23-memoria-de-calculo-y-diseo-geometrico-suitucancha compress (2)

PROYECTO:
“CREACION DE TROCHA CARROZABLE TRAMO CHANGO – SHIMANA L 7+520 KM. DISTRITO DE CHACAYAN, PROVINCIA
DANIEL CARRION - PASCO”
2.3. MEMORIA DE CÁLCULO Y DISEÑO
GEOMÉTRICO
A) ALINEAMIENTO HORIZONTAL
DESCRIPCION DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DEL EJE DE LA
CARRETERA
En el presente Estudio del mejoramiento de la carretera, el Diseño
Geométrico se ha basado en las Normas Peruanas para el Diseño de
Carreteras y el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras DG-2001
del MTC y el Manual para el diseño de carreteras no
pavimentadas de bajo volumen de transito 2008.
Las Normas Peruanas de Carreteras nos indican que la velocidad
directriz es la escogida para el diseño, entendiéndose que será la
máxima que se podrá mantener con seguridad sobre una sección
determinada de la carretera, cuando las circunstancias sean
favorables para que prevalezcan las condiciones de diseño. Dentro del
presente Proyecto y diseño, las características geométricas (radio
mínimo de las curvas horizontales y verticales, distancias de
visibilidad de parada y de sobrepaso, etc.) están relacionadas con la
velocidad directriz.
La selección de la velocidad directriz está influenciada directamente
por el relieve del terreno, tipo de la carretera a construirse,
volúmenes y tipo de tránsito que se espera y además de
consideraciones de orden económico. Determinándose para este
Proyecto la Velocidad Directriz de 20 km/h.
B) CURVAS HORIZONTALES
CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS
El tramo cuenta con curvas horizontales, sobre anchos, peraltes de las
curvas horizontales y la visibilidad, están determinados en función a la
velocidad directriz.
El desarrollo de la carretera presenta en la mayoría de su recorrido un
tramo en corte en ladera, debido a lo accidentado del terreno, la
pendiente es variables de 0.314 a 11.93 %, proyectándose la
colocación de una capa de afirmado sobre la sub rasante, el material
seleccionado a utilizar será proveniente de las canteras identificadas
en el proyecto.
Siendo la Velocidad de diseño adoptada para este tramo de 20 km/hr,
y apoyados por la tablas del Manual para el diseño de carreteras
no pavimentadas de bajo volumen de transito 2008, se ha
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obtenido un radio horizontal mínimo de 15.00 m y un radio mínimo
excepcional en curvas de volteo de 12.00 m. el peralte se determino
en 6 % de acuerdo al tipo de carretera.
Referente ha los sobres anchos adoptados en las curvas
horizontales, se han calculado de acuerdo al Manual de Diseño
Geométrico de Carreteras con la siguiente formula:
VALORES DEL SOBREANCHO
S
Es el sobre ancho en metros.
n
Es el número de carriles, que en este caso es 02 (km
0+000-8+000) y de 01carril (km 8+000-30+620)
R
Es el radio de la curva en metros.
V
Es la distancia entre ejes del vehículo, que en este caso
es 4.50 metros (km 0+000-8+000) y 3.50 metros. (Km
8+0000-30+620)
Siendo el valor mínimo a tomar de 0.30 mts.
Los peraltes de las curvas fueron determinadas de acuerdo con el
Manual para el diseño de carreteras no pavimentadas de bajo
volumen de transito, que indica el tipo de carreteras de zona rural
(Tipo 1, 2 o 3), el mismo que el presente proyecto es de 6.00 %
La variación de los sobreanchos y el peralte a lo largo de las curvas
horizontales, están en función de la longitud de la curva y de la
longitud de transición aplicándose en el lado interior de la misma.
Otra característica geométrica importante en la vía a analizar es la
referente a la Visibilidad.
Las distancias de la Visibilidad a considerar son dos, necesaria para
detener el vehículo y la necesaria para que un vehículo adelante a
otro que viaja con velocidad inferior, en el mismo sentido.
El Manual para el diseño de carreteras no pavimentadas de
bajo volumen de transito, nos da valores
de Distancia de
Visibilidad de Parada (metros) de acuerdo al Cuadro siguiente
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La distancia de visibilidad de Adelantamiento (paso), no se considera
para el presente proyecto ya que, la carretera es de un solo sentido y
la calzada es de 3.50 m. y 0.50 m. de cunetas; por lo que se considera
plazoletas de cruce cada 500.00 m. de 3.00 m x 30.00 m.
DISEÑO DE OBRAS DE DRENAJE Y ARTE
El drenaje se ve en dos casos: el Superficial y el Subterráneo. En el
caso del presente proyecto, solamente se tiene el primer caso,
Drenaje Superficial.
Este tipo de drenaje, esta dado en función al bombeo de la sección
así como al peralte, así mismo las pendientes mínimas no deberán
ser menores de 0.5% a fin de facilitar el movimiento de las aguas en
las cunetas en su recorrido hacia las alcantarillas u otro tipo de
desagüe natural.
El drenaje se ve en dos casos: el Superficial y el Subterráneo.
CUNETAS DE DRENAJE
Las cunetas son canales longitudinales de forma triangular cuya
función es recoger y eliminar rápidamente las aguas que cae sobre
la plataforma, debido a su pendiente transversal y bombeo. Para el
caso del proyecto, la sección de las cunetas, serán de forma
triangular de 1.00 x 0.50 m. en 19,000.00 m. ubicada según la
necesidad del proyecto y por encontrarse en zona lluviosa, sin
revestir en su totalidad. Estas son definidas de acuerdo a Normas
Peruanas de Diseño de Carreteras. Están ubicadas generalmente en
el lado del corte, según lo planteado en las secciones tipo para las
diferentes topografías. Las cunetas se han diseñado de acuerdo a la
zona de ejecución de la obra, donde se tomo en cuenta el tipo de
terreno.
ALCANTARILLAS
Las alcantarillas son estructuras de drenaje, que sirven para
conducir agua de las cunetas y/o aguas de quebradas pequeñas,
pasando la vía en forma transversal, pueden ser de varios materiales
y formas, de acuerdo a los requerimientos y facilidades. Para este
estudio se consideraron las alcantarillas de TMC; alcantarillas con
una sola pendiente. La ubicación de esta obra de arte esta de
acuerdo a la topografía del terreno y pequeños caudales a
evacuarse, en concordancia con las características hidrológicas y
meteorológicas de la zona, así como la naturaleza y pendiente del
cauce y del costo de los materiales en relación con la disponibilidad
de los mismos. La cantidad y ubicación se fijaron de forma tal que
garantice el drenaje, evitando la acumulación excesiva de agua en
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los tramos de la carretera y teniendo en consideración la variación y
cambios de pendientes a lo largo de la vía.
En el diseño hidráulico se ha aplicado la forma racional para
determinar el gasto del retorno de un periodo de 25 años siendo más
fáciles para realizar su limpieza y eviten el enterramiento.
C) SECCIONES TRANSVERSALES
CALZADA
En el diseño de carreteras de muy bajo volumen de tráfico IMDA < 50,
la calzada podrá estar dimensionada para un solo carril. En los demás
casos, la calzada se dimensionará para dos carriles.
En el cuadro siguiente se indican los valores apropiados del ancho de
la calzada en tramos rectos para cada velocidad directriz en relación
al tráfico previsto y a la importancia de la carretera.
D) TRAZO DE PERFIL LONGITUDINAL, EXPLANACIONES
NIVELACIÓN
Para el control altimétrico de la vía se ha considerado 63 BMs (Bench
Marks), ubicados cada 500.00 m., habiendo efectuado una nivelación
cerrada entre BM´s. Los BMs se verificaron con nivelación de ida y
vuelta cada 500.00 m. obteniéndose diferencias menores a la
tolerancia especificada de 0.010 m/km.
PERFIL LONGITUDINAL
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Se ha mantenido las mismas gradientes y pendientes existentes en
la carretera, realizando algunos mejoramientos entre ellas, con la
finalidad de no realizar grandes taludes de corte, los mismos que
son inestable, no se han realizado variantes para el mejoramiento o
reducción de algunas pendientes, debido a que a ambos lados de la
carretera existen tierras de cultivo, cuyos propietarios no quieren
ceder un área determinada para el mejoramiento de las pendientes.
E) CORTES Y RELLENOS
SECCIONES TRANSVERSALES
Para dimensionar la sección transversal, se ha tenido en cuenta que,
siendo esta una carretera de bajo volumen de tránsito, solo requerirá:
- Un solo carril de circulación, con plazoletas de cruce y/o de volteo
cada cierta distancia (cada 500.00 m. de 3.00 m. x 30.00 m.), con
ubicación indicada en los planos de obra.
El seccionamiento se ha realizado en cada uno de las estacas
ubicadas a lo largo del eje de la Carretera, cada 20.00 m. en zonas en
tangente y cada 10.00 m. en curvas, con un ancho mínimo de 30.00
m. a ambos lados del eje.
CONCLUSIONES: DISEÑO DE ESTRUCTURA DEL AFIRMADO
OBJETIVO
El presente estudio se realiza para determinar el espesor de la capa
de material de cantera seleccionado que se colocara sobre la sub
rasante de la carretera.
A fin de que la carretera tenga durabilidad y capacidad de servicio
durante el periodo de funcionamiento.
0
INTRODUCCION
Para el presente proyecto el dimensionamiento del espesor del
Afirmado, se realizará de acuerdo a la ecuación del método NAASRA
(National Association of Australian State Road Authorities).
En este método se relaciona el valor soporte del suelo (CBR) y la
carga actuante sobre el afirmado, expresado en Número de
Repeticiones de EE.
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I.-CALCULO DEL NÚMERO DE REPETICIONES DE EE PARA EL
CARRIL DE DISEÑO
INTENSIDAD DE TRÁNSITO EN NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES AL EJE
ESTÁNDAR DE 18,000 LIBRAS DE CARGA, PARA EL PERIODO DE
DISEÑO.
TRAFICO DE DISEÑO
Desde el punto de vista del diseño de la capa de rodadura solo tienen
interés los vehículos pesados (buses y camiones), considerando como
tales aquellos cuyo peso bruto exceda de 2.5 Tn. El resto de los
vehículos que puedan circular con un peso inferior (motocicletas,
motocar, automóviles y camionetas) provocan un efecto mínimo
sobre la capa de rodadura, por lo que no se tiene en cuenta su
cálculo.
El tráfico proyectado al año horizonte, se clasificará según lo
siguiente:
CLASE
TO
IMDA
(Total
vehículos
<15
ambos
sentidos)
Vehículos
pesados (carril
<6
de diseño)
Nº de rep. EE
<2.5x10
(carril
de
^4
diseño)
T1
T2
T3
16-50
51-100
101-200
6-15
16-28
29-56
2.6x10^47.8x10^4
7.9x10^41.5x10^5
1.6x10^63.1x10^5
Trafico de vehículos en dos sentidos por día
fc= factor de corrección
FCEvehiculos ligeros
= 1.002
FCE Vehículos pesados= 1.0318
II.-CALCULO DEL VALOR DEL CBR DE LA SUBRASANTE
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DETERMINACIÓN DE CBR.
Para el cálculo del CBR de diseño se tendrá la siguiente
consideración, de acuerdo al Manual de diseño para carreteras no
pavimentadas:
o Si el N° rep. De EE 8.2 tn es menor de 1 x 10 a la potencia 5: el
CBR de diseño será aquel que represente al porcentil 60% de
los valores de CBR.
o Si el N° rep. De EE 8.2 tn es entre 1 x 10 a la potencia 5 y 1 x
10 a la potencia 6: el CBR de diseño será aquel que represente
al porcentil 75% de los valores de CBR.
Aplicando la formula con un percentil al 60%, el CBR de diseño será
de 14.90%
De acuerdo al cuadro adjunto:
VALORES
INSTITUTO DEL ASFALTO
PROGRESI
VA
CALSIFICACI
ÓN
DE SUELOS
CBR
95%
10+00
15+00
5+00
25+00
19+00
A-7-6(11)
A-7-6(8)
A-7-6(11)
A-2-4(0)
A-2-4(0)
13.67
14.22
14.85
16.88
17.28
III.-DIMENSIONAMIENTO
AFIRMADO
DEL
N° DE
VALORES
MAYORES
O IGUALES
A CBRi
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
ESPESOR
DE
% DE VALORES
MAYORES
O IGUALES (%)
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
LA
CAPA
DE
CATALOGO ESTRUCTURAL DE LA SUPERFICIE DE RODADURA
Para el dimensionamiento de los espesores de la capa de rodadura se
adoptó como representativa la siguiente ecuación del método
NAASRA (National Association of Australian State Road Autorities, hoy
AUSTROADS) que relacionan el valor soporte del suelo CBR y la carga
actuante sobre el afirmado, expresada en numero de repeticiones de
EE
Donde:
e= [219-211x (log10 CBR)+58x (log10CBR^2]) xlog10x
(Nrep/120)
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E
CBR
Nrep
=espesor de la capa de afirmado en mm
= valor del CBR de la subrasante = 14.90
= 72323.30 para el primer tramo
96551.60 para el segundo tramo
E= [219-211x(log10CBR)+58x(log10CBR)^2]xlog10x(Nrep/120)
E= [219-211x(log10(14.90))+58x(log10(14.90))^2]xlog10x(72323.30/120)
E= [219-211x(log10(14.90))+58x(log10(14.90))^2]xlog10x(72323.30/120)
E=
142.58263
Es un espesor de 14.26 cm, con un Nº de repeticiones de ejes
equivalentes de 72,323.30
Para el Nº de repeticiones de 96,551.60, del segundo tramo, tenemos
el siguiente espesor:
E= [219-211x(log10CBR)+58x(log10CBR)^2]xlog10x(Nrep/120)
E= [219-211x(log10(14.90))+58x(log10(14.90))^2]xlog10x(96551.60/120)
E= [219-211x(log10(14.90))+58x(log10(14.90))^2]xlog10x(96551.60/120)
E= 149.0181772
Es un espesor de 14.90 cm.
LUEGO:
CONTRASTADO CON EL IMDA Y LAS CARACTERÍSTICAS
PREDOMINANTES DEL SUELO ASUMIMOS UN ESPESOR DE 10
CM PARA AMBOS TRAMOS.
COMPROBACION DE ESPESOR DE PAVIMENTO UTILIZANDO
CUADROS Y ABACOS.
El Manual de Diseño de caminos de bajo tránsito, para un
determinado número de vehículos pesados ha estimado un número
de ejes equivalentes, según el IMD, los cuales se dan a continuación,
tanto para periodo de 5 como de 10 años.
IMDA
(total
ambos
sentidos
)
10
20
30
40
50
Veh.
Pesados
(carril
de
Diseño)
3
6
9
12
15
5 años (carril de
diseño)
10años (carril de
diseño)
Nº de
Repetic.
Nº de
Repetic
Nº de
Repetic.
Nº de
Repetic
13,565
27,130
40,695
56,197
67,824
1.36E+04
15,725
31451
47,176
65148
78,627
1.57E+04
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60
70
80
90
17
20
23
26
75,576
96,892
104,643
122,084
1.22E+05
87,613
112,324
121,310
141,528
1.42E+05
Para 3 vehículos pesados en el carril de diseño, el Nº de repeticiones
de EE es 15,725
Para 4 vehículos, interpolando, entre 3 y 6 vehículos, el número de
repeticiones es: 20,968.33
DETERMINACIÓN DE CBR.
La subrasante es la capa superficial de terreno natural. Para la
construcción de carreteras se analizará hasta 0.45 de espesor y para
rehabilitación los últimos 0.20 m. En nuestro caso es una
rehabilitación, y más aún, esta carretera ha sido continuamente
mejorada con material de afirmado, y ese es el motivo de que los CBR
tengan valores altos.
La capacidad de soporte en condiciones de servicio, junto con el
tránsito y las características de los materiales de construcción de la
superficie de rodadura, constituyen las variables básicas para el
diseño del afirmado, que se colocará encima.
Se identificarán cinco categorías de subrasante:
SO
S1
S2
S3
S4
: SUBRASANTE MUY POBRE
: SUBRASANTE POBRE
: SUBRASANTE REGULAR
: SUBRASANTE BUENA
: SUBRASANTE MUY BUENA
La Subrasante
categoría S3,
CBR< 3%
CBR= 3%-5%
CBR = 6-10%
CBR= 11-19%
CBR> 20%
de esta carretera es buena y esta en la
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Tomando el valor de 15,725 repeticiones, encontramos que la curva
se desarrolla a partir de 20,000 repeticiones, con un espesor de 10
cm,
en la curva S3, por lo tanto tomamos estos 10 cm, como
espesor del afirmado.
Entrando con el valor de 20.968.00 repeticiones, en la curva S3,
obtenemos
1
E=102 mm
2
E=10 cm.
3
Por lo tanto, asumimos el espesor de 10 cm y se esta comprobando el
espesor de pavimento
Por lo que es correcto asumir E= 10 cm.
4
Se esta tomando como espesor de la capa de afirmado la cantidad de
10 cm, coincidiendo con el Manual de diseño de caminos de bajo
tránsito, que toma este valor como mínimo.
CALIDAD DE LOS MATERIALES A EMPLEARSE
De acuerdo al Manual para Diseño de Caminos no Pavimentados de
Bajo Volumen de Transito, las características básicas para la superficie
de Rodadura será:
o Camino de BVT
: T0
o IMD
: T-3
o Ancho de calzada (m)
: 1 carril 4.5 y 1 carril de 3.5
o Estructura y superficie de rodadura: Afirmado (mat. granular
natural, grava, selecc. por zarandeo o mano, tam. Máx. 5cm).
El tipo de material a utilizarse corresponde a un material granular
natural o grava seccionada por zarandeo, con un índice de plasticidad
hasta entre 4-9%, excepcionalmente se podrá incrementar la
plasticidad hasta el 12%, previa justificación técnica.
Para este tipo de material corresponde una granulometría:
Tamiz
Porcentaje que
pasa
50 mm ( 2” )
100
37.5 mm ( 1½” )
25 mm ( 1” )
50-80
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DANIEL CARRION - PASCO”
19 mm ( ¾” )
9.5 mm ( 3/8” )
4.75 mm ( Nº 4 )
20-50
2.0 mm ( Nº 10 )
4.25 um (Nº 40 )
75 um (Nº 200 )
4-12
Además deberán satisfacer los siguientes requisitos de calidad:
 Desgaste Los Ángeles: 50% máx. (MTC E 207)
 Límite Líquido: 35% máx. (MTC E 110)
 CBR (1): 40% mín. (MTC E 132)
 Equivalente de Arena: 20% mín. (MTC E 114)
 Referido al 100% de la Máxima Densidad SecaP y una
Penetración de Carga de 0.1" (2.5 mm)
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