deposita en la cuchara de Casagrande, a esta mezcla se la distribuye de manera uniforme sobre la cuchara y se la secciona de forma que obtenemos una zanja uniforme de 3 mm en su base, a continuación se golpea consecutivamente contra la base de la máquina, haciendo girar la manivela hasta que la zanja se cierre en una longitud de 12 mm (½ pulgada). Para que la muestra sea valedera la zanja se debe cerrar en la longitud indicada a los 25 golpes consecutivos si esto se da la muestra corresponde al límite líquido. Debemos tener en consideración que si el suelo a analizar es muy arcilloso este nunca haya sido secado a humedad menor que su límite plástico. 6.- Límite plástico El limite plástico al igual que el límite líquido determina el porcentaje de humedad de un suelo con respecto su peso seco, pero este cuando un suelo pasa de un estado plástico a un estado semisólido y se rompe. El método consiste en moldear la mezcla una porción de suelo que pase el tamiz No. 40 con agua, en tiras uniformes de 1/8 de pulgada sin que estas se rompan, el momento que tengamos las tiras de suelo en las condiciones indicadas procedemos a pesarlas y a ingresarlas al horno a una temperatura de ± 105 grados centígrados durante 24 horas. Luego de pasado el periodo indicado sacamos las muestras y las volvemos a pesar, pudiendo obtener su porcentaje de humedad mediante: (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. (AASHTO T-89) Norma AASHTO para la determinación del límite líquido de los sólidos. 16 En donde: Es el contenido de humedad, expresado en porcentaje de su peso secado al horno, que tiene el material cuando permite su arrollamiento en tiras de 1/8 de pulgada sin romperse, siendo su norma la AASHTO T-89. 7.- Límite de contracción El límite de contracción al igual que los anteriores determina el porcentaje de humedad respecto el peso del suelo en el cual el material analizado paso de un estado semisólido a un estado sólido, en este estado el suelo deja de contraerse y perder humedad. Este límite queda determinado por la mínima cantidad de agua necesaria para llenar solamente los poros de una muestra de suelo seco. Este ensayo al no ser necesario para la ejecución del proyecto no se lo realizó. 8.- Índice Plástico El índice plástico el rango en el cual el suelo analizado posee un estado plástico, por definición es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico. En donde: IP: Índice plástico. LL: Límite Liquido. LP: Límite Plástico. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. (AASHTO T-89) Norma AASHTO para la determinación del límite líquido de los sólidos. 17 Cuando no puede calcularse uno de los dos límites o el resultado es negativo el suelo se considera NP (no plástico). Pudiendo interpretar según Atterberg que: Índice plástico = 0 (suelo no plástico). Índice plástico = 7 (suelo de baja plasticidad). Índice plástico = entre 7 y 17 (suelo medianamente plástico). Con los resultados de índice plástico y límite líquido se puede clasificar los materiales según los límites de Atterberg en la siguiente tabla: Fuente: Enciclopedia libre Wikipedia En donde: C: Arcilla. M: Limos. 18 L: Baja plasticidad. H: Alta plasticidad. IP: Índice plástico. LL: Límite líquido. Mediante la obtención del índice plástico, el límite líquido y el límite plástico se puede obtener una clasificación de la muestra analizada. 9.- Contenido de Humedad La humedad es una característica particular de una determina muestra, la cual indicará el peso de agua contenido en la muestra. La humedad de un suelo es variable ya que depende de las condiciones climáticas, de toma de muestra y el transporte de la misma. Es recomendable para mantener la humedad del suelo que tenía el momento de su extracción el transportarla cubierta en un medio impermeable ya sea plástico, cera, etc. El proceso de la obtención del contenido de humedad de una muestra se lo realiza en laboratorios, como primer paso del meto se obtiene el peso del material el cual tenga las mismas condiciones que en su momento de extracción, a continuación procedemos al secado a horno durante 24 horas a una temperatura de ± 105 grados centígrados, luego de transcurrido el periodo indicado extraemos las muestra del horno y las volvemos a pesar, obteniendo la humedad con la siguiente fórmula: 19 En donde: %W: Porcentaje de humedad. Este ensayo es muy frecuente ya que constituye parte de la base de otros ensayos como el ensayo de compactación, límites de consistencia, densidad de campo entre otros. 10.- Determinación de CBR El ensayo de CBR (California Bearing Ratio) pude ser elaborado en sitio o como en este caso en laboratorio con mayor precisión, tiene como finalidad la determinación de la capacidad soportante del suelo y agregados, con una humedad óptima y a diferentes grados de compactación. El ensayo mide la resistencia al corte bajo condiciones establecidas de humedad y compactación, sus resultados permiten obtener un porcentaje de la relación de soporte. El resultado luego del ensayo de CBR es una medida de la resistencia al esfuerzo de corte bajo las condiciones mencionadas. Los valores obtenidos del ensayo de CBR se encuentran entre el 0% al 100%, cuando mayor es el porcentaje mejores condiciones de capacidad soportante posee el suelo. (CBR) California Bearing Ratio. 20 CBR CLASIFICACIÓN CUALITATIVA DEL SUELO POSIBLE USO 2-5 Muy mala Sub-rasante 5 -8 Mala Sub-rasante 8 -20 Regular Sub-rasante 20 -30 Regular - Buena Sub-rasante 30 -60 Buena Sub-rasante 60 -80 Muy buena Base 80 -100 Excelente Base Fuente: Vías de Sacas, 2006-2007 Este método consiste en utilizar un pistón cilíndrico, el cual penetrara una muestra cilíndrica de suelo (teniendo en cuenta un diámetro y una velocidad estandarizada, según la norma AASHTO T193), el objeto de este método consis te en medir la carga necesaria para conseguir una penetración determinada. Los resultados de este proceso se expresan en porcentaje del esfuerzo requerido, para hacer penetraciones al suelo analizado tomando como patrón una muestra de piedra triturada bien graduada. El ensayo de CBR se lo realiza a varias muestra con diferente grado de compactación, estas estando con su humedad óptima, al obtener todos los resultados se elabora un diagrama de CBR, del cual se obtiene el valor de CBR a la densidad deseada según las especificaciones del material. Al realizar el ensayo de CBR se tiene como finalidad establecer una relación del comportamiento de los suelos a diferente compactación para la aplicación del mismo dentro de la estructura de una carretera ya sea como Bases o Sub-base. A más con la determinación de CBR obtenemos la capacidad soportante del suelo analizado. (CBR) California Bearing Ratio 21 11.- Grado de compactación El grado de compactación o también conocido como proctor es un ensayo el cual se determina en un laboratorio, siendo muy útil ya que constituiría la base en el control de calidad de la compactación del suelo. El objetivo de este ensayo es determinar la máxima compactación de un suelo probado con diferentes humedades, provocando la variación de esta dentro del suelo en el acomodo de las partículas. El proceso del ensayo consiste en compactar una porción de suelo dentro de un cilindro de volumen determinado, en la cual el suelo tenga diferentes porcentajes de humedad, de estas variaciones se puede obtener el punto de resistencia máxima con un porcentaje de humedad óptimo. La prueba de proctor modificado se rige a la normativa AASHTO T-180. 12.- Resultados de análisis de laboratorio Los resultados obtenidos en el laboratorio son utilizados para el diseño de pavimento dentro del capítulo VII. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. (AASHTO T-180) Norma AASHTO para la determinación del Proctor Modificado. 22 A continuación se presenta una tabla resumen de los resultados de los análisis de laboratorio realizados, encontrándose esto en el Anexo 3.1. ABSCISA PROFUNDIDAD COLOR FECHA HUMEDAD NATURAL % % PASA TAMIZ No. 200 LÍMITE LÍQUIDO % LÍMITE PLÁSTICO % ÍNDICE DE PLASTICIDAD % ÍNDICE DE GRUPO SUCS AASHTO HUMEDAD OPTIMA % DENSIDAD MÁXIMA Kg/m3 CBR INALTERADO CBR REMOLDEADO CBR DISEÑO (95%) 8+000,00 1,45 Café 11-Nov-1012 9+000,00 1,60 Café 11-Nov-1013 10+000,00 1,50 Café 11-Nov-1014 11+000,00 1,50 Café 11-Nov-1015 20,23% 21,21% 26,71% 29,56% 63,22% 60,42% 81,60% 86,20% 45,72% 47,77% 70,96% 76,33% 24,01% 26,82% 39,05% 40,23% 21,71% 20,95% 31,90% 36,10% 11 10 20 20 CL A-7-6 CLASIFICACIÓN CL A-7-6 MH A-7-5 MH A-7-5 24,20% 25,50% 31,10% 34,15% 1,87 1,86 1,74 1,73 2,20% 1,34% 1,39% 0,96% 4,82% 3,52% 2,23% 2,14% 3,50% 2,50% 1,80% 1,50% (CBR) California Bearing Ratio. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. (SUCS) Sistema Unificado de Clasificación de Suelos. 23 CAPÍTULO IV ESTUDIO DE TRÁFICO 1.- Estudio de tráfico El conocimiento del volumen y tipo de vehículos que circula dentro de una vía, permite determinar el grado de ocupación y las condiciones de operación; el análisis de sus características es fundamental para definir los parámetros de diseño dentro del proyecto. De las características obtenidas del estudio de tráfico como es el peso, cantidad y dimensiones de los vehículos serán útiles para determinar la estructura y geometría adecuada. La cantidad y tipo de vehículos dentro de una vía depende de las siguientes condiciones: El volumen de población de las comunidades a las que se brinda servicio. El nivel de producción del suelo y de los centros poblados cercanos a la vía. Las características geográficas de la zona. El estado actual en las que se encuentra en cuanto a diseño y estructura de la vía, si brinda seguridad y confort a los usuarios. En la zona donde se realiza el proyecto no se contaba con datos específicos en lo que respecta al tráfico de la vía, por lo cual al realizar en conteo de tráfico se tomó las precauciones necesarias. 2.- Tráfico Actual Para la determinación del tráfico actual se procedió al aforo vehicular realizado en una estación de conteo. 24 Las estaciones de conteo o aforo vehicular se deben ubicar estratégicamente dentro de la vía de modo que los datos a obtener representen el volumen vehicular a circular a lo largo de la vía. El conteo vehicular se programó para los días miércoles 22, jueves 23, viernes 24 sábado 25 y domingo 26 de agosto de 2012, se lo realizó en tres estaciones ubicadas en las abscisas 0+000,00, 3+800,00 y 11+000,00. En el Anexo 4.1 se presenta un cuadro resumen del conteo de tráfico realizado. Para garantizar la veracidad de los datos, el conteo se lo realizó por duplicado, de esta forma se solucionaría cualquier inquietud sobre la veracidad de los datos de ser el caso. 3.- Población futura Para el cálculo de la población futura está basada en los datos de crecimiento poblacional del cantón Nabón. 4.- Proyección de la población hasta el año 2032 El cálculo de la población y el tráfico futuro están basados con datos recopilados en base de censos realizados y conteos actuales. Los diseños de tráfico son usados para clasificar a nuestra carretera, siendo importante ya que servirá para la determinación de los parámetros de diseño. El Tráfico proyecto de nuestra vía es de 20 años, periodo recomendado en “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras del Ministerio de Transporte y obras Públicas”. 25 4.1.- Método Geométrico El crecimiento geométrico supone un incremento porcentual constante en el tiempo, es aplicable en periodos largos, lo que desde el punto de vista demográfico se identifica más con el comportamiento real de la población. La expresión matemática correspondiente al método geométrico es: En donde: Pf: Población futura. Po: Población actual. r: Índice de crecimiento. n: Periodo de diseño. En el Anexo 4.2 se encuentran los cálculos de la población futura, para el cálculo de la población se consideró un índice de crecimiento igual a 1,20%, en el cual se obtuvo como resultado de la proyección de la población futura por el método geométrico para el año 2032 igual a 667 habitantes en la comunidad de Shiña. 5.- Determinación de TPDS El Tráfico promedio diario semanal (TPDS), calculamos en base a los datos de conteo realizado, teniendo los siguientes resultados: Tipo de Vehículo Sumatoria 7 días TPDS Porcentaje Liviano 1990 284 92,22% Pesado 168 24 7,78% (T.P.D.S.) Tráfico Promedio Diario Semanal. 26 En los cuales determinamos que el TPDS de vehículos livianos y pesados es de 284 y 24 vehículos respectivamente. 6.- Determinación de TPDA Para la determinación del tráfico promedio diario anual sería lo más ventajoso disponer de datos de una estación de conteo permanente, la cual indique las variaciones en periodos más amplios de tiempo. El disponer de estaciones de conteo permanente en las rutas de tercer orden no es necesario. El Tráfico promedio diario anual (TPDA) se determinara en base de las observaciones realizadas del tráfico y de los factores de variación. Las variaciones de tráfico son factores que determinan la relación que existe entre los datos estadístico y las observaciones registradas en los conteos vehiculares. La relación se establece en base que la población se mueve en base de costumbres y hábitos, y al ser la estructura social del país muy poco variable a lo largo del tiempo esta variación permanecerá constante en el periodo de tiempo establecido en el diseño. El tráfico promedio diario anual se puede estimar con la fórmula que consta el libro del M.T.O.P. “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” siendo esta: En donde: TPDA: Es el tráfico promedio diario anual. To: Tráfico observado. (T.P.D.A.) Tráfico Promedio Diario Anual. (T.P.D.S.) Tráfico Promedio Diario Semanal. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 27 Es el resultado del conteo realizado en las estaciones durante 12 horas continuas. El cálculo de T.P.D.A. se encuentra en el Anexo 4.3 en donde también se determina todos sus factores. FH: Factor horario Permite transformar el volumen de tráfico que se haya registrado en un determinado número de horas a volumen diario promedio, obtenemos este factor al dividir el total de vehículos en un periodo de 24 horas para el transito acumulado en las 12 horas de conteo, el factor horario calculado es de 1,27 siendo este un promedio del calculado diariamente. FD: Factor diario Transforma el volumen de tráfico diario promedio en volumen semanal promedio, para su cálculo requerimos el conteo de una semana completa cuyo promedio servirá para dividir el transito diario de conteo, el factor diario obtenido es 0,99 siendo este un valor promedio del obtenido de todos los días correspondientes al conteo. FS: Factor semanal Transforma el volumen semanal promedio de tráfico en volumen mensual promedio, para el cálculo de este factor necesitamos de conteos correspondientes a la totalidad de un mes y lo calculamos al dividir el tránsito de la semana del conteo para el promedio semanal, el mismo que lo podremos considerar según la normativa igual a 1 al no poseer los registro necesarios de un mes corrido de conteo. (T.P.D.A.) Tráfico Promedio Diario Anual. 28 FM: Factor mensual Transforma el volumen mensual promedio de tráfico en tráfico promedio diario anual, obtenemos de la correlación del consumo de combustible al dividir el mes del conteo para el consumo promedio mensual, siendo necesario la información de consumo de combustible en una estación cercana al conteo se encuentra en el Anexo 4.4, siendo esta solicitada en la dirección de Hidrocarburos del Ministerio de Energía y Minas de la Regional Sur, el factor mensual calculado es igual a 0,94 siendo este un valor obtenido correspondiente al mes en el que fue realizado en conteo. 7.- Tráfico proyectado Los diseños viales se basan en predicciones de tráfico para periodos relativamente largos de tiempo, en este caso 20 años, esta proyección se usa para la clasificación de la carretera e influye en la determinación de los parámetros de diseño del proyecto. Se puede proyectar el tráfico en base a la tasa de crecimiento poblacional, obtenida del libro “Normas de Diseño Geométricas de Carreteras” del M.T.O.P., siendo la siguiente: En donde: Tf: Tráfico futuro o proyectado. Ta: Tráfico actual. i: Tasa de crecimiento del tráfico (se puede utilizar la tasa de crecimiento poblacional o de combustible). n: Número de años proyectados. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 29 En el Anexo 4.5 se presenta el tráfico proyectado, el cual se calculó con una tasa de crecimiento igual a 1,20% la cual fue obtenida en los datos de crecimiento poblacional del comunidad de Shiña. El tráfico proyectado o futuro está compuesto del crecimiento normal de tráfico, el tráfico generado y el crecimiento por desarrollo. 8.- Crecimiento normal del tráfico actual El tráfico que tenemos en la actualidad está formado por los vehículos que transita por la vía hasta ser esta mejorada, consta de dos componentes que son: Tráfico existente Es el que circula por la carretera antes de ser esta mejorada, la obtenemos del conteo vehicular. Tráfico Desviado Es el atraído desde otras carreteras una vez que se ha realizado la mejora, siendo la razón el ahorro de recursos sea tiempo o dinero. 9.- Tráfico generado Este componente del tráfico proyectado está constituido por el número de vehículos que transitarían solo si la mejora ocurre, está constituido por: Viajes que no se realizaron anteriormente. Viajes que se realizaron anteriormente por medio de transporte público. 30 Viajes que se efectuaron anteriormente hacia otros destinos y con la mejora han sido atraídos a la carretera propuesta. Este tráfico se produce dentro de los dos siguientes años una vez culminada la mejora. 10.- Tráfico por desarrollo Este componente del tráfico proyectado es el producto por la incorporación de nuevas áreas de producción agrícola o de explotación de recursos naturales cercana a la carretera. Este componente es notorio desde el inicio de funcionamiento de la carretera y puede seguir incrementándose a lo largo del periodo estimado de diseño. No es conveniente proyectar el tráfico únicamente en tendencia histórica ya que cada vía tiene condiciones partículas que pueden generarse cambios tales como puesta en marcha de proyectos industriales, agrícolas, mineros o turísticos de cualquier zona dentro de la influencia de la vía, lo idóneo sería realizar proyecciones en base de los planes de desarrollo si los disponen. El cálculo del tráfico proyectado se encuentra en el Anexo 4.6 el cual fue calculado con una tasa de crecimiento por desarrollo igual al 2,00%, siendo consultada en “El plan estratégico de desarrollo local del cantón Nabón 2010”. 11.-Densidad de tráfico Es una característica del tráfico la cual indicará el número de vehículos que ocupan un tramo determinado de la carretera. La densidad de tráfico está condicionada por la demanda, lo que quiere decir que el diseño referente a la capacidad de la vía condiciona la intensidad de tráfico. El valor máximo de la densidad de tráfico se obtiene cuando los vehículos están en fila uno tras otro sin espacio entre ellos, esta densidad máxima será igual al 31 producto de la inversa de la longitud media de los vehículos por el número de carriles. En estas condiciones, a los vehículos les resultaría imposible moverse incluso a pequeña velocidad sin chocar unos con otros. La densidad de tráfico esta expresada en vehículos por kilómetro. La densidad de tráfico influye de forma directa en la calidad de circulación, ya que al aumentar la densidad resulta difícil mantener la velocidad que el conductor desea, y este se ve obligado a realizar un mayor número de maniobras (cambios de carril, aceleraciones, frenados, etc.), originando una conducción incómoda, caso contrario se da con densidades de tráfico bajas, la circulación puede considerarse fluida pero a medida que va aumentando y acercándose a su valor máximo provoca una circulación a velocidad muy baja con constantes paradas y arranques. 12.-Intensidad de tráfico La intensidad del tráfico es el número de vehículos que pasa a través de una sección fija de carretera por unidad de tiempo. Las unidades usadas para interpretar la intensidad de tráfico son vehículos/hora (intensidad horaria) y vehículos/día (intensidad diaria). Es la característica más importante de la circulación, ya que las demás están relacionadas con ella y proporciona una descripción muy intuitiva del comportamiento del tráfico en cada momento. La intensidad de tráfico es una característica variable a lo largo del tiempo siguiendo una ley que puede considerarse formada por una tendencia a largo plazo a la que se superponen unas oscilaciones cíclicas (anuales, semanales y diarias) y unas variaciones puramente aleatorias. Aunque la forma y magnitud de estas oscilaciones varían de una vía a otra, el fenómeno es similar en todas ellas, por esta razón puede estudiarse una vía en particular tomando en consideración las características de la intensidad de tráfico de su región. 32 12.1.- Cálculos La intensidad, velocidad y densidad vehicular se vinculan mediante la relación fundamental de tráfico: En donde: I: Intensidad de Tráfico. Velocidad media. D: Densidad de Tráfico Existe una estrecha relación entre la intensidad y densidad de tráfico, esta relación se la expresa mediante el diagrama fundamental del tráfico y en él puede obtenerse para cualquier punto la intensidad (ordenada), densidad (abscisa) y velocidad media (pendiente de la recta que une el punto con el origen). Fuente: Universidad Católica de San Antonio – Murcia, Ingeniería de tráfico. 33 En la gráfica mientras el tráfico este dentro de curva ascendente es de condiciones aceptables, la parte descendente corresponde a una circulación inestable en la que los vehículos avanzan con dificultad en casos críticos con paradas. De la interpretación gráfica se puede concluir que la densidad crítica es un 40,00% aproximadamente de la densidad máxima. 13.-Tráfico promedio diario anual proyectado En la proyección vehicular el modelo matemático más utilizado es el logístico, ya que este brinda proyecciones con mayor exactitud. Este modelo está basado en que luego de un periodo acelerado de crecimiento vehicular este disminuirá su velocidad hasta finalmente tender asintóticamente hacia un límite, el modelo logístico está basada en la curva logística o curva en forma de S. Se basa en la siguiente fórmula: En donde: TS: Tasa de saturación de vehículos dada cada 1000 habitantes. TM: Tasa de motorización de vehículos dada cada 1000 habitantes cada año. e: Base del logaritmo natural. t: Tiempo, expresado en años. a: Incógnita. b: Incógnita. Para determinar las incógnitas despejamos la ecuación: ( ) 34 ( ) Para la aplicación del modelo matemático es necesaria la utilización de los datos correspondientes a población y a los vehículos matriculas. Anexo 4.8 13.1 .- Tasa de Crecimiento El cálculo de la tasa de crecimiento se encuentra en el Anexo 4.7, el cual se consideró una tasa de crecimiento igual a la tasa de crecimiento de vehículos matriculados desde el 2001, año en el cual se puede observar que el crecimiento se estabiliza, siendo esta del 4,05%. 13.2.- Cálculo del TPDA proyectado Con los datos obtenidos anteriormente es posible ya calcular en tráfico promedio diario anual correspondiente al año 2012 hasta el final del periodo de diseño (20 años), mediante la siguiente fórmula: En donde: ). (actual). r: Tasa de crecimiento. n: Tiempo en años. El cálculo del TPDA proyectado se encuentra en el Anexo 4.8 en el cual determinamos el tráfico útil para los periodos de diseño establecidos en este estudio. (T.P.D.A.) Tráfico Promedio Diario Anual. 35 14.- Justificación del orden de la vía En función de la proyección del tráfico futuro a generarse en 20 años el Ministerio de Trasporte y Obras Publicas la clasifica en función de la siguiente tabla: CLASIFICACION DE CARRETERAS EN FUNCIÓN DEL TRÁFICO PROYECTADO Tráfico proyectado TPDA * Clases de Carreteras (proyectado) R - I o R – II Más de 8000 I De 3000 a 8000 II De 1000 a 3000 III De 300 a 1000 IV De 100 a 300 V Menos de 100 Nota: El TPDA indicado es el volumen de tráfico promedio diario anual proyectado a 15 o 20 años. Cuando el pronóstico de tráfico para el año 10 sobrepasa los 7000 vehículos debe investigarse la posibilidad de construir una autopista. Para la determinación de la capacidad de una carretera, cuando se efectúa el diseño definitivo, debe usarse tráfico en vehículos equivalentes. Fuente: M.T.O.P., “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras”, 2003. Con el TPDA de 798 proyectado para el año 2032, nuestra carretera corresponde a una de clase III. (T.P.D.A.) Tráfico Promedio Diario Anual. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 36 CAPÍTULO V DISEÑO HORIZONTAL DE LA VÍA 1.- Dibujo de plano acotado El diseño horizontal de nuestra vía se encuentra en los anexos 11.1 en el cual se podrán observar todo el trazado del proyecto. 2.- Diseño El diseño horizontal depende de la topografía del lugar, se la realiza en base de la franja topográfica obtenidas en pasos anteriores, a más de la topografía también depende de las características hidrológicas del terreno, condiciones de drenaje y las características del trazado actual. El diseño horizontal es la proyección de la vía sobre un plano horizontal, en la que se detalla los cruces de las tangentes que definen las curvas. Para el diseño del proyecto en lo posible se mantendrá el alineamiento actual, realizando variantes de este en lugares donde no se cumplan la normativa establecida en el libro “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” perteneciente al M.T.O.P., o en zonas que mantener el trazado actual presenten un riesgo a la seguridad o a una correcta operación de la vía, en los tramos que se produzcan variantes se tratara de minimizar los volúmenes de movimiento de tierra ya que el realizar variantes innecesarias representará elevar el presupuesto del proyecto. Dentro de los planos de diseño horizontal se detalla los valores de radio de la curva, abscisa de los puntos que definen la curva PT, PC, ángulo entre las tangentes, longitud de las tangentes, longitud de las curvas y abscisa del proyecto. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 37 2.1.- Criterio de Diseño Para el diseño horizontal el libro “Normas de Diseño Geométrico de Carretera” perteneciente al M.T.O.P., estable los siguientes criterios generales de diseño: 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 curvilíneal 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.* (*) M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 38 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.* Deben evitarse alineamientos reversos bruscos, a menos que exista una tangente suficientemente larga entre las dos curvas reversas para usarla en el desarrollo de peralte.* Deben evitarse tangentes cortas entre curvas de la misma dirección.* A más de los criterios citados con anterioridad también están ligadas las características de las carreteras de tipo III, obtenida en función del tráfico proyectado. 2.2.- Técnicas de Diseño Horizontal Al realizar el diseño horizontal dentro del proyecto se debe tener en cuenta parámetros fundamentales al considerar el trazado siendo estas, las características humanas, características del vehículo y características de diseño. Las características humanas hacen referencia a la percepción, fatiga tiempos de reacción, en el diseño de carreteras dentro de Ecuador se considera que le toma al conductor 1 segundo en la percepción del objeto y 2 segundo de reacción ante él. Las características de diseño están relacionadas a las características que presenta los actores y factores que intervienen, entre estos están las características de los vehículo, la clasificación obtenida de la carretera respecto su tráfico, topografía del lugar, radio de giro, que estarán de acuerdo a la normativa aplicada. (*) M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. 39 RESUMEN DE LOS PESOS Y DIMENSIONES DE BUSES Y CAMIONES DIMENSIONES DE CAMIONES Y PROYECTO REFORMA VIGENTES BUSES SEGÚN MOP MOP Ancho camión 2,60 m 2.60 m Ancho Bus 2,60 m 2,60 m Alto camión 4,10 m 4,10 m Alto bus 4,10 m 4,10 m Largo Camión rígido (1,2 o 3 ejes en el 11,50 m (con 2 ejes) semirremolque) 12,20 m (con 3 ejes) Largo tracto camión rígido ( 1,2 o 3 ejes 17,50 m (2S;2S2;2S3;3S1) 18,00(3S2 y en el semirremolque) 18,3 m (3S2, 3S3) 3S3) 9,0 m (1 eje) 9,0 m (1 EJE) 12,3 m (2 ejes) Largo Semirremolque 13,0 m (3 ejes) 12,00 m 12,3 m (2 EJES) 13,0 m (3 EJES) Largo Remolque 10,00 m 10,00 m Largo camión + remolque 18,30 m 18,30 m 18,30 m 18,30 m Largo tracto camión + semirremolque + remolque Convencional 13,3 m Semi integral 15,0 m hasta con 3 ejes Largo bus larga distancia Integral 15,0 m hasta 4 ejes direccionales Largo bus articulado 18,3 m - Largo bus urbano/suburbano - - Ancho vehículos especiales - - Alto vehículos especiales - - Largo de vehículos especiales (1) 21 21 Separación para ejes compuestos - min 1,20 m max 1,60 m PESOS CAMIONES Eje trasero simple rodado simple (2r) 6,00 t 6,00 t Eje trasero simple rodado doble (1r) 11,00 t 12,00 t 40 Eje trasero doble rodado simple (4r) 12,00 t Eje trasero doble rodado simple y doble 12,00 t 15,50 t (6r) Eje trasero doble rodado doble (8r) 19,00 t 20,00 t Eje trasero triple 1 rodado simple (6r) 18,00 t - 24,00 t - 24,00 t 24,00 t 48,00 t 46,00 t Eje trasero triple 1 rodado simple y 2 dobles (10r) Eje trasero triple 3 rodados dobles (12r) Peso Bruto Total admitido 500 kg. Para el eje delantero y 1000 kg para cualquiera Tolerancia de pesos de los ejes posteriores No existe tolerancia para el P.B.V. Relación potencia de pesos 6,5 IIP/T 8 Iip/t y 6,5 IIP/t “ En estudio el cambio de valores Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. Los parámetros que determinan las características de diseño son la velocidad, visibilidad, distancia de parada, capacidad de flujo haciendo referencia de forma directa al nivel de servicio. 2.3.- Velocidad de Diseño La velocidad de diseño o velocidad máxima se da cuando el vehículo puede transitar con seguridad y comodidad sobre la vía, teniendo condiciones de tránsito y atmosféricas estables. Es elegida en función de las condiciones del terreno, del tipo de tráfico y la clasificación de la vía respecto el volumen de tráfico, dada esta clasificación en un paso anterior. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 41 La velocidad de diseño en un proyecto tiene relación directa en factores determinantes para el diseño de peraltes y radios de curvas, distancias de visibilidad. Carreteras que posean mayores velocidades de diseño requieren curvas más suaves, cambios de rasante más largos que con llevan distancias de visibilidad mayores. Las carreteras con velocidades de diseño menores permite al diseñador adaptar la carretera de mejor manera al terreno, esto implican que permite curvas más pronunciadas y cambios de rasante más acentuados, teniendo volúmenes de corte menor. La elección de la velocidad de diseño forma parte fundamental del diseño horizontal, dentro del trazo lo óptimo se da cuando el vehículo mantiene una velocidad constante a lo largo de la vía, en la práctica esto no siempre se cumple ya que la topografía puede obligar a que se presenten cambios de velocidad en el trazo a diseñar, en las zonas que tengamos cambios de velocidad estos no se deben dar de forma repentina, se debe dar espacio al conductor a que de los cambios en la marcha de manera gradual. El cambio de velocidad entre tramos continuos no deberá ser mayor a 20 km/h. De acuerdo con el libro del M.T.O.P. “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras”, la diferencia entre las velocidades de dos tramos continuos no será mayor a 20 km/h, debe procederse a efectuar en el lugar una adecuada señalización progresiva, con indicación de velocidad creciente o decreciente. La velocidad de diseño debe seleccionarse para el tramo de carreteras más desfavorables y debe mantenerse en una longitud mínima entre 5 y 10 kilómetros. Una vez seleccionada la velocidad todas las características propias del camino se deben condicionar a ella, para obtener un proyecto equilibrado. El Ministerio de Transporte y Obras Publicas presenta un cuadro de velocidades de diseño en referencia a la categoría determinada de la vía en el capítulo IV, siendo la siguiente: (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 42 VELOCIDADES DE DISEÑO ( Km/h) VELOCIDAD DE DISEÑO Km/h BÁSICA PERMISIBLE EN TRAMOS DIFÍCILES RELIEVE LLANO (RELIEVE ONDULADO) Utilizada Para el CATEGORÍ cálculo de A DE LA VÍA los elementos del trazado del perfil longitudina l para el cálculo de los elementos de la sección transversal y otros dependiente Para el cálculo de los elementos del trazado del perfil longitudina l s de la velocidad Rec. Abs. Rec. Abs. Rec. Abs. R-1 o R-11 120 110 100 96 110 l 110 100 100 90 ll 100 90 90 lll 90 80 IV 80 V 60 (RELIEVE MONTAÑOSO) Utilizada Utilizada para el para el cálculo de Para el cálculo de los cálculo de los elementos los elementos de la sección elementos de la sección transversal y del trazado transversal y otros del perfil otros dependiente longitudinal dependiente s de la s de la velocidad velocidad Rec. Abs. Rec. Abs. Rec. Abs. 90 96 86 90 80 90 90 100 80 90 80 80 60 80 60 86 90 80 86 80 70 50 70 50 86 80 80 60 60 60 60 40 60 40 60 80 60 60 35 60 35 50 25 60 35 50 60 50 50 35 50 35 40 25 40 25 Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. Nota: Los valores recomendados se emplearán cuando el T.P.D.A. es cercano al límite superior de la respectiva categoría de vía.* (*) M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. (T.P.D.A.) Tráfico Promedio Diario Anual. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 43 Los valores absolutos se emplearán cuando el T.P.D.A. es cercano al límite inferior de la respectiva categoría de la vía y/o el relieve sea difícil o escarpado.* La categoría IV incluye además los caminos vecinales tipo 5, 5E 6 y 7 contenidos en el manual de caminos vecinales "Berger - Protecvia" 1984 y categoría V son los caminos vecinales 4 y 4E.* En zonas con perfiles de meteorización profundo (estribaciones) requerirán de un diseño especial considerando los aspectos geológicos.* Para la categoría IV y V en caso de relieve escarpado se podrá reducir la Velocidad de diseño mínima a 20 km/h.* El capítulo IV determinó la categoría de nuestra vía siento está de III orden, estando ubicada en una zona montañosa siendo la velocidad recomendad de 60 km/h y la velocidad absoluta de diseño de 40 km/h. A más se debe tener en consideración para establecer la velocidad de diseño si la vía cruza zonas pobladas, el volumen de tránsito que va a cruzan si posee topografía semejante, influyen directamente en la velocidad de diseño. 3.- Distancia 3.1.- Distancia de Visibilidad Es llamada distancia de visibilidad a la longitud de la vía que un conductor ve continuamente delante de él, ya que de esta depende la seguridad y eficiencia del vehículo en la vía. (*) M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. (T.P.D.A.) Tráfico Promedio Diario Anual. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 44 Al analizar la distancia de visibilidad es necesario tener en cuenta los aspectos indicados en el libro “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” pertenecientes al M.T.O.P., siendo los siguientes: La distancia necesaria para el rebasamiento de un vehículo.* La distancia requerida para la parada de un vehículo, sea por restricción en la línea horizontal de visibilidad o en la línea vertical.* 3.2.- Distancia de Visibilidad de Parada La distancian de visibilidad de parada es un factor determinante dentro del diseño de una vía, debido a que es la distancia mínima que un vehículo que viaja a la velocidad de diseño o cerca de a ella, vea un objeto en su trayectoria y tenga el espacio suficiente para evitarlo o parar antes de llegar a él. La distancia de visibilidad está conformada por dos distancias que recorre el vehículo, siendo la prima la distancia que recorre el vehículo desde que el conductor visualiza el objeto hasta el inicio de la segunda distancia siendo esta la distancia de frenado o reacción. Esta expresada en la siguiente fórmula: En donde: . . . (*) M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 45 La distancian de visibilidad de parada debe ser mayor que el promedio que le toma a todos los conductores en visualizar y reaccionar en condiciones normales. Según varias pruebas realizadas por la AASHTO el tiempo de percepción en condiciones normales de carretera es de 1,5 segundos y de 1 segundo para el tiempo de reacción suficiente del conductor. El tiempo total de percepción y reacción es considerado de 2,5 segundos para calcular la distancia mínima de visibilidad en condiciones normales. La distancia recorrida durante el tiempo de reacción se calcula mediante la siguiente fórmula: En donde: . . Para el cálculo de la distancia de frenado utilizamos la fórmula de la carga dinámica, tomando en cuenta la acción de fricción que se produce en las llantas. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 46 Expresamos mediante la siguiente fórmula: En donde: f: Coeficiente de fricción longitudinal. . P: Peso del vehículo. g: Aceleración de la gravedad, siendo considerada de 9,78 metros sobre segundo al cuadrado. El coeficiente de fricción siendo expresada mediante la siguiente fórmula: Al remplazar en la fórmula de distancia de frenado tenemos que: Obteniendo así un valor de distancia de parada de: 47 Dentro del libro “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” perteneciente al M.T.O.P., se presenta un cuadro en el cual se encuentra las distancias mínimas de visibilidad de parada de un vehículo según la clasificación realizada en pasos anteriores, siendo la siguiente. VALORES DE DISEÑO DE LAS DISTANCIAS DE VISIBILIDAD MÍNIMAS PARA PARADA DE UN VEHÍCULO (Metros) Criterio de Diseño: Pavimentos Mojados Clase de Carretera Valor Valor Recomendable Absoluto L O M L O M R-Io R-II > 8000 TPDA 220 180 135 180 135 110 I 3000 a 8000 TPDA 180 160 110 160 110 70 II 1000 a 3000 TPDA 160 135 90 135 110 55 III 300 a 1000 TPDA 135 110 70 110 70 40 IV 100 a 300 TPDA 110 70 55 70 35 25 V Menos de 100 TPDA 55 40 55 35 25 70 Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. 3.3.- Distancia de Visibilidad de Rebasamiento La distancia de visibilidad de rebasamiento se determina tomando en cuenta la longitud de la carretera necesaria para realizar el adelantamiento en forma segura. Para el cálculo de las distancias se considera que: El vehículo a rebasar mantiene su velocidad constante. (T.P.D.A.) Tráfico Promedio Diario Anual. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 48 Al llegar a la zona de rebasamiento, el conductor del vehículo rebasante requiere de corto tiempo para percibir dicha zona y reaccionar al iniciar la maniobra. El vehículo rebasante al acelerar para realizar la maniobra llega a una velocidad mayor de 16 kilómetros por hora que vehículo rebasado. Que en relación al vehículo rebasante al culminar la maniobra aún exista una distancia considerable entre él y el vehículo que viaja en el carril invadido en sentido contrario. Fuente: Ministerio de Transporte Colombia, Manual de Diseño Geométrico de Carreteras, 2008 La AASHTO indica que la distancia de visibilidad se expresa mediante la siguiente fórmula: dr = d1 + d2 + d3 + d4 En donde: dr: Distancia de visibilidad de rebasamiento, expresada en metros. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 49 d1: Distancia recorrida por el vehículo rebasante comprendido entre el tiempo de percepción/reacción y el de aceleración hasta el punto donde va a entrar al carril de la izquierda, expresada en metros. d2: Distancia recorrida por el vehículo rebasante en el carril izquierdo, expresada en metros. d3: Distancia entre el vehículo rebasante al final de la maniobra y el vehículo que viaja en sentido contrario a él por el carril izquierdo, expresada en metros. d4: Distancia recorrida por el vehículo que viaja en sentido contrario al rebasante por el carril izquierdo desde que este lo ve. Se considera 2/3 de la distancia recorrida del vehículo rebasante sobre el carril izquierdo, expresada en metros. Las distancias parciales indicadas se calculan mediante las siguientes fórmulas: ) d2= 0,28 * V * t2 d3= considerado de 30 a 91 metros según estudios realizados por la AASHTO. d4= (2/3) * d2 En donde: t1: Tiempo de maniobra inicial expresada en segundos. t2: Tiempo en el cual el vehículo rebasante ocupa el carril izquierdo. V: Velocidad promedio de vehículo rebasante en el momento de la maniobra expresado en kilómetros por hora. M: Diferencia entre velocidad de adelanto y la de operación, expresada en kilómetros por hora. a: Aceleración promedio del vehículo rebasante, expresada en kilómetros por hora y por segundo. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 50 En el libro “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” perteneciente al M.T.O.P., se indican los valores adoptados en función de la velocidad de diseño, siendo los siguientes: DISTANCIA MÍNIMA DE VISIBILIDAD PARA EL REBASAMIENTO DE UN VEHÍCULO Vo, km/h VELOCIDAD DE LOS DISTANCIA MÍNIMA DE VEHÍCULOS, KM/H. REBASAMIENTO, METROS REBASADO REBASANTE CALCULADA RECOMENDADA 25 24 40 ---- (80) 30 28 44 ---- (110) 35 33 49 ---- (130) 40 35 51 268 270 (150) 45 39 55 307 310 (180) 50 43 59 345 345 (210) 60 50 66 412 415 (290) 70 58 74 488 490 (380) 80 66 82 563 565 (480) 90 73 89 631 640 100 79 95 688 690 110 87 103 764 830* 120 94 110 831 830 NOTAS: "*" Valor utilizado con margen de seguridad por sobrepasar la velocidad de rebasamiento los 100 kph. ( ) Valores utilizados para los caminos vecinales. Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 51 3.4.- Distancia de Visibilidad en las Curvas Horizontales La visibilidad en el interior de las curvas horizontales es un elemento del diseño horizontal de un proyecto. Cuando existen obstrucciones laterales a la visibilidad como taludes de corte, murales o paredes, edificaciones o barreras longitudinales, se requiere dar un diseño adecuado al trazado de la vía, cuando estos obstáculos no pueden ser removidos. 52 En el diseño de una curva horizontal, la línea de visibilidad AC pasara tangencial al talud a una altura de 1,15 m de la calzada, y la sección de arco ABC corresponde a la distancia de visibilidad de parada. Al aproximar el semiarco AB a una recta de los triángulos ABE y AEO, se tiene: ) ( ) ( ) El valor “m” corresponde a las secciones transversales diseñadas. 3.5.- Distancia de Visibilidad Lateral Dentro del diseño vial la distancia de visibilidad lateral es un factor importante en cuanto a seguridad de la vía, ya que el conductor debe tener el tiempo suficiente para reaccionar cuando una persona cruce desde la acera hacia la calzada delante de él, o en intersecciones a los otros vehículos que se acercan. La distancia mínima de visibilidad lateral dada por el libro Normas de Diseño Geométrico de Carreteras del M.T.O.P., se calcula mediante la siguiente fórmula: En donde: . (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 53 d: Distancia de visibilidad para la parada de un vehículo expresada en metros. 4.- Peralte Cuando un vehículo avanza a lo largo de una curva está sometida a varias fuerzas, entre ellas la fuerza centrífuga que actúa sobre el vehículo empujando hacia afuera de la curva. La fuerza centrífuga es equilibrada mediante la fuerza producida por la fricción entre las llantas y el pavimento y por la componente del peso del vehículo debido al peralte. Al levantar el borde exterior de la calzada, bajando el borde interior, o ambas cosas al mismo tiempo hasta el peso del vehículo se descompone en dos fuerzas una paralela y otra normal a la calzada que sirven para contrarrestar la fuerza centrífuga. Está pendiente transversal es llamada peralte. 54 El cálculo de la fuerza centrífuga indicada en el libro “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” perteneciente al M.T.O.P., se lo realiza según la siguiente fórmula: En donde: P: Peso del vehículo, expresada en kilogramos. V: Velocidad de diseño, expresada en metros sobre segundo. g: Aceleración de la gravedad, asumida de 9,78 metros por segundo al cuadrado. R: Radio de la curva circular, expresada en metros. Al presentarse la fuerza centrífuga, el vehículo puede presentar inestabilidad al deslizamiento o por volcamiento. Para que no se produzca el volcamiento del vehículo el momento producido por el peso respecto al eje en el punto “O”, debe ser mayor al producido por la fuerza centrífuga respecto el mismo eje. El cálculo del peralte indicado en el libro “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” perteneciente al M.T.O.P. se lo realiza según la siguiente fórmula: En donde: e: Peralte de la vía, expresado en metro por metro de ancho de la calzada. V: Velocidad de diseño, expresada en kilómetros por hora. R: Radio de curvatura, expresado en metros. f: Máximo coeficiente de fricción lateral. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 55 El coeficiente de fricción lateral se obtiene según los requerimientos establecidos en la siguiente tabla: VALORES LÍMITES PERMISIBLES DE REQUERIMIENTOS ESTABILIDAD CONTRA EL VOLCAMIENTO ESTABILIDAD CONTRA EL DESLIZAMIENTO COMODIDAD DEL VIAJE PARA EL PASAJERO EXPLOTACIÓN ECONÓMICA DEL VEHÍCULO "F" SEGÚN EL PAVIMENTO ESTE SECO HÚMEDO CON HIELO 0,60 0,60 0,60 0,36 0,24 0,12 0,15 0,15 0,15 0,16 0,10 0,10 Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. 4.1.- Magnitud del Peralte Dentro del proyecto el diseñar curvas horizontales peraltadas brinda seguridad y comodidad al conductor mientras transita por la vía. El peralte en dentro de curvas horizontales debe estar dentro de límites establecidos, ya que si ocupamos peraltes exagerados se puede provocar el deslizamiento hacia el interior de la curva si un vehículo viaja a baja velocidad, por estas limitaciones se debe también tomar en cuenta la fricción producida por las llantas y la calzada el momento que equilibramos la fuerza centrífuga. Mediante ensayos realizados se ha llegado a determinar que el 55% de la fuerza centrífuga es contrarrestada por el peralte, en tanto el 45% sobrante lo hará la fricción lateral producida por las llantas y el pavimento. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 56 Se ha determinado que en vías de dos carriles con capas de rodadura de pavimentos rígidos o flexibles o empedrados con velocidades de diseño mayores a 50 kilómetros por hora se diseñen con peraltes máximos del 10%, en tanto para caminos vecinales y de velocidad hasta 50 kilómetros por hora se diseñe con un peraltes máximo del 8%. Al utilizar los valores máximos de peralte se debe tener en cuenta los siguientes criterios que se deben evitar: La distribución no uniforme de peso sobre las ruedas del vehículo, especialmente los vehículos de mayor peso. El deslizamiento de los vehículos dentro de la curva que circules a velocidades bajas. El deterioro de manera acelerada debido al flujo de aguas sobre ella. 5.- Desarrollo del Peralte Al pasar de un tramo recto de vía a una curva se necesita realizar una transición de la sección transversal ya que pasa de una sección normal a una totalmente peraltada. El incremento de la fuerza centrífuga se da a medida del desarrollo de la curva, está en la sección recta es cero pero a medida que se desarrolla la curva llega al valor máximo de “F”. El desarrollo del peralte o transición del peralte puede efectuarse con una curva de enlace, que regule la trayectoria del vehículo durante la transición o sin curvas de enlace, esto dependiendo de valores del radio de la curva que se peralta y la comodidad del recorrido vehicular para realizar el peraltado de las curvas y la transición del peralté. Para conformar el peralté existen tres métodos: 57 Girar la calzada alrededor del eje de la vía elevando el borde exterior y bajando el interior, realizando esto en terrenos montañosos. Girar la calzada alrededor de borde exterior para bajar el interior y a su vez el eje. Girar la calzada alrededor del borde interior para subir el exterior y el eje, siendo utilizado en terrenos llanos. El método a emplear es el que se adapte de mejor manera a las condiciones actuales de la vía, teniendo en cuenta las facilidades de drenaje. El cálculo de la longitud total del desarrollo de peralte se lo determina a través del procedimiento indicado en el libro “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” de la siguiente manera: a. Se determina si el peralte se hace a lo largo de una curva de enlace, si es así se calcula la longitud de esta curva. b. Calculamos el valor de sobreelevación que produce el peralte según la siguiente fórmula: h= e * b En donde: h: Sobreelevación, expresada en metros. e: Peralte, expresada en porcentaje. b: Ancho de la calzada, expresada en metros. c. Calculamos la longitud de desarrollo del peralte en función de la gradiente del borde “i”, el cual es calculado en función de la velocidad de diseño. 58 En donde: i: Gradiente del borde. Estos valores recomendados de las gradientes longitudinales representados en el cuadro adjunto: GRADIENTE LONGITUDINAL (i) NECESARIA PARA EL DESARROLLO DEL PERALTE MÁXIMA PENDIENTE Vo, KM/h VALOR DE (i), % 20 0,800 1:125 25 0,775 1:129 30 0,750 1:133 35 0,725 1:138 40 0,700 1:143 50 0,650 1:154 60 0,600 1:167 70 0,550 1:182 80 0,500 1:200 90 0,470 1:213 100 0,430 1:233 110 0,400 1:250 120 0,370 1:270 EQUIVALENTE Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 59 están d. Establecemos la relación ente “L” y “Le”, se asume como la longitud de transición el mayor de los dos valores. e. Calculamos la longitud de bombeo en la sección normal, para lo cual determinamos la diferencia de nivel entre el eje y el borde de la vía, mediante la siguiente fórmula: En donde: S: Diferencia de nivel del eje al borde de la vía, expresado en metros. P: Pendiente transversal del camino, expresado en porcentaje. b: Ancho de la calzada, expresado en metros. f. Establecemos la longitud necesaria dentro de las tangente, para realizar el giro del plano del carril exterior hasta colocar a nivel con la horizontal, mediante la siguiente fórmula: g. Como paso final establecemos la longitud total de la transición. Cuando el desarrollo del peralte se realiza sin la curva de enlace, los 2/3 de la longitud de transición se ubica en el alineamiento recto y el 1/3 dentro de la curva. 60 6.- Coeficiente de Fricción El coeficiente de fricción es el valor desde el cual se producirá un deslizamiento en el vehículo, los factores con los que se relaciona directamente son las condiciones ambientales, características de la calzada, velocidad del vehículo, peso del vehículo y estado de las llanta. Mientras mayor sea la velocidad del vehículo el rozamiento entre las llantas y la calzada disminuye, estando estos valores representados en la siguiente gráfica: Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. 7.- Curvas 7.1.- Radio mínimo de Curvatura El radio de curvatura o curva circula se identifica con la letra “R”, se la calcula mediante la siguiente fórmula: (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 61 En donde: R: Radio de curvatura. Gc: Grado de curvatura. El radio mínimo de curvatura es el valor más bajo en el cual el vehículo pueda transitar de manera segura a una velocidad de diseño dada en función del peralte máximo. El radio mínimo de curvatura puede calcularse mediante la siguiente fórmula: ) En donde: R: Radio mínimo de curvatura, expresado en metros. V: Velocidad de diseño, expresada en kilómetros por hora. f: Coeficiente de fricción lateral. e: Peralte de la curva, expresado en metro por metro de acho de la calzada. Este tipo de curvas se lo emplea frecuentemente cuando la topografía del terreno es montañosa o escarpada, en aproximaciones a accidentes geográficos, en cruce de caminos y en vías urbanas. En el libro “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” perteneciente al M.T.O.P., se indican los valores adoptados en función de la velocidad de diseño, siendo las siguientes: (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 62 RADIOS MÍNIMOS DE CURVATURA EN FUNCIÓN DE PERALTE "e" Y DEL COEFICIENTE DE FRICCIÓN LATERAL "f" VELOCIDAD DE DISEÑO "f" Km/h MÁXIMO 20 RADIO MÍNIMO CALCULADO RADIO MÍNIMO "e" RECOMENDADO "e" 0,1 0,08 0,06 0,04 0,1 0,08 0,06 0,04 0,350 7,32 7,88 8,09 18 20 20 25 0,315 12,49 13,12 13,88 20 26 26 30 0,284 19,47 20,80 21,87 28 30 30 35 0,255 28,79 30,82 32,70 30 35 36 40 0,221 41,88 44,89 48,27 42 46 60 45 0,200 66,78 59,94 64,82 68 70 86 50 0,190 72,91 78,74 86,60 78 80 90 60 0,165 108,97 115,70 128,98 138,28 110 120 130 140 70 0,150 164,99 187,78 189,79 203,07 180 170 186 206 80 0,140 200,97 229,08 251,92 279,97 210 230 266 280 90 0,134 272,60 298,04 328,70 380,58 276 300 330 370 100 0,130 342,35 374,95 414,42 483,18 350 375 416 486 110 0,124 475,36 487,04 517,80 680,96 430 470 620 586 120 0,120 616,39 588,93 629,92 708,86 620 570 830 710 Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. 7.2.- Grado de Curvatura El grado de curvatura es un parámetro muy significativo dentro del diseño del proyecto ya que su valor máximo es el que permite transitar con comodidad y seguridad la curva a diseñar con el peralte máximo y el vehículo recorriendo a la velocidad de diseño. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 63 El grado de curvatura es el ángulo formado por un arco de 20 metros, se lo calcula mediante la siguiente fórmula: En donde: R: Radio de curvatura. Gc: Grado de curvatura. 7.3.- Longitudes importantes en las curvas 7.3.1.- Longitud de Transición La transición entre una sección transversal normal y una peraltada se desarrolla en un tramo de vía que es conocida como longitud de transición. La longitud mínima de transición depende de los siguientes criterios: La diferencia de altura entre los bordes y el eje de la vía, estos no deberían ser mayores al cuadro indicado: 64 GRADIENTE LONGITUDINAL (i) NECESARIA PARA EL DESARROLLO DEL PERALTE MÁXIMA PENDIENTE Vo, KM/h VALOR DE (i), % 20 0,800 1:125 25 0,775 1:129 30 0,750 1:133 35 0,725 1:138 40 0,700 1:143 50 0,650 1:154 60 0,600 1:167 70 0,550 1:182 80 0,500 1:200 90 0,470 1:213 100 0,430 1:233 110 0,400 1:250 120 0,370 1:270 EQUIVALENTE Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. La longitud de transición debe ser mayor a la distancia que recorra un vehículo que viaje a la velocidad de diseño durante 2 segundos, el cálculo para vías de 2 carriles se lo hace empleando la siguiente fórmula: En donde: Lmin: Longitud mínima, expresada en metros. V: Velocidad de diseño, expresada en kilómetros por hora. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 65 Este valor considerado como mínimo es recomendado su uso exclusivo en zonas montañosas donde la topografía no permita desarrollar la transición de manera segura. Para caminos de 4 carriles la longitud mínima se incrementa 1,5 veces y para caminos de 6 carriles 2,5 veces las calculadas mediante la fórmula anterior. 7.3.2.- Longitud Tangencial La longitud tangencial o también conocida como longitud de aplanamiento se presenta en curvas circulares en un punto anterior al inicio de la transición de manera que los extremos de la sección transversal de la calzada pasen de una posición inclinada por el bombeo a un punto horizontal antes del inicio de la transición y presentándose en curvas espirales cuando se empieza a inclinar transversalmente la calzada en la tangente a partir de un punto anterior a “TE” de la curva que se va a peraltar. La longitud tangencial se calcula mediante la siguiente fórmula: En donde: e’: Pendiente lateral de bombeo, expresado en porcentaje. e: Peralte en la curva circular, expresado en porcentaje. L: Longitud de transición del peralte, expresado en metros. 7.4.- Curvas Circulares Las curvas circulares son los arcos de círculo que forma la proyección horizontal de las curvas empleadas para unir dos tangentes consecutivas, pudiendo ser simples o compuestas. 66 7.4.1.- Curvas circulares simples Dentro del diseño vial la unión de dos tangentes continuas se las realiza mediante un arco de circunferencia la cual forma la curva circular, siendo está diseñada de la forma más segura y cómoda a criterio del diseñador, teniendo en cuanta la topografía del lugar, la funcionalidad y el costo de construcción. Una curva circular está formada por los siguientes elementos: . En donde: 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. λc: 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. 67 T: Tangente de la curva circular o subtangente. E: External. M: Ordenada media. C: Cuerda. CL: Cuerda larga. l: Longitud de un arco. lc: Longitud de la curva circular. La longitud de la curva se calcula mediante la siguiente fórmula: A cada velocidad corresponde un radio mínimo, cuando exista ángulos de deflexión pequeños habrá que asumir radios mayores en los cuales se pueda desarrollar la transición del peralte de manera adecuada. La tangente de la curva circular o subtangente se calcula mediante la siguiente fórmula: ( ) El external se calcula mediante la siguiente fórmula: ( ) El cálculo de las curvas horizontales se presenta el anexo 5.1, en el que se detalla las características de las mismas. 8.- Sobre ancho Para brindar mayor seguridad y comodidad al conductor cuando circula en una curva horizontal se diseña esta con sobreanchos. 68 Introducimos sobreanchos a una curva horizontal por las siguientes razones: El vehículo al transitar por una curva ocupa un ancho mayor ya que las ruedas posteriores recorren una trayectoria ubicada en el interior que de descrita por las ruedas delanteras. El conductor presenta dificultades para mantenerse en el centro de su carril ya que al transitar por la curva el conductor no aprecia con claridad la posición relativa de su vehículo. El sobreancho tiene relación directa con el radio de la curva ya que si el radio aumenta el desplazamiento de las ruedas posteriores sobre la huella dejada de las delanteras disminuye. Otro factor a considerar en el diseño de sobre ancho es la velocidad ya que las llantas posteriores se moverán en una trayectoria más abierta que la considerada al viajar en su velocidad de diseño. En el cálculo del sobreancho no se toman en cuenta las variables indicadas ya que son circunstanciales, muy variables según las características de los vehículos. Para el cálculo de sobreancho el libro “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” considera la influencia de la velocidad de tránsito y el número de carriles, presentada mediante la siguiente fórmula empírica: ( √ ) √ En donde: S: Valor del sobreancho, expresado en metros. n: Número de carriles de la calzada. R: Radio de la curva, expresado en metros. V: Velocidad de diseño, expresado en kilómetros por hora. 69 L: Longitud entre la parte frontal y el eje posterior del vehículo de diseño, expresado en metros. En el libro “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” indica que si el sobreancho es menor a 50 cm por economía no es necesario considerarlo en el proyecto. 8.1.- Obtención del sobreancho Para el diseño de sobreanchos en curvas horizontales estos deben crecer de manera gradual desde los accesos a las curvas, con el fin de obtener un alineamiento adecuado que coincida con la trayectoria de los vehículos que entren y salga de la curva. Los puntos fundamentales dentro del diseño de sobre anchos son los siguientes: En las curvas simples el ensanchamiento se realiza únicamente respecto el borde interior del pavimento. En las curvas espirales el ensanchamiento se lo reparte por igual entre ambos bordes de la vía. El ensanchamiento se lo realiza sobre la longitud de desarrollo del peralte, aunque a veces pueden realizarse en longitudes menores. En los alineamientos sin espiral, el ensanchamiento se lo realiza progresivamente a lo largo de la longitud de desarrollo del peralte, es decir 2/3 en la tangente y el 1/3 sobrante en la curva, aunque en casos difíciles se puede desarrollar de manera igual entre la tangente y dentro de la curva. En curvas espirales el ensanchamiento se lo distribuye de manera proporcional a lo largo de la espiral, teniendo la magnitud total de ensanchamiento en el punto espiral circular. 70 En la siguiente gráfica se representa el desarrollo del sobreancho en una curva: El sobreancho en curvas espirales se calcula mediante la aplicación de la siguiente fórmula: En donde: E´: Sobreancho en una sección que está a un metro de “TE”, expresado en metros. le: Longitud de la espiral, expresado en metros. E: Sobreancho total en la curva, expresado en metros. l: Distancia considerada desde el “TE” para establecer E´, expresado en metros. 9.- Replanteo El replanteo es una actividad posterior al diseño, la cual se debe desarrollar usando los criterios y exigencias en cuanto a la veracidad de los datos calculados. El replanteo consiste en todas la actividades que con llevan a la colocación del eje del proyecto en el terreno, desarrollada de manera metódica. 71 Dentro del replanteo tenemos actividades muy necesarias como es la colocación de estacas a lo largo del eje de la vía, determinar los puntos de inicio y final de las curvas y establecer una cadena de BM’s los cuales servirán a lo largo de la ejecución del proyecto. 9.1. – Localización del Eje del Proyecto en el Campo Es el conjunto de actividades que determinan el eje del proyecto sobre el terreno, trasladando todos los detalles al terreno en cuanto al trazo. La colocación del eje de la vía se realizará de la manera más exacta posible ya que de esto dependerá la adaptación de la vía al terreno según lo proyectado. 9.2. – Localización de los Alineamientos Rectos Los alineamientos rectos o tangentes están determinados por la ubicación de dos puntos dentro de ellos, en las intersecciones de las tangentes conocidas también como PI, se pueden determinar el alineamiento de la tangente continua por medio del teodolito, aplicando procedimientos topográficos ya conocidos. 9.3. – Replanteo de Curvas Existe varios métodos para el replanteo de curvas, mediante el empleo de un teodolito y colocando este sobre el PC de una curva se puede replantear por los métodos de ángulos de deflexión, coordenadas sobre la tangente y coordenadas sobre la cuerda principal, o teniendo un método más ágil mediante la utilización de una estación total procediendo a ingresar de las coordenadas las cuales obtenemos a través de un computador. (B.M’s.) Bancos de Marcas topográficas. (PI) Punto de intersección de las tangentes. (PC) Punto de inicio de comienzo de la curva. 72 Para el replanteo de una curva horizontales es necesario poseer un listado con las coordenadas (X; Y), de los puntos pertenecientes a la curva, los cuales serán transferidos a la estación total y por medio del software que posee el mismo se ubicara con ayuda de un prisma los puntos deseados sobre el terreno. En el Anexo 5.2 se detalla el cuadro de volúmenes de desmonte o corte. 73 CAPÍTULO VI DISEÑO VERTICAL DE LA VÍA 1.- Trazado del perfil Longitudinal Dentro del proyecto el alineamiento vertical es de tanta importancia como el horizontal, así en este también interviene los factores como la velocidad de diseño y distancia de visibilidad. Al diseñar el proyecto este debe guardar la relación directa existente entre el alineamiento horizontal y vertical, llegando a un punto de equilibrio sin tener que sacrificar cualquiera de los dos en beneficio del otro. Luego de la obtención de la franja topográfica procedemos a la nivelación del eje del proyecto, con este levantamiento se puede realizar el diseño vertical de nuestra vía. 2.- Proyecto de la Rasante Luego de la nivelación del eje de la vía procedemos a la representación gráfica de la misma mediante la utilización de un ordenador. Es común en la representación gráfica que el eje de la ordenadas tenga una escala 10 veces mayor que la de las abscisas. El diseño vertical a adoptar depende directamente de la topografía del terreno, la velocidad de diseño y el costo económico que implicaría el variar un trazo de otro. Las gradientes máximas según el volumen de tráfico y la topografía del terreno se representan en la siguiente tabla dada el libro “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” perteneciente al M.T.O.P.: (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 74 VALORES DE DISEÑO DE LAS GRADIENTES LONGITUDINALES MÁXIMAS (Porcentaje) Clase de Carretera Valor Valor Recomendable Absoluto L O M L O M R-Io R-II > 8000 TPDA 115 80 43 80 43 28 I 3000 a 8000 TPDA 80 60 28 60 28 12 II 1000 a 3000 TPDA 60 43 19 43 28 7 III 300 a 1000 TPDA 43 28 12 28 12 4 IV 100 a 300 TPDA 28 12 7 12 3 2 V Menos de 100 TPDA 12 7 4 7 3 2 Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. El detalle donde se observan las gradientes consideradas en el diseño vertical se encuentra dentro del anexo 6.1 Las gradientes superiores al 8% presentan una longitud máxima de desarrollo indicada en la siguiente tabla: Rango de Gradientes Longitud máxima de (porcentaje) desarrollo (metros) 8% - 10% 1000 10% - 12% 500 12% - 14% 250 Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. (T.P.D.A.) Tráfico Promedio Diario Anual. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 75 3.- Curvas Verticales En el diseño del proyecto con objeto que no exista cambios bruscos entre dos alineamientos verticales diferentes se conectan estos con una curva vertical, pudiendo ser esta cóncava o convexa. La curva vertical más utilizada es la parábola simple ya que esta se adapta de mejor manera a los cambios graduales de dirección a más de brinda mayor seguridad y comodidad al conductor. El replanteo de una curva vertical siendo esta una parábola esta es simple ya que las medidas de las longitudes en una carretera se hacen sobre un plano horizontal y las gradientes son relativamente planas, el error es admisible a adoptar mientras la parábola simple este con su eje centrado en el PIV. Las ordenadas de la parábola a sus tangentes varían con el cuadrado de la distancia horizontal a partir del punto de tangencia, se expresa mediante la siguiente fórmula: [ ] En donde: A: Diferencia algebraica de gradientes, expresada en porcentaje. X: Distancia horizontal medida desde el punto de tangencia hasta la ordenada, expresada en metros. Y: Ordenada de la parábola en su tangente, expresada en metros. L: Longitud de la curva vertical, expresada en metros. 3.1.- Curvas Verticales Convexas El diseño de curvas verticales convexas, están en función de la diferencia algebraica de las pendientes de las tangentes que se interceptan, también de la distancia de visibilidad del conductor que se considera de 1,15 metros y una altura de un objeto de 0,10 metros sobre la carretera, las cuales están en función de la velocidad de diseño del proyecto, a más de estos factores las curvas 76 verticales convexas dependen de las distancias que cubren los faros del vehículo, factores que brindar seguridad y comodidad al conductor. La longitud mínima de la curva vertical se calcula mediante la aplicación de la siguiente fórmula: En donde: L: Longitud de la curva vertical convexa, expresada en metros. A: Diferencia algebraica de las gradientes, expresada en porcentaje. S: Distancia de visibilidad de parada de un vehículo, expresada en metros. La longitud de una curva vertical convexa expresada de manera más simple: En donde: K: Coeficiente adimensional tomado de tablas. Los valores del coeficiente K para las diferentes velocidades de diseño y clases de carretera respectivamente: 77 CURVAS VERTICALES CONVEXAS MÍNIMAS Velocidad de diseño Distancia de Visibilidad para Coeficiente K=S2/426 Parada - "s" kph (metros) Calculado Redondeado 20 20 0,94 1 25 25 1,47 2 30 30 2,11 2 35 35 2,88 3 40 40 3,76 4 45 50 5,87 6 50 55 7,1 7 60 70 11,5 12 70 90 19,01 19 80 110 28,4 28 90 135 42,78 43 100 160 60,09 60 110 180 76,06 80 120 220 113,6 115 Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 78 VALORES MÍNIMOS DE DISEÑO DEL COEFICIENTE "K" PARA LA DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE CURVAS VERTICALES CONVEXAS MÍNIMAS Clase de Carretera Valor Valor Recomendable Absoluto L O M L O M R-Io R-II > 8000 TPDA 115 80 43 80 43 28 I 3000 a 8000 TPDA 80 60 28 60 28 12 II 1000 a 3000 TPDA 60 43 19 43 28 7 III 300 a 1000 TPDA 43 28 12 28 12 4 IV 100 a 300 TPDA 28 12 7 12 3 2 V Menos de 100 TPDA 12 7 4 7 3 2 Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. La longitud mínima absoluta de una curva convexa en función de la velocidad se calcula mediante la siguiente fórmula: En donde: Lmin: Longitud mínima de una curva convexa, expresada en metros. V: Velocidad de diseño, expresado en kilómetros por hora. (T.P.D.A.) Tráfico Promedio Diario Anual. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 79 3.2.- Curvas Verticales Cóncavas Para el diseño de curvas verticales cóncavas se consideran que estas sean lo suficientemente largas de modo que la longitud de los rayos de luz de los faros de un vehículo que se aproxime en sentido contrario sean iguales a la distancia de frenado del vehículo, la altura de los faros del vehículo que viaja en sentido contrario es considerada de 60 centímetros desde la calzada. La longitud de la curva vertical cóncava en función de la diferencia algebraica de las gradientes y la distancia de visibilidad se calculan mediante la siguiente fórmula: En donde: L: Longitud de la curva vertical cóncava, expresada en metros. A: Diferencia algebraica de las gradientes, expresada en porcentaje. S: Distancia de visibilidad de parada de un vehículo, expresada en metros. La longitud de una curva vertical cóncava expresada de manera más simple: En donde: K: Coeficiente adimensional tomado de tablas. Los valores del coeficiente K para las diferentes velocidades de diseño y clases de carretera respectivamente: 80 CURVAS VERTICALES CÓNCAVAS MÍNIMAS Velocidad de diseño Distancia de Visibilidad para Coeficiente K=S2/122+3.5 S Parada- "s" kph (metros) Calculado Redondeado 20 20 2,08 2 25 25 2,98 3 30 30 3,96 4 35 35 5,01 5 40 40 6,11 6 45 50 8,42 8 50 55 9,62 10 60 70 13,35 13 70 90 18,54 19 80 110 23,87 24 90 135 30,66 31 100 160 37,54 38 110 180 43,09 43 120 220 54,26 54 Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 81 VALORES MÍNIMOS DE DISEÑO DEL COEFICIENTE "K" PARA LA DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE CURVAS VERTICALES CÓNCAVAS MÍNIMAS Clase de Carretera Valor Valor Recomendable Absoluto L O M L O M R-Io R-II > 8000 TPDA 115 80 43 80 43 28 I 3000 a 8000 TPDA 80 60 28 60 28 12 II 1000 a 3000 TPDA 60 43 19 43 28 7 III 300 a 1000 TPDA 43 28 12 28 12 4 IV 100 a 300 TPDA 28 12 7 12 3 2 V Menos de 100 TPDA 12 7 4 7 3 2 Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. La longitud mínima absoluta de una curva cóncava en función de la velocidad se la calcula mediante la siguiente fórmula: En donde: Lmin: Longitud mínima de una curva convexa, expresada en metros: V: Velocidad de diseño, expresado en kilómetros por hora. 4.- Cálculo de las Curvas Las curvas verticales tanto cóncavas como convexas consideradas para el proyecto serán simétricas, ya que se acople de mejor manera a la topografía del terreno. (T.P.D.A.) Tráfico Promedio Diario Anual. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 82 Las fórmulas a utilizar son las siguientes: Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. En donde: L: Longitud de la curva vertical cóncava, expresada en metros. A: Diferencia algebraica de las gradientes, expresada en porcentaje. X, Y: Datos de las coordinas de la curva vertical, expresada en metros. Los datos calculados de las curvas verticales se encuentran en el Anexo 6.1 5.- Factores determinantes para el Alineamiento Vertical Como complemento de los criterios considerados en las secciones anteriores de debe también tener en cuenta lo siguiente: (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 83 En lo posible evitar los perfiles con gradientes reversas agudas y continuas, en combinación con un alineamiento horizontal en su parte mayor recta, por representar un serio peligro; esto se puede evitar introduciendo una curvatura horizontal o por medio de pendientes más suaves, las que significan mayores cortes y rellenos.* Deben evitarse perfiles que contengan dos curvas verticales de la misma dirección entrelazadas por medio de tangentes cortas.* En ascensos largos, es preferible que las gradientes más empinadas estén colocadas al principio del ascenso y luego se las suavice cerca de la cima; también es preferible emplear un tramo de pendiente máxima, seguido por un tramo corto de pendiente suave en el cual los vehículos pesados pueden aumentar en algo su velocidad, después del cual sigue otra vez un nuevo tramo con pendiente máxima, en vez de proyectar un tramo largo de una sola pendiente aunque esta sea algo más suave. Esto es particularmente aplicable a carreteras de baja velocidad de diseño.* En la selección 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.* También se deben considerar ciertos factores para la combinación entre el alineamiento vertical y horizontal: No se debe considerar curvas horizontales agudas cercanas a la cima de curvas verticales convexas pronunciadas y en el punto más bajo de las curvas verticales cóncavas que sean pronunciadas.* Es necesario la provisión de curvas de grandes radios y gradientes suaves, en medida de lo que sea posible en intersecciones de carreteras.* (*) M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 84 Se deben ajustar los alineamientos horizontales y verticales hasta obtener el resultado más conveniente en base del análisis gráfico para brindad seguridad y comodidad a los conductores.* (*) M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 85 CAPÍTULO VII DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLE 1.- Introducción La variedad en el tipo de revestimiento en calles o vías, guardan en si la historia y el cambio que se han dado en las diferentes culturas del planeta, se puede decir que esta se ha transformado junto con el hombre. Las vías requieren un revestimiento durable que brinde seguridad y cómoda a los conductores, de ahí la necesidad de la aplicación de capas de rodadura pudiendo estas ser de pavimento rígido o pavimento flexible. Dentro del diseño de este proyecto se ha optado por la aplicación de pavimento flexible ya que este es de menor costo que el pavimento rígido, los tipos más comunes de pavimento asfáltico son: Capa asfáltica de fricción con granulometría abierta. Mezcla asfáltica de arena. Concreto asfáltico (mezcla asfáltica en caliente con granulometría densa). Mezcla asfáltica de poco espesor. Mezcla con asfaltos emulsificados (mezcla en frío). El pavimento asfáltico más usado es el concreto asfáltico, está compuesto por agregados bien graduados y cemento asfáltico, los cuales son calentados y mezclados en proporción a un diseño establecido, esta mezcla es transportada en caliente al lugar de la obra donde es colocada por un equipo de asfalto antes que esta se enfrié, las compactadoras proceden a realizar su trabajo para lograr una densidad requerida. Los pavimentos con mezclas en frío utilizan asfaltos diluidos o emulsificados, los cuales requieren muy poco, o ningún, calentamiento de la mezcla, la ventaja de 86 estos pavimentos asfálticos está en que pueden ser producidos en el lugar de construcción. Existen varios tipos de asfaltos debido a los varios usos que este puede tener, basándose sus clasificación en sus diferentes grados y como son refinados. El periodo establecido de diseño de la vía tiene relación directa con la clasificación de la vía según el tráfico actual y futuro, si la vida útil del pavimento flexible es menor al periodo de diseño, se deberán calcular todos los pavimentos flexibles que sean necesarios para cubrir el tiempo de diseño establecido de la vía. El diseño de los pavimentos flexibles se lo harán bajo el apego a la norma AASHTO 93, la cual es aplicada por M.T.O.P. en el país, teniendo este método su origen en el año 1960. 2.- Descripción del método de diseño El método a emplear es el método AASHTO, originalmente conocido como AASHO, es considerado sin duda el método más completo ejecutado hasta la fecha, inicialmente fue conceptuado como una prueba similar a la del método de carreteras experimentales WASHO, pero el comité asesor designado para su programación decide ampliar sus objetivos, la etapa de planificación fue extensa siendo realizada esta desde mediados de 1951 hasta diciembre de 1954, en esta etapa se eligió el lugar donde se realizarán las pruebas el periodo de duración de las mismas y los objetivos del ensayo. En los siguientes años se realiza la construcción del proyecto en Ottawa, donde se realizaron los ensayos. En octubre del año 1958 se inicia la aplicación de las cargas sobre los tramos del pavimento construido, concluyendo estos ensayos en octubre de 1960. A finales de 1961 se publicó la primera guía provisional para el diseño de pavimento flexible producto de esta investigación. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. (AASHO) Asociación de Funcionarios de Carreteras Estatales. (WASHO) Método experimental de carreteras. 87 Este método ha tenido varias modificaciones desde su origen, considerando desde la versión de 1986 en la cual se introdujeron conceptos mecanicistas para adecuar algunos parámetros como drenaje y condiciones climáticas que se presentaron en el lugar del ensayo original. El modelo matemático a aplicar es una versión de 1993 la cual consta de parámetros para la calibración de las condiciones locales donde se pretende aplicar, está basada en la determinación del número estructural SN, para el pavimento flexible que pueda soportar la carga solicitada, siendo calculada mediante la siguiente ecuación: ( ( ) ) ( ) Fuente: Diseño de pavimento flexible método AASHTO 1993. En donde: SN: Número estructural, expresado en pulgadas. ( ) . 3.- Variables de entrada Dentro del método de diseño de pavimentos AASHTO, existen factores que interviene de manera directa en el cálculo de la estructura de la vía, siendo estos los siguientes: (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 88 3.1.- Variables de tiempo Dentro de la ejecución de un proyecto el factor tiempo es determinante en los elementos a diseñar, ya que el pronóstico de tráfico a servir se los puede estimar de manera más cercana a la realidad mientras no se lo haga en periodos muy prolongados de tiempo. Las variables de tiempo a tener en cuenta dentro del desarrollo del proyecto son la vida útil del pavimento y el periodo de análisis, variables que guardan relación directa entre sí. La vida útil de pavimento representa el periodo entre la construcción o rehabilitación de pavimento y se extiende este hasta cuando alcanza un grado de serviciabilidad mínimo. El periodo de diseño comprende el tiempo para el cual fue diseñado todo el trazado de nuestra vía, este puede ser igual que la vida útil, pero en ocasiones debido a que la vida útil del pavimento no es tan extensa, es necesario realizar reconstrucciones del pavimento original y de los diferentes refuerzos a lo largo del tiempo. Siendo los periodos de análisis recomendados los siguientes: Tipo de camino Periodo de análisis Gran volumen de tránsito urbano 30 - 50 años Gran volumen de tránsito rural 20 - 50 años Bajo volumen pavimentado 15 - 25 años Fuente: Curso de actualización de diseño estructural de caminos método AASHTO 1993. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 89 3.2.- Tránsito El tráfico a usar son los resultantes del conteo diario vehicular, en el cual utilizamos el número de repeticiones de los ejes equivalentes de 18 kips (80 kilonewtons) o en ESAL’s. La conversión entre estas unidades se hace por medio de los LEF (factor equivalente de carga). La conversión entre estas unidades se lo puede ver en el Anexo 7.1 en el cual se detalla la clasificación del tráfico. Luego de la conversión del tránsito a ESAL’s, se procede al cálculo del tránsito en ejes equivalentes de 8,2 Toneladas. 3.3.- Confiabilidad La "Confiabilidad del Diseño (R)" está relacionada directamente al grado de seguridad de que una determinada alternativa de diseño dure el tiempo establecido en el período seleccionado. La confiabilidad también puede ser definida como la probabilidad de que el número de repeticiones de cargas que un pavimento pueda soportar para alcanzar un determinado nivel de servicio, no sea superado por el número de cargas que realmente estén siendo aplicadas sobre ese pavimento. El valor de la confiabilidad de que el pavimento dure al menos el periodo para el cual fue diseñado toma en cuenta variables al azar en el comportamiento del tráfico y su magnitud, siendo características muy susceptible al cambio a lo largo de su uso. La AASHTO presenta una tabla de confiabilidad según el tipo de tráfico, siendo la siguiente: (LEF) Factor Equivalente de Carga. (ESAL’s) Número Equivalente de ejes tipo de 80 kilonewtons. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 90 Confiabilidad recomendada Tipos de camino Zona urbana Zona rural Rutas interestatales y autopistas 85 - 99,9 80 - 99,9 Arterias principales 80 - 90 75 - 99 Colectoras 80 - 95 75 - 95 Locales 50 - 80 50 - 80 Fuente: Curso de actualización de diseño estructural de caminos método AASHTO 1993. El valor a asumir de confiabilidad recomendada en una carretera de tipo colectora dentro de una zona rural es del 85%, siendo este valor un promedio de los límites recomendados. La confiabilidad en la fórmula de cálculo de la AASHTO está representado por el valor de ZR al que corresponda en la siguiente tabla: (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 91 Confiabilidad R Valor de ZR 50 0 60 -0,253 70 -0,524 75 -0,674 80 -0,841 85 -1,037 90 -1,282 91 -1,34 92 -1,405 93 -1,476 94 -1,555 95 -1,645 96 -1,751 97 -1,881 98 -2,054 99 -2,327 99,9 -3,09 99,99 -3,75 Fuente: Maestría en vías terrestres Ing. Gustavo Corredor. Correspondiente a nuestra confiabilidad del 85% un valor de ZR de -1.037. 3.4.- Criterios de adopción de niveles de servicio El nivel de servicio o serviciabilidad está relacionado con el tipo de tráfico futuro y sus características propias. Para la determinación del nivel de servicio se lo realiza a través de índices de serviciabilidad presente PSI, los cuales son valores adimensionales los que varían entre 0 (un pavimento en condiciones pésimas) y 5 (un pavimento en perfectas condiciones). Para la calificación del servicio escogemos un valor de serviciabilidad inicia y final de la vida útil del pavimento. 92 El valor de serviciabilidad inicial está en función del diseño de pavimento y la calidad de la construcción, en cambio la serviciabilidad final guarda relación directa a la categoría de la vía según la clasificación relacionada con el tráfico. Los valores recomendados a adoptar por la AASHTO en serviciabilidad inicial y final son los siguientes: Serviciabilidad inicial Po= 4,5 para pavimentos rígidos. Po= 4,2 para pavimentos flexibles. Serviciabilidad final Pt= 2,5 para caminos muy importantes. Pt= 2,0 para caminos de menor tránsito. Dentro del proyecto el valor de serviciabilidad inicial a adoptado es de 4,2 debido a que este valor corresponde al recomendado para pavimento flexible, el índice de serviciabilidad final lo consideramos de 2 en relación a la clasificación de nuestra carretera en función del tráfico proyectado es de clase III. El valor de serviciabilidad asumido corresponde a 2, realizando su cálculo en el anexo 7.2 factor importante en el diseño de la estructura de la vía. 4.- Parámetros de Diseño 4.1.- Periodo de Diseño El periodo de análisis de diseño se determinó de 20 años según la clasificación de variables de tiempo, para cubrir este periodo se lo realizará mediante dos periodos de vida útil del pavimento, comprendidos de 10 años cada uno. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 93 El periodo de vida útil del pavimento guarda relación con la perdida de características físicas y estructurales del pavimento, guardando relación estas características con el factor económico del proyecto. El tráfico actual y futuro considerado para el cálculo de periodos de diseño son los siguientes: TPDA AÑO Vehículos Vehículos Total Livianos Pesados Vehículos 2012 329 32 361 2013 342 33 376 2014 356 35 391 2015 371 36 407 2016 386 38 423 2017 401 39 440 2018 417 41 458 2019 434 42 477 2020 452 44 496 2021 470 46 516 2022 489 48 537 2023 509 50 558 2024 530 52 581 2025 551 54 605 2026 573 56 629 2027 596 58 654 2028 621 60 681 2029 646 63 708 2030 672 65 737 2031 699 68 767 2032 727 71 798 La cual fue calculada en el capítulo IV, considerando un crecimiento de 4.05%. (T.P.D.A.) Tráfico Promedio Diario Anual. 94 4.2.- Desviación Estándar La desviación estándar (So) está relacionada directamente con el valor de confiabilidad (R), dentro de los parámetros de diseño se utiliza la desviación estándar, la que es una medida de desvió de los datos con respecto el valor medio. Mientras menor sea el valor de desviación estarán, los datos medidos estarán más próximos al promedio de los datos. El valor de la desviación estándar (So) debe representar las condiciones locales, los valores recomendados por la AASHTO para pavimentos flexibles esta entre 0,40 – 0,50, siendo de 0,45 el valor que asumiremos en el cálculo. 4.3.- Módulo de Resiliencia Dentro del método de diseño de pavimento flexible de la AASHTO el módulo resiliente reemplaza al CBR, como valor que brinda características de capacidad de carga a las capas de base y sub base que conforman la estructura de la vía, su determinación se la realiza mediante el ensayo AASHTO T-294. Debido a la complejidad del cálculo del Módulo resiliente directamente, se puede estimar en correlación al CBR (%), siendo las ecuaciones recomendadas para el cálculo las siguientes: 1. Para materiales de subrasante con CBR menores a 7,20%. 2. Para materiales de subrasante con CBR mayor al 7,20% pero menores o iguales al 20%. (CBR) California Bearing Ratio. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. (AASHTO T-294) Norma AASHTO para la determinación del Módulo Resiliente. 95 3. Para materiales de subrasante con CBR mayor al 20%. ( ) El diseño adopta la primera ecuación recomendad, ya que los valores obtenidos de CBR pertenecen a dicho rango, el módulo resiliente de diseño de la subrasante es de 2655, su cálculo se encuentra dentro del Anexo 7.2 siendo factor importante en la determinación de la estructura de nuestra vía. Para la determinación del módulo resiliente en el caso de la sub base, base y concreto asfáltico se utiliza la tercera ecuación ya que los CRB son del 40%, 80% y 266.67% correspondientemente. Material CBR MR Sub base 40% 16199,09 Base 80% 19197,65 266,67% 24406,03 Concreto Asfáltico En zonas geográficas donde se espere tener humedades diferentes en la subrasante a lo largo del año, se deberá estudiar dichas variaciones en el módulo resiliente. 4.4.- Selección de CBR de Diseño El ensayo de CBR mide la resistencia del suelo mediante una probeta de 6 pulgadas de diámetro en la cual penetra de un pistón de 3 pulgadas cuadradas a una velocidad de 0,05 pulgadas por minuto. La fuerza requerida para que ingrese el pistón en el suelo es medida en determinados intervalos de tiempo, esta fuerza es comparada con la necesaria para producir iguales penetraciones en una muestra patrón. (CBR) California Bearing Ratio. (MR) Módulo Resiliente. 96 Para el diseño del pavimento flexible es necesario determinar un valor que sea representativo para todo el trazado. Para la determinación del CBR de diseño se procedió primero las ordenadas de manera ascendente los valores de los resultados de CBR obtenidos mediante ensayo de laboratorio de las diferentes abscisas, para cada CBR se procedió a calcular el número y porcentaje de valores de CBR que son mayores o iguales que él, con estos valores procedemos a graficar una curva en la cual el eje de las abscisas se encuentra el valor de CBR y en el eje de las ordenadas el porcentaje de valores mayores o iguales. El valor correspondiente al 70% es el recomendado por el Ministerio de Transporte y Obras Públicas para el diseño de pavimento flexible. Los valores de CBR de diseño obtenidos tras los ensayos de laboratorio son los siguientes: ABSCISA CBR # DE VALORES % DE VALORES DISEÑO IGUALES O IGUALES O (95%) MAYORES MAYORES 11+000,00 1,50 3 100% 10+000,00 1,80 2 67% 9+000,00 2,50 1 33% 8+000,00 3,50 0 0% (CBR) California Bearing Ratio. (MR) Módulo Resiliente. 97 De la cual obtenemos la siguiente gráfica: 100% 90% 80% 70% SELECCIÓN DE CBR DE DISEÑO 60% 50% 70% DE LOS VALORES DE CBR 40% 30% 20% 10% 0% - 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 El valor obtenido correspondiente al CBR de diseño es de 1,77%. 4.5.- Conversión de tránsito en ESAL’s Dentro del tráfico de una vía existen varias cargas actuantes estos producen desiguales deformaciones en la estructura vial, a más se debería tener en cuenta los diferentes espesores y materiales que forman la estructura ya que tienen su manera singular de reaccionar. La diferencia en cargas produce esfuerzos diferentes sobre las estructuras teniendo como resultado fallas diversas. Para representar todo el efecto causado por el tráfico y las diferencias indicadas, el tránsito es transformado a un número equivalente de ejes que produzcan el mismo efecto que toda la composición de tráfico. (ESAL’s) Número Equivalente de ejes tipo de 80 kilonewtons. (CBR) California Bearing Ratio. 98 Fuente: Apuntes Libros y mucho más, Zona Ingeniería. La carga equivalente recomendada por la AASHTO es de 80 kilo newton o 18 kips, dicha conversión se hace a través de factores equivalentes de carga LEF (factores equivalentes de carga), los cuales son particulares para cada tipo de pavimento. La conversión de tránsito convencional en ESAL’s (carga de ejes simples equivalentes) fue un concepto desarrollado por la AASHTO, en la cual se cargaron pavimento similares con diferentes tipos de tráfico para analizar el daño producido, así se determinó el factor LEF, la cual expresa la perdida de serviciabilidad causada por las diferentes configuraciones de tráfico y la producida por la carga equivalente de 80 kilo newton por eje. Las tablas determinadas por la AASHO de los LEFs, para pavimento flexible de ejes simples, tándem y trídem para un nivel de serviciabilidad final de 2, se encuentra en el anexo 7.3 las cuales presenta el libro “Curso de actualización de diseño estructural de caminos método AASHTO 1993”. (ESAL’s) Número Equivalente de ejes tipo de 80 kilonewtons. (LEF) Factor Equivalente de Carga. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 99 4.6.- Cálculo del número de ejes equivalentes de 18 kips (8,20 Ton.) El cálculo de ejes equivalentes de 18 kips (W18) se lo determina mediante la aplicación de la siguiente fórmula: ( ) En donde: ( ) El cálculo de ejes equivalentes debemos realizarlo para los dos periodos de diseño, tomando en cuenta que para el primer periodo de diseño el tráfico actual es el correspondiente al año 2012 y el tráfico futuro el correspondiente al año 2022, para el caso del segundo periodo de diseño se considerara el tráfico actual el correspondiente al año 2022 y el tráfico futuro el correspondiente al año 2032, esta consideración se la toma tanto para el tráfico completo como para el tráfico considerando solo vehículos pesados. La siguiente tabla representa los ejes equivalentes de 18 kips para los periodos de diseño establecido mediante el tipo de tráfico considerado para cada caso: (ESAL’s) Número Equivalente de ejes tipo de 80 kilonewtons. 100 Periodo de diseño I Periodo de diseño II (2012 - 2022) (2022 - 2032) Completo 329676 490108 Vehículos pesados 317335 472035 Tráfico Los valores a considerar de ejes simples equivalentes W18 se asumen el mayor valor obtenido de cada periodo de diseño. 4.7.- Cálculo de distribución por trocha (LD) En la mayoría de carreteras la distribución de tráfico es de manera equilibrada para del tráfico en cada dirección, pero en ocasiones este equilibrio se ve afectado por factores externos los cuales se pueden presentar de manera extraordinaria. Existe una la tabla en función de los números de carriles en cada dirección: NUMERO DE TROCHAS EN CADA DIRECCIÓN LD 1 1,00 2 0,80-1,00 3 0,60-0,80 4 0,50-0,75 Fuente: Curso de actualización de diseño estructural de caminos método AASHTO 1993. El proyecto considera en su sección transversal un carril en cada dirección, lo cual considera que el valor de distribución por trocha asumido será de 1. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 101 5.- Propiedades estructurales de los materiales del pavimento Las características de los materiales a ser empleados en la estructura que conforma la vía son evaluadas a través de los resultados obtenidos en su ensayo de laboratorio, siendo factores importantes entre ellos como es el análisis granulométrico, el índice líquido, índice plástico, ensayo de CBR, su humedad natural entre otros. La ecuación por la cual se relaciona el número estructural con los espesores de las capas que confirman la estructura es la siguiente: En donde: Esta ecuación permite tener varias soluciones con diferentes espesores de capas en cuanto cumpla la igualdad con el número estructural, para la selección de los espesores de las capas que conforman la estructura de la vía se deberá tener en cuenta factores que aseguren su buen funcionamiento y durabilidad, para el diseño de las capas granulares de la estructura se considerarán espesores mayores a 15 cm. 6.- Coeficiente de Drenaje El agua tiene una gran efecto sobre los materiales y el pavimento que conforma la estructura de una vía, por esta razón es de suma importancia el reducir o eliminar en el menor tiempo el agua de un pavimento. (CBR) California Bearing Ratio. 102 Los problemas que conlleva la presencia de agua dentro de una estructura de diseño son: Ablandamiento en la estructura por la saturación en periodos prolongados de la subrasante. Erosión sobre el pavimento producido por la acción de agua o tiempos prolongados expuestos a la misma. Migración de partículas de suelo a la carretera produciendo problemas de erosión. Por el contrario un buen drenaje permitirá elegir espesores de capas más delgadas ya que mejora la capacidad soportante del suelo. La AASHTO presenta una tabla en la cual se clasifica la calidad de drenaje según el tiempo requerido para drenar la capa base hasta un grado de saturación del 50%, además presenta otro criterio del 85% el cual reduce el tiempo que se usa constantemente en la selección de la calidad del drenaje. 50% DE SATURACIÓN 85% DE SATURACIÓN EN: EN: Excelente 2 horas 2 horas Bueno 1 día 2 a 5 horas Regular 1 semana 5 a 10 horas Pobre 1 mes más de 10 horas Muy pobre El agua no drena mucho más de 10 horas CALIDAD DE DRENAJE Fuente: Curso de actualización de diseño estructural de caminos método AASHTO 1993. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 103 El método AASHTO de diseño de pavimento flexible incorpora un coeficiente de drenaje en la ecuación de cálculo, ajustados con valores mayores o menores a 1 según sea la forma de actuar del drenaje y el tiempo en que las capas que forman la estructura están sometidos a humedad, cuando este coeficiente sea mayor a 1 se podrá diseñar estructuras de menor espesor, si el drenaje presenta valores menores que 1 y obligatoriamente se deberán diseñar paquetes estructurales de mayor espesor, estos coeficientes de drenaje para pavimentos flexibles se obtienen de la siguiente tabla: Calidad de drenaje Porcentaje de tiempo en que el pavimento está expuesto a niveles de humedad próximos la saturación <1% 1 - 5% 5 - 25% >25% Excelente 1,40 - 1,35 1,35 - 1,30 1,30 - 1,20 1,20 Bueno 1,35 - 1,25 1,25 - 1,15 1,15 - 1,00 1,00 Regular 1,25 - 1,15 1,15 - 1,05 1,00 - 0,80 0,80 Pobre 1,15 - 1,05 1,05 - 0,80 0,80 - 0,60 0,60 Muy pobre 1,05 - 0,95 0,95 - 0,75 0,75 - 0,40 0,40 Fuente: Curso de actualización de diseño estructural de caminos método AASHTO 1993. Existen factores determinantes en la selección correcta de un coeficiente de drenaje siendo estos: Un sistema eficiente de drenaje el cual garantice condiciones óptimas en la vía. Las condiciones climatológicas de la zona donde se va a emplazar el proyecto. El correcto sellado de las capas que conforman la estructura de la vía. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 104 Al considerar nuestra vía con una calidad de drenaje excelente pero debido a la cercanía con afluentes de agua consideraremos que su tiempo exposición está entre el 5% al 25% a niveles de humedad próximos a la saturación, corresponde un coeficiente de drenaje para pavimentos flexible igual a 1,25 siendo este coeficiente a considerar en las capas que conforman la estructura de la vía. 7.- Estructura del Pavimento Luego de obtener los valores, los números estructurales de las diferentes capas de materiales que conforman la estructura de la vía se procede a la determinación de los espesores de cada una de ellas. Ya que todos los espesores de las capas que conforman la estructura esta relacionadas directamente en una ecuación existe varias posibles combinaciones de espesores que pueden satisfacer, para el diseño de los espesores se debe seguir una serie de parámetros para así obtener un diseño adecuado. Nuestras capas deben estar sobre los espesores mínimos requeridos para que el proyecto sea factible y económico, teniendo valores de espesores mínimos requeridos de espesores de capas de concreto asfáltico y base granular en función del tráfico presente en la siguiente tabla: Número de ESAL’s Concreto asfáltico Base granular Menos de 50000 2,50 cm 10 cm 50000 - 150000 5,00 cm 10 cm 150000 - 500000 6,50 cm 10 cm 500000 - 2000000 7,50 cm 15 cm 2000000 - 7000000 9,00 cm 15 cm Más de 7000000 10,00 cm 15 cm Fuente: Curso de actualización de diseño estructural de caminos método AASHTO 1993. (ESAL’s) Número Equivalente de ejes tipo de 80 kilonewtons. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 105 La determinación de los espesores mínimos de las capas que conforman la estructura en función del número estructural se basa en que la capas granulares deben estar protegidas de tensiones verticales excesivas. Para determinar el espesor de la capa de concreto asfáltico usamos el módulo resiliente igual al de la capa granular base debajo de ella y así obtenemos el número estructural que debe ser absorbido por esta, expresado en la siguiente fórmula: ( ) En donde: Al aplicar estos criterios se asegurado el buen funcionamiento de nuestra estructura vial, mediante la aplicación de las fórmulas indicadas se obtuvieron los siguientes resultados: 106 Coeficiente Periodo de diseño I Periodo de diseño II (2012 - 2022) (2022 - 2032) Lado derecho de la Ecuación W18 329676 490108 Log (W18) 5,518 5,690 Resultado 5,5181 5,6903 Lado izquierdo de la Ecuación ZR -1,037 -1,037 S0 0,45 0,45 2 2 MR 2655,00 2655,00 SN 3,955 4,193 Resultado 5,5183 5,6905 ∆PSI El cálculo de los números estructurales de las capas y la determinación de los espesores de capa se encuentran en el Anexo 7.2 8.- Coeficientes estructurales Los coeficientes estructurales son valores imprescindibles para el cálculo del espesor de la losa de la capa a la cual corresponden, los coeficientes estructurales se pueden determinar directamente por medio de tablas teniendo dicho valor en función del CBR empleado para el diseño. (SO) Desvío estándar de todas las variables. (ZR) Abscisa correspondiente a un área igual a la confiabilidad R. (W18) Ejes equivalentes de 18 kips esperados al final del periodo. (CBR) California Bearing Ratio. (MR) Módulo Resiliente. (∆PSI) Pérdida de serviciabilidad. 107 8.1.- Coeficiente estructural de la capa de asfalto Antes de la creación de la metodología de Marshall los ingenieros tenían gran dificultan en definir las propiedades de las mezclas asfálticas, ya que el asfalto varia sus características según la temperatura, desde la creación del método estés ha servido para determinar el porcentaje óptimo de cemento asfáltico para una determinada granulometría, el cual a su vez está en función de los valores de estabilidad y deformabilidad de los pavimentos flexibles. El criterio de Marshall a adoptar en este proyecto es el indicado en la normativa del M.T.O.P. el cual indica que el valor a adoptar de Marshall está en función de la clasificación de tráfico. La clasificación de tráfico esta función de la intensidad media diaria de vehículos pesados (IMDP) esperada por el carril de diseño en el momento de poner en funcionamiento la vía, luego de su construcción o de su rehabilitación. Los vehículos pesados no comprenden autos, camionetas ni tractores sin remolque.* TRÁFICO IMDP Liviano Menos de 50 Medio 50 a 200 Pesado 200 a 1000 Muy Pesado Más de 1000 Fuente: M.T.O.P.-001-F 2002, Especificaciones para la construcción de caminos y puentes. El tráfico promedio diario anual de vehículos pesados proyectados para final del primero y segundo periodo de diseño de la estructura de la vía es de 48 y 71 vehículos pesados respectivamente, a los cuales corresponde una clasificación de tráfico liviano para el primer periodo de diseño y tráfico medio correspondiente al segundo periodo de diseño. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. (*) MTOP-001-F 2002, Especificaciones para la construcción de caminos y puentes. 108 TIPO DE TRÁFICO CRITERIOS MARSHALL (ESTABILIDAD EN lb.) MUY MÍNIMO 2200 PESADO MÁXIMO ---- MÍNIMO 1800 MÁXIMO ---- MÍNIMO 1200 MÁXIMO ---- MÍNIMO 1000 MÁXIMO 2400 PESADO MEDIO LIVIANO Fuente: M.T.O.P.-001-F 2002, Especificaciones para la construcción de caminos y puentes. El coeficiente estructural de la capa de asfalto la determinamos teniendo en cuenta que la estabilidad de Marshall asumida para el cálculo es de 1800 libras, el cual se considerara para los dos periodos de diseño ya que se encuentra dentro de los límites del tráfico liviano y medio correspondientes a los periodos de diseño. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. 109 10^5 psi MPa 0.2 1200lb 5.3kN 1000lb 4.4kN 800lb 3.8kN 600lb 2.7kN 6900 6200 5500 4800 400 6 4100 300 5 3450 4.5 3100 4 2760 3 2.5 2760 2070 2 1720 1.5 1030 1 690 200 175 150 125 100 Módulo resilente 0.3 1400lb 6.2kN 10 9 8 7 cohesión a 140 ° 0.42 0.4 2000lb 8.9kN 1800lb 8.0kN 1600lb 7.1kN estabilidad de Marshall 0.5 coeficiente estructural de capa a1 0.6 400lb 1.8kN La estabilidad de Marshall asumida de 1800 libras corresponde un coeficiente estructural de capa de asfalto igual a 0,42. 110 8.2- Coeficiente estructural de la capa base El abaco de base granular para la obtencion de la estructura de la capa granular relaciona esta con los distintos parametros resisitente. El valor de CBR asumido para el cálculo en la capa de base es del 80% al cual corresponde en el ábaco un valor igual a 0,13 del coeficiente estructural de la capa base. 8.3.- Coeficiente estructural de la capa sub base El abaco de sub base granular para la obtención de la estructura de la capa granular relaciona esta con los distintos parámetros resisitente. (CBR) California Bearing Ratio. 111 9.- Materiales que componen la estructura del Pavimento El cemento asfáltico o también llamado asfalto usado en pavimentos, es de color negro, teniendo variación de consistencia según su temperatura, ya que se presenta en estado semisólido a temperaturas ambiente y cuando es calentado se vuelve viscoso y pegajoso lo cual permite que se adhiera fácilmente a las partículas que conforman el pavimento asfáltico. El asfalto usado en pavimentos presente cualidades impermeables a mas que no es afectado por los ácidos, los alcalinos o las sales, esto brinda cualidades impermeables y resistentes a la afección por daños químicos. El tipo y grado del material asfáltico que deberá emplearse en la mezcla estará determinado en el contrato y será mayormente cemento asfáltico con un grado de penetración entre el 60 - 70. En caso de vías que serán sometidas a un tráfico liviano o medio se permitirá el empleo de cemento asfáltico 85 – 100. Para vías o carriles especiales donde se espere el paso de un tráfico muy pesado, se admitirá el empleo de cementos asfálticos mejorados.* (*) MTOP-001-F 2002, Especificaciones para la construcción de caminos y puentes. 112 Los agregados que se emplearán en el hormigón asfáltico en planta podrán estar constituidos por roca o grava triturada total o parcialmente, materiales fragmentados naturalmente, arenas y relleno mineral. Los agregados estarán compuestos en todos los casos por fragmentos limpios, sólidos y resistentes, de uniformidad razonable, exentos de polvo, arcilla u otras materias extrañas.* Las mezclas asfálticas a emplearse en capas de rodadura para vías de tráfico pesado y muy pesado deberán cumplir que la relación entre el porcentaje en peso del agregado pasante del tamiz INEN 75 micrones y el contenido de asfalto en porcentaje en peso del total de la mezcla (relación filler / betún), sea mayor o igual a 0,80 y nunca superior a 1,20.* Estructura de la vía en el primer periodo de diseño (2012 – 2022): (*) MTOP-001-F 2002, Especificaciones para la construcción de caminos y puentes. 113 Estructura de la vía en el segundo periodo de diseño (2022 – 2032): Para el segundo se deberá levantar la capa de concreto asfáltico diseñado en el primer periodo y ser remplazado por el indicado en la nueva estructura de la vía. 9.1.- Concreto Asfáltico El concreto asfáltico es el resultado de la mezcla de agregados y cemento asfáltico siendo este el que llena los espacios vacíos dejando por los agregados. La ventaja del concreto asfáltico es su flexibilidad manteniendo la cohesión entre los materiales. Debido a que el concreto asfáltico es semi-sólido a temperaturas altas, tiene mayor importancia la elección de los agregados según su calidad y granulometría. La cantidad de cemento asfáltico debe ser la adecuada dentro de la mezcla de concreto asfáltico para llevar los espacios vacíos dejados por los agregados. La AASHTO presenta una gráfica de granulometría de agregados siendo la siguiente: (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 114 Fuente: Curso de actualización de diseño estructural de caminos método AASHTO 1993. Se puede seguir granulometrías de agregados para el concreto asfáltico por encima o por debajo de la línea de máxima densidad, lo que no es admisible es tener granulometrías que crucen esta línea, ya que se obtendrían mezclas muy deformables y de baja durabilidad. Algunas de las funciones de la capa de concreto asfáltico dentro de la estructura de vía son las siguientes: Prevenir el ingreso de agua a las capas granulares que conforman la estructura de la vía. Asegurar la adherencia de la capa asfáltica con la capa granular. Brindar una superficie económica y durable por la cual puede transitar tráfico mediano y bajo en cuanto a volumen. (AASHTO) Asociación de Funcionarios de Transporte y Carreteras Estatales. 115 9.2.- Capa de Base Los factores de diseño de una base para la mezcla de agregados son la resistencia, módulo resiliente y requerimientos de permeabilidad. La resistencia está relacionada con el ángulo de fricción interna y la estabilidad, mientras mayor sea el contacto entre partículas tendremos mayor resistencia al corte. La capa base es de gran importancia dentro de la estructura de la vía ya que esta soporta la mayor parte de los esfuerzos provocados por los vehículos, en su tendido y colocación se deberá tener especial cuidado en obtener un grado de compactación óptimo que no permita su deformación, a más de la compactación se deberá tener cuidado con la presencia de materia inerte mezclado con el material. La normativa del M.T.O.P. en sus especificaciones generales para la construcción de caminos y puentes M.O.P.-001-F 2002 indica que la clase y tipo de base que deba utilizarse en la obra estará especificada en los documentos contractuales. En todo caso, el límite líquido de la fracción que pase el tamiz Nº 40 deberá ser menor de 25 y el índice de plasticidad menor de 6. El porcentaje de desgaste por abrasión de los agregados será menor del 40% y el valor de soporte de CBR deberá ser igual o mayor al 80%.* El valor consideración de diseño CBR de nuestra carretera es del 80% valor que cumple con la normativa que rige en el país. Los agregados serán elementos limpios, sólidos y resistentes, exentos de polvo, suciedad, arcilla u otras materias extrañas.* (CBR) California Bearing Ratio. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. (*) MTOP-001-F 2002, Especificaciones para la construcción de caminos y puentes. 116 9.3.- Capa de Sub Base La capa de sub-base se selecciona tomando en cuenta los parámetros de resistencia, módulo resiliente y requerimientos de permeabilidad de los agregados. Al igual que en la base la normativa del M.T.O.P. en sus especificaciones generales para la construcción de caminos y puentes M.O.P.-001-F 2002 establece que: La clase de sub-base que deba utilizarse en la obra estará especificada en los documentos contractuales. De todos modos, los agregados que se empleen deberán tener un coeficiente de desgaste máximo de 50%, de acuerdo con el ensayo de abrasión de los Ángeles y la porción que pase el tamiz Nº 40 deberá tener un índice de plasticidad menor que 6 y un límite líquido máximo de 25. La capacidad de soporte corresponderá a un CBR igual o mayor del 30%.* El valor consideración de diseño CBR de nuestra carretera es del 40% valor que cumple con la normativa que rige en el país. (CBR) California Bearing Ratio. (M.T.O.P.) Ministerio de Transporte y Obras Públicas. (*) MTOP-001-F 2002, Especificaciones para la construcción de caminos y puentes. 117 CAPÍTULO VIII DRENAJE 1.- Estudio Hidrológico 1.1.- Introducción El presente estudio está enfocado a realizar un estudio hidrológico de la zona de la vía “Ingreso a Shiña”, y proporcionar un diseño eficiente para evacuar el agua que se produzca de las áreas de aportación siendo esta un peligro para la estructura de nuestra vía. El diseño propuesto contempla las estructuras de captación, conducción y evacuación del agua superficial producto de las precipitaciones pluviales que se originan en la zona donde se emplazara la vía, en las áreas que aportan a esta y de los cursos naturales que la atraviesan, para el cálculo hidráulico se utilizó el software SOLVER. El sistema hidrológico que contempla este diseño está conformado por una de las subcuencas hidrográficas más altas como es la del río León, esta recorre todo el Cantón Nabón. 1.2.- Objetivos generales El objetivo general de este estudio es garantiza la durabilidad de la vía mediante el diseño y la construcción de estructuras de captación, conducción y evacuaciones de aguas óptimos, lo opuesto provocaría que la misma se afectada rápidamente por el desgaste producido por el agua, por lo que se justifica plenamente un enfoque minucioso en la evaluación y diseño de las estructuras que son parte de este estudio. 1.3.- Objetivos específicos Diseñar estructuras hidráulicas que no produzcan significativas dentro del delicado equilibrio ecológico natural. 118 alteraciones Implementar las estructuras hidráulicas de dimensiones óptimas y ubicándolas en las zonas donde estas sean más eficientes, de esta forma disminuyendo su gasto de mantenimiento y el deterioro acelerado de las mismas. 2.- Drenaje Superficial Al realiza el diseño geométrico de un vía, el mismo, normalmente se interpone en el movimiento natural del escurrimiento de las aguas en la zona a emplazar el proyecto, por lo cual es necesario resguardar las condiciones óptimas de nuestra vía. Al llover las aguas superficiales son evacuados mediante obras de drenaje superficial, siendo parte muy importante al momento de proteger nuestra carretera de la influencia negativa del agua, en el momento que se desarrolló el levantamiento topográfico también se ubicó los pozos de alcantarillado existentes, los cuales servirán de base del presente diseño. En sistema de drenaje en una vía tiene cuatro funciones principales siendo estas: Evacuar rápidamente el agua lluvia que cae sobre nuestra vía o que llega a ella proveniente de su área de aportación determinada. Controlar el nivel freático de la vía, evitando así la saturación de los materiales que conforman la estructura de la vía. Conducir de manera segura el agua que ha sido captada. Al no existir o la ineficiencia de obras de drenaje el agua afectaría a la inestabilidad de terraplenes, erosión de taludes que producirían deslizamientos y asentamientos en la carretera. 119 Al presentar una vía un buen drenaje esta brindará mayor calidad en el servicio, reduciendo la posibilidad de accidentes y garantizando la capacidad de la vía en todo momento. 3.- Estación meteorológica El principal objetivo de las estaciones meteorológicas, es la de determinar los valores máximos de las intensidades de las precipitaciones, con el fin de encontrar valores de las constantes de fórmula utilizadas, a sabiendas que cada zona tiene distinto comportamiento meteorológico, por tal motivo es necesario utilizar información de la estación meteorológica más cercana al proyecto. La intensidad de precipitación pluvial se fundamenta en el principio de que la profundidad de agua observada en un lapso de tiempo cualquiera, es la medida de la cantidad de lluvia producida por una tempestad, despreciándose las perdidas. Con el objeto de medir la altura de la lámina de agua. La estación meteorológica mas cerca de la zona del proyecto es la ubicada en el aeropuerto Simón Bolívar de la ciudad de Cuenca, la cual presenta la siguiente información: INTENSIDAD PERIODO DE LLUVIA COMPRENDIDO ENTRE PERIODO DE RETORNO 5 a 60 (minutos) (años) A 2 342,83 3 B C 60 a 1440 (minutos) A B C 0,64 3,10 2521,50 1,00 45,00 366,29 0,62 3,00 3205,50 1,01 45,00 5 399,11 0,60 3,00 3985,00 1,03 45,00 10 436,25 0,58 2,90 5113,20 1,04 46,00 20 477,58 0,57 2,90 6264,10 1,05 47,00 50 531,84 0,06 2,90 7797,40 1,07 48,00 100 566,15 0,55 2,80 8854,00 1,07 48,00 Fuente: Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI) 120 Para las características de la vía en estudio se adopta un periodo de retorno de 10 años, y la duración de la lluvia 10 minutos, siendo los valores de A, B, y C los resaltados en la tabla. 4.- Diseño de cunetas La cuneta se define como la obra longitudinal situada junto a los extremos de la carretera, cuyo objetivo es recibir y canalizar las aguas pluviales que proviene de la vía y de las escorrentías superficiales de los terrenos adyacentes. Las cunetas pueden construirse de diferente manera esto guardando relación directa con la velocidad de circulación, si la velocidad de flujo fuese superior a la admisible tomando como valor referencial 4,50 metros por segundos se produciría arrastre y desgaste en la misma, teniendo que usar revestimientos en las paredes de nuestra cuneta. Las cunetas se localizan entre el espaldón de la vía y el pie de talud de corte, estas pueden ser de diferente forma su sección transversal, siendo las triangulares ya que presentan mayor facilidad en su construcción y limpieza. Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. 121 4.1.- Cunetas Longitudinales Las cunetas longitudinales son obras de defensa, cuya ubicación por lo general se la realiza en los extremos de la vía. Para el diseño de la cuneta en base de la velocidad de flujo y la escorrentía a recibir procedemos al diseño de la sección transversal, área hidráulica requerida, pendiente que suele coincidir con la de la vía y su longitud. Para el cálculo del caudal o capacidad hidráulica de la cuneta se la calcula mediante la aplicación de la siguiente fórmula: En donde: Q: Es la capacidad hidráulica de la cuneta, expresada en metros cúbicos por segundo. Ac: Área efectiva de la Cuneta, expresada en metros cuadrados. V: Velocidad del agua, expresada en metros por segundo. La velocidad a la que circula el agua se determina mediante la ecuación de Manning: En donde: J: Pendiente longitudinal de la vía (variable según diseño de la vía). n: Coeficiente de rugosidad, es un valor que está en función del tipo de material de la estructura a utilizarse, adoptando n = 0,014 para hormigón. R: Radio hidráulico, que es la relación entre el área efectiva (A) y el perímetro mojado (P). 122 El radio hidráulico se calcula mediante la siguiente fórmula: En donde: R: Radio hidráulico, expresado en metros. A: Área efectiva, expresada en metros cuadrados. P: Perímetro mojado, expresado en metros. Evaluamos la capacidad de la cuneta siendo la pendiente de esta igual a la de la vía teniendo como valor mínimo de 5%. Para determinar la distancia mínima entre atarjeas, igualamos la ecuación racional con la de continuidad, representa en la siguiente fórmula: En donde: Q: Caudal máximo probable de la cuenca, expresada en litros por segundo. C: Coeficiente de escurrimiento. I: Intensidad de la lluvia, expresado en milímetros por hora. A: Área de aporte de la cuenca, expresado en hectáreas. Con las consideraciones realizadas, que el periodo de retorno es de 10 años, el tiempo de duración de la lluvia es 10 minutos y el coeficiente de escorrentía 0,70 (para pavimento flexible). El área de aporte de la cuenca es un factor primordial dentro del diseño de drenaje del proyecto, esta se calcula mediante la siguiente ecuación: 123 En donde: A: Área de aporte a la cuneta, expresado en metros cuadrados. B: Ancho de la vía para considerar el bombeo si divide el área de aporte, expresada en metros. L: Longitud mínima entre atarjea, expresada en metros. La sección transversal de la cuneta es la que se presenta a continuación: El cálculo de las cunetas diseñadas para este proyecto se encuentra dentro del Anexo 8.1 en la que se presentan sus detalles. 5.-Alcantarillas Dentro del diseño de las alcantarillas existen dos factores determinantes al momento de definir su sección, estas son las características de la cuenca hidráulica y el diseño de la carretera a la que prestará el servicio. Las alcantarillas son conductos cerrados, de forma diversa, que se instalan o construyen transversales y por debajo del nivel de subrasante de una carretera, con el objeto de conducir, hacia cauces naturales, el agua de lluvia proveniente de pequeñas cuencas hidrográficas, arroyos o esteros, canales de riego, cunetas y/o del escurrimiento superficial de la carretera.* (*) M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. 124 Los elementos constitutivos de una alcantarilla son: el ducto, los cabezales, los muros de ala en la entrada y salida, y otros dispositivos que permitan mejorar las condiciones del escurrimiento y eviten la erosión regresiva debajo de la estructura.* Fuente: M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. Para el diseño de las alcantarillas se debe seguir una metodología de cálculo descrita a continuación. 5.1.- Información Existente Para realizar un diseño apropiado es conveniente reunir la mayor cantidad de información necesaria correspondiente a la zona geográfica de emplazamiento del proyecto, se puede recopilar datos necesarios para este diseño al realizar 125 entrevistas con la gente propia del lugar, realizar recorridos terrestres, revisar fuentes de información como diarios, estudios realizados con anterioridad de la zona o instituciones encargadas de los recursos hídricos si los existe. La información necesaria para realizar el diseño es: Información sobre las obras de drenaje existentes en la vía. Planos y cartografía del lugar, en el cual se pueda conseguir información necesaria como áreas de aportación, longitud de cause. 5.2.- Parámetros de Diseño y Metodología de Cálculo El análisis hidráulico de una estructura de drenaje se basa en la aplicación de los principios básicos de la hidráulica y en sus ecuaciones fundamentales de continuidad, energía y cantidad de movimiento. Estos principios y ecuaciones son igualmente válidos en conducciones forzadas o a superficie libre; sin embargo, en este último caso, es necesario considerar, además, las condiciones inherentes al flujo, debido a que el tirante de la sección tiene la libertad de variar su magnitud de acuerdo con las características geométricas é hidráulicas a lo largo de la conducción.* Al realizar el diseño del alcantarillado se debe tomar en cuenta si esta trabaja con su sección transversal totalmente llena o parcialmente llena, ya que si trabaja parcialmente llena se la clasifica como canales teniendo características de la misma. Con la información existente del proyecto en relación a la hidrología de la zona se puede obtener la capacidad hidráulica de la zona, la capacidad de infiltración del suelo, el área y caudal máximo de aportación a ser drenado por cada estructura. (*) M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. 126 Un método adecuado y ampliamente utilizado para estimar el caudal máximo en cuencas pequeñas, que no excedan a 400 Ha, es el denominado “Método Racional” que permite determinar el caudal en función de los datos de precipitación pluvial en el lugar, del área de la cuenca, de la topografía y del tipo de suelo.* El cálculo del caudal máximo probable de la cuenca por el método racional se lo determina mediante la siguiente ecuación: En donde: Q: Caudal máximo probable de la cuenca, expresado en metros por segundo. C: Coeficiente de escurrimiento. I: Intensidad de la lluvia, expresado en milímetros por hora. A: Área de aporte de la cuenca, expresada en hectáreas. 5.3.- Coeficiente de Escorrentía El coeficiente de escorrentía presenta la relación que existe entre la lluvia total que cae sobre una área determinada ya la que escurre a través de la misma, su valor depende de determinados factores y condiciones natural siendo estas: cantidad y tipo de vegetación existente, pendiente longitudinal de la vía y permeabilidad del suelo, los valores correspondientes al coeficiente de escorrentía en relación a los factores indicados se presentan en la siguiente tabla: (*) M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. 127 COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA C PENDIENTE DEL TERRENO COBERTURA VEGETAL SIN VEGETACIÓN CULTIVOS PASTOS TIPO SUELO HIERBA, GRAMA BOSQUE DENSA < 50 % ALTA MEDIA SUAVE DESPRE. > 50 % > 20 % >5% >1% IMPERMEABLE 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 SEMIPERMEABLE 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 PERMEABLE 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 IMPERMEABLE 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 SEMIPERMEABLE 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 PERMEABLE 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 IMPERMEABLE 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 PERMEABLE 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 IMPERMEABLE 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 SEMIPERMEABLE 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 PERMEABLE 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 IMPERMEABLE 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 SEMIPERMEABLE 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 VEGETACIÓN SEMIPERMEABLE LIGERA PRON. VEGETACIÓN PERMEABLE Por los datos obtenidos en el Plan estratégico de desarrollo local del cantón Nabón 2010, se indica que el centro cantonal de Shiña lugar donde se emplazara el proyecto se encuentra sobre los 2600 metros sobre el nivel del mar, presentando una zona escarpada con pendiente hasta del 50%, teniendo su suelo cubierto de pastos con vegetación ligera presentando condiciones permeables, a dichas condiciones corresponde un coeficiente de 0,30 de escorrentías. 5.4.- Intensidad de la lluvia El valor de la intensidad de lluvia está relacionado con el tiempo de duración de la misma y su valor medio, estos datos se pueden obtener directamente de una estación de medición del sector o realizando una extrapolación de los datos obtenidos de la estación más cercana al proyecto, perteneciendo esta estación a una zona aledaña al proyecto. 128 La intensidad se calcula a través de la siguiente fórmula: ( ) En donde: I: Intensidad de lluvia, expresado en milímetros. Tc: Tiempo de concentración, expresado en minutos. A: Factor obtenido en la tabla presentada por el INAMHI. B: Factor obtenido en la tabla presentada por el INAMHI. C: Factor obtenido en la tabla presentada por el INAMHI. 5.5.- Tiempo de concentración El Tiempo de Concentración, es el periodo requerido para que fluya el agua desde el punto más remoto del área tributaria al punto de diseño, el cálculo se lo realiza mediante la siguiente ecuación: Tc =0,1637*A + 8,68 En donde: Tc: Tiempo de concentración, expresado en minutos. A: Área de aporte de la Cuenca, expresado en hectáreas. 5.6.- Área de aporte de la cuenca El área de aporte es la superficie con la cual se diseña un determinado pozo de alcantarillado, esta depende de la topografía de la zona y de las obras existentes en el lugar, las áreas de aporte se puede determinar de las siguientes fuentes: (INAMHI) Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología. 129 Cartografía digital de la zona. Levantamiento de planos topográficos. Observaciones en el terreno. Hojas topográficas del I.G.M. En el Anexo 8.3 se puede advertir las áreas de aporte y la ubicación de las atarjeas. 5.7.- Determinación de la sección de la alcantarilla Luego de obtener el máximo caudal probable, procedemos al cálculo de la capacidad de los elementos de drenaje, midiéndose en términos del gasto hidráulico y puede ser determinado por la ecuación de continuidad: Q=A*V En donde: Q: Es la capacidad hidráulica de la alcantarilla en un lugar específico deberá ser igual o mayor que el máximo caudal probable para este sitio, expresado en metros cúbicos por segundo. A: Área efectiva de la alcantarilla, expresada en metros cuadrados. V: Velocidad del agua, expresada en metros por segundo. La velocidad del agua se determina aplicando la ecuación de Manning: (I.G.M.) Instituto Geográfico Militar. 130 En donde: R: Radio hidráulico, que es la relación entre el área efectiva (A) y el perímetro mojado (P), expresados en metros. J: Pendiente longitudinal de la vía (variable según diseño de la vía). n: Coeficiente de rugosidad, es un valor que está en función del tipo de material de la estructura a utilizarse, adoptando n = 0,012 para tubería de Hormigón. En zonas de terrenos erosionables, para la determinación de las dimensiones del ducto, debe tomarse en cuenta el arrastre de materiales sólidos que puede transportar la corriente y evitar que este material se acumulen en la entrada de la alcantarilla y terminen por taponarla.* Considerando la recomendación realizada por el M.T.O.P. en su libro “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras” se asumió un diámetro de 1200 milímetros. En el Anexo 8.2 se detalla el cálculo de las atajeas diseñadas para este proyecto. (*) M.T.O.P., Normas de Diseño Geométrico de Carreteras, 2003. 131 CAPÍTULO IX PRESUPUESTO 1.- Introducción El presupuesto es el plan financiero estimado para un proyecto, para el cual se requiere administrar fondos, en este documento debe incluir los gastos en los que se prevé para la ejecución de la obra en base de los diseños establecidos. 2.- Presupuesto El presupuesto es el conjunto de todas las actividades o rubros a realizar dentro de un proyecto, las cuales han sido estimadas en función de los diseños elaborados tomando en cuenta todos los materiales, la mano de obra y el tiempo requerido para la elaboración de una unidad de los mismos, a cada rubro se le ha fijado un precio el cual está en función de la zona en donde se va a emplazar el proyecto. Para el cálculo del presupuesto se empleó el software InterPro el cual es un programa que brinda apoyo en la elaboración del mismo. Dentro del análisis de precios unitarios se consideró el costo de los materiales y la mano de obra vigente a la fecha de elaboración del presupuesto, al costo directo de cada rubro se lo añadió el 20% de indirectos, valor que cubrirá los gastos adicionales que deberán considerarse al ejecutar la obra. Previo a la construcción de la obra se deberá actualizar el presupuesto a la fecha que indica la legislación nacional a través del Instituto Nacional de Contratación Pública. En el anexo 9.1 se encuentra el cálculo de cada uno de los rubros considerados en la elaboración del presupuesto. El presupuesto calculado para la ejecución de la obra “Mejoramiento del diseño vial y diseño de pavimento flexible para la vía de ingreso a Shiña comprendido entre las abscisas 7+600,00 hasta la 11+55,88”es el siguiente: 132 PRESUPUESTO TABLA DE DESCRIPCIÓN DE RUBROS, UNIDADES, CANTIDADES Y PRECIOS RUBRO No. 001 DESCRIPCION Unidad Cantidad P.Unitario P.Total 1.001 MOVIMIENTO DE TIERRAS Desbroce y limpieza del terreno m2 14.856,45 2,08 1.002 Replanteo y nivelación de Vías ml 3.966,88 1,01 4.006,55 1.003 Excavación mecánica en via m3 35.537,14 2,47 87.776,74 1.004 Cargado de volquetas a máquina (cargadora frontal) m3 33.174,69 1,70 56.396,97 1.005 Desalojo de material hasta 5 km m3 33.174,69 1,98 65.685,89 1.006 Sobreacarreo de materiales para desalojo m3/km 153.113,94 0,25 38.278,49 1.007 Limpieza de derrumbes m3 759,18 1,78 1.351,34 m2 23.801,28 2,63 62.597,37 2.002 Subrasante, conformación y compactación con equipo pesado Sub base, subministro, conformación y compactación con equipo pesado m2 8.463,73 22,68 191.957,40 2.003 Base, conformación y compactación con equipo pesado m2 3.094,17 28,41 87.905,37 2.004 Pedraplén, tendido conformación y compactació m3 745,18 27,26 20.313,61 2.005 Liga asfáltica m2 23.801,18 0,77 18.326,91 2.006 Carpeta asfaltica 03" m2 23.801,28 11,16 265.622,28 2 2.001 3 30.901,42 ESTRUCTURA DE LA VIA SISTEMA DE DRENAJE 3.001 Excavación manual en suelo sin clasificar, 0<H<2 m m3 645,54 5,44 3.511,74 3.002 Excavación manual en suelo sin clasificar, 2<H<4 m m3 327,27 7,62 2.493,80 3.003 Excavación manual en suelo conglomerado, 0<H<2 m m3 458,17 8,19 3.752,41 3.004 Excavación manual en suelo conglomerado, 2<H<4 m Excavación retroexcavadora, zanja 0-2 m, material sin clasificar, cuchara 40 cm Excavación retroexcavadora, zanja 2-4 m, material sin clasificar, cuchara 40 cm Excavación retroexcavadora, zanja 0-2 m, material conglomerado, cuchara 40 cm Excavación retroexcavadora, zanja 2-4 m, material conglomerado, cuchara 40 cm Provision y colocacion de tuberia de H.A. D= 47" - 1200mm Clase II m3 196,36 9,80 1.924,33 m3 2.618,14 3,02 7.906,78 m3 1.309,07 3,32 4.346,11 m3 1.832,71 4,56 8.357,16 m3 785,44 5,07 3.982,18 ml 121,00 370,26 44.801,46 m3 6.545,35 2,77 18.130,62 u 5,00 241,18 1.205,90 u 3,00 285,80 857,40 3.013 Encamado con arena para tuberia alcantarillado Pozo de revisión h = 1.5 a 2 m, incluye encofrado metálico, excluye tapa, cerco y/o brocal Pozo de revisión h = 2 a 2.5 m, incluye encofrado metálico, excluye tapa, cerco y/o brocal Pozo de revisión h = 2.5 a 3 m, incluye encofrado metálico, excluye tapa, cerco y/o brocal u 3,00 307,44 922,32 3.014 Hormigón ciclópeo (50% H.S. y 50% piedra) f´c = 210 kg/cm2 m3 16,85 84,30 1.420,46 3.015 HºSº f´c=210 kg/cm² (en concretera) m3 17,89 105,69 1.890,79 3.016 HºSº f´c=210 kg/cm² (para cunetas incluye encofrado) m3 952,05 125,74 119.710,77 3.017 Replantillo de piedra e = 15 cm m2 24,15 7,28 175,81 3.005 3.006 3.007 3.008 3.009 3.010 3.011 3.012 4 SEÑALIZACION u 78,00 100,09 7.807,02 4.002 Señalización vertical Pintura para señalización de tráfico, manual, franja de hasta 15cm ml 15.074,14 1,37 20.651,57 4.003 Tachas u 8.727,00 4,35 37.962,45 4.004 Delineadores verticales 100 cm (reflectivo) u 1.047,00 22,44 23.494,68 4.005 Guardacaminos tipo doble viga metalica ml 1.358,47 99,39 135.018,33 5 MITIGACION IMPACTOS AMBIENTALES 1.368,57 4.001 5.001 Señalización con cinta ml 5.950,32 0,23 5.002 Valla de advertencia de obras y desvío u 34,00 19,06 648,04 5.003 Pasos peatonales de tabla u 22,00 105,89 2.329,58 5.004 Cobertura de plástico (5 usos) 5.478,00 0,20 1.095,60 5.005 Parante con base de hormigón (20 usos) 814,00 5,75 4.680,50 m2 u 133 5.006 Malla plástica de seguridad K0001, suministro e instalación, 5 usos ml 875,14 0,38 332,55 5.007 Comunicados radiales u 25,00 420,00 10.500,00 5.008 Control de povlo m3 3.454,00 5,25 18.133,50 5.009 Afiches (27 cm x 15 cm) u 5.000,00 0,46 2.300,00 SUBTOTAL 1.422.832,76 NOTA: ESTOS PRECIOS NO INCLUYEN IVA. PRECIO TOTAL DE UNO LA MILLONES OFERTA (DE CUATROCIENTOS LOS RUBROS OFERTADOS): VEINTE Y DOS MIL OCHOCIENTOS TREINTA Y DOS CON 76/100 DÓLARES MAS IVA Cuenca, Abril de 2013 134 CAPÍTULO X IMPACTO AMBIENTAL 1.- Estudio de Impacto Ambiental 1.1.- Introducción En el cantón Nabón al igual que en todo el territorio nacional para desarrollar actividades de construcción es necesario el desarrollo de un estudio de posibles impactos al ambiente, mismo que se ha desarrollado en la zona intervenida y aledañas siendo analizado el medio abiótico, medio biótico incluyendo la población (entorno económico y social); en éste capítulo se describe el estudio ambiental para el mejoramiento del diseño vial y diseño de pavimento flexible para la vía de ingreso a Shiña. En el estudio de Impactos Ambientales que he desarrollado se han evidenciado los posibles impactos ambientales que podrían hacerse presentes al momento que se desarrolle el proyecto constructivo de la vía. Además como resultado del mismo estudio se establecen los requisitos, obligaciones y condiciones que el constructor del proyecto debe cumplir para prevenir, mitigar o remediar los efectos indeseables que el proyecto pueda causar al ambiente. 1.2.- Objetivo general El objetivo general del presente estudio pretende identificar los impactos ambientales que se generen por la construcción, funcionamiento y abandono del proyecto, los mismos que serán sometidos a un sistema de calificación y valoración, resultado que conducirá a la formulación de un Plan de Manejo Ambiental, que permita prevenir, mitigar, corregir, controlar y compensar los impactos negativos. 135 1.3.- Objetivos específicos Determinar cualitativa y cuantitativamente los potenciales impactos ambientales causados durante construcción, funcionamiento y abandono del mediante una verificación sistemática. Verificar el cumplimiento de leyes, Ordenanzas y demás disposiciones legales ambientales vigentes, a escala nacional y local. Elaborar el Plan de Manejo Ambiental, para cuantificar los impactos positivos y minimizar y/o eliminar los potenciales impactos ambientales negativos producidos y esperados, con la finalidad de dar cumplimiento con las leyes, normas, reglamentos y ordenanzas ambientales vigentes. Establecer indicadores cuantitativos que permitan la correcta implementación del Plan de mitigación y del seguimiento respectivo. 1.4.- Legislación ambiental aplicable al proyecto De acuerdo a las regulaciones y normativa legal vigente en el país, es obligación del Ministerio del Ambiente y del Gobierno Provincial del Azuay por medio de la Dirección Ambiental, vigilar por el cumplimiento de las leyes y sus respectivos reglamentos; así como las ordenanzas locales pertinentes. En función de las normas legales establecidas se debe considerar la siguiente legislación que permite establecer el marco legal para la construcción de proyecto: Constitución Política del Ecuador Título I, Capítulo II, artículo 23, literales 6,7, 20. Capítulo IV, sección 4ª, artículo 42. Legislación Ambiental Secundaria Libro VI, Título I, capítulo III, artículos 15, 16 y 17; libro VI, anexo 4. 136 Libro VI, Anexo 5. Ordenanza de creación de la Dirección de Gestión Ambiental del Gobierno Provincial del Azuay. Ordenanza que regula el funcionamiento del Subsistema de Evaluación de Impactos Ambientales en la Provincia del Azuay. El marco legal descrito abarca todos los aspectos a ser considerados dentro de un estudio de Impacto Ambiental, el proyecto a ser desarrollado se emplaza en un sector muy puntual de la vía sin embargo se ven afectados toda la población del cantón Nabón. 2.- Alcance El sitio del proyecto a desarrollarse es la vía de ingreso a Shiña, misma que está ubicada en Kilómetro 27+500,00 de la Vía Cuenca - Loja, localizada dentro del cantón Nabón al sureste de la provincia del Azuay. La longitud total del diseño de la vía es de aproximadamente 11+556,88 Km con las siguientes coordenadas: VÍA CUENCA-LOJA (Km 27+500) SHIÑA ESTE 717926,287 719578,377 NORTE 9643795,719 9636938,468 3327,025 m.s.n.m. 278,64 m.s.n.m. ELEVACIÓN 2.1.- Área de influencia directa (AID) El Área de Influencia Directa (AID), se suscribe a toda la longitud del proyecto con una ampliación de 150 metros, a cada lado de la vía, que corresponde a intervención directa. Es importante destacar su cercanía a la comunidad de 137 Shiña que posee escuela, iglesia y mercado dentro de su centro poblado. Las zonas cercanas a la vía y ubicadas entre distancias de 50 metros a cada lado del eje vial antes indicado, serán las que en mayor grado estarán afectadas por el pavimento y posterior operación de la carretera. Contaminantes como el ruido, polvo, gases, materiales de desbroce, desalojo y acumulación de materiales no utilizados, son impactos que se producirán en las zonas cercanas a la vía. 2.2.- Área de influencia indirecta (AII) El Área de Influencia Indirecta, de la Construcción, operación y mantenimiento de la vía en proyecto, corresponde a toda el área del cantón de Nabón con una superficie de 63.328,18 Hectáreas. El cantón Nabón está conformado por cuatro parroquias: Nabón (Cabecera Cantonal) Cochapata Las Nieves El Progreso La parroquia Nabón abarca a su vez el territorio indígena integrado por cuatro comunas jurídicas entre ellas Shiña, Chunazana, Morasloma y Puca. 3.- Caracterización del medio físico 3.1.- Climatología Las condiciones climáticas de temperatura pluviosidad e hidrografía se encuentra detalladas en el capítulo I. 138 3.2.- Suelo En Shiña el suelo es un factor limitante de las actividades agrícolas e industriales ya que su topografía presenta pendientes pronunciadas, su suelo es muy susceptible a la erosión, a mas que gran parte del cantón está cubierto por páramos que se asientan sobre un suelo frágil con una capa arable ínfima y con características de retenedor de agua pero con fáciles posibilidades de compactación. 3.3.- Sismología Según el estudio del Proyecto Prevención de Desastres Naturales de la Cuenca del Paute (PRECUPA), el Ecuador es uno de los países de mayor actividad sísmica en Latinoamérica y en el mundo de allí que los sismos superior a 5 son frecuentes y a menudo ocasionan daños importantes y pérdidas humanas. De acuerdo al Mapa de aceleración máxima, elaborada en este estudio se determina que hacia el sur de la región, en las provincias de Azuay y Loja, las aceleraciones son menores. Fuente: EGRED, Determinación de las zonas sísmicas del sur de Ecuador, 1991. 139 En el Mapa de Intensidad Sísmica, el cantón Shiña, se ubica en la zona o categoría VIII, que considera lo siguiente descripción: Miedo y pánico general, incluso en las personas que conducen automóviles. En algunos casos se desgajan las ramas de los árboles. Los muebles, incluso los pesados, se desplazan o vuelcan. Las lámparas colgadas sufren daños parciales.* Muchas construcciones de tipo A sufren destrucción (clase 4) y algunas colapso (clase 5).* Muchas construcciones de tipo B sufren daños graves (clase 3) y algunas destrucción (clase 4).* Muchas construcciones de tipo C sufren daños moderados (clase 2) y algunas graves (clase 3).* En ocasiones se produce la rotura de algunas juntas de canalizaciones. Las estatuas y monumentos se mueven y giran. Se derrumban muros de piedra.* Pequeños deslizamientos en las laderas de los barrancos y en las trincheras y terraplenes con pendientes pronunciadas. Grietas en el suelo de varios centímetros de ancho. Se enturbia el agua de los lagos. Aparecen nuevos manantiales. Vuelven a tener agua pozos secos y se secan pozos existentes. En muchos casos cambia el caudal y el nivel de agua de los manantiales y pozos.* 3.4.- Caracterización biológica Se toma como caracterización biológica de la zona a toda el área intervenida: cantones de Shiña y Nabón. (*) Rincón de recursos.blogspot.com, 2007 140 Áreas protegidas Dentro del cantón Nabón durante el año 2010 se declaró mediante acuerdo ministerial como área de bosque y vegetación protectora a las ABVP de la subcuenca del río León y microcuencas de los ríos San Felipe de Oña y Shincata. El área protegida contempla tres parroquias Nabón, Nieves y Cochapata. Formaciones vegetales En cuanto a las formaciones vegetales remanentes que encontramos en el cantón Nabón existe aún: Fuente: Universidad de Cuenca – Municipalidad de Nabón, Plan estratégico de desarrollo local del cantón Nabón, 2010 Bosque de neblina de montaña en un rango altitudinal que varía entre 2.000 y 3000 m. Bosque Siempre verde montaña Alta, rango altitudinal que varía entre 1000 y 3500 m. Bosque Siempre verde de montaña, altura menor a 1160 m. 141 Matorral húmedo de montaña de los andes del sur entre 2500 y 3500 m. Páramo herbáceo se extiende desde los 2500 hasta los 4500 msnm. Flora y fauna Una de las características más importantes del cantón Nabón en cuanto a su biodiversidad es la presencia de grandes zonas de páramo que si bien no son zonas con altísima riqueza de especies si son zonas con alto endemismo vegetal en el Ecuador se han registrado 1500 especies de flora vascular en los páramos (León y Yánez 1993) y también es una importante zona de endemismo en aves. Los suelos de los páramos son extremadamente sensibles a los cambios y cumplen un papel importantísimo como proveedores de un servicio ambiental estratégico y fundamental de acumulación de agua para la población de las tierras. Además, este suelo al contener hasta un 50% de materia orgánica, es un sumidero de carbono y así contribuye, de manera pasiva pero importante, a paliar los efectos del calentamiento global por causa de la acumulación atmosférica de gases como el dióxido de carbono (Podwojewski & Poulenard 2000). Entre las especies sobresalientes de los humedales están: Especie Bejaria resinosa Mutis ex L.f. Paepalanthus ensifolius (Kunth) Kunth Hesperomeles obtusifolia (Pers.) Lindl. Pentacalia vaccinioides (Kunth) Cuatrec. Lupinus campestri Nombre Común Familia Hábito de Crecimiento Payamo ERICACEAE Arbusto Desconocido ERÍOCAULACEAE Hierba Quique ROSACEAE Arbusto Desconocido ASTERACEAE Arbusto Chocho FABACEA Arbusto Calceolaria rosmarinifolia Lam. Desconocido SCROPHULARIACEAE 142 Arbusto Cortaderia jubata Sig-Sig Loricaria thuyoides (Lam.) Ciprés de Cuatrec. montaña Oritrophium peruvianum POACEA ASTERACEAE Arbusto Hierba Uña Kushma ASTERACEAE Hierba Bomárea brachysepala Benth. Bomarea ALSTROEMERIACEAE Hierba Eríosorus aureonitens (Hook.) Helecho PTERIDACEAE Arbusto POACEAE Hierba POACEAE Hierba (Lam.) Cuatrec. Gentianella citrus- aurea Desconocido Setaria parviflora (Poir.) Desconocido Stipa icchu (Ruiz & Pav.) Kunt Paja de cerro Fuente: Universidad de Cuenca – Municipalidad de Nabón, Plan estratégico de desarrollo local del cantón Nabón, 2010. Sin embargo existe una cantidad bastante extensa de especies vegetales en el suelo de éste cantón. Especies endémicas Avifauna de Nabón Endemismo Ladera Especies occidental andina Ladera y valles Sierra interandinos Suroeste Atlapetes leucopterus X Cinclodes excelsior X Schizoeaca griseomurina X Chalcostigma herrani X Coeligena iris X Coeligena wilsoni X Oreatrochilus Chimborazo X Hapalopsittaca pyrrhops X TOTAL: 1 6 1 Fuente: Universidad de Cuenca – Municipalidad de Nabón, Plan estratégico de desarrollo local del cantón Nabón, 2010. 143 3.5.- Caracterización socioeconómica del Cantón Nabón Dentro del Cantón Nabón según último censo del INEC tenemos que la población económicamente activa es de 5538 personas en todo el cantón, de los cuales el 65,62 % son hombres y el 34,38 % son mujeres. La rama de actividad predominante en Nabón es la agricultura con el 70,35% de la población, ubicándole como el segundo cantón con mayor presencia de su población económicamente activa dedicada a la agricultura y ganadería en el Azuay, luego de esta rama de actividad se encuentran: otras actividades con un 12,80% la construcción con un 8,54% el comercio, la manufactura y la enseñanza con que oscilan entre el 2 y el 3%. Es importante tener en cuenta que el 3,11% de la PEA en la rama manufacturera puesto que implica procesos de agregación de valor en la cadena productiva que en el caso de Nabón es incipiente, por la escasa presencia de pequeñas, micro o medianas empresas de esta índole aún. La economía en Nabón reflejada por la situación habitual de la población sitúan al cantón en un estado de extrema pobreza según datos del Sistema Integrado de Indicadores Sociales del Ecuador (SIISE) 2005 tienen como referencia el Censo del 2001, Nabón tenía una pobreza del 92,89%, que dan clara evidencia de las necesidades básicas insatisfechas (NBI) sobre varios aspectos tales como el acceso a la salud, tener una vivienda habitable con buenos materiales que de cobijo a la familia sin hacinamiento, con los servicios de agua, luz y alcantarillado funcionando, que los niños estén estudiando, el nivel de educación de los jefes de hogar, los ingresos, entre otros. La dinámica económica del cantón Nabón se sustenta en la producción agropecuaria con un fuerte peso en al autoconsumo en un contexto ambiental adverso por sus condiciones climáticas y topográficas. (SIISE) Sistema Integrado de Indicadores Sociales del Ecuador. (NBI) Necesidades Básicas Insatisfechas. (INEC) Instituto Nacional de Estadísticas y Censos. 144 4.- Identificación y evaluación de impactos ambientales 4.1.- Identificación de Impactos Factores ambientales considerados para la caracterización del área de influencia: Medio Abiótico Aire Calidad del Aire - Variación de los niveles de emisiones e inmisiones de gases y polvo en el área de influencia del proyecto. Nivel Sonoro - Variación de presión sonora en las inmediaciones del proyecto. Suelo Características Físico – Mecánicas - Cambios en la textura y estructura de los suelos en el área intervenida por el proyecto. Agua Calidad del Agua - Alteración de las características naturales de la calidad del agua, de los cursos naturales y superficiales. Paisaje Afección Paisajística - Cambios que afectan el paisaje natural por efecto del proyecto. Medio Biótico Flora Árboles - Alternación de árboles que actualmente existen en el área del proyecto. Arbustos - Perdida de arbustos del área de construcción del sistema de 145 tratamiento de aguas servidas. Herbáceas - Existe afección mínima al momento de construir el sistema de tratamiento de aguas servidas. Fauna Terrestre - Afección a las especies de fauna terrestre por el funcionamiento del proyecto. Ecosistema Terrestre - Afección a los sistemas de vida terrestre. Medio Antrópico Medio Perceptual Naturalidad - Alteración de la expresión propia del medio natural, especialmente en el área de influencia directa. Humanos Percepción de la Comunidad - Grado de afección que según la comunidad en proyecto tendría en su salud y comodidad. Economía y Población Turismo - Alteración y eventuales contratiempos con la actividad turística ocasionada por el funcionamiento del proyecto. Generación de Empleo población Variación de la capacidad de absorber la económicamente activa en las diferentes actividades productivas generadas por el proyecto. Alteración de la Movilidad - Interrupción del tránsito vehicular y peatonal normal. Seguridad Laboral Riesgos de la Seguridad Laboral - Alteración de la integridad física de los trabajadores. 146 5.- Impactos identificados por el proyecto Los impactos causados por el proyecto se clasifican respecto a la etapa en la que se presenta el mismo, pueden presentarse en: 5.1.- Fase de construcción Generación de emisiones de polvo y gases de vehículos. Incremento en los niveles de ruido. Alteración en la movilidad peatonal y vehicular (Transporte público). Cambio en la estructura del suelo por la conformación de la nueva capa de rodadura. Alteración del paisaje. Presencia de maquinaria y vehículos pesados. Excavaciones, desalojo y transporte de escombros. Generación de riesgos en los trabajadores. Presencia de personal ajeno al barrio (Mano de Obra). Generación de empleo de obreros y profesionales. Generación de escombros. Alteración del comercio de los vecinos (disminución de ventas). 147 5.2.- Fase de operación y mantenimiento Incremento de la plusvalía de los predios cercanos a la vía. Disminución del tiempo de viaje. Mejoramiento de las condiciones de capa de rodadura. Disminución de polvo y lodo en la vía. Mejoramiento del drenaje de aguas lluvias. Facilidad de conectividad vial. Disminución de riesgos de accidentes. Incremento de la calidad de vida. 6.- Criterios de la evaluación y valoración de los impactos del proyecto Se trabaja con una matriz causa - efecto que relaciona las fases constructivas del proyecto con los componentes socio ambiental. En cada fase constructiva se describen los impactos generales que se descomponen en impactos específicos. La calificación se aplica sobre estos últimos con la valoración de la importancia y su magnitud a través de criterios cuantitativos y cualitativos. A continuación se detalla la metodología para la determinación tanto de la importancia de los factores ambientales, como de la magnitud de los impactos. 148 6.1.- Importancia de los factores socio ambientales Se basa en la información de la caracterización del área de estudio. En función de esta información se seleccionaron los factores ambientales que pueden estar afectados por las actividades de la construcción, operación y mantenimiento del proyecto. Cada factor ambiental analizado se le da un valor de importancia, dependiendo del mismo antes de la intervención del proyecto y según el criterio técnico utilizado en la elaboración. Este valor se presenta en un rango de uno a diez. DESCRIPCIÓN PROCESO FACTOR SOCIAL FACTOR AMBIENTAL Mejoramiento de Movimiento de tierras, las condiciones generación de polvo, para movilidad ruido, alteración del peatonal y tránsito, impacto automotriz’ temporal y localizado. Mejoramiento de Movimiento de tierras, las condiciones generación de polvo, para movilidad ruido, alteración del peatonal y tránsito, impacto automotriz temporal y localizado. RELLENOS Y DESALOJOS: Mejoramiento de Movimiento de tierras, Cargado de volquetas a las condiciones generación de polvo, máquina, Desalojo de material para movilidad ruido, alteración del hasta 5KM, sobreacarreo de peatonal y tránsito, impacto materiales para desalojo. automotriz temporal y localizado. CONSTRUCTIVO MOVIMIENTO DE TIERRAS: Desbroce y Limpieza del terreno, Replanteo y Nivelación de Vías. EXCAVACIONES: Excavación mecánica en Vías IM. 8 8 8 ESTRUCTURA DE LA VIDA: Subrasante, conformación y Mejoramiento de compactación con equipo las condiciones pesado, Sub base, suministro para movilidad y conformación y peatonal y compactación con equipo automotriz pesado, Base conformación y compactación con equipo 149 Mejoramiento de las condiciones de saneamiento ambiental de las familias del sector 8 pesado, Pedraplen, tendido conformación y compactación. DRENAJE Y OBRAS CONEXAS: Excavación manual en suelo sin clasificar, de 0 a 2m. Excavación manual en suelo sin clasificar de 2 a 4m, Excavación manual en suelo conglomerado de 0 a 2m, Excavación manual en suelo conglomerado de 2 a 4m, Excavación retroexcavadora, zanja de 0 a 2m, material sin clasificar, cuchara 40cm., Excavación retroexcavadora zanja de 2 a 4m material sin clasifica, cuchara 40cm, Mejoramiento de SEÑALIZACIÓN: Señalización vertical las condiciones Mejoramiento del paisaje para movilidad y condiciones peatonal y ambientales 9 automotriz MITIGACIÓN AMBIENTAL: Señalización con cinta, Valla de advertencia de obras y desvío, Pasos peatonales de tabla, Cobertura de plástico (5 usos), Parente con base de hormigón, 20 usos, Malla plástica de seguridad K0001, Mejoramiento de las condiciones Mejoramiento del paisaje para movilidad y condiciones peatonal y ambientales automotriz suministro e instalación, 5 usos 150 9 6.2.- Cálculo de la Magnitud (M) La valoración de la magnitud de cada impacto específico, se basa en las siguientes características: Tabla Valoración de las características de los impactos Características de los impactos Naturaleza Benéfico= +1 Deprimente= -1 Probabilidad Poco probable= 0.1 Probable= 0.5 Duración Corto Plazo= 1 Largo Plazo= 2 Frecuencia Eventual= 1 Frecuente= 2 Intensidad Baja= 1 Media= 2 Alta= 3 Extensión Puntual= 1 Local= 2 Regional= 3 Cierto= 1 Naturaleza: Cuando se determina que un impacto es adverso o negativo, se valora como deprimente y cuando el impacto positivo se lo valora como benéfico. Intensidad: Si el efecto particular sobre cada componente ambiental es alto si el efecto es obvio o notable, medio si el efecto es verificable con acciones de monitoreo o bajo si el efecto es sutil o casi imperceptible. Duración: Permanencia del efecto en el ambiente depende de si el impacto es reversible a corto plazo, si permanece en el ambiente por lapsos menores a un año o es considerado a largo plazo si permanece en el ambiente por lapsos mayores a un año. Extensión: Corresponde a la extensión espacial y geográfica del impacto, es considerado regional si el efecto o impacto sale de los límites del área, local si el efecto se concentra en los límites de área de influencia o puntual si el efecto está limitado a un sitio específico. Frecuencia: Está relacionado con la repetición del impacto con respecto el tiempo, es considerado eventual o temporal si el impacto se presenta en forma intermitente, caso contrario se considera frecuente o permanente si el impacto se 151 presenta en forma continua. Probabilidad: Se entiende como el riesgo de ocurrencia del impacto, es considerado poco probable si el impacto tiene una baja probabilidad de ocurrencia, también puede ser probable si el impacto tiene una media probabilidad de ocurrencia o cierto en caso de que el impacto tiene una alta probabilidad de ocurrencia. Los valores de magnitud (M) se determinaron de acuerdo a la siguiente expresión: M = Naturaleza * Probabilidad * (Duración + Frecuencia +Intensidad + Extensión) Lo que conseguiremos es evaluar los impactos desde benéficos siendo estos positivos desde +10 hasta 0 y los impactos deprimentes o negativos hasta -10. Luego calcularemos la magnitud de cada factor multiplicado por la importancia, y así obtenemos el nivel de afectación global (NAG) por factor socio - ambiental. En el Anexo 10.1 se encuentra la determinación de la magnitud de los impactos del proyecto. 6.3.- Nivel de afectación global (NAG) El nivel de afectación global NAG, se determina con la siguiente expresión: NAG = Imp * M Mediante la aplicación de esta ecuación el valor total de la afectación se dará en un rango de 1 a 100, ó, de -1 a -100 que resulta de multiplicar el valor de importancia del factor por el valor de magnitud del impacto, permitiendo de esta forma una jerarquización de los impactos en valores porcentuales; entonces el valor máximo de afectación al medio estará dado por la multiplicación de 100 por el número de interacciones encontradas en cada análisis. Una vez trasladados 152 estos resultados a valores porcentuales, son presentados en rangos de significancia de acuerdo a la tabla siguiente: Rango porcentual y nivel de significancia de los impactos Rango Símbolo Significancia 81-100 +MS (+) Muy significativo 61-80 +S (+) Significativo 41-60 +MEDS (+) Medianamente Significativo 21-40 +PS (+) Poco Significativo 0-20 +NS (+) No Significativo (-) 0-20 -NS (-) No Significativo (-) 21-40 -PS (-) Poco Significativo (-) 41-60 -MEDS (-) Medianamente Significativo (-) 61-80 -S (-) Significativo (-) 81-100 -MS (-) Muy Significativo En el anexo 10.2 se presenta el cálculo del Nivel de afección global, para el proyecto propuesto. Los valores correspondientes a la fase de construcción del proyecto, en su fase netamente constructiva, alcanza valores de -40, que corresponde en el Nivel de Afección Global, como poco significativo. En lo referente a la Gestión Ambiental y señalización alcanza un valor de 81, por los beneficios sociales, equivalentes de significativos a muy significativo, esto puede deberse a que las acciones del proyecto son temporales y que se desarrolla en un ecosistema ya intervenido y en funcionamiento. 6.4.- Matriz causa – efecto del proyecto De acuerdo a los parámetros de Magnitud e importancia descritos anteriormente luego de la interpolación se han identificado los siguientes impactos con su valoración respectiva, resultados que se presentan dentro del anexo 10.3 dentro de la matriz causa – efecto del proyecto. 153 7.- Resultados de la Valoración de Impactos 7.1.- Componente físico Aire La emisión de polvo se origina en excavaciones y en movimientos de tierra, las partículas generadas ocasionarán molestias respiratorias en la población, así como deterioro en las condiciones de limpieza y estética del área debido a la precipitación de polvos sobre las propiedades. El impacto será temporal dado que cesará una vez concluidos los trabajos de construcción. Existirá un impacto a la calidad del aire debido a la producción de gases de escape durante el uso de maquinaria pesada. Estas emisiones ocasionarán molestias a los pobladores, por lo cual se requerirá que los contratistas cumplan con prácticas adecuadas de mantenimiento de equipo pesado. Ruido y vibraciones La generación de ruidos procedentes del uso de maquinaria pesada para transporte de materiales de construcción y para movimientos de tierra. Este incremento de niveles sonoros generará molestias a los pobladores del área, debido a las características del proyecto se espera que el impacto por niveles de ruido sea de carácter temporal hasta finalizar la obra. Respecto a las vibraciones: no se anticipan daños a la propiedad de la ciudadanía, dado que la excavación y el uso de maquinaria generarán las vibraciones y son de carácter limitado. La excavación alcanzará profundidades relativamente cortas, en las que se utilizará mayoritariamente herramientas manuales. Suelo Existe la posibilidad de que se produzca contaminación a la calidad del suelo de las áreas del proyecto. Las afectaciones a la calidad del suelo se relacionan con derrames de aceite desde vehículos utilizados en la actividad constructiva, y disposición no adecuada de residuos de los campamentos. Los residuos de la alimentación de los trabajadores influirán también negativamente, en caso de no ser dispuestos adecuadamente. 154 Aguas superficiales La calidad de las aguas superficiales puede verse afectada por la inadecuada disposición del material excavado, que pueden ser arrastrado por los canales de drenaje, e incluso tapar los mismos, situación similar ocurre con el arrastre de grasas e hidrocarburos de petróleo, originada por vertidos accidentales en las zonas de almacenamiento y mantenimiento de maquinaria pesada, por lo que se deben prever medidas para evitar que esto ocurra. Posibilidad de inundación por manejo inadecuado de aguas lluvias. Recurso perceptual Al ejecutarse una construcción, la percepción del ambiente, se ve afectada, sin embargo, esta será temporal y desaparecerá luego de terminada la construcción. Tráfico vehicular El tráfico vehicular se afectará temporeramente en las zonas de construcción, las especificaciones del Plan de Manejo identifican las acciones rutinarias que los contratistas deben realizar para minimizar los impactos temporaleas que ocurren durante la construcción, incluyendo planificación de rutas alternas temporales para desviar el tráfico peatonal de las áreas de construcción que deben ser obstruidas temporeramente. 7.2.- Componente biótico Vegetación terrestre Pérdida de la capa vegetal natural a causa de disminución de la densidad, pérdida de especies herbáceas y arbustivas o inhibición del crecimiento vegetal, sin embargo, como su afectación es mínima, porque el proyecto fue realizado en base al trazado de la vía existente. Fauna terrestre Reducción de hábitat, presión sobre algunas especies, reducción de poblaciones, contaminación de hábitat, y su afectación es mínima, área de consolidación urbana. 155 7.3.- Componente socioeconómico – cultural Empleo Se anticipa como un impacto positivo. Si bien no se cuenta con datos de la fuerza laboral requerida definitiva, se recomienda que ésta será incrementada mediante la contratación de personal propio de las áreas a ser servidas, en particular de personal procedente del estrato social de ingresos económicos bajos y apto como mano de obra no especializada. Afectación económica Los trabajos de construcción ocasionarán molestias en las actividades que, en ausencia del proyecto, normalmente se ejecutan en las áreas a ser dotadas. Estas molestias consistirán, principalmente, de alteración de los tráficos vehicular y peatonal, cambios en los patrones de ingresos económicos de locales comerciales situados en las áreas de obra. Las molestias previstas están ligadas a los trabajos de movimientos de tierras y colocación de tuberías en las zonas urbanas existentes. Riesgos por accidentes En las actividades de construcción que se realicen, siempre existirá la posibilidad de los accidentes, sin embargo todas las actividades que se realicen, estarán controladas bajo las normas de seguridad industrial establecidas. 8.- Plan de manejo ambiental Contiene los distintos programas con sus respectivas medidas diseñadas para prevenir, controlar y/o mitigar los impactos ambientales identificados, que pongan en riesgo la estabilidad del área ambiental intervenida. Para tal efecto, el Contratista deberá llevar a cabo las siguientes acciones: Contar con la asistencia de un responsable en lo relativo al Medio Ambiente y Seguridad Industrial, cuya función será identificar los posibles problemas 156 ambientales que se presenten en la etapa de construcción, así como, el redefinir metas para lograr su mejoramiento y el mantenimiento de los ecosistemas. Cumplir con los dispositivos legales y los contenidos en el expediente técnico de las obras programadas. Dentro del plan de manejo ambiental se propone el implementar ciertos programas para controlar o mitigar los impactos ambientales, siendo estos: 8.1.- Programa de salud y seguridad laboral Medida a Implementarse: Seguridad laboral, higiene y salubridad del personal en la etapa de cosntrucción. Tipo de Medida: Preventiva. Objetivo de la Medida: Mejoramiento de las condiciones de seguridad laboral, salud de los obreros y técnicos del proyecto. Impacto al cual se dirige: Potenciales riesgos laborales del proyecto. Descripción de las acciones: Todos los obreros y técnicos del proyecto deberán estar afiliados al IESS. El personal técnico y obrero debe tener su dotación de indumentaria y protección contra el frío y la lluvia. Deberá estar reglamentado los horarios de comidas, ingreso y salida de los trabajadores. Se dotará de equipos de protección personal necesario para la correcta protección del personal para la construcción de la obra, es obligatorio 157 (Chalecos refractivos, botas punta de acero de ser el caso, cascos protectores, guantes, mascarillas de polvo, protectores auditivos). Los operadores de equipos vibratorios deberán cumplir turnos rotativos para evitar problemas de salud. Disponer y exhibir de números de teléfono de organismos de socorro y centros médicos en caso de generarse algún percance. En caso de accidente se notificará inmediatamente al residente de obra, de acuerdo a la gravedad del accidente este puede ser trasladado a los centros médicos más cercanos, de lo contrario se comunicara telefónicamente con los organismos de socorro y solicitar indicaciones. Verificar que los operadores de maquinaria sea personal calificado y que disponga de experiencia efectiva y las licencias correspondientes. El operador realizará inspección inicial adecuada de la maquinaria y equipos (Verificar registro de mantenimiento), previo al cumplimiento de sus labores. En las áreas de construcción de la obra, el acceso será restringido mediante el uso de cintas y mallas de plástico para protección. El contratista conforme a la propuesta de ingeniería deberá implementar un entibado en las zanjas, para evitar derrumbes y posibles accidentes con el personal de la obra. El contratista implementará el programa de señalización preventiva y demarcación de los frentes de obras en las etapas de construcción y mantenimiento, por cuanto proporciona seguridad tanto a los usuarios de las vías como a los mismos trabajadores. El Contratista deberá disponer de baterías sanitarias móviles en obra, como un requisito obligatorio. 158 Previo al inicio de las actividades de excavación, se deberán verificar las recomendaciones establecidas en los diseños con relación a las obras que garantizarán la estabilidad de la vía y construcciones aledañas. El contratista deberá disponer de insumos de primeros auxilios o botiquín, en cada frente de trabajo. El encargado de la seguridad laboral deberá vigilar el uso correcto y adecuado de los elementos de protección personal y garantizar su cambio o mantenimiento oportuno, disponiendo de un stock suficiente permanentemente. El contratista vigilara con frecuencia que los trabajadores cumplan con el uso de su equipo de seguridad, de no ser así deberá establecer sanciones con quienes no lo cumplan. Responsable: Contratista, Responsable de Medio Ambiente y Seguridad Industrial, Fiscalizador. 8.2.- Programa de capacitación y educación ambiental Medida a Implementarse: Capacitación y sensibilización del personal. Tipo de Medida: Prevención. Objetivo de la Medida: Capacitar a todo el personal de obra y personal técnico, sobre temas ambientales en el proceso constructivo. Crear conciencia ambiental en el personal. Prevenir y/o minimizar impactos sobre la salud de los trabajadores y sobre el ambiente. Impacto al cual se dirige: Impactos ambientales por prácticas inadecuadas en 159 el proceso constructivo. Descripción de las acciones: El contratista deberá elaborar la programación trimestral de capacitaciones, en la cual se indique la fecha, hora, temas y a quien va dirigido la capacitación y enviar en el informe mensual de gestión ambiental. 8.3.- Programa de prevención y control de la contaminación Medida a Implementarse: Buenas prácticas y manejo ambiental en procesos constructivos de vías. Tipo de Medida: Control y prevención. Objetivo de la Medida: Mantener las áreas del proyecto, en cumplimiento de las normas ambientales para no generar inconvenientes a los vecinos y al ecosistema. Impacto al cual se dirige: Contaminación, suelo, agua, aire. Descripción de las acciones: Control del ruido Las actividades que generan ruido deberán desarrollarse en horarios comprendidos entre las 08h00 y 18h00, se tomarán las medidas necesarias para el aislamiento en caso de ser factible y revisión de los escapes de la maquinaria para el buen funcionamiento. Para mitigar los efectos de las emisiones de niveles de ruido por encima de niveles permitidos, se recomienda el uso de aditamentos y equipos de protección personal para el ruido, como cascos con orejeras, tapones auditivos. 160 Las emisiones sonoras deben ser confinadas a los espacios más restringidos posibles, actuando sobre los equipos, maquinaria y vehículos que los generan a través de trabajos mecánicos que buscan insonorizar o reducir dichos ruidos. Control de la calidad de aguas No se deberán utilizar sustancias químicas que puedan alterar el equilibrio ecológico, la calidad de las aguas o la vida de personas, fauna y flora. Bajo ninguna circunstancia se debe permitir la disposición de residuos sólidos en las corrientes hídricas. El material de las excavaciones para la construcción de obras de drenaje en cercanías de cauces naturales debe acopiarse lo más lejos posible, evitando que sea arrastrado por aguas de escorrentía superficial. No se deberá disponer en las corrientes hídricas ni en sus alrededores de algún tipo de residuo industrial como solventes, aceites usados, pinturas u otros materiales. Se prohíbe el lavado de la maquinaria y equipo en los cursos de agua, para evitar el derrame de lubricantes o hidrocarburos que contribuyan a la contaminación de los mismos. Control de la calidad del aire Para mitigar el efecto producido por las emisiones de polvo y partículas debido al tránsito de vehículos y maquinaria por accesos desprovistos de capa de rodadura, se recomienda en épocas de seca, el humedecimiento de los tramos donde se produzca polvo por efectos de las obras del proyecto. Es totalmente prohibido el riego de aceite quemado automotriz para atenuar este efecto. 161 Control de la contaminación del suelo Se restringirá al máximo la realización de trabajos de mecánica de los equipos de construcción en el área destinada para obras, de realizarse los mismos, se harán salvaguardando la integridad del medio ambiente, y los desperdicios generados de derrames accidentales como asfalto, lubricantes, combustibles, trapos de desecho, etc. Responsable: Contratista, Responsable de Medio Ambiente y Seguridad Industrial, Fiscalizador. 8.4.- Programa de contingencias y prevención de riesgos Medida a Implementarse: Definición de actuaciones en caso de contingencias, naturales, técnicas y humanas. Tipo de Medida: Control y prevención. Objetivo de la Medida: Establecer las acciones que deben realizarse frente a la ocurrencia de un accidente, de cualquier origen, para evitar la pérdida de vidas humanas y daños materiales. Impacto al cual se dirige: Afecciones al medio ambiente y recursos naturales. Alteración del ambiente laboral. Descripción de las acciones: Trabajos en la vía Se tendrá especial cuidado, en la ejecución de los trabajos, principalmente en las roturas y derrumbes, por la cercanía de las vías e infraestructura pública y privada. Para tal efecto, el sistema de excavación será evaluado constantemente en todos los sectores así comprometidos. 162 Se deberá prevenir los peligros de caída de materiales u objetos, o de irrupción de agua en la excavación; o en zonas que modifiquen el grado de humedad de los taludes de la excavación. Manejo de aguas Con la finalidad de prevenir inundaciones o daños a la infraestructura el contratista deberá contar con un plan de evacuación de aguas lluvias y limpieza de los drenes en el sitio del proceso constructivo. En caso de roturas de tuberías de agua accidentalmente se notificará inmediatamente a la comunidad para su correctivo inmediato. 8.5.- Programa de manejo de materiales de construcción Medida a Implementarse: Definir los requerimientos generales para la obtención de materiales de construcción. Regular y optimizar el uso de materiales de construcción en el área de la obra. Tipo de Medida: Control y Prevención. Objetivo de la Medida: Establecer las medidas y acciones para el manejo de los materiales en el sitio de las obras y sitios de acopio temporal. Impacto al cual se dirige: Alteración de los recursos naturales y alteración del paisaje. Descripción de las acciones: Durante la etapa de pre construcción el contratista debe definir el volumen y los sitios para la adquisición de los materiales de construcción, gravas, arenas, material para rellenos, terraplenes etc. 163 Los materiales deben ser comprados a empresas que cuente con los respectivos permisos ambientales. El costo de los materiales se considerará puesto en obra. Los materiales no se deben almacenar en áreas cercanas a los frentes de obra para evitar que el material obstaculice la realización de las mismas, este debe almacenarse en forma adecuada en los sitios seleccionados para tal fin, deben cubrirse con polietileno o con otro material que el contratista defina y que la fiscalización apruebe, con el objeto de prevenir la generación de impactos ambientales por la emisión de material a la atmósfera. Los materiales o residuos de construcción no utilizados en las obras deben ser retirados del frente de obra, el contratista debe darles el manejo más adecuado. El cemento en sacos debe ser almacenado en sitios secos y aislados del suelo. Es necesario que el equipo de fabricación o mezclado, esté en buenas condiciones técnicas con el fin de evitar accidentes o derrames que puedan afectar los recursos naturales o el medio ambiente. Responsable: Contratista, Responsable de Medio Ambiente y Seguridad Industrial, Fiscalizador. 8.6.- Programa de manejo de residuos sólidos Medida a Implementarse: Incorporación de prácticas generales y específicas para el manejo de todos los residuos generados como consecuencia del desarrollo de la obra. Tipo de Medida: Control y prevención. Objetivo de la Medida: Definir medidas para la gestión integral de residuos 164 sólidos, contemplado en la Legislación Nacional. Impacto al cual se dirige: Generación de residuos. Descripción de las acciones: El manejo integrado de los residuos sólidos debe iniciarse a partir de la clasificación en la fuente, esto es, en el sitio donde se producen; para ello, el contratista debe, desde el inicio del proyecto, tener claro el tipo de residuo que generará y capacitar a su personal en la separación y clasificación de los mismos desde la fuente. Se colocará recipientes en los frentes de obra, para la recolección de los desechos degradables y no degradables, estos residuos serán llevados a sitios de disposición final indicados por fiscalización. Responsable: Contratista, Responsable de Medio Ambiente y Seguridad Industrial, Fiscalizador. 8.7.- Programa de manejo de campamento y obras conexas Medida a Implementarse: Dotación de infraestructura para el personal y equipos de la construcción de la obra. Tipo de Medida: Control y prevención. Objetivo de la Medida: Disponer de un área de campamento y acopio temporal de materiales de construcción o áreas para parqueo de maquinaria entre otras. Impacto al cual se dirige: Presencia de materiales, equipos, maquinaria y obreros. 165 Descripción de las acciones: Para la ejecución del proyecto se instalara un campamento y un centro de acopio, bodega contendrá las siguientes instalaciones: patio de maquinaria, guardianía, sistemas hidrosanitarias como (letrina, duchas, vestidores), oficina y bodega de materiales. El campamento se construirá con material prefabricado. Deberá existir un programa de orden y aseo aplicado específicamente al área del campamento. El campamento contará con señalización necesaria para el desarrollo correcto de las actividades, además se contará con un botiquín mismo que debe contener indumentaria mínima para dar socorro si existiera un incidente. Responsable: Contratista, Responsable de Medio Ambiente y Seguridad Industrial, Fiscalizador. 8.8.- Programa de Movilidad, Transporte y Señalización Ambiental Medida a Implementarse: Ubicación de las señales y dispositivos para la canalización del tránsito. Tipo de Medida: Control, prevención. Objetivo de la Medida: Informar al usuario de la presencia de las obras. Ordenar la circulación peatonal y automotriz, en la zona por ellas afectada. Modificar su comportamiento, adaptándolo a la situación no representada por las obras y sus circunstancias específicas. Impacto al cual se dirige: Alteración del tránsito vehicular y peatonal. 166 habitual Descripción de las acciones: Antes de iniciar los trabajos para la construcción de las obras necesarias en el Proyecto, el contratista deberá contar con un plan de manejo de tráfico debidamente aprobado y concertado. Los señalización para la regulación de tránsito, deben ubicarse con anterioridad al inicio de obra, permanecer en su totalidad durante la ejecución de la misma y ser retirados una vez que cesen las condiciones que dieron origen a su instalación. En los sitios de afluencia masiva de personas se colocará barandales de seguridad, así como también se dotará de letreros informativos de la obra, los que sean señalados por el ente público que éste al frente del proyecto. Plan de Control en el Transporte de Materiales Los vehículos que transportan material, asegurarán la carga a la capacidad establecida por cada vehículo, evitando sobrepasar el peso establecido. Los vehículos seguirán estrictamente la ruta señalada para el transporte de material, evitando su descarga en sitios y/o lugares no autorizados. Señales a utilizarse en el proceso de construcción de la obra: Señales temporales para trabajos en vías y señales temporales de prohibición en vías se utilizarán en el proyecto siguiendo lo señalado por la normativa, denominada “Reglamento Técnico Ecuatoriano” (RTE INEN 004-1:2011), que está vigente desde el 28 de octubre del 2011 cuando fue publicada en el Registro Oficial número 207. 8.9.- Programa de Relaciones Comunitarias Medida a Implementarse: Informar a los usuarios y ciudadanos en general de 167 los beneficios del proyecto y sus impactos a generarse durante el proceso constructivo. Tipo de Medida: Control y prevención Objetivo de la Medida: Informar a los usuarios de la vía del inicio de estas obras con anticipación a fin de que cada usuario tome las medidas precautelarías disminuyendo su afectación. Impacto al cual se dirige: Alteración de las actividades cotidianas de la población aledaña a la obra. Descripción de las acciones: Antes del inicio de las obras, se debe contemplar un plan de información concreto, para la población comprometida en el proyecto, resaltando los beneficios de su puesta en marcha y las molestias temporales que esta obra de ingeniería implica. El Plan de Socialización debe contemplar los siguientes aspectos: 1. Comunicados Radiales. 2. Trípticos Informativos. 3. Talleres de concienciación e información. Responsable: Contratista, Responsable de Medio Ambiente y Seguridad Industrial, Fiscalizador. 8.10.- Programa de Monitoreo Medida a Implementarse: Comprobar que las medidas preventivas o correctivas propuestas se han realizado y son eficaces. 168 Tipo de Medida: Control y prevención. Etapa de Ejecución: Construcción. Objetivo de la Medida: Garantizar el cumplimiento del Plan de Manejo Ambiental a través de la lista de control. Impacto al cual se dirige: Cumplimiento del Plan de Manejo Ambiental. Descripción de las acciones: Se deberá verificar semanalmente el cumplimiento del plan de manejo ambiental a través de una lista de chequeo especificada, para el proyecto. Facilitar la información recopilada del proyecto al ente fiscalizador, para su análisis, observaciones y recomendaciones. Responsable: Contratista, Responsable de Medio Ambiente y Seguridad Industrial, Fiscalizador. 8.11.- Programa de Cierre y Abandono de Obra Medida a Implementarse: Retirar de las áreas de campamentos y demás instalaciones, todo elemento que no esté destinado a un uso claro y específico posterior. Tipo de Medida: Control y prevención. Objetivo de la Medida: Realización de un abandono adecuado de cada uno de los sitios intervenidos durante la ejecución de las obras y adecuarlas para que queden lo más naturalmente posible. Impacto al cual se dirige: Generación de residuos, contaminación ambiental. 169 Descripción de las acciones: Una vez se terminen las obras de construcción se retirará el campamento y recuperar la zona intervenida. Retirar de la obra todos los restos de combustibles, grasas u otros elementos que puedan ofrecer peligro de explosión o incendio. Responsable: Contratista, Responsable de Medio Ambiente y Seguridad Industrial, Fiscalizador. 170 CONCLUSIONES El desarrollo del proyecto mejoramiento del diseño vial y diseño de pavimento flexible para la Vía de Ingreso a Shiña, cumple con los nivel de comodidad y serviciabilidad ya que fue diseñada en base a la clasificación de la carretera determinada mediante su tráfico futuro y el cumplimiento de la normativa vigente en el país. Un diseño vial seguro, eficiente y menos vulnerable a peligros naturales, genera confianza en los usuarios del sistema, fortaleciendo el comercio en la zona y por lo tanto el crecimiento económico de la región. El diseño de la estructura vial y los cálculos referentes al tráfico futuro se hizo en base al conteo realizado en este proyecto. En la elaboración del trazado propuesto en este proyecto vial se procuró mantener el trazado actual en gran parte del desarrollo de este diseño, ya que esto no implicaría mayores afecciones a los terrenos aledaños y gasto económico, siempre que cumpla las exigencias la normativa correspondiente a la clasificación de nuestra carretera. De los datos hidrológicos obtenidos y mediante el empleo del utilitario Gis, se logró determinar las cuencas hidrográficas, las áreas de aporte y el caudal de diseño de las diferentes obras de drenaje las cuales serán primordiales para la protección de la estructura vial. 171 RECOMENDACIONES El presupuesto de la vía fue elaborado tomando en consideración las condiciones generales que presenta la vía siendo las cantidades de obra calculadas en base a las condiciones determinadas en este estudio, estando propensos a cambios por la determinación de condiciones partículas de tramos puntuales de la vía. Es recomendable el mantener el trazado propuesto en este proyecto ya que contempla el cumplimiento de normativas vigentes y en la mayor extensión del proyecto el uso del trazado actual, condición que vuelve al proyecto económico entre otros posibles trazados que se pueda dar del mismo. Las obras de drenaje deberán ser construidas en los lugares y de las secciones indicadas ya que estas cumple a un estudio hidrológico en el cual se determinó las áreas de aportación para su diseño. Para minimizar el impacto ambiental causado en le ejecución de proyecto es necesario seguir las indicaciones sugeridas en el capítulo de manejo ambiental, a más de mantener siempre correctamente señalizada la obra. Los espesores de las capas que forman la estructura de la vía se deberán asumir las determinadas en el capítulo de diseño del pavimento flexible, ya que estos espesores garantizarán que su durabilidad cumpla los periodos para los que fueron diseñados. 172 BIBLIOGRAFÍA ING. MONTEJO F, A. INGENIERÍA DE PAVIMENTOS, TERCERA EDICIÓN, COLOMBIA, UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA 2006. CANTER, L. 1998. MANUAL DE EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL: TÉCNICAS PARA LA ELABORACIÓN DE LOS ESTUDIOS DE IMPACTO. TERZAGHI-PECK.1973. MECÁNICA DE SUELOS EN LA INGENIERÍA PRÁCTICA. ARGENTINA. BRAVO P., DISEÑO DE CARRETERAS Y PAVIMENTOS “UNIVERSIDAD DE MEDELLÍN”. NADIA CHACÓN MEJÍA, TOPOGRAFÍA APLICADA, 2010. ING. CHOCONTA, P. APUNTES SOBRE DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS. ING. CUEVA, P. PROYECTO, CONSTRUCCIÓN, FISCALIZACIÓN Y MANTENIMIENTO DE CAMINOS. PEDRO DE LOS SANTOS JIMÉNEZ MESEGUER, INFRAESTRUCTURA DEL TRANSPORTE, 2005. ING. FELIPE VILLEGAS GONZALEZ, MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS, 2009. MINISTERIO DE TRANSPORTE Y OBRAS PUBLICAS DE LA REPUBLICA DE ECUADOR, NORMAS DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS, 2003. 173 MINISTERIO DE TRANSPORTE Y OBRAS PUBLICAS DE LA REPUBLICA DE ECUADOR, MOP-001-F-2002 (ESPECIFICACIONES GENERALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VÍAS), 2002. MINISTERIO DE TRANSPORTE DE LA REPUBLICA DE COLOMBIA, MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS, 2008. MINISTERIO DE TRANSPORTE DE LA REPUBLICA DE COLOMBIA, MANUAL DE DRENAJE PARA CARRETERAS, 2009. UNIVERSIDAD DE CUENCA – MUNICIPALIDAD DE NABÓN, PLAN ESTRATÉGICO DE DESARROLLO LOCAL DEL CANTÓN NABÓN, 2010. FLORENCE BEDOIN – NADEGE GARAMBOIS, IMPACTO DEL PROYECTO NABÓN SOBRE LAS FAMILIAS DEL CANTON NABÓN, 2005. VÍAS DE SACAS, 2006-2007 AASHTO 1993, DISEÑO ESTRUCTURAL DE CAMINOS. ASTM. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. NORMAS PARA EL ENSAYO DE SUELOS. 174
