Memoria descriptiva diseño geométrico de carreteras

Ingeniera Civil-Caminos I



FACULTAD DE INGENIERIA DE SISTEMAS E INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE UCAYALI

CURSO:CAMINOS I

TEMA:DISEO GEOMETRICO

ING. DANIEL PEREZ CASTAONDOCENTE:

QUIROZ TOLENTINO PAUL ERNESTOALUMNO:

INGENIERIA CIVILESCUELA:

2014

PRESENTACIONLa carretera es una infraestructura de transporte cuya finalidad es permitida la circulacin de vehculos en condiciones de continuidad en el espacio y el tiempo, con niveles adecuados de seguridad y de comodidad. Teniendo estas definiciones en el presente trabajo de diseo de una carretera del punto A a B y luego a C se ha diseado y basado con los aspectos tcnicos que segn el Manual de Diseo Geomtrico de carreteras (DG-2013), y esta con las respectivas tablas usadas y datos sacados del manual de diseo geomtrico.Teniendo consideracin que el presente trabajo se ha considerado los antecedentes y los procedimientos dados en clases por el ingeniero, la cual he empleado muchos los datos y recomendaciones dadas por l.

MEMORIA DE DISEOSe ha diseado una carretera de Primera Clase sobre un terreno de orografa tipo 4, que segn el Manual de Diseo Geomtrico de carreteras (DG-2013), se describe a este tipo de orografa como escarpado. El terreno est situado en la Regin de Puno, Provincia de Azangaro, Distrito de Muani. El procedimiento a seguir en el diseo fue el siguiente:Para empezar, se han seleccionados tres puntos de diferente ubicacin y altura dentro del plano. Estos son el punto A con una cota de terreno de 4287.74 m.s.n.m, el punto B con una cota de 4363.80 m.s.n.m, y el punto C con una cota 4458.51 m.s.n.m. Se ha procedido a salir desde el punto A con una lnea de ceros de 3% y en los tramos curvos se ha aumentado la pendiente a 3% o hasta 4%, siendo este ltimo la pendiente mxima para un terreno de orografa tipo 3 y una carretera de primera clase segn la tabla 403. 01 en el captulo 4, diseo geomtrico en planta y perfil.Para llegar al punto B cuya orografa seria la del tipo 4 segn la norma se ha procedido a llegar con una pendiente de 7%.La velocidad de diseo usada para el diseo de los elementos geomtricos de la va son, segn el manual de diseo geomtrico para una carretera de primera clase y una orografa de tipo 4 desde la estacin 0+000.00 hasta la estacin 1+769.83m de 70 km/h. el siguiente tramo se desarrollara con una velocidad de 80 km/h Para esta velocidad de diseo se proceder a calcular los parmetros mnimos sobre los cuales diseare los elementos de la carretera ms adelante.Los elementos de la seccin transversal sern detallados a continuacin y citando los tpicos del manual de diseo geomtrico DG-2013.

1 ANCHO DE FAJA DE DOMINIOLa faja de dominio o derecho de va, dentro de la que se encuentra la carretera y sus obras complementarias, se extender ms all del borde de los cortes, del pie de los terraplenes, o del borde ms alejado de las obras de drenaje que eventualmente se construyen. En el captulo 3 en el tpico 303.01.02 en la tabla 303.03Tipo de CarreteraMnimo Deseable (m)Mnimo Absoluto (m)

Autopistas5030

Multicarriles o Duales3024

Dos Carriles (1ra. Y 2da. Clase)2420

Dos Carriles (3ra. Clase)2015

Se indica que para carreteras de primera clase de dos carriles en ancho deseable es de 24 metros, que para este caso se ha seleccionado un ancho de faja de dominio de 24 metros.2 ANCHO DE CALZADAEn el captulo 3, en el tpico 304.02, en la tabla 304.01, se recomiendan valores para el ancho de calzada segn la clasificacin de la carretera, el tipo de orografa y la velocidad de diseo, para lo cual se ha seleccionado el valor de 7.20 metros como ancho de calzada.

3 ANCHO DE LAS BERMASEn el captulo 3, en el tpico 304.03.01, en la tabla 304.02, se indican los valores apropiados del ancho de las bermas segn la clasificacin de la carretera y de la velocidad de diseo, para lo cual he seleccionado el valor de 1.50 metros como ancho de bermas.

4 BOMBEO DE LA CALZADAEn tramos rectos las calzadas debern contar, con el propsito de evacuar las aguas superficiales, una inclinacin transversal mnima o bombeo. En el tpico 304.04, en la tabal 304.03 se especifican valores de bombeo segn el tipo de superficie, tratndose de una carretera de primera clase, y los niveles de precipitacin de la zona. Para lo cual en este proyecto se ha adoptado el valor del bombeo de 2.5 %, tratndose de una zona con una precipitacin mayor de 500 mm/ao.

En climas definidamente desrticos se pueden rebajar los bombeos hasta un valor lmite de 2%.

5 VALOR DEL PERALTE O SUPERELEVACIONCon el fin de contrarrestar el valor de la fuerza centrfuga, las curvas horizontales deben ser peraltadas. Los valores mximos del peralte, son controlados por factores como condiciones climticas, orografa, zona, y frecuencia de vehculos pesados de bajo movimiento. En la tabla 304.04 se especifican valores mximos de peralte para el tipo de zona, por lo cual he seleccionado el valor de 6% como peralte.

6 CUNETASEstos son canales abiertos construidos lateralmente a lo largo de la carretera con el propsito de conducir los escurrimientos superficiales y sub-superficiales procedentes de la plataforma vial, taludes y reas adyacentes con el fin de proteger la estructura del pavimento. En la tabla 304.12 se indican valores de inclinaciones mximas de talud interior de la cuneta (en relacin V: H), basados en el IMDA y en la velocidad de diseo he seleccionado el valor de 1:2.La profundidad ser determinada, en conjunto con los dems elementos de su seccin, por los volmenes de agua a conducir, as como de los factores funcionales y geomtricos correspondientes. Ya que he escogido una seccin triangular y el tipo de zona es muy lluviosa he seleccionado la profundidad de 0.30 metros como profundidad de cuneta, segn el tpico 304.08.02.

PARAMETROS DE DISEO1. Calculo del radio mnimo Para el tramo con una velocidad de diseo de 70 Km/h; los valores de peralte mximo y de coeficiente de friccin transversal son, segn el captulo 4 de la gua de diseo geomtrico en la tabla 402.01g, son 8% y 0.15 respectivamente. La frmula a usar para encontrar el radio mnimo se encuentra detallada en el captulo 4 de la gua de diseo geomtrico, la cual se menciona a continuacin:

Rmin = Reemplazando los valores mencionados anteriormente en la formula, se tiene que:Rmin = Rmin = 148.40 m.Redondeando el valor a mltiplos de 5, se tiene que para todo tramo que tenga una velocidad de diseo de 70 km/h, el radio mnimo para el diseo de curvas ser de 150metros. Para el tramo con una velocidad de diseo de 80 km/h se tiene que los valores de peralte mximo y coeficiente de ficcin transversal, segn el captulo 4 de la gua de diseo geomtrico, en el tpico 402.04.02, en la tabla 402.01. Los valores son 8% y 0.14 respectivamente. Reemplazando estos valores en la formula antes mencionada se tendr:Rmin = Rmin = 193.80 mRedondeando este valor a mltiplos de 5, se tendr que el valor de radio mnimo para cualquier tramo con una velocidad de diseo de 80 km/h ser de 195metros.2. Calculo de entre tangencia mnimaLos tramos en tangente son un elemento de trazado que est indicado en carreteras de dos carriles para obtener suficientes oportunidades de adelantamientos. Segn la gua de diseo geomtrico en el captulo 4 en el tpico 402.03 se especifica frmulas para los tramos en tangente entre curvas reversas o curvas en el mismo sentido, llamadas tambin lomo roto, as como tambin frmulas para una longitud mxima.Lmins = 1.39*VdLmino = 2.78*VdLmax = 16.70*VdDnde:Lmins = longitud mnima para curvas reversas.Lmino = longitud mnima para curvas en el mismo sentido, lomo roto.Lmax = longitude maxima.Vd. = velocidad de diseo.Para los tramos con una velocidad de diseo de 70 Km/h la longitud mnima en curvas reversas ser:Lmins = 1.39*70Lmins = 97.3 metros.La longitud mnima para curvas de mismo sentido es:Lmino = 2.78*70Lmino = 194.6 metros.Para tramos con una velocidad de diseo de 80 km/h, la longitud mnima en curvas reversas es:Lmins = 1.39*80Lmins = 111.2 metros.La longitud mnima para curvas de mismo sentido es:Lmino = 2.78*80Lmino = 222.4 metros3. Calculo de la longitud de espiral mnimaEn las normas peruanas indican que debe de intercalarse curvas de transicin para las carreteras de primera clase. Esto se debe al concepto moderno debido a la comodidad del trnsito veloz en carreteras. La longitud de la curva de transicin no deber ser inferior a un valor mnimo, para el cual la norma peruana especfica en el captulo 4 del manual de diseo geomtrico, en el tpico 402.07, que no se emplearan longitudes de transicin. En este sentido existen tres criterios para la determinacin de la longitud mnima de la espiral, los cuales son:1. Longitud mnima de la espiral de transicin por confort dinmico y seguridad para el usuario.La frmula a usar es:Ls min Dnde:V: velocidad de diseo en Km/h.Rc: radio de la curva circularKt: variacin de la aceleracin transversal ().

2. Longitud mnima de la espiral para desarrollar la sper elevacinLa frmula a usar es:Ls min Dnde:P: pendiente longitudinal en los bordes en relacin con el eje de la viaA: ancho de la carreteraE: peralte mximo de la curva

3. Longitud mnima de la espiral por confort ptico o esttico.Donde la formula a usar es:Ls min Dnde:Rc: radio de curvatura.Solo se han empleado una curva de transicin en la curva nmero 8, cuyo radio de curvatura es de 145 metros respectivamente se encuentran en el tramo cuya velocidad de diseo es de 60 km/h. as que reemplazando los valores dados por la norma en las formulas anteriormente mencionadas, se tendr que:

Para la curva espiral S2, de radio 322 metros:1. Longitud mnima de la espiral de transicin por confort dinmico y seguridad para el usuario.

El valor de Kt est dado en el manual de diseo geomtrico en el captulo 4, tpico 402.07 en la tabla 402.06 para una velocidad de diseo menor a 80 Km/h el cual es de 0.5 Ls min Ls min 63.16 metros2. Longitud mnima de la espiral para desarrollar la sper elevacin

Ls min

3. Longitud mnima de la espiral por confort ptico o esttico.Ls min Ls min 19.99 metros.Comparando el valor obtenido por los tres criterios debe escogerse el mayor, sin embargo en el manual de diseo geomtrico en la tabla 402.07 se muestran longitudes de transicin redondeadas que para una velocidad de diseo de 80 km/h, la longitud mnima viene a ser de 75 metros. Por lo que he optado por dar una longitud de transicin de 75 metros para la curva.Para la curva espiral S2, de radio 244 metros:1. Longitud mnima de la espiral de transicin por confort dinmico y seguridad para el usuario.

El valor de Kt est dado en el manual de diseo geomtrico en el captulo 4, tpico 402.07 en la tabla 402.06 para una velocidad de diseo menor a 80 Km/h el cual es de 0.5 Ls min Ls min 63.16 metros2. Longitud mnima de la espiral para desarrollar la sper elevacin

Ls min

3. Longitud mnima de la espiral por confort ptico o esttico.Ls min Ls min 19.99 metros.Comparando el valor obtenido por los tres criterios debe escogerse el mayor, sin embargo en el manual de diseo geomtrico en la tabla 402.07 se muestran longitudes de transicin redondeadas que para una velocidad de diseo de 80 km/h, la longitud mnima viene a ser de 75 metros. Por lo que he optado por dar una longitud de transicin de 75 metros para la curva.

4. Calculo de las longitudes de las curvas verticalesEn el diseo de esta carretera se cuentan con 4 curvas verticales, 2 de ellas son cncavas y 2 son convexa. En el manual de diseo geomtrico, en el tpico 403.03.02 se cuentan con tres grficos (figura 403.01; 403.02; 403.03), los cuales dos de ellos se usan para curvas convexas en lo que se refiere a distancia de visibilidad de parada y visibilidad de paso, el cual usa como variables a la diferencia algebraica entre las pendientes verticales del alineamiento y la velocidad de diseo. La primera curva vertical es una convexa cuya diferencia algebraica es igual a 4.31 %, la velocidad de diseo en este tramo es 70 km/h, as que refirindonos la figura 403.03 la distancia mnima es de 140 metros. La segunda curva vertical es una curva cncava, la diferencia algebraica entre las pendientes es igual a 4.7 % y la velocidad de diseo en este tramo es de 70 km/h, por lo que situndonos en el grafico 403.01 y 403.02, la longitud mnima es igual a 140 metros. La tercera curva vertical es una curva convexa, la diferencia algebraica entre las pendientes es igual a 4.9% y la velocidad de diseo en este tramo es de 80 km/h, por lo que situndonos en el grafico 403.01 y 403.02, la longitud mnima es igual a 200 metros.La cuarta curva vertical es una curva cncava, la diferencia algebraica entre las pendientes es igual a 1.44 % y la velocidad de diseo en este tramo es de 80 km/h, por lo que situndonos en el grafico 403.01 y 403.02, la longitud mnima es igual a 80 metros.

FORMULAS A USAR EN EL DISEO DE LOS ELEMENTOS GEOMETRICOS DE LA CARRETERA1. FORMULAS DE LAS CURVAS CIRCULARES SIMPLES

Los datos conocidos para el diseo son el radio(R), el grado de inflexin (), la estacin del PI y las cuerdas unitarias (C), con las cuales se realizara el replanteo en campo. Tangente: T= Cuerda mxima: CL= 2*R*sen( Externa: E = Media o mediana: M= R*(1- Grado de curvatura(sistema arco grado): G = Grado de curvatura(sistema cuerda grado): G = 2*arcsen(Los elementos como los siguientes se calculan usando el grado de curvatura por el sistema de cuerda grado, para calcular las deflexiones de la curva y usarlas en el replanteo en campo. Deflexin por cuerda: Dc = Deflexin por metro: Dm = Desarrollo de la curva: Ds =

CURVA HORIZONTAL SIMPLE C-1 Vd= 70Km/h

RADIO175

DEFLEXION9923'4.0000099.38444444

CUERDA UNIDAD10

PI670.296

ELEMENTOS

TANGENTE206.2961397PC0+464

CUERDA LARGA266.9031828PT0+767.55

EXTERNA95.52374616Dc1.6372451

FUNCION MEDIA61.79367178Dm0.1637245

DESARROLLO DE LA CURVA303.5525117

GRADO DE CURVATURA6.548114286

GRADO DE CURVATURA(cuerda-grado)3.274490156

CURVA HORIZONTAL SIMPLE C-2 Vd= 70Km/h

RADIO175

DEFLEXION9129'56.0000091.49888889

CUERDA UNIDAD10

PI1183.409

ELEMENTOS

TANGENTE179.6390401PC1+003.77

CUERDA LARGA250.7033121PT1+283.24

EXTERNA75.789124Dc1.6372451





CURVA HORIZONTAL SIMPLE C-3 Vd=70Km/h

RADIO183.81

DEFLEXION12455'6.00000124.9183333

CUERDA UNIDAD10

PI1812.272

ELEMENTOS

TANGENTE352.4821662PC1+459.79

CUERDA LARGA325.9618643PT1+860.54

EXTERNA213.7196134Dc1.5587522





CURVA HORIZONTAL SIMPLE C-4 Vd=80Km/hRADIO230.97

DEFLEXION6355'44.0000063.92888889

CUERDA UNIDAD10

PI2111.367

ELEMENTOS

TANGENTE144.126855PC1+967.24

CUERDA LARGA244.5477545PT2+224.95

EXTERNA41.27931817Dc1.2404264





CURVA HORIZONTAL SIMPLE C-5 Vd=80Km/h

RADIO200

DEFLEXION6221'23.0000062.35638889

CUERDA UNIDAD10

PI3470.471

ELEMENTOS

TANGENTE121.0202961PC3+349.45

CUERDA LARGA207.0805754PT3+567.12

EXTERNA33.76465101Dc1.4325437





CURVA HORIZONTAL SIMPLE C-6 Vd=80Km/hRADIO200

DEFLEXION9738'30.0000097.64166667

CUERDA UNIDAD10

PI3911.476

ELEMENTOS

TANGENTE228.6258411PC3+682.85

CUERDA LARGA301.0617462PT4+023.68

EXTERNA103.7594035Dc1.4325437





2. FORMULAS DE LAS CURVAS DE TRANSICIONLos datos conocidos para el diseo son el radio (R), el grado de inflexin (, la estacin del PI, las cuerdas unitarias y la longitud de la espiral (Ls), calculada con los criterios anteriormente descritos. Angulo de deflexin: = Coordenadas de la curva espiral:Xs = Ys= Retranqueo o disloque:

Tangente de la espiral:

Externa de la espiral:

Inflexin de la curva circular:

Desarrollo de la curva:

CURVA 07

Curva7

RADIO244

DEFLEXION538'8

LONGITUD DE LA ESPIRAL75

CUERDA UNIDAD20

PI2739.122

ELEMENTOS DE LA ESPIRALradianesgrados

DEFLEXION0.1536885245901648.8057

Xs74.8230

Ys3.8357

O0.9597

t37.4705

Ts159.9648

Es29.8798

angulo 2.935234606

ELEMENTOS DE LA CURVA CIRCULAR

decimales

DEFLEXION35.5241

TANGENTE78.1616

CUERDA LARGA148.8715

EXTERNA12.2133

FUNCION MEDIA11.6311


decimales



DEFLEXION POR CUERDA (Dc)2.3488

DEFLEXION POR METRO(Dm)0.1174

ESTACIONES

TE2+555.06

EC2+730.06

CE2+881.34

ET2+956.34

RADIO322

DEFLEXION7911'22

LONGITUD DE LA ESPIRAL75

CUERDA UNIDAD20

PI5388.25

ELEMENTOS DE LA ESPIRALradianesgrados

DEFLEXION0.1164596273291936.6726

Xs74.8983

Ys2.9087

O0.7275

t37.4831

Ts304.4164

Es96.8156

angulo 2.224215043

ELEMENTOS DE LA CURVA CIRCULAR

decimales

DEFLEXION65.8442

TANGENTE208.4872

CUERDA LARGA350.0127

EXTERNA61.6025

FUNCION MEDIA51.7098


decimales



DEFLEXION POR CUERDA (Dc)1.7797

DEFLEXION POR METRO(Dm)0.0890

ESTACIONES

TE5+520.58

EC5+595.58

CE5+655.62

ET5+740.62

3. FORMULAS DE LAS CURVAS VERTICALESLos datos conocidos para el diseo de curvas verticales son la longitud vertical (Lv), el cual se ha hallado a travs de los grficos que se dan en la norma peruana y que se ha explicado anteriormente; la cota del PIV; la estacin del PIV; la pendiente de entrada (G1) y la de salida (G2) con la cual se calcular la diferencia algebraica y la distancia de replanteo, que para cuestiones de diseo se asumir cada 20 metros.Para curvas verticales simtricas: Diferencia algebraica de pendientes: Externa vertical: Correccin vertical de los puntos en la tangente:

Punto mximo o mnimo de la curva:

CURVA VERTICAL SIMETRICA C-1 PIV

AbscisaK1+222.69

PIV

COTA4280.26

Pend. Tang. Ent (m)-0.6%

Pend. Tang. Sal (n)3.8%

Long. Curv. Vert (Lv)40

Incremento en Abscisado10

CURVACONVEXA

ABSCISAS Y COTAS DE PCV Y PTV

PCVPTV

ABSCISASK1+032.69K1+212.69

COTA4280.8634283.536

i=4%C=0.00011972

COTAS EN LA CURVA DEL PROYECTO

PUNTOSCOTAS ROJASABSCISAS

0RAMA 1RAMA 2RAMA 1RAMA 2

14280.2684280.588K1+213K1+233

COTAABSCISA

PTO. MAX4280.76926K1+060.671

PCV4280.863K1+032.69

Ev4279.29025K1+122.69

PTV4283.536K1+212.69


AbscisaK1+769.83

PIV

COTA4303.79

Pend. Tang. Ent (m)3.64%

Pend. Tang. Sal (n)-1.06%



TIPO DE CURVACONCAVA


PCVPTV

ABSCISASK1+669.83K1+869.83

COTA4300.154302.73

i=5%C=0.0001175

DISTANCIA "X" PARA EL PUNTO MAXIMO154.894




14300.525754304.63575K1+680K1+780

24300.9254304.33K1+690K1+790

34301.347754304.04775K1+700K1+800

44301.7944303.789K1+710K1+810

54302.263754303.55375K1+720K1+820

64302.7574303.342K1+730K1+830

74303.273754303.15375K1+740K1+840

84303.8144302.989K1+750K1+850

94304.377754302.84775K1+760K1+860

COTAABSCISA

PTO. MAX4303.44719K1+824.724

PCV4300.15K1+669.83

Ev4302.615K1+769.83

PTV4302.73K1+869.83


AbscisaK2+032.00

PIV

COTA4301

Pend. Tang. Ent (m)-1.06%




CURVA COVEXA


PCVPTV

ABSCISASK1+932.00K2+132.00

COTA4302.064304.84

i=5%C=0.0001225




14301.941754300.39175K1+942K2+042

24301.7994300.984K1+952K2+052

34301.631754301.55175K1+962K2+062

44301.444302.095K1+972K2+072

54301.223754302.61375K1+982K2+082

64300.9834303.108K1+992K2+092

74300.717754303.57775K2+002K2+102

84300.4284304.023K2+012K2+112

94300.113754304.44375K2+022K2+122

COTAABSCISA

PTO. MAX4301.37208K1+975.265

PCV4302.06K1+932.00

Ev4299.775K2+032.00

PTV4304.84K2+132.00


AbscisaK5+525.00

PIV

COTA4435

Pend. Tang. Ent (m)3.84%




CURVACONCAVA


PCVPTV

ABSCISASK5+465.00K5+585.00

COTA4432.6964436.44

i=1.4%C=0.00006




14433.0864435.39K5+475K5+535

24433.4884435.576K5+485K5+545

34433.9024435.774K5+495K5+555

44434.3284435.984K5+505K5+565

54434.7664436.206K5+515K5+575

COTAABSCISA

PTO. MAX4443.64K5+785.000

PCV4432.696K5+465.00

Ev4434.784K5+525.00

PTV4436.44K5+585.00

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