ANTECEDENTES Las carreteras fueron los primeros signos de d e una civilización avanzada. Los mesopotámicos fueron uno de los primeros constructores de carreteras hacia el año 3500 350 0 a.C. Le siguieron los chinos, los cuales desarrollaron un sistema de carreteras en torno al siglo XI a.C., y construyeron la Ruta de la Seda (la más larga del mundo) durante 2.000 años; Los incas de Sudamérica construyeron una avanzada red de caminos que no se consideran estrictamente carreteras, ya que la rueda no era conocida por los incas. Estas llamadas carreteras recorrían todos los Andes e incluían galerías cortadas en rocas sólidas. En el siglo I, el geógrafo griego Estragón registró un sistema de carreteras que partían de la antigua Babilonia; los escritos de Herodoto, historiador griego del siglo V a.C., mencionan las vías construidas en Egipto para transportar los materiales con los que construyeron las pirámides y otras estructuras monumentales levantadas por los faraones. Aún existen algunas de las antiguas carreteras. Las más antiguas fueron construidas por los romanos. La vía Apia empezó a construirse constru irse alrededor del 312 a.C., y la vía Faminia hacia hac ia el 220 a.C. En la cumbre de su poder, el Imperio romano tenía un sistema de carreteras de unos 80.000 km, consistentes en 29 calzadas que partían de la ciudad de Roma, y una red que cubría todas las provincias conquistadas importantes, incluyendo Gran Bretaña. Las conocidas calzadas romanas tenían un espesor de 90 a 120 12 0 cm, y estaban compuestas por tres capas de piedras argamasadas cada vez más finas, con una capa de bloques de piedras encajadas en la parte superior. Toda persona tenía derecho a usar las calzadas, según la ley romana, pero los responsables del mantenimiento eran los habitantes del distrito por el que pasaba. Este sistema era eficaz para mantener las calzadas en buen estado mientras existiera una autoridad central que lo impusiera; con la ausencia de la autoridad a utoridad central del Imperio romano durante la edad media (del ( del siglo X al XV), el sistema de calzadas nacionales empezó a desaparecer. El gobierno francés instituyó un sistema para reforzar el trabajo local en las carreteras carretera s a mitad del siglo XVII, y con este método construyó aproximadamente 24.000 km de carreteras carreter as principales. Más o menos al a l mismo tiempo, el Parlamento instituyó un sistema de conceder franquicias a compañías privadas para el mantenimiento de las carreteras, permitiendo a las compañías que cobraran un peaje o cuotas por el uso de las mismas. Se hicieron perfeccionamientos en los métodos y técnicas de construcción de
carreteras Durante las tres primeras décadas del siglo XIX. Los ingenieros británicos, Thomas Telford y John Loudon McAdam, y un ingeniero de caminos francés, Pierre-MarieJérôme Trésaguet, fueron los responsables. El sistema de Telford implicaba cavar una zanja e instalar cimientos de roca pesada. Los cimientos se levantaban en el centro para que la carretera se inclinara hacia los bordes permitiendo el desagüe. La parte superior de la carretera consistía en una capa de 15 cm de piedra quebrada compacta. El de McAdam mantenía que la tierra bien drenada soportaría cualquier carga. En el método de construcción de carreteras de McAdam, la capa final de piedra quebrada se colocaba directamente sobre un cimiento de tierra que se elevaba del terreno circundante para asegurarse de que el cimiento desaguaba. El sistema de McAdam, llamado macadamizarían, se adoptó en casi todas partes, sobre todo en Europa. Sin embargo, los cimientos de tierra de las carreteras macadamizadas no pudieron soportar los camiones pesados que se utilizaron en la I Guerra Mundial. Como resultado, para construir carreteras de carga pesada se adoptó el sistema de Telford, ya que proporcionaba una mejor distribución de la carga de la carretera sobre el subsuelo subyacente. El declive de las carreteras tuvo lugar en el periodo de expansión del ferrocarril en la última mitad del siglo XIX. Es en este periodo donde se introduce el ladrillo y el asfalto como pavimento para las calles
de
las
ciudades.
PROBLEMÁTICA
El aumento de tamaño y densidad de las poblaciones en las ciudades de las primeras civilizaciones y la necesidad de comunicación con otras regiones se tornó necesaria para hacer llegar suministros alimenticios o transportarlos a otros consumidores,
es
allí
donde
surgen
las
carreteras.
Lamentablemente nuestro país se encuentra en una etapa decadente ya que encontramos miles de problemas. Uno en especial es el de las calles y carreteras las cuales están en muy mal estado, esta problemática tiene ya varios años ya que por más que las poblaciones se quejen ante las autoridades este problema sigue y sigue sin ningún control. Debido a esto año con año han incrementado los accidentes viales ya que los automovilistas por tratar de sacarle a los baches terminan no solo accidentándose con otro vehículo sino muchas de las ocasiones atropellando peatones. En la época de lluvias estos problemas incrementan ya que las calles y carreteras se deslavan y no solo eso sino que también, los peatones y automovilistas se accidentan con mayor frecuencia debido a que por los niveles del agua no se notan las fallas en las calles y carreteras. México ocupa el séptimo lugar en estas fatalidades a nivel mundial y desde hace un par de años la intención de varias dependencias federales es bajar las cifras. Pero al parecer esto a las autoridades no les interesa porque aunque s e dan cuenta de los hechos sucedidos no hacen nada por solucionarlos.
JUSTIFICACIÓN Al final de este trabajo se pretende ampliar los cono cimientos del que suscribe, así también como de toda aquella persona que tenga contacto con este trabajo. Se deberá comprender detalladamente todo el procedimiento de un buen desarrollo para la elaboración de un trazo y construcción de carreteras, así también como anteriormente se dijo obtener resultados que puedan dar una mayor comprensión y resultados que ayuden en el análisis y diseño de una carpeta.
OBJETIVOS
Objetivo general La elaboración de este documento contempla dos objetivos principales, el primero de ellos es poder dar al lector un conocimiento más amplio de las características, condiciones y métodos que se emplean en la construcción de una carretera y cada uno de sus reglamentos, leyes y restricciones que deberá tomar en cuenta para poder realizar el diseño del mismo.
El segundo objetivo es poder estudiar y comprender más a fondo tanto el diseño como la construcción y así poder realizar más estudios y pruebas que puedan dar un mayor desarrollo a la tecnología en la construcción de vías de comunicación
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Efectuar un estudio Topográfico, con el objetivo de conocer puntos clave en la longitud de la carretera, siendo estos la base para la realización del diseño geométrico.
Aplicar las Normas y especificaciones locales y regionales que se aplican al diseño geométrico.
Diseñar les espesores de cada una de las capas que conformaran nuestro tramo carretero.
1. Levantamientos preliminares Para lograr que el camino tenga el mejor y más económico acomodo en el terreno y esté debidamente protegido contra la acción destructora d el agua, que es su peor enemigo, se recurre primero a la localización, incluyendo en este las obras de drenaje. La localización tiene por objeto fijar los puntos obligados, dentro de la ruta del camino. Antes de proceder a la localización es preciso definir la ruta, tomando en cuenta las poblaciones y recintos que tocara el camino. Procede la localización de los puntos obligados intermedios dependientes de la topografía del terreno, de su características, físicas o geológicas, tales como puertos o cruces de ríos y los necesarios para evitar pantanos, médanos etc. La localización ideal de un camino vecinal es la que a menor costo de construcción, produce el mínimo costo de operación del tránsito actual y del que tendrá después de diez años, sin necesidad de cambios de importancia. La topografía del terreno, es un factor determinante en la elección de los valores de los diferentes parámetros que intervienen en el diseño de una vía. Cuando el terreno es bastante grande o existen obstáculos que impiden la visibilidad necesaria, se emplea el levantamiento de un terreno por medio de Poligonales, que consiste en trazar un polígono que siga aproximadamente los linderos del terreno y desde puntos sobre este polígono se toman detalles complementarios para la perfecta determinación del área que se desea conocer y de los accidentes u objetos que es necesario localizar. Vemos primeramente lo relativo al trazado y al cálculo de la poligonal base y, luego, cómo se complementa el levantamiento tomando los detalles por izquierdas y derechas. La línea que une los vértices del polígono se denomina poligonal.
Estación Total http://docplayer.es/341811-Estacion-total-aplicada-al-levantamiento-topografico-de-unacomunidad-rural.html
La incorporación de microprocesadores y distanciometros electrónicos en todos los teodolitos electrónicos, ha dado paso a la construcción de las Estaciones Totales. Con una estación total electrónica se pueden medir las distancias verticales y
horizontales, ángulos verticales y horizontales, e internamente, con el microprocesador programado, calcular las coordenadas topográficas (norte (Y), este (X), elevación (Z)) de los puntos visados. Estos instrumentos poseen también tarjetas magnéticas para almacenar datos, los cuales pueden ser cargados en una computadora y utilizados con el programa de aplicación seleccionado.
Una de las características importantes tanto de los teodolitos electrónicos como de las estaciones totales, es que pueden medir ángulos horizontales en ambos sentidos y ángulos verticales con el cero en el horizonte o en el zenit.
Nivel Óptico http://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-de-medicion/introduccion-al-niveloptico
Una de las herramientas de mayor aplicación en el área de la construcción es el nivel óptico. Su uso es imprescindible para realizar tareas de nivelación tradicional, tales como la determinación y la transferencia de alturas o la medición de ángulos, tanto en campo abierto como en edificios de todo tipo. Los ingenieros y topógrafos emplean niveles ópticos para preparar terrenos, construir terrazas y muros de contención, efectuar excavaciones y establecer cimientos, dados de cimentación, estanques de contención y fosas sépticas. Los contratistas de hormigón los usan para el control del vertido, así como la alineación y el aplomado de superficies de hormigón. Los constructores de terrazas y patios los emplean para nivelar pisos, establecer diagonales y cimientos. Por otra parte, los niveles ópticos también encuentran amplia aplicación en el sector agrícola para tender drenajes y realizar prácticas sustentables en terreno, tales como arado, plantación, cultivo y cosecha en el contorno o el ángulo recto de una pendiente natural. En la actualidad existen diversos tipos de niveles ópticos. Sin embargo, los automáticos oautonivelantes se han impuesto porque son más fáciles de configurar y usar, ya que permanecen nivelados brindando lecturas exactas,
independientemente de las vibraciones del suelo, de los cambios de temperatura o de las condiciones de estabilidad en que son manejados.
2. Cálculo y proyecto de alineamiento horizontal y vertical. 2.1 alineamiento horizontal Alineamiento horizontal es la proyección del eje del camino sobre un plano horizontal. Los elementos que integran esta proyección son.
Las tangentes.
Las curvas, sean estas circulares o de transición.
La proyección del eje en un tramo recto, define la tangente y el enlace de dos tangentes consecutivas de rumbos diferentes se efectúa por medio de una curva. El establecimiento del alineamiento horizontal depende de:
La topografía.
Características hidrológicas del terreno.
Condiciones del drenaje.
Características técnicas de la subrasante.
Potencial de los materiales locales.
2.1.1 FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL ALINEAMIENTO HORIZONTAL De acuerdo a las normas de diseño geométrico de carreteras editado por el Ministerio de transporte y Obras Públicas del Ecuador se deben considerar los siguientes criterios: En general el proyectista debe combinar curvas amplias con tangentes largas en la medida que permite el terreno. Debe evitarse un alineamiento horizontal sinuoso con curvas cortas, aunque será necesario proyectar un alineamiento curvilineal balanceado para caminos de baja categoría en terreno muy accidentado. Siempre debe tomarse en cuenta en el trazado los aspectos de seguridad y estética de la carretera. El diseñador debe trazar generalmente curvas
de grandes radios, evitando los mínimos especificados para las velocidades de diseño y reservándolos para los casos de condiciones críticas. El alineamiento debe ser direccional en lo posible, de acuerdo con la topografía existente. Siempre debe buscarse consistencia en el alineamiento, no deben colocarse cu rvas 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. 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.
2.2 ALINEAMIENTO VERTICAL El perfil vertical de una carretera es tan importante como el alineamiento horizontal y debe estar en relación directa con la velocidad de diseño, con las curvas horizontales y con las distancias de visibilidad. En ningún caso se debe sacrificar el perfil vertical para obtener buenos alineamientos horizontales.
2.2.1 FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL ALINEAMIENTO VERTICAL
Criterios generales para el alineamiento Vertical. El ministerio de Obras Púb licas del Ecuador emite los siguientes criterios: 1. Se deben cortar los perfiles con Gradientes reversos agudos y continuados, en combinación con un alineamiento horizontal en su mayor parte en línea recta, por constituir un serio peligro, esto se puede evitar introduciendo una
curvatura horizontal o por medio de pendientes más suaves lo que significa mayores cortes y rellenos. 2. Deben evitarse perfiles qué contengan dos curvas verticales de la misma dirección entrelazadas por medio de tangentes cortas. 3. En ascensos largos, es preferible que las pendientes más empinadas estén colocadas al principio del ascenso y luego se lo suavice, también es preferible emplear un tramo de pendiente máxima, seguido por un tramo corto pendiente suave en el cual los vehículos pesados puedan aumentar en algo su velocidad, después del cual sigue otra vez un nuevo tramo largo de una sola pendiente aunque ésta sea algo suave. Esto es aplicable a carreteras de baja velocidad de diseño. 4. En la relación de la curva vertical a emplearse en un enlace determinado, se debe tener en cuenta la apariencia estética de la curva y los requisitos para drenar la calzada en forma adecuada.
3. Replanteo del eje con curvas horizontales según la normativa de la SCT
Este método ha cobrado particular importancia en estos últimos años debido a la tendencia de aumentar considerablemente la longitud del radio de la curva para las crecientes velocidades de diseño. Es un método particularmente útil cuando la curva es bastante larga y el terreno lo suficientemente plano. El método consiste en tomar como eje del sistema cartesiano una de las dos tangentes (abscisa) y el radio en los puntos de tangencia TE y TS (ordenada).
PROCEDIMIENTO DE CAMPO.
Se eligen segmentos de abscisa de igual longitud, los cuales se llevan sucesivamente sobre la tangente principal, es decir a partir del punto de tangencia TE (o TS) utilizando cinta métrica .
4. Estacado http://www.arqhys.com/arquitectura/topografia-construccion.html
Las estacas o las tablas se pueden colocar a la rasante. Cuando se va a clavar una estaca de manera que su cabeza quede a una elevación dada, el estadalero comienza a clavarla y luego coloca el estadal sobre la estaca. El nivelador lee el estándar y, dice la distancia en que debe encajarse la estaca para que llegue a la rasante. El estadalero clava la estaca la cantidad deseada, y se toma una segunda lectura de estadal; continuando de esta manera el proceso hasta que la lectura del estadal sea igual a la diferencia entre la altura de instrumento y la elevación deseada. Se puede utilizar una marca o un clavo en uno de los costados de la estaca en vez de la cabeza de la misma. En algunos casos, se corta con un serrote a la elevación deseada. Si la elevación de la rasante está a corta distancia de la
elevación del terreno, a menudo se hace un hoyo en el terreno para colocar la estaca a la rasante.
5. Materialización de puntos de referencia para la construcción del camino. 6. Bancos de nivel http://ingcivil.org/banco-de-nivel-bm-topografia/ Un Banco de Nivel es un punto permanente en el terreno de origen natural o artificial cuya elevación es conocida. Algunos ejemplos comunes de bancos de nivel son discos de metal fijados en concreto, marcas de hidrantes contra incendio, guarniciones, entre otros. Para tener puntos de referencia y de control para obtener las cotas de los del terreno, se escogen o se construyen puntos fijos, notables, invariables, en lugares convenientes. Estos puntos son lo que se llama Banco de Nivel. Su cota se determina con respecto a otros puntos conocidos, o se les asigna una cualquiera según el caso. Los Bancos de Nivel que se construyen, son generalmente de concreto, como pequeñas mojoneras, con una varilla o una saliente que defina el punto, y además permita cuando se usa regla graduada (estadal) para tomar lecturas, que esta se apoye en un punto único definido y no en una superficie que puede tener irregularidades que hagan variar la altura. Esto es sobre todo importante en trabajos de nivelación directa donde la aproximación se lleva hasta milímetros, y a veces más en trabajos de precisión. En casos de terrenos poco firmes o inestables, los bancos se apoyan sobre estructuras más profundas. Cuando al ligarse dos trabajos separados, que se hicieron con planos de nivel diferentes, se toma para ambos un banco, resultaran para estas dos cotas, una para cada plano, respectivamente.
7. Proyección de taludes y estacas en campo de talud
El campo de la estabilidad de taludes estudia la estabilidad o posible inestabilidad de un talud a la hora de realizar un proyecto, o llevar a cabo una obra de construcción de ingeniería civil, siendo un aspecto directamente relacionado con la ingeniería geológica - geotécnica. La inestabilidad de un talud, se puede producir por un desnivel, que tiene lugar por diversas razones:
Razones geológicas: laderas posiblemente inestables, orografía acusada, estratificación, meteorización, etc.
Variación del nivel freático: situaciones estacionales, u obras realizadas por el hombre.
Obras de ingeniería: rellenos o excavaciones tanto de obra civil, como de minería.
Los taludes además serán estables dependiendo de la resistencia del material del que estén compuestos, los empujes a los que son sometidos o las discontinuidades que presenten. Los taludes pueden ser de roca o de tierras. Ambos tienden a estudiarse de forma distinta. Antes de iniciar la construcción es preciso que la información del diseño se plasme en el terreno, esto se logra mediante el estacado. La colocación de estacas delimitadoras del talud contribuye eficazmente a asegurar el cumplimiento de las normas de diseño y a reducir al mínimo absoluto la perturbación del suelo. Se pueden emplear diversos métodos de estacado.
8. Ubicación de bancos de materiales de préstamo El estudio de Bancos de Materiales tiene como finalidad obtener un listado de los Bancos con los que se cubran las necesidades de materiales para la obra (un banco
para terracerías y otro para pavimentos), de acuer do a las alternativas propuestas. Por investigación directa en la zona, apoyándose en estudios anteriores si los hay, se obtendrá una relación de Bancos con la calidad necesaria, que sean accesibles, que no interfieran con áreas de vivienda, instalaciones de servicios públicos, uso de la tierra, que no formen parte de reservas urbanas o ecológicas, que no presenten problemas insalvables en su explotación y que tengan capacidad suficiente.
9. Secciones transversales y sus áreas. La sección transversal de una carretea se concibe como la solución a diferentes estudios de diversa índole realizados anteriormente, y que engloban aspectos relativos a la capacidad de la vía, a su seguridad y, como no, a su cote económico Aparte de estos factores, el proyectista de carreteras deberá tener presente en otros parámetros que condicionan su diseño: la funcionalidad, el carácter y el medio natural recurrente. La funcionalidad determinara la categoría de via a emplear- autopista, la rápida o carretera convencional- y por tanto, fijara algunos factores relativos a la separación de calzadas, limitación de accesos, barreras de seguridad y carriles especiales que afectan a la propia sección transversal. El carácter urbano o interurbano de la vía establece una clara división. En las primeras el espacio está limitado, por lo que se convierte en un bien escaso, este hecho se traduce en secciones transversales más estrictas en este tipo de vías. Las segundas presentan menores problemas de espacio, pudiendo emplear secciones amplias.
10.
Diseño de pavimentos y cálculo de volúmenes de movimientos de
tierra con su curva masa. http://www.ingenieria.unam.mx/~luiscr/mt_1608/2.6%20Utilizacion%20de%20la%20curva %20masa%20en%20la%20seleccion%20de%20equipo.pdf
10.1 diseño de pavimentos El estudio de Bancos de Materiales tiene como finalidad obtener un listado de los Bancos con los que se cubran las necesidades de materiales para la obra (un banco para terracerías y otro para pavimentos), de acuerdo a las alternativas propuestas. Por investigación directa en la zona, apoyándose en estudios anteriores si los hay, se obtendrá una relación de Bancos con la calidad necesaria, que sean accesibles, que no interfieran con áreas de vivienda, instalaciones de servicios públicos, uso de la tierra, que no formen parte de reservas urbanas o ecológicas, que no presenten problemas insalvables en su explotación y que tengan capacidad suficiente.
10.2 Cálculo de volúmenes de movimientos de tierra En caso de que el proyecto requiera movimiento de tierras, se deberá realizar un perfil de trabajo y dibujar la ordenada de curvamasa, a una escala adecuada, preferentemente a aquella que se adapte al tamaño del plano, para que en base a los bancos de préstamo de materiales y los movimientos de terracerías, se ubique la compensadora económica. Una vez determinada la compensadora, se calcularán los movimientos de tierra de las terracerías, tanto de compensación longitudinal como de los bancos de préstamo o desperdicio, se presentarán las cantidades de obra, catálogo general de conceptos y cantidades de obra para precios unitarios, abarcando la longitud total del tramo en el estudio contratado, así como el presupuesto.
10.3 Curva masa
Es una gráfica dibujada en ejes cartesianos donde las ordenadas representan volúmenes acumulados de excavación o relleno (terracería) y las abscisas los cadenamientos de un camino. La curva masa permite determinar todos los movimientos de cortes y terracerías y establecer el esquema más eficiente, al cual corresponden los costos mínimos. El único impedimento para compensar rellenos y excavaciones será la calidad de los materiales.
11.
Replanteo o materialización de todo el camino completo
Es una gráfica dibujada en ejes cartesianos donde las ordenadas representan volúmenes acumulados de excavación o relleno (terracería) y las abscisas los cadenamientos de un camino. La curva masa permite determinar todos los movimientos de cortes y terracerías y establecer el esquema más eficiente, al cual corresponden los costos mínimos. El único impedimento para compensar rellenos y excavaciones será la calidad de los materiales.
http://www.sct.gob.mx/fileadmin/DireccionesGrales/DGST/Licitaciones-2014/LO-009000060N84-2014/TERMINOS_DE_REFERENCIA_PUNTO_DE_CONFLICTO_CONTRATO_6.pdf
